Lorsque l'on examine la nacelle de ventilateur de la soufflerie aéroacoustique Audi, la première chose que l'on remarque, c'est l'écart entre chacune des pointes des 20 aubes du rotor de la soufflerie et le caisson en béton. Un manque de précision qui fournit de l'énergie ? Moni Islam, responsable du développement aérodynamique/aéroacoustique Audi, explique : « Avec une puissance d'entraînement maximale de la turbine de 2 720 kW, les aubes en aluminium revêtu s'allongent sous l'effet de la force centrifuge, de sorte que cet écart se referme presque entièrement. »

Tout le monde doit maintenant évacuer la soufflerie. C'est ici qu'est générée la force, qui produit une vitesse de vent pouvant atteindre 300 km/h sur le véhicule à mesurer. Les 20 pales de rotor du ventilateur de cinq mètres se mettent lentement en marche. Le mouvement d'air en rotation est tout d'abord stabilisé par les 27 aubes directrices du stator situé à l'arrière. Deux changements de direction se produisent ensuite dans la soufflerie, où des aubes directrices spéciales répartissent l'air de manière uniforme. Les grilles en aval des aubes broient à nouveau les importants vortex d'air qui se forment inévitablement. L'air est ensuite redressé via une calandre alvéolée, équilibré dans la grande chambre suivante, puis accéléré par un facteur de 5,5 à travers la buse avant d'atteindre de plein fouet l'Audi RS e-tron GT à la vitesse souhaitée.

L'Audi RS e-tron GT est placée sur une balance de précision qui mesure les forces aérodynamiques agissant sur le véhicule. Les roues du véhicule sont placées sur quatre mini-tapis roulants qui veillent à ce que les roues tournent. Un large tapis roulant placé sous la voiture simule le mouvement de la chaussée par rapport au véhicule. En outre, une partie de l'écoulement d'air, appelée couche limite, est aspirée par des plaques perforées réglables avec précision situées au sol devant le véhicule avant qu'il n'atteigne ce dernier. Les spécialistes en aérodynamique appellent cette construction « simulation au sol complète ». Elle garantit un écoulement réaliste autour du véhicule.

Kentaro Zens, ingénieur en développement responsable de l'aérodynamique et de l'aéroacoustique de l'Audi RS e-tron GT : « Sur la route, le véhicule se déplace dans l'air. Ici, dans la soufflerie, c'est exactement l'inverse : le véhicule est à l'arrêt et nous faisons circuler l'air le plus uniformément possible autour de lui. Cela demande beaucoup d'efforts. L'exactitude et la fiabilité des résultats de mesure dépendent uniquement de la précision avec laquelle l'écoulement d'air atteint le véhicule. »

Kentaro Zens assis à son poste de travail, à côté du pupitre de commande, où les opérateurs contrôlent la soufflerie. Il peut voir sur les écrans toutes les données pertinentes : quel est le coefficient de traînée C_x ? Quelle est la portance de l'essieu avant ? Quelle est la portance de l'essieu arrière ? Quelle est la vitesse du vent et du tapis roulant ? À côté de lui se tient Thomas Redenbach, responsable du développement aérodynamique/aéroacoustique : « Lorsque la soufflerie a été mise en service, c'était la première soufflerie pour véhicules de tourisme au monde à combiner la simulation au sol des conditions réelles sur route pour l'aérodynamique avec une fonctionnalité aéroacoustique aussi silencieuse. »

Aujourd'hui, la soufflerie fonctionne six jours par semaine avec deux équipes qui se relèvent de 7 h à 22 h 30. Lorsque la loi a introduit l'homologation conformément à la procédure WLTP, la soufflerie a fonctionné à pleine charge. Moni Islam ajoute : « La complexité de cette soufflerie a nécessité l'engagement total et l'expertise technique du service qui exploite la soufflerie pour nous tous les jours depuis de nombreuses années. Nos collègues de l'exploitation de la soufflerie nous ont fourni 23 heures de temps de mesure par jour, car nous devons prouver au législateur les valeurs WLTP avec les mesures certifiées de la soufflerie. »

Néanmoins, les simulations informatiques jouent un rôle de plus en plus important dans le développement aérodynamique. La simulation CFD (Computational Fluid Dynamics, ou mécanique des fluides numérique) recrée l'écoulement de manière informatique et permet l'analyse et la visualisation des mouvements de flux. Mais alors, pourquoi maintenir le travail complexe et coûteux de la soufflerie ? Thomas Redenbach : « La soufflerie est notre outil quotidien qui nous permet également de confirmer les résultats de la simulation. Nous voulons développer encore davantage les simulations. Pour pouvoir les valider et les rendre représentatives, nous devons vérifier les calculs. »

Mais les simulations informatiques s'améliorent et deviennent de plus en plus importantes. Kentaro Zens : « Pour l'Audi RS e-tron GT, nous avons simulé plus de neuf millions d'heures de calcul, un nombre rarement aussi élevé. J'ai passé 150 heures dans le véhicule à l'intérieur de la soufflerie. C'est très peu. » À titre de comparaison, l'Audi R8 a nécessité 600 heures. Cela montre non seulement la qualité du design de l'Audi RS e-tron GT, mais aussi que le processus de développement a été considérablement raccourci, une voie qu'Audi s'efforce de suivre pour ses futurs modèles.

