lundi 5 mai 2014

Les voitures de course de demain

Un rapport de Futurizon pour Dunlop - Mai 2014
Auteur : Ian Pearson BSc DSc(hc) FWAAS CITP FBCS FWIF FRSA

Les voitures de course de demain

La technologie du futur va rendre les courses automobiles encore plus passionnantes. En matière de technologie 50 ans représente une période très longue et 125 ans presqu'une éternité. Mais il est possible d’imaginer les changements qui se profilent...

Nouveaux matériaux et métamorphose des voitures


Les nouveaux matériaux seront très présents en compétition automobile dans 50 ans. Des peintures émettant de la lumière seront un écran électronique pour des publicités ou changeront de couleur pendant la course. Des matériaux ultra-résistants pour le châssis, utilisant des nanotubes en carbone, des feuilles de graphène, de la mousse de graphène ou encore d'autres matériaux qui n'ont pas encore été inventés, permettront de construire des véhicules ultra-résistants, rigides et légers avec une meilleure tenue de route et une adhérence accrue en courbe. Certains changeront de forme grâce à un contrôle électronique, permettant à l'aérodynamique de varier sur commande. Les gels de polymère, par exemple, peuvent déjà se contracter, exactement comme les muscles. Des alliages à mémoire de forme pourront changer de forme puis reprendre leur morphologie initiale.

Les avancées techniques permettront aux composants à l'intérieur des pièces de se contracter, et les ingénieurs seront capables d'utiliser ces outils pour concevoir d’importants changements de forme des pièces de carrosserie ou même des combinaisons des pilotes. Cela permettrait à la surface portante d'ajuster son profil ou aux jupes aérodynamiques de s'élargir en courbe ou de modifier l'effet de garde au sol et de s'élever dans les lignes droites.

Propulsion à jets de plasma – de la science fiction à la réalité


50 ans est une période suffisamment longue pour voir d’importants changements dans la propulsion, comme dans le freinage. Les moteurs à énergie fossile auront peut-être été remplacés par un entraînement électrique. Des moteurs électriques très performants pourraient être alimentés par des batteries de super condensateurs, qui se chargeraient lorsque les véhicules passent sur des tapis incrustés dans la surface de la piste, comme un Scalextric grandeur nature. Le freinage pourra récupérer et recycler une grande partie de l'énergie, comme aujourd'hui, mais l'entraînement totalement électrique nécessitera des règles et des systèmes différents. L'énergie pourra même être récupérée d’une voiture de l'équipe et être utilisée pour faire accélérer une autre, augmentant d’autant l'importance d'une stratégie de course collective.

Si l'on se projette dans 125 ans, le potentiel de modifications est énorme. Les pistes pourraient être très différentes de celles d'aujourd'hui. Des segments comprenant des cascades, comme des boucles et des sauts, pourraient ajouter du spectacle et certaines parties de la course pourraient être aériennes. Les voitures pourraient, d'ici là, ne plus avoir de roues, lévitant par voie magnétique ou sur des jets d'air, à la manière d'avions volant à basse altitude comme les vaisseaux de Star Wars. Elles seront guidées le long de pistes électroniques, déterminées par une équipe à distance, la propulsion et le freinage reposant sur des moteurs à induction ou simplement des jets d'air dirigés. Cependant, les courses actuelles sont très plaisantes et le bruyant moteur à combustion interne fait partie du plaisir, tout comme une voiture ‘classique’ dotée de roues et de pilotes humains. Ces ingrédients pourraient donc bien survivre sous forme de sport de niche, avec une évolution limitée, tout comme la haute voltige en biplace qui est très appréciée des spectateurs aujourd'hui.

