1800 : la flamme d’une bougie se couche vers un filet d’air – Thomas Young donne l’explication complète

Dans un mémoire présenté à la Royal Society, Thomas Young rapporte qu’une flamme placée près d’un mince courant d’air se couche vers lui. Il en donne la cause en termes que la mécanique des fluides retiendra : le jet emporte l’air voisin par frottement, et l’air ambiant se précipite pour occuper la place laissée libre. Il décrit dans le même texte l’inflexion d’un courant vers un corps convexe approché de son flanc, et l’observe sur la surface d’une nappe d’eau. Le mémoire porte sur le son et la lumière, et l’observation y passe presque inaperçue. Octave Chanute la rapporte encore en 1894 comme un phénomène mal compris.

Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 90, 1800 ; T. López-Arias, arXiv 1103.6097

1910 : les gaz du turbo-propulseur longent le fuselage – l’observation qui donnera son nom à l’effet

Au salon de l’aéronautique de Paris, en octobre 1910, Henri Coandă présente un appareil dont le moteur à pistons Clerget de 50 chevaux entraîne, à la place de l’hélice, un ventilateur enfermé dans un conduit. Il baptise l’ensemble turbo-propulseur. Aux essais d’Issy-les-Moulineaux, il voit les gaz chauds longer le fuselage au lieu de s’en écarter. Dans la presse aéronautique de 1955 et de 1956, il soutiendra avoir décollé en décembre 1910 et avoir brûlé du carburant dans ce flux d’air, ce qui ferait de sa machine le premier avion à réaction. Charles Harvard Gibbs-Smith conteste cette version en 1960, et les dessins produits en 1965 pour l’étayer se révèlent retouchés. Personne n’a contesté l’attachement des gaz à la paroi. Vingt-deux ans passeront avant que Coandă n’en tire un brevet.

Wikipedia EN, Coandă-1910 ; fr.wikipedia, Henri Coandă

1932 à 1938 : deux brevets puis un baptême – le phénomène devient un procédé nommé

Coandă dépose le 23 novembre 1932 le brevet français 762688, « Procédé de propulsion dans un fluide », publié le 16 avril 1934. Un second dépôt français du 8 octobre 1934 sert de priorité au brevet américain 2 052 869, délivré le 1er septembre 1936, qui décrit un volet courbe placé d’un côté de l’orifice pour dévier la veine. Le texte pose le mécanisme en une phrase : le jet emporte avec lui une partie du fluide qui l’entoure. L’expression elle-même vient d’Albert Metral, qui l’imprime dès 1938 dans une publication du Cabinet technique du ministère de l’Air, puis la fixe en 1948 avec F. Zerner. Une autre version circule, selon laquelle Theodore von Kármán aurait accepté le nom au sortir de l’accident de 1910, mais elle repose sur un souvenir rapporté en 1966, sans trace écrite d’époque.

Brevets FR 762688 A et US 2 052 869 ; A. Metral, 1938 et 1948

1983 : la Renault RE40 conduit ses gaz vers le diffuseur – le panache devient un organe aérodynamique

L’interdiction des jupes et l’obligation du fond plat coûtent à la Formule 1, pour 1983, une large part de sa charge aérodynamique. Jean-Claude Migeot, aérodynamicien de Renault âgé de 29 ans l’année précédente, dessine un circuit d’échappement débouchant dans le diffuseur. Le montage prélève à la fois les gaz du moteur et ceux de la soupape de décharge du turbocompresseur, et une plaque de titane protège le diffuseur de la chaleur. Le dispositif apparaît sur la RE40 au Grand Prix de Monaco, le 15 mai 1983, un mois après la première victoire de la voiture à Paul Ricard. Brabham dépose une réclamation au motif d’un dispositif aérodynamique mobile, et Renault obtient gain de cause. Migeot signale aussitôt le défaut du procédé : la charge suit la position du papillon, au point de rendre la voiture plus lente sur les circuits à courbes longues. Une antériorité est discutée pour la McLaren MP4-B de 1982, sur la foi d’un dessin de Giorgio Piola. Le gaz est alors conduit droit là où il doit agir, sans que l’effet Coandă entre en jeu.

Autosport, Edd Straw, « Technical Focus: Blown Diffusers », 10 mars 2011 ; mccabism, juin 2012

1991 : le MD 520N vole sans rotor de queue – l’effet employé comme organe de commande

Hughes Helicopters engage à la fin de 1975 des travaux sur un hélicoptère sans rotor anticouple. Le principe retenu place un ventilateur dans la poutre de queue, qui envoie un grand débit d’air à basse pression par deux fentes longitudinales. La nappe reste attachée à la poutre par effet Coandă, dévie le souffle du rotor principal et engendre la poussée qui compense le couple. Un OH-6A ainsi équipé vole en décembre 1981, le MD 530N le 29 décembre 1989, le MD 520N le 1er mai 1990. La certification de type de ce dernier, le 13 septembre 1991, en fait le premier hélicoptère monorotor homologué sans rotor de queue. Le dispositif travaille sur un grand débit à faible pression, ce qui explique le diamètre inhabituel de la poutre, et il vaut à l’appareil le niveau de bruit extérieur le plus bas de sa catégorie. La Formule 1, à la même date, ignore encore le terme.