Moni Islam ajoute : « La soufflerie et la CFD sont deux outils complémentaires de l'aérodynamique. Très précise et rapide, la soufflerie nous permet donc de travailler de manière très efficace sur le processus de développement dynamique. La simulation, quant à elle, nous fournit une quantité incroyable d'informations, mais elle nécessite de gros efforts de préparation et d'analyse des résultats. Un seul de ces deux outils ne suffirait pas à assurer le développement aérodynamique moderne. »

Pour les véhicules électriques comme l'Audi RS e-tron GT, les deux techniques profitent à l'aérodynamisme (déjà en raison du soubassement fermé), mais les défis auxquels sont confrontés les 31 collaborateurs du service de développement aérodynamique de Moni Islam sont de plus en plus nombreux. « Chaque millième d'amélioration du coefficient de traînée c_x nous permet d'augmenter le potentiel d'autonomie », explique Moni Islam.

Les spécialistes en aérodynamique identifient les potentiels du véhicule à l'aide de résultats de simulation qui indiquent des sensibilités : si je modifie légèrement la géométrie à l'emplacement X de la forme, quelle en est l'influence sur l'écoulement ? Commence ensuite le travail que M. Islam décrit comme suit : « L'aérodynamique est aussi un travail de détective méticuleux, car nous ne pouvons pas voir l'air. Nous devons essayer d'isoler le problème à l'aide d'une approche analytique basée sur les valeurs données par la balance de la soufflerie. »

À cette fin, les ingénieurs travaillent également avec différentes pièces rapportées sur le procédé de prototypage rapide. Des conceptions de CAO sont tout d’abord créées pour définir la géométrie des composants, par exemple une entrée d'air au niveau de la jupe avant. Ensuite, les collaborateurs de la gestion des modèles convertissent les variantes souhaitées, qui peuvent être au nombre de trois, quatre ou cinq, en un composant de test à l'aide de cette technologie de pointe. Les différentes variantes des composants sont ensuite successivement testées sur le modèle du véhicule. Les mesures reflètent le coefficient de traînée c_x et la portance. Ces résultats sont comparés aux simulations CFD avec une configuration exactement identique afin d'établir des résultats de simulation reproductibles.

« Pour 80 % de l'aérodynamique d'un véhicule, il faut 20 % du temps. Mais pour les 20 % restants, qui consistent à identifier les améliorations de l'ordre du millième à apporter à de nombreux petits endroits, nous passons énormément de temps », explique Thomas Redenbach, qui décrit lui aussi le travail de détective réalisé dans la soufflerie. « Ce n'est qu'au prix de tous ces efforts et d'une attention particulière portée aux détails que nous pouvons produire des résultats optimaux. »

Du point de vue de l'écoulement d'air, quel a été le détail le plus difficile sur ce modèle Gran Turismo pour le responsable de l'aérodynamique de l'Audi RS e-tron GT que vous êtes ? Kentaro Zens réfléchit un moment. « La jupe avant avec ses quatre composants qui s'imbriquent. Comme l'air pénètre dans les entrées, le volet intérieur se ferme, mais cela pose un problème. L'air circule quelque part et ce n'est pas ce que nous recherchons. Il est essentiel de contrôler la répartition de l'air et de l'adapter avec précision. C'est un énorme travail d'équipe, qui demande les efforts conjoints et coordonnés de mes collègues des services de sécurité des véhicules, de construction, de production et d'assemblage. »

M. Zens souhaite notamment attirer l'attention sur la conception des dénommés Air Curtains en combinaison avec le passage de roue : « L'étroite coordination hebdomadaire avec les designers Audi nous a non seulement permis d'optimiser aérodynamiquement le passage de la partie avant à la partie latérale au niveau de l'Air Curtain, mais aussi de l'intégrer de manière cohérente à la conception globale. Le moindre élément de l'Audi RS e-tron GT a une fonction et un sens. Ce modèle a un caractère fonctionnel authentique qui me plaît énormément. »

Un autre exemple lui tient à cœur : le rebord intégré au bloc de feux arrière. « L'arrière en trois dimensions de l'Audi RS e-tron GT comporte justement de nombreux systèmes tourbillonnaires. Diriger l'écoulement précisément autour des surfaces fortement incurvées constitue un véritable défi. La simulation nous a permis de constater qu'il y avait un potentiel d'amélioration au niveau du bloc de feux arrière. »

Heureusement, César Muntada, responsable de la conception éclairage chez Audi, était présent lors de cette mesure en soufflerie. Il a rapidement modélisé sur le modèle en argile un léger pli extérieur avec un retour dans le bloc de feux arrière, qui est à présent monté sur les véhicules de série. Ce léger pli a permis aux designers et experts en aérodynamique d'interrompre de manière définie l'écoulement d'air à l'arrière, au lieu de le faire glisser vers l'intérieur avec des vortex (ce qui dégraderait considérablement le coefficient de traînée C_x). « Nous essayons de rendre le design aérodynamique », explique Kentaro Zens pour décrire cette collaboration. Et cela nécessite également un méticuleux travail de détective dans la soufflerie.