La plupart des technologies utilisées en course dans 125 ans risquent de ne pas être inventées au cours des années à venir. Elles devraient cependant concerner des nano-matériaux, à forte résistance, qui peuvent se métamorphoser instantanément, accumuler de grandes quantités d'énergie et la libérer immédiatement dans les moteurs. Grâce à une super-conductivité à température ambiante, des propulseurs à plasma et moteurs électriques très puissants pourraient être construits, ainsi que bien d'autres systèmes, pas encore imaginés aujourd’hui. Les propulseurs à plasma pourraient se révéler très amusants et offrir de nombreux systèmes potentiels de propulsion. Des tubes à électrons ou d'autres accélérateurs compacts pourraient bombarder un gaz d'électrons pour le transformer en plasma et des bobines supraconductrices pourraient créer des champs électromagnétiques immenses pour le propulser. Les jeux sur ordinateur ont déjà un nom pour les désigner – ce sont des canons ou fusils à plasma. Selon les lois de Newton, lorsque le canon dégage une impulsion à grande vitesse depuis son extrémité arrière, la voiture reçoit un élan vers l'avant de même puissance.

Bien sûr, il ne s'agit pas d'ingénierie banale. Il convient donc de faire très attention à la puissance et la direction des jets, mais cela n'est désormais plus de la science-fiction. Les militaires ont déjà construit des prototypes de pistolets à rail de plasma qui fonctionnent bien, et 100 années de développement devraient pouvoir facilement adapter cette technologie aux voitures de course. Avec de telles techniques pour faire avancer la propulsion, les pilotes porteront des super combinaisons, capables de résister à de plus grandes forces et d’améliorer la protection en cas d'accidents. Les combinaisons pourront même, grâce à la reconnaissance de la pensée, modifier leurs propriétés visuelles et mécaniques, en étant plus ajustées au corps du pilote en virage très serré, et devenant plus lâches en ligne droite. Elles pourront afficher des vidéos pour les sponsors au moment de la remise des prix sur le podium.

Les pneus du futur – Adaptables et Intelligents


Des matériaux à commande électronique pourraient être intégrés dans les pneus, permettant de réaliser des compromis variables entre l'usure et l'adhérence. Des gels de polymère liés pourraient affiner et allonger un composant court et large. Des millions de tels composants utilisés en impression 3D lors de la fabrication des pneus, permettraient à mesure que le pneu s'use de dévoiler de nouvelles couches de micro-crampons, pouvant être rétractées ou faire saillie sur demande. Des fibres résistantes pourraient alors se dresser pour accroître l'adhérence à la route et se replier pour réduire la traînée sur le dessus du pneu ou évacuer l'eau. Il faut l'imaginer comme une Tour Eiffel miniature, si on comprime la base, la hauteur augmente en toute logique. À une échelle comprise entre microns et millimètres, des micro-structures comme celle-ci pourraient offrir un potentiel énorme pour modifier l’adhérence, contrôlée précisément à grande vitesse.

Le graphène sera particulièrement utile, car il laisse passer l'eau mais est extrêmement résistant. Des paillettes de graphène incorporées dans les pneus offriraient une excellente adhérence sur sol mouillé. Des charges de renforcement à base de mousse de graphène permettraient à une plus grande surface du pneu de rester en contact avec la route, tout en évacuant l’eau. De tels matériaux seraient difficiles et coûteux à produire aujourd'hui mais, la course automobile est un sport très onéreux. L'impression en 3D permettrait aux pneus d'être fabriqués en couches et d’intégrer des charges de renforcement très complexes et, enfin, le coût de ces techniques va diminuer.

Toutefois, ces charges de renforcement peuvent être multiples, c'est donc une plateforme concurrentielle entre manufacturiers totalement inédite. De la même façon, le graphène est une magnifique plateforme électronique qui permettra d'ajouter davantage de technologie de contrôle et de capteur dans l'ensemble du véhicule. Cette plateforme ajoutera elle aussi une nouvelle dimension concurrentielle. Une charge de renforcement en mousse de graphène pourrait être ultra-résistante tout en étant aussi légère que l'hélium et, en principe, pourrait être imprimée en 3D. Les 'principes' ayant une forte propension à devenir réalité en 50 ans, l'inertie gyroscopique des pneus pourrait diminuer, l'accélération augmenter et le freinage s'améliorer. Le graphène seul présente un potentiel immense dans la conception des pneus de demain, même si d'autres nouveaux matériaux étonnants seront sans doute découverts ou inventés dans le futur.

Des matériaux à commande électronique pourraient également être intégrés dans des zones clés de la surface de la piste, afin de modifier l'adhérence pendant la course ou sur différentes parties de la piste. Le changement des conditions météo sollicite davantage le talent des pilotes.

