Le sport automobile propulse l'électromobilité vers le sommet

Le sport automobile propulse l'électromobilité vers le sommet

24
mai
2018

 

Dès le premier coup d’œil, l’I.D. R Pikes Peak semble assurément taillée pour les conditions extrêmes. Sans concession, l’aérodynamique de la première voiture de course Volkswagen 100% électrique la destine tout naturellement à disputer la plus célèbre des courses de côte au monde. « La ligne de départ se trouve à une altitude voisine de 2 900 mètres, et celle d’arrivée à 4 300 mètres au-dessus du niveau de la mer. La faible pression atmosphérique en altitude fait que les conditions aérodynamiques y sont différentes de celles d’une piste de course sur terrain plat », explique François-Xavier Demaison, Directeur technique chez Volkswagen Motorsport ainsi que Chef de projet et Responsable du développement de l'I.D. R Pikes Peak. La réglementation relativement souple a laissé beaucoup plus de marge de manœuvre, que sur les autres courses, aux ingénieurs pour concevoir le châssis et l'aileron arrière de l'I.D. R Pikes Peak.

Durant l’ascension des 19,99 kilomètres menant au sommet de Pikes Peak, près de Colorado Springs (États-Unis), la vitesse de pointe atteint les 240 km/h, soit assez peu pour un prototype comme l’I.D. R Pikes Peak, théoriquement bien plus performante. « C’est pour cela que nous avons surtout cherché à optimiser la vitesse en courbe. L’ensemble du châssis est conçu pour créer le plus d'appui aérodynamique possible afin de minimiser la force de traînée », explique François-Xavier Demaison, résumant l’objectif de son équipe.

Visuellement, cette démarche trouve son illustration la plus frappante dans l’aileron arrière surdimensionné de l’I.D. R Pikes Peak,. « L’altitude de Pikes Peak est telle que la pression d’air change et l’oxygène se raréfie en moyenne de 35 %. Nous perdons ainsi 35 % de l’appui aérodynamique par rapport à une piste au niveau de la mer. L’immense aileron arrière nous permet justement de compenser une partie de cette perte d’appui », explique Willy Rampf, consultant technique du projet et disposant d’une grande expérience en Formule 1. « Grâce à l’imagination déployée pendant le développement de l’aérodynamique, nous atteindrons toujours une force d'appui aérodynamique maximale, supérieure au poids du véhicule pendant l’ascension ».

Volkswagen Motorsport a utilisé un modèle réduit (à l’échelle 1:2) pour tester un nombre élevé de variantes du bolide de Pikes Peak en soufflerie. Les touches définitives ont ensuite été apportées sur le châssis grandeur nature dans le centre de développement de Porsche, à Weissach. « Les ressources disponibles au sein du Groupe nous ont beaucoup aidés », indique François-Xavier Demaison.

Les nouveaux composants ont pour la plupart été réalisés assez rapidement à l’aide d’une imprimante 3D. « Au total, ce sont environ 2 000 pièces que nous avons imprimées : en procédant ainsi, nous avons gagné beaucoup de temps », indique Hervé Dechipre, qui en tant qu’ingénieur MFN chez Volkswagen Motorsport, a supervisé l’aérodynamique de l’I.D. R Pikes Peak.

Bien que le moteur électrique de l’I.D. R Pikes Peak doive lui aussi être refroidi normalement, le volume d’air frais exigé est très inférieur à celui nécessaire à un moteur à combustion. Autre avantage, il n’est pas nécessaire de canaliser l’air entrant vers les deux moteurs électriques, d’une puissance cumulée de 680 ch. Cela permet de réduire la dimension des admissions du châssis, véritable casse-tête en matière d’aérodynamique. En revanche, en haute altitude, l’oxygène se raréfie et nuit à l’efficacité du refroidissement.

Le compromis idéal a été trouvé en faisant appel à un logiciel de simulation de notre partenaire technologique ANSYS. « Nous ne pouvions pas y arriver uniquement avec les données issues de la soufflerie où il n'est pas possible de recréer la basse pression atmosphérique », souligne François-Xavier Demaison. « De ce point de vue, la simulation a été d’une grande aide pour déterminer les dimensions du système de refroidissement ».

