Crash and burn. Romain Grosjean et sa Haas VF-20 dans le premier tour du championnat du monde de Formule 1 à Bahreïn. (Image et légende de www.xpbimages.com, copyright Batchelor / XPB Images.)

Bien que les mesures de sécurité aient été considérablement améliorées au cours des dernières décennies, la course automobile reste un sport dangereux. Cela a été mis en évidence lors d’un incident choquant en novembre dernier. Mais, grâce à l’ingénierie de précision et aux programmes d’essais, ainsi qu’aux temps de réaction rapides, la vie d’un conducteur a été sauvée.

Lors du premier tour du Grand Prix de Bahreïn le dimanche 29 novembre 2020, Romain Grosjean a semblé couper une autre voiture dans son angle mort et s’est écrasé dans une barrière de sécurité sur le côté du circuit. Grosjean était dans une «cage de survie» spécialement construite dans les voitures de course et avait un réservoir plein d’essence. La voiture s’est scindée en deux, l’avant de la voiture traversant la barrière et prenant feu tandis que l’arrière plus lourd du véhicule suivait son propre chemin. Le réservoir d’essence enveloppé de Kevlar était susceptible de s’être rompu à la suite de l’impact à grande vitesse.

C’était l’accident le plus horrible en Formule 1 (F1) depuis longtemps. La dernière fois qu’une voiture de F1 s’est scindée en deux, c’était à Monaco en 1991. La dernière fois qu’une voiture a pris feu dans un accident, c’était à Imola en 1989. La dernière fois que des accidents se sont produits dans lesquels des voitures ont traversé des barrières de sécurité comme celle-ci, c’était à Watkins, dans l’État de New York Glen en 1973 et 1974. Les pilotes François Cevert et Helmut Koinigg n’ont pas survécu.

La vitesse de Grosjean à l’impact dans la barrière – avec le sommet de celle-ci étant de la même hauteur que sa tête – était d’environ 137 mph, selon le directeur de course de la FIA (Fédération Internationale de l’Automobile), Michael Masi. Grosjean, pleinement conscient, s’est extrait en environ 30 secondes alors que les commissaires de piste éteignaient les flammes. Il a subi des brûlures aux deux mains mais ne s’est cassé aucun os.

Le fait que Grosjean ait non seulement survécu à l’impact, mais ait également subi des blessures relativement mineures témoigne des progrès accomplis en matière de sécurité par la FIA au cours des dernières décennies.

L’incident le plus récent dans lequel un pilote de F1 a perdu la vie a eu lieu au Grand Prix du Japon à Suzuka en 2014, où Jules Bianchi, un autre pilote français, a succombé à un traumatisme crânien après s’être écrasé dans un camion qui récupérait une autre voiture de course endommagée. Cela a conduit au développement du halo, un dispositif en forme de triangle conçu pour protéger la tête du conducteur et qui a été introduit dans la plupart des conceptions de voitures de course à cockpit ouvert en 2018 après quatre ans de conception et de tests.

Le dispositif de halo sur une Ferrari SF71H conduite par Kimi Räikkönen lors des essais de pré-saison en février 2018 (photo et légende avec l’aimable autorisation de Wikipedia).

Le dispositif de halo a provoqué beaucoup de controverse avec les fans et les conducteurs – même Grosjean lui-même. Les fans ont déclaré que l’appareil était «laid» et qu’ils ne pouvaient pas identifier les conducteurs car le halo masquait leurs casques. Grosjean lui-même s’est d’abord opposé au halo, déclarant lors de sa nomination en 2017 à l’Association des pilotes du Grand Prix (GPDA): «Nous, les pilotes de course, n’avons pas toujours le même avis, mais nous sommes unis pour vouloir le meilleur pour notre sport.

Peut-être le plus grand de tous les temps, le champion du monde de F1 2020 Lewis Hamilton, a tweeté après l’accident de Grosjean: «Sa voiture, le cockpit, je ne sais pas ce qu’il a tiré, mais je suis tellement reconnaissant que le halo ait fonctionné. Je suis reconnaissant que la barrière ne lui ait pas tranché la tête. Cela aurait pu être bien pire.

Dans un message vidéo de son lit d’hôpital la nuit de son accident, Grosjean a rétracté son opposition au halo. «Je n’étais pas pour le halo il y a quelques années, mais je pense que c’est la meilleure chose que nous ayons apportée en Formule 1. Sans elle, je ne pourrais pas vous parler aujourd’hui.