Peau active et réalité augmentée – Une expérience accrue pour le spectateur


Dans les dix prochaines années, la réalité augmentée sera partie intégrante de notre vie quotidienne. Des viseurs vidéo (comme les Google Glass aujourd’hui et plusieurs autres en cours de développement) pourront superposer une image générée par ordinateur sur le champ de vision. Cela signifie qu'une personne pourra voir le nom d'un sponsor sur la surface portante, tandis que la personne à côté en verra un autre.

Si le spectateur est un peu plus joueur, il pourra utiliser des applications convertissant tous les véhicules et pilotes, pour les faire ressembler à des personnages de Mario Kart. La réalité augmentée pourrait amener les voitures de course à avoir un aspect différent pour chaque spectateur, mais également leur faire prendre part à la course, se rapprochant des jeux en ligne sur ordinateur. Les spectateurs pourraient alors piloter virtuellement à côté des pilotes ou d'autres spectateurs, rendant l'expérience plus intense et passionnante. Certaines voitures pourraient être pilotées partiellement par des équipes de joueurs et des spectateurs, avec un pilote automatique à intelligence artificielle avec système de sécurité pour protéger les autres pilotes. Tout comme les joueurs se battent contre des voitures pilotées par ordinateur lorsqu'ils jouent sur leur console de jeux, des versions haute technologie de ces jeux de pilotage pourraient proposer de conduire de vraies voitures sur circuit.

L'intelligence artificielle devra éviter le risque d’accident grave, mais les joueurs pourraient prendre au moins une partie des décisions, comme la trajectoire précise d'entrée en courbe, le freinage ou le changement de vitesse, de sorte qu'ils pourraient vite perdre du terrain s'ils ne sont pas assez doués. Les interactions pourraient être limitées pour des raisons de sécurité, ainsi le plus gros ennui technique pour les joueurs et les pilotes pourrait être un dérapage de la voiture contrôlée par ordinateur qui la ferait sortir de la piste. L'intégration d'intelligence artificielle dans les voitures pourrait être limitée, pour garantir que les humains se battent contre d'autres humains, mais certaines courses pourraient permettre une compétition acharnée entre intelligences artificielles, et servir de vitrine aux fabricants. Certaines courses pourraient n'avoir que des pilotes d'intelligence artificielle, les formes et les dimensions des véhicules pourraient changer. Une toute nouvelle catégorie de course serait alors créée.

D'autres variations concernant le pilote sont envisageables, comme le fait d'autoriser un pilote à contrôler plusieurs voitures ou de laisser le personnel des stands agir plus en temps réel pendant la course ou encore de permettre aux véhicules de la même écurie de collaborer plus étroitement. Une course deviendrait alors véritablement un sport d'équipe, moins focalisé sur les pilotes vedettes.

Les caméras qui permettent actuellement aux spectateurs de partager le champ de vision du pilote vont évoluer pour offrir une expérience étendue à tous les sens. La peau active sera développée dans les années à venir. Des éléments électroniques seront imprimés sur la surface de la peau pour en faire des écrans destinés à la surveillance médicale ou d'autres applications. Ces éléments pourront également être reliés aux nerfs et permettre l'enregistrement et la retransmission de signaux sensoriels. Les spectateurs pourront alors partager les sensations physiques du pilote. Les sensations du pilote pourraient également être transmises aux stands, pour modifier et améliorer les réglages de la voiture, ou lorsque les matériaux et les performances du moteur commenceront à être limités par les hommes, pour sortir le pilote de sa zone de confort. Les courses du futur pourront bien pousser les pilotes jusque dans leurs derniers retranchements.

Recueil et récupération d'énergie


On peut se demander pourquoi l'énergie d'une voiture de course ne peut pas être récupérée et utilisée, par exemple, pour alimenter une école voisine. La récupération et la réutilisation de l’énergie est déjà une réalité pour les voitures de course. Le concept est appelé freinage par récupération ou SREC (système de récupération d'énergie cinétique). L'énergie du freinage peut être stockée dans des volants d’inertie ou, à l'avenir, sous forme d'électricité dans des batteries de condensateurs. Elle peut alors être utilisée dans un moteur hybride pour accélérer la voiture plus rapidement et consommer moins de carburant pour atteindre de nouveau sa vitesse maximale. L'idée de récupérer l'énergie est excellente et est déjà mise en œuvre. Mais pourra-t-elle un jour être utilisée pour alimenter une école voisine ?