AOPA Pilot, mars 1992 ; Wikipedia EN, NOTAR

1998 à 2002 : les échappements périscopiques éloignent le gaz du diffuseur – la Ferrari F300 ouvre la voie

Le V10 à 90° que Ferrari développe pour 1998 réclame des tuyaux courts, incompatibles avec les longues lignes secondaires qui amenaient le gaz près du diffuseur. La F300 est lancée avec des sorties latérales devant les roues arrière, solution que Willem Toet, responsable de l’aérodynamique, tient pour la meilleure du point de vue aérodynamique. La suspension arrière, encore en acier, se déforme sous la température et dégrade la tenue de route. Ferrari passe alors par un diffuseur soufflé simple, puis adopte la sortie par le haut du flanc de coque, que Toet appelle snorkel. En 2001, presque tout le plateau a suivi. Restent Minardi, dont Gabriele Tredozi relève la sortie au-dessus du bord du diffuseur pour limiter la chaleur rejetée et la sensibilité au papillon, et McLaren, dont la MP4-16 conduit encore ses tuyaux bas dans le fond du diffuseur. Adrian Newey y vient en 2002, contraint par les exigences du motoriste Ilmor.

Craig Scarborough, « History: Periscope Exhausts », ScarbsF1, 17 juin 2011, entretiens Willem Toet et Adrian Newey

2010 : la Red Bull RB6 ramène le gaz sur le plancher – le diffuseur soufflé revient et gagne deux titres

Adrian Newey rouvre la voie qu’il avait dû fermer huit ans plus tôt. La RB6 descend ses sorties vers le plancher et perce le pont supérieur du diffuseur d’une ouverture, pour que le gaz traverse la pièce et en accélère l’écoulement. Le jet roule aussi autour des dérives latérales et scelle le diffuseur contre l’air qui cherche à y entrer par le côté. Red Bull dissimule le dispositif pendant les essais d’hiver en collant, à l’ancienne position, un autocollant figurant une sortie. La voiture donne à l’équipe ses premiers titres pilotes et constructeurs. Toutes les équipes suivent dans l’année, et la course au soufflage occupe le développement de deux saisons.

Craig Scarborough, ScarbsF1, 2 mars 2010 ; Autosport, « Banned: When exhaust-blown diffusers reigned supreme »

10 juillet 2011 : le soufflage hors accélérateur interdit à Silverstone – l’interdiction tombe le dimanche même

Les équipes cartographient leurs moteurs pour continuer de brûler du carburant quand le pilote lève le pied, afin que la charge aérodynamique reste disponible à l’entrée du virage. La distinction se fait alors entre le soufflage à froid, où le moteur ne fait que pomper de l’air vers l’échappement, et le soufflage à chaud, où du carburant est injecté au freinage. Le second coûte en consommation et en durée de vie du moteur, ce qui le réserve à quelques virages par tour. La FIA interdit le procédé au Grand Prix de Grande-Bretagne, le 10 juillet 2011. Les équipes trouvent un accord le jour de la course, et la fédération rétablit la situation antérieure : le soufflage hors accélérateur reste licite jusqu’à la fin de la saison, sans changement de cartographie entre les qualifications et la course. La décision de fond est prise en amont, en juin, quand le Groupe de travail technique retient pour 2012 l’échappement de type périscope.

Autosport ; RaceFans, 11 juillet 2011 ; Craig Scarborough, ScarbsF1, 17 juin 2011

Février 2012 : l’échappement Coandă naît d’un article du règlement – la McLaren MP4-27 donne le ton

L’article 5.8.3 impose une sortie relevée, placée loin en avant du diffuseur, et l’article suivant interdit toute carrosserie dans le cône que trace le jet jusqu’à l’essieu arrière. La MP4-27 se présente aux deux premiers essais de pré-saison avec un renflement de flanc creusé d’un canal, dessiné pour rabattre le panache vers le sol et sceller le bord du diffuseur contre le flux chassé par le pneu arrière. Ross Brawn prévient au même moment que l’échappement gardera un effet, très amoindri. Ferrari, Mercedes et Sauber montrent des sorties orientées de façon voisine, moins prononcées. Sauber engage la saison avec une rampe descendant jusqu’au plancher, où le panache se mêle à l’air destiné à la zone en col de bouteille et affaiblit les deux écoulements. Red Bull place sous la sortie un tunnel transversal, qui laisse l’air latéral passer par-dessous et remonter vers l’intérieur. Ferrari adapte la sienne en cours de saison, sur une voiture qui n’avait pas été dessinée pour cela.

John Beamer, RaceFans, 28 février 2012 ; FIA, règlement technique F1 2012, art. 5.8.3 et 5.8.4

Juillet 2012 à 2014 : le procédé gagne toute la grille – puis la sortie unique le rend inopérant

McLaren fait évoluer sa solution au Grand Prix d’Allemagne, le 22 juillet 2012, en ouvrant des ouïes derrière la sortie. Les équipes ajoutent des générateurs de tourbillons sur le dessus du flanc de coque, pour amincir la couche limite en amont du canal ; McLaren et Sauber emploient à la place une dérive. Mercedes essaie le dispositif à Magny-Cours et court avec à partir de Singapour, le 23 septembre. Lotus, dernière grande équipe sans, amène le sien en Corée, le 14 octobre. En 2013, tout le plateau roule avec une variante. Le règlement de 2014 impose ensuite une sortie unique par laquelle tous les gaz doivent passer, dont les 150 derniers millimètres sont cylindriques, orientés à 5° près de l’axe de la voiture et relevés de 0 à 5°, à 100 mm au plus de cet axe et juste derrière l’essieu arrière. Aucune carrosserie ne peut plus être placée dans son sillage sur 600 mm. Le panache est alors hors de portée du plancher, et le procédé s’éteint sans avoir été nommé par le texte qui le supprime.

Matthew Somerfield, SomersF1, 10 octobre 2012 ; Autosport ; FIA, règlement technique F1 2015, art. 5.8.2 à 5.8.5