Entretemps, les observations tirées de la phase de développement ont été optimisées dans le détail lors de tests poussés. Le premier essai sur la route de Pikes Peak aux Etats-Unis est prévu pour fin mai. Par la suite, le pilote Romain Dumas et l’équipe Volkswagen Motorsport entreront dans la dernière phase de préparation de la « Pikes Peak International Hill Climb 2018 », programmée le 24 juin. Avec un seul objectif en tête : battre le record dans la catégorie des prototypes électriques, qui est actuellement de 8 min 57 s 118.

La stratégie de conception allégée du prototype I.D. R Pikes Peak.

Tout a commencé par des simulations. « Avant d’assembler réellement l’I.D. R Pikes Peak, nous avons eu recours à des ordinateurs afin d’analyser une multitude de configurations différentes », explique Willy Rampf, consultant technique du projet, en se remémorant le début du développement de la voiture prévue pour Pikes Peak International Hill Climb. « Il était clair pour nous que nous n’aurions pas le temps de construire plusieurs véhicules d'essai. Nous devions avoir le bon véhicule dès la première tentative ».

Les essais se sont concentrés sur la recherche du compromis idéal entre performance et poids. Ces deux facteurs sont encore plus dépendants l’un de l’autre dans une voiture électrique telle que l’I.D. R Pikes Peak que dans une voiture de course équipée d’un moteur conventionnel. La règle empirique est simple : plus les performances sont élevées, plus les batteries sont lourdes. Cependant, chaque gramme représente du poids indésirable – notamment lors d’une course de côte. Sur la Pikes Peak, les voitures doivent surmonter un dénivelé de plus de 1400 mètres – le départ étant donné à 2 862 mètres d’altitude pour une arrivée située à 4 302 mètres. Romain Dumas, au volant de l’I.D. R Pikes Peak, sera aussi confronté à une série de « virages en épingle », où une voiture trop lourde pourrait être un inconvénient lors des freinages et des accélérations en sortie de virages.                                                                    

Les ingénieurs de Volkswagen Motorsport ont donc décidé de mettre en œuvre la stratégie suivante : l’I.D. R Pikes Peak devait être aussi légère que possible, tout en conservant un niveau de performance très élevé. Le cadre de cette stratégie était fourni par les réglementations applicables à la plus célèbre course de côte au monde, qui offre littéralement une liberté quasi illimitée dans la catégorie « Unlimited ».

Liberté totale pour l’équipe de développement

Recevoir une feuille de papier blanche pour développer une nouvelle voiture de course en partant de rien est un rêve pour tout ingénieur. « Développer une voiture uniquement pour cette course de côte de 20 kilomètres est une tâche très particulière. Il n’y avait pratiquement aucune limite à l’innovation des ingénieurs », déclare François-Xavier Demaison, Directeur technique de Volkswagen Motorsport.

« La simulation a joué un rôle majeur dans la réduction du poids de la voiture », explique Willy Rampf. Par exemple, des ordinateurs ont été utilisés pour concevoir les pièces du châssis, de telle sorte qu’elles puissent aisément faire face aux charges évaluées, sans qu’elles soient surdimensionnées – ou avec un poids excessif. Cependant, l’équipe de développement a presque complètement renoncé aux matériaux standard et extrêmement coûteux, couramment utilisés dans la course automobile de première catégorie, comme le titane. « Le châssis, les suspensions de roues et la structure de sécurité de l’I.D. R Pikes Peak sont presque entièrement conçus en acier et aluminium », ajoute Xavier Demaison.  

Malgré cela, et tout en développant une puissance cumulée de 680 ch., la voiture, avec le pilote, pèse moins de 1 100 kg, un poids allégé par rapport aux précédentes voitures de Pikes Peak qui ont battu des records dans la catégorie des voitures 100% électriques. La puissance relativement basse a permis de réaliser les blocs de batterie de l’I.D. R Pikes Peak de manière si compacte qu’ils ont pu être positionnés à côté du pilote et derrière lui, assurant ainsi une parfaite répartition du poids. Elles fournissent l’énergie au moteur électrique placé sur l’essieu avant et arrière, tandis que la distribution du couple est gérée électroniquement.  