Observons quelques chiffres pour mieux répondre à cette question. Si le système était absolument parfait, la voiture pourrait atteindre pratiquement sa vitesse précédente en utilisant toute l'énergie récupérée. Mais il n'est pas possible de créer de l'énergie en plus - la physique ne le permet pas. Seule l'énergie qui a été produite par la voiture peut être récupérée. L'énergie pourrait être recyclée régulièrement pendant une course et, après le dernier tour, la voiture passant d’une haute vitesse à l'arrêt, l'énergie qu'elle sauvegarderait au cours de cette ultime décélération pourrait être chargée sur le réseau.

En imaginant que les voitures du futur puissent facilement atteindre des vitesses supérieures à celles d'aujourd'hui, environ 360 km/h, c'est-à-dire 100 m/s maximum, poids d'une voiture de F1 = 640 kg Énergie à vitesse max = 6,4 MJ = 1,75 kWH. Cela équivaut à environ 0,24€ au prix de vente au détail de l'électricité aujourd'hui. Collecter ces 24 centimes nécessiterait des investissements considérables en équipement et en heures de travail.

Pour ce qui est d'alimenter un bâtiment public, comme une école, un collège anglais moyen utilise environ 1 500 000 kWh par an en énergie. Même en ramenant cela à une moyenne de plus de 10 heures par jour pendant 300 jours, cela équivaut à 500 kWH par heure. Le maximum d'énergie qu'il est possible de récupérer d'un SREC efficace à 100 % ne pourrait alimenter une école que pendant environ 12 secondes. Certains lecteurs seront certainement surpris de savoir que l'énergie dans une F1 à vitesse maximale correspond à environ 1250 calories, soit les besoins énergétiques quotidiens d'une petite fille de 7 ans et l'équivalent de 6 barres chocolatées.

Développement durable et recyclage des émissions


Comment la course automobile pourrait-elle aider la communauté ? L'une des options envisageable est la purification de l'air. Les voitures de course produisent beaucoup d'émissions. L'utilisation de grands ventilateurs intégrés dans les ponts ou sur les côtés de la piste pour aspirer les émissions d’un circuit puis purifier l'air aiderait à conserver une bonne qualité de l'air localement. De l'air propre pourrait également être fourni aux stades, qui pourraient également disposer de panneaux solaires sur leur toit. Même le CO2 produit par les voitures pendant la course pourrait être éliminé. Mais cela peut ne pas se limiter aux compétitions automobiles, toute source de CO2 fera l’affaire. Si l'équipement de nettoyage est subventionné et installé, l'élimination et la séquestration du CO2 pourraient être mises en place toute l'année, le circuit apporterait ainsi une véritable contribution aux objectifs d'émission de CO2 du pays. Une partie du carbone serait récupérée et pourrait même être utilisée dans la construction de pièces et de pneus pour de futures courses. L'énergie solaire du toit du stade pourrait bien sûr servir à l'école voisine.

Humains vs. Androïdes – Les stars de la piste demain


Les capacités physiques et le temps de réaction des humains ne sont pas sans limites. Nous pourrions donc assister à des courses d'androïdes. Dotés d’émotions, les androïdes auront la volonté de gagner, associée à une force et des temps de réaction supérieurs, pouvant ainsi exécuter des manœuvres plus rapides et rendre les courses automobiles encore plus captivantes pour les spectateurs. Imaginez que les voitures puissent accélérer et freiner cinq fois plus vite que les Formule 1 actuelles, avec des pneus ultra-adhérents qui leur permettent toutefois de négocier les courbes. L'action de course serait bien plus rapide. En fait, les humains pourraient ne même plus être capables de suivre. Cependant, comme une grande partie du public serait constituée d'intelligence artificielle et d'androïdes, certain disposant de revenus très élevