Tableaux d’une exposition

Fer de lance du développement technologique de Porsche, la 919 Hybrid conjugue innovations dans les moindres détails et harmonie au plus haut niveau. Si chacune des pièces de la voiture est une véritable virtuose, aucune n’occupe seule le devant de la scène. Christophorus les place pour la première fois sous les feux de la rampe.

La richesse des Tableaux d’une exposition a inspiré des dizaines d’arrangements. Mais c'est toujours le même thème musical qui relie entre eux les différents mouvements de cette série de pièces pour piano composée par Modeste Moussorgski. Il en va du circuit comme de la scène, et de la Porsche 919 Hybrid comme de l’œuvre artistique : la contrainte imposée par le cadre musical ou par le règlement du Championnat du Monde d’Endurance de la FIA n’interdit pas une certaine liberté d’expression. Le succès n’est au rendez-vous que si chaque instrument donne le meilleur de lui-même, dans un accord parfait, sans fausse note.

Dans la catégorie Le Mans Prototype 1, la 919 Hybrid innove. Concentré de technologies de pointe, elle est notamment dotée d’un groupe motopropulseur unique en son genre. Dans le dos du pilote, le moteur quatre cylindres de 2,0 l est un modèle de downsizing et l’exemple parfait du rightsizing, le dimensionnement optimal. En effet, la FIA réglemente la consommation de carburant à chaque tour, ce qui oblige à faire appel à des systèmes de récupération d’énergie intelligents. Le moteur thermique, qui propulse le train arrière, est épaulé par un moteur électrique chargé d’entraîner le train avant. Ils délivrent à eux deux près de 1 000 ch de puissance cumulée.

Le moteur électrique est alimenté par une batterie lithium-ion qui stocke l’électricité fournie par deux systèmes de récupération d’énergie. Lorsque la 919 Hybrid décélère, l’énergie cinétique au freinage sur l’essieu avant est convertie en énergie électrique ; lorsqu’elle accélère, l’électricité est produite à partir du flux des gaz d’échappement. Qu’il s’agisse des bougies, des turbines, des cellules de batterie ou des calculateurs chargés de gérer le tout, chaque protagoniste, de conception très précise, se doit de fonctionner dans des conditions extrêmes. Chaque soliste fait preuve d’un admirable talent, même si c’est bien l’orchestre qui récolte les bravos.

Scénario identique côté vents, où les ingénieurs composent avec les gabarits imposés par le règlement. L’enjeu est de guider précisément les flux aérodynamiques de la lèvre avant au diffuseur arrière, en passant par les prises d’air ou encore les rétroviseurs extérieurs. Rien ne sert d’afficher une vitesse de pointe exceptionnelle en ligne droite si les freins en surchauffe lâchent au bout de quelques heures de course. Les ingénieurs Porsche repoussent chaque jour les limites du techniquement faisable. Cela se ressent dans la moindre pièce de la 919 Hybrid : chacune est peaufinée à l’extrême, toutes fonctionnent de concert. Le Team LMP1 de Porsche, installé à Weissach, compte 260 spécialistes, chacun expert dans son domaine. En témoignent les récents résultats de Porsche en compétition. Plus important encore : l’équipe teste sur la piste les technologies dont bénéficieront plus tard les modèles de série de la marque.

Un clavier high-tech pour un pilotage de précision : la 919 Hybrid bénéficie d’un dispositif de commande central composé de 24 boutons et six palettes.