Le perfectionnisme va jusqu’aux logos des sponsors sur les combinaisons des pilotes

Le châssis et les composants aérodynamiques de l’I.D. R Pikes Peak sont fabriqués dans une matière extrêmement légère alliant la fibre de carbone et le Kevlar. Un des défis à relever durant la phase de conception consistait à intégrer les éléments de design de la gamme I.D. – la future gamme de véhicules 100% électriques de Volkswagen – à l’extérieur de la voiture de course Pikes Peak. « Pendant cette phase de développement, nous avons travaillé en étroite collaboration avec nos collègues Volkswagen à Wolfsburg », se souvient Willy Rampf.

Le cockpit de l’I.D. R Pikes Peak, une structure monocoque, est également en fibre de carbone ultralégère. La volonté des ingénieurs de réduire le poids se retrouve dans l’équipement du pilote. Le partenaire technologique OMP a conçu la combinaison de course ignifuge de Romain Dumas, ainsi que le rembourrage du siège et le harnais à six points, dans un matériau extrêmement léger. Même les logos des sponsors sont imprimés sur la combinaison, afin d’économiser le poids des écussons classiques.

Cependant, les perfectionnistes du poids léger de Volkswagen Motorsport ont dû capituler sur un point : Les règlementations de Pikes Peak International Hill Climb précisent que chaque pilote doit porter un grand logo de l’événement, d’une taille d’environ 40 cm², sur sa combinaison de course. L’objectif était d'imprimer ce logo sur la combinaison de Romain Dumas. « Cela a été refusé. Selon la règlementation, le logo doit être cousu. Or, le fil utilisé à cette fin pèse presque autant que l’ensemble », commente le Directeur technique François-Xavier Demaison avec un clin d'œil.

Le sport automobile propulse l’électromobilité vers le sommet.

Début d’une nouvelle ère pour Volkswagen dans le sport automobile : la marque dévoile sa super sportive 100% électrique, l’I.D. R Pikes Peak.

Avec ses 680 ch (500 kW), 650 Nm de couple et un poids inférieur à 1 100 kg, elle affrontera le 24 juin 2018 l'emblématique ascension de la course de côte Pikes Peak à Colorado Springs, aux États-Unis. L’objectif : battre le record absolu de 8'57''118 dans la catégorie des voitures électriques à la « Course vers les nuages ». Pour y parvenir, l’I.D. R Pikes Peak avance vers l’avenir : capable de passer de 0 à 100 km/h en 2,25 secondes, elle surpasse les Formule 1 et Formule E. L’I.D. R Pikes Peak est dévoilée ce jour dans la ville d'Alès, en France, avant de rejoindre la piste pour la première fois.

« L'objectif de Volkswagen est d'atteindre le sommet de l'électromobilité avec la famille I.D.. L'engagement de Volkswagen dans la course de côte Pikes Peak définit non seulement la tendance de notre futur dans le sport automobile, mais revêt également une valeur hautement symbolique dans le vrai sens du terme », a déclaré Frank Welsch, Membre du Directoire de Volkswagen, en charge du Développement. « Les clients ont toujours bénéficié des avancées du sport automobile, et nous comptons bien obtenir des résultats et les utiliser comme un atout précieux pour le développement des futurs modèles I.D..  L’ascension de Pikes Peak sera incontestablement un véritable test pour la motorisation électrique. »

La voiture est fantastique et suscite déjà depuis plusieurs semaines beaucoup d'intérêt de la part des médias et sur les réseaux sociaux », a déclaré Jürgen Stackmann, membre du Directoire de la marque Volkswagen Véhicules Particuliers, en charge des Ventes, du Marketing et de l’Après-vente ». « Ce projet montre une fois encore que Volkswagen est sur la bonne voie avec sa stratégie axée sur l’électro-mobilité et l'introduction de la famille I.D.. L’I.D. R Pikes Peak et la participation à la course de côte la plus emblématique au monde offrent à Volkswagen l'occasion unique d'aborder l’électro-mobilité, tant sur le plan émotionnel que sportif ».