La technologie SS Tube Technology (SSTT) basée au Royaume-Uni est l’une des trois sociétés au monde à fabriquer le dispositif de protection de la tête halo. SSTT a été créé il y a 20 ans et a ses racines dans la fabrication de systèmes d’échappement pour le sport automobile. En entendant parler de l’intention de la FIA d’introduire des halos sur les voitures à cockpit ouvert en 2017, Nick Henry, directeur de l’ingénierie chez SSTT, a fait une supposition éclairée sur ce que pourrait être l’adresse e-mail du directeur de la FIA et délégué à la sécurité, Charlie Whiting, et s’est présenté ce que son entreprise pouvait faire.

« Il a répondu beaucoup plus vite que je ne le pensais, » dit Henry. «Nous avons réussi à avoir une réunion avec lui et Andy Mellor, qui dirigeait le projet à la FIA, dans le bureau de Charlie Whiting au Grand Prix de Grande-Bretagne cette année-là.

La décision a été prise d’introduire le halo après que le système rival Aeroscreen ait été rejeté par le pilote de F1 Sebastian Vettel, qui l’a testé, au motif qu’il déformait sa vision et le rendait malade. La FIA a été impressionnée par les capacités de SSTT et en août 2017 a approuvé la production de 120 des appareils qui seront fournis par SSTT, l’Allemand CP Autosport et l’Italie V System pour la Formule 1, la Formule 2 et la Formule E pour le début de leurs prochains championnats. en mars 2018.

La FIA stipule la conception du halo, des matériaux à partir desquels il est fabriqué (alliage de titane Ti-6AI-4V grade 5) au poids total de l’ensemble complet de l’appareil (qui doit être de 13,5 kg ± 0,5 kg), comme ainsi qu’une foule de dimensions et de tolérances telles qu’énoncées dans le document d’information technique supplémentaire de la FIA. Les trois fabricants de halo ne sont pas autorisés à apporter des modifications à l’appareil sans l’approbation de la FIA.

Système de protection du conducteur en titane de SST Technology. (Photo fournie par SST Technology.)

«Les halos sont constitués de quatre éléments clés», a expliqué Henry. «Il y a le pylône central, qui est la partie qui se monte sur la monocoque devant le conducteur, puis la transition en V, la section en forme de V au-dessus de la tête du conducteur qui relie le pylône central au cerceau principal, puis il y a deux tubes qui sont chacun pliés à 90 ° et soudés ensemble pour créer le cerceau principal à 180 °. Ces tubes qui composent le cerceau principal commencent comme une billette et sont percés au pistolet et usinés dans un tube.

La raison de l’usinage d’une billette plutôt que de simplement s’approvisionner en tubes préfabriqués est que le tube étiré en titane de grade 5 est très difficile à fabriquer et à s’approvisionner dans les délais requis par SSTT. De plus, les tolérances dimensionnelles de la FIA sont très exigeantes et peu susceptibles d’avoir été respectées avec des tubes étirés, pliés ou soudés. L’usinage a permis à SSTT d’avoir un meilleur contrôle des dimensions du halo.

Henry a ajouté: «Les tolérances étaient extrêmement serrées entre les points de montage, ± 0,1 mm; il y avait aussi une tolérance de poids qui était critique et, évidemment, des tolérances sur le DI / OD (diamètre intérieur / extérieur) des tubes. C’était tout un défi. Il a fallu une dernière étape d’usinage pour atteindre ces tolérances. »

Outre les tolérances, Henry dit que les délais et la flexion des tubes étaient également difficiles car le titane de grade 5 a une résistance élevée et une faible ductilité et présente un peu de retour élastique. «Il doit être plié très lentement, car il y a un facteur de vitesse de déformation pour le plier avec succès», a-t-il poursuivi. «De plus, la V-Transition est très compliquée. C’est une pièce difficile à usiner. C’est un morceau de titane très coûteux pour commencer, donc vous ne voulez pas vous tromper. Il faut environ 30 à 40 heures d’usinage pour chaque pièce. »

Le dispositif halo est ensuite testé par le Cranfield Impact Center (CIC), une société dérivée de l’Université de Cranfield au Royaume-Uni et l’un des deux seuls centres de test approuvés par la FIA au monde qui travaille avec la FIA depuis le milieu des années 1980 pour tester les structures de collision, y compris les cônes de nez, les structures de collision arrière, les colonnes de direction et les cloisons.

En 2016, le CIC a été invité à construire une plate-forme pour tester le dispositif halo. La FIA a dicté les dimensions de la plate-forme, ainsi que où et comment le dispositif halo y serait attaché, et le diamètre du coussin (150 mm) qui transmet la force sur l’appareil par le vérin cylindrique unique (à moins de 5 mm de la position de chargement spécifiée).

James Watson, directeur de l’ingénierie au CIC, explique: «Nous effectuons deux tests statiques sur le halo, un test frontal et un test latéral où nous appliquons une force de 125 kN (28 100 lbf) – l’équivalent de cinq SUV reposant sur l’appareil – en utilisant une pompe à main hydraulique, maintenez-la pendant 30 secondes, puis déposez-la.

Lors de ces essais, la déformation de la structure du halo lorsqu’elle est sous charge ne doit pas dépasser 17,5 mm et seulement 3 mm après que la charge a été retirée pendant une minute.

Là où le halo se monte sur le châssis derrière la tête du pilote et devant le cockpit, il y a des raccords qui sont également usinés en titane grade 5, soudés sur le halo et boulonnés et goujonnés dans le châssis par les équipes de F1. Les équipes couvrent l’appareil avec des carénages en fibre de carbone et des raccords aérodynamiques pour minimiser la traînée aérodynamique ou pour une utilisation dans le flux d’air de direction dans l’admission d’air du moteur ou les conduits de refroidissement autour du halo.

Une fois le halo monté sur le châssis, il est testé par les équipes elles-mêmes, plutôt que par la FIA, pour prouver que leurs fixations sont suffisamment solides pour résister aux mêmes forces que le halo seul.

Watson dit que l’une des choses qui pourraient être faites pour améliorer la procédure de test est de tester sous plusieurs angles. Cependant, il a ajouté: «Si vous testez une machine de fabrication, vous saurez de quelle direction la force va provenir, donc vous savez où fournir la charge. Vous ne pouvez pas prédire un crash; cela peut venir de n’importe quelle direction.

«Vous pouvez travailler à partir de statistiques pour essayer d’obtenir l’angle de collision le plus probable, vous pouvez faire plusieurs tests. Mais alors, est-ce moins cher de le faire par simulation informatique? Vaut-il le temps et quelle est sa précision? Vous avez toujours besoin de tests physiques pour obtenir un modèle validé. La preuve ultime est le test physique. Vous ne pouvez pas contester les résultats des tests physiques. »

Lorsqu’on lui a demandé à quel point le dispositif de halo était essentiel à la survie de Grosjean, Henry a déclaré: «Je pense qu’il ne fait aucun doute qu’il a joué un rôle dans le sauvetage de sa vie. Sans le halo, sa tête aurait été la première chose à heurter la barrière. Je pense que le halo a vraiment fait ses preuves là-bas. Aussi, toutes les autres choses comme le cône de nez, la monocoque, puis le halo, le Appareil HANS, le casque de protection, la colonne de direction repliable, la combinaison ignifuge; Je pense que chacun d’entre eux a fait ce pour quoi il avait été conçu. La façon dont vous pouvez voir que le halo a décollé la barrière, ainsi que le cône de nez, était peut-être l’un des avantages les plus visibles, mais tout fonctionnait ensemble.

Watson est d’accord: « Si le halo n’avait pas été là, vous ne savez pas ce qui se serait passé, toute la cinématique de la voiture aurait été différente, vous ne savez tout simplement pas. »

«Les gens critiquaient la façon dont la barrière se déformait, mais au moins elle absorbait une partie de l’énergie; il n’a pas rebondi et repoussé le pilote sur la piste, ce qui aurait pu aggraver la situation.

Par coïncidence, Watson dit que pour la saison 2022, la FIA avait déjà augmenté les forces appliquées pour les tests futurs afin de protéger davantage les conducteurs lors d’impacts à vitesse plus élevée: «En 2022, il y a une augmentation de l’énergie nécessaire aux cônes de nez pour absorber plus d’énergie. Pour le moment, il est de 90 kilojoules, mais pour 2022, il devrait passer à environ 130 kilojoules, ce qui était prévu avant l’accident de Grosjean.