Les pilotes de LMP1 ont entre leurs mains un véritable clavier d’ordinateur : 24 touches et boutons sur la couronne, associés à six palettes de part et d’autre (embrayage et passage des rapports). Un écran affiche les données de conduite. Parmi les boutons les plus utilisés, le booster, qui permet de mobiliser l’énergie électrique stockée, et l’appel de phares, avec lequel les prototypes avertissent les GT, plus lentes, d’un dépassement imminent. Boutons et régulateurs dialoguent lorsqu’il s’agit d’assurer des réglages plus complexes, par exemple de gérer la motorisation hybride ou encore de répartir la motricité entre les essieux. Se commandent également au volant : la répartition du freinage, la liaison radio, le bouton de validation, la bouteille d’eau, le mode Croisière ainsi que lesrégulateurs de vitesse gérant l’accès au stand et les phases de neutralisation en course. De nuit, des couleurs fluorescentes éclairées de lumière noire aident au repérage.

Un véritable poids plume de trois kilos. Côté sécurité : le pilote doit pouvoir s’extraire de la voiture en sept secondes. Comprend une structure d’appui pour la tête.

Les dimensions minimales de la porte poids plume (3 kg) sont réglementées : le pilote doit en effet pouvoir s’extraire en sept secondes. Un système de déverrouillage rapide obligatoire permet de libérer la porte de ses charnières en cas d’urgence. Elle est en outre dotée d’une structure d’appui pour la tête, en polymère à mémoire de forme (matière plastique reprenant sa forme initiale après déformation) habillé de matériau composite renforcé de fibres d’aramide (qui lui confère une résistance spécifique). L’encadrement de la porte doit pour sa part faire la preuve de sa résistance, par exemple à un choc du casque du pilote. Il est soumis à un test de résistance de 700 kg de charge transversale. Le matériau composite renforcé de fibres de carbone haut module dont il est constitué permet enfin à la porte de résister aux 60 kg de force d’arrachement extérieure qui s’exercent en course, sur les côtés de la voiture, au niveau du cockpit. La vitre en polycarbonate a une épaisseur minimale de 2 mm.

Fuite interdite sous peine d’incendie. L’air fait place à l’essence avec une fluidité essentielle : la durée de l’arrêt au stand en dépend.

Un arrêt au stand doit être bref et sans risque. La conception du système de ravitaillement et de la conduite de remplissage de carburant est réglementée. La voiture est extrêmement chaude. Aucune goutte de carburant ne doit s’échapper, ni pendant le remplissage ni au moment du retrait de la conduite, sous peine de s’enflammer par simple contact. L’étanchéité totale est assurée par un mécanisme mobile complexe, manœuvré par un mécanicien à l’aide de deux leviers. Pour renforcer la sécurité, un capteur empêche le moteur de redémarrer avant que la conduite n’ait été retirée. Le ravitaillement d’une 919 Hybrid se fait uniquement par gravité, sans pression supplémentaire. Il est donc essentiel que le liquide s’écoule sans résistance, d’où la forme spécifique du réservoir. L’essence et l’air circulent simultanément dans la conduite de remplissage, l’essence se déversant dans le réservoir pendant que l’air s’échappe vers l’extérieur. Tout doit aller très vite.

Fabrication spéciale : minuscule et ultralégère. À son actif, plus de 5 millions d’étincelles au Mans. Le V4 grimpe à 9 000 tr/min.

Le quatre cylindres essence turbo de deux litres à injection centrale directe de la 919 Hybrid est particulièrement compact. Moteur thermique Porsche le plus efficient à ce jour, il doit être capable de résister à des sollicitations extrêmes. Son régime maximal s’élève à 9 000 tr/minute. Chaque pièce, si petite soit-elle, a été optimisée en termes de performance, de résistance et de poids. Ceci vaut également pour les bougies, qui doivent être capables de résister à des pressions habituellement réservées aux moteurs Diesel. Les chiffres en donnent une preuve éclatante : pendant les 24 Heures du Mans, épreuve reine de la saison 2016, les bougies de la 919 Hybrid victorieuse ont enflammé le mélange air-essence plus de cinq millions de fois. De fabrication spéciale, elles sont beaucoup plus petites et plus légères que leurs homologues des véhicules de série.

Les gaz de la ligne d’échappement génèrent de l’électricité stockée dans la batterie lithium-ion. À géométrie variable, elle tourne à plus de 120 000 tr/min.