Lors du développement de la Volkswagen I.D. R Pikes Peak, l’objectif n°1 était de trouver l'équilibre idéal entre la capacité énergétique et le poids. La performance maximale n’était pas le seul but visé, comme c’est habituellement le cas pour les voitures de course. Le prototype de Volkswagen pour la course de côte Pikes Peak affiche à juste titre deux labels de qualité à son nom. Le "R", qui est synonyme de voitures de performance et l’I.D. - le symbole de l’e-technologie intelligente de Volkswagen.

« Tout comme la production de véhicules de série de la marque Volkswagen, les voitures de course 100% électriques vont jouer un rôle de plus en plus important pour nous à l'avenir », indique Sven Smeets, Directeur de Volkswagen Motorsport. « La coopération au sein du Groupe nous a vraiment aidé, surtout en raison du calendrier serré. Nous avons notamment reçu le soutien de Volkswagen Battery à Braunschweig et travaillé avec le département de développement technique à Wolfsburg. »

Tout comme le sensationnel bimoteur de la Golf qui a relevé le défi de Pikes Peak en 1985, 1986 et 1987, les ingénieurs ont opté pour une solution avec deux groupes motopropulseurs. L’I.D. R Pikes Peak est équipée de deux moteurs électriques, capables de générer 680 ch (500 Kw) de puissance.

Une source d'énergie intelligente : la technologie de la batterie

Comme pour les véhicules électriques de série, des batteries lithium-ion sont utilisées pour stocker l’énergie. Les cellules des batteries sont soumises à une demande intensive : leur densité de puissance est donc un facteur crucial pour réussir à produire un haut rendement énergétique. Contrairement aux véhicules de série, l’objectif des ingénieurs n’était pas d’optimiser l’autonomie de la voiture, mais d’obtenir une puissance utile maximale pour atteindre le sommet de Pikes Peak.

Environ 20% de l'énergie électrique nécessaire sera générée au cours des 20 kilomètres de course. La clé ici est la récupération d'énergie : lors du freinage, les moteurs électriques agissent comme des générateurs en convertissant une partie de l’énergie de freinage en électricité pour alimenter la batterie.

Démarrage du programme d’essais – L’I.D. R Pikes Peak entre dans sa phase cruciale

C'est l'un des défis particuliers de Pikes Peak : les essais sur les 19,99 kms de course de côte de Colorado Springs sont très limités et uniquement possibles sur certaines sections. Pour cette raison, la majeure partie des essais ne sera pas effectuée en conditions réelles, mais sur circuits. Le programme Pikes Peak de Volkswagen entre dans une nouvelle phase avec sa révélation à Alès.

Le pilote : Romain Dumas, gagnant au Mans et vainqueur de Pikes Peak

Pilote de classe mondiale et champion en titre de la course de Pikes Peak, Romain Dumas, sera au volant de la Volkswagen I.D. R Pikes Peak pour tenter de battre le record dans la catégorie voitures électriques. Le Français âgé de 39 ans est adepte de ce genre de défi : outre les trois victoires obtenues à Pikes Peak, il a remporté deux fois les 24 Heures du Mans. Romain Dumas, qui a pour idole la légende du sport automobile Jacky Ickx, est né à Alès.

Jour J : le 24 juin 2018 !

Départ à 2 862 mètres d'altitude, 1 440 mètres de dénivelé, 156 virages, 100% d'asphalte et une seule tentative – non seulement la technologie et le pilote devront être au mieux de leur forme, mais ils devront également tenter d'établir un nouveau record dans la catégorie des voitures électriques le 24 juin 2018. De plus, les conditions météorologiques joueront ici un rôle essentiel. En effet, il n'est pas rare qu’à la ligne d’arrivée au sommet de Pikes Peak, à 4.302 mètres, la température soit inférieure à 0 degré à la fin du mois de juin.

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