La Porsche 919 Hybrid est le seul prototype du Championnat du Monde d’Endurance de la FIA qui récupère de l’énergie non seulement au freinage, mais également à l’accélération. Dans ce dernier cas, une petite turbine placée dans la ligne d’échappement entraîne un générateur à plus de 120 000 tours minute. À l’instar de l’énergie récupérée au freinage sur le train avant, le courant produit par la turbine est stocké dans une batterie lithium-ion. Le pilote dispose alors d’un supplément d’énergie qu’il peut appeler d’une simple pression sur un bouton lorsqu’il en a besoin. La turbine à géométrie variable (VTG) s’adapte aux variations des conditions rencontrées, plus précisément à la pression des gaz d’échappement. Cela lui permet de fonctionner même lorsque le moteur est à bas régime et que les gaz d’échappement sont par conséquent à faible pression.

Profilage aérodynamique optimisé. Surface du miroir : 100 cm². Poids : 500 gr. Fonction jour et nuit. Montage anti-vibrations.

Si l’on écoutait les ingénieurs en aérodynamique, il n’y aurait pas de rétroviseurs extérieurs sur les voitures, pour ne pas perturber l’écoulement de l’air. Un pilote ne peut pourtant pas s’en passer. Pour des questions de sécurité, le règlement impose certains critères de conception : le miroir doit mesurer au minimum 100 cm² et le pilote, en position de conduite normale, doit voir l’ensemble des voitures qui le suivent à plus de 10 m, un critère que les commissaires de course contrôlent avec des tableaux d’acuité visuelle. Les réglages jour et nuit (grâce à un film anti-éblouissement) sont tout aussi obligatoires. Le miroir proprement dit est constitué d’une mince plaque de verre collée sur un support en carbone. Le boîtier profilé améliore les caractéristiques aérodynamiques tout en réduisant les vibrations. Le rétroviseur proprement dit et son mécanisme de réglage sont logés dans un boîtier en matériau composite renforcé de fibres de carbone. Le tout pèse tout juste 500 gr.

L’avenir. Une technologie unique en quelques centaines d’exemplaires pour former la batterie lithium-ion. Haute tension : 800 volts.

Dès le début du projet 919 Hybrid, Porsche avait misé sur un dispositif haute tension (800 volts). Trouver les équipements adaptés n’a pas été chose facile. Le choix de la batterie s’est porté sur une cellule de batterie lithium-ion à refroidissement liquide, une technologie Porsche exclusive. Une batterie de voiture de course est constituée de centaines de ces cellules. Leur densité de puissance permet de charger et de délivrer l’énergie très rapidement, et leur excellente densité énergétique offre une capacité de stockage élevée. Les cellules des batteries font continuellement appel à des matériaux nouveaux pour optimiser la densité de puissance et d’énergie. Porsche anticipe ainsi sur le développement des applications électriques et hybrides dont seront dotées les futures voitures de série de la marque.

Cerveau poids plume hautes performances pour coordination complexe. Pilote la motorisation hybride et les organes stratégiques de la voiture.

Un calculateur moteur et un calculateur châssis (voir photo) coordonnent les différentes composantes de la motorisation : moteur thermique, récupération d’énergie des gaz d’échappement à l’arrière, moteur-générateur électrique à l’avant. De ce dialogue savamment orchestré résulte une gestion intelligente de la transmission intégrale, une efficience maximale qui permet les meilleurs temps au tour. À l’aide de profils de circuits en 3D, il est possible de simuler et d’optimiser toutes les configurations de conduite imaginables avant la course. Sur la base de ces informations, les calculateurs veillent au fonctionnement millimétré des différents organes de la chaîne de transmission. Les ingénieurs sont également chargés d’alléger à l’extrême ces calculateurs hautes performances.

Texte Heike Hientzsch
Photos Rafael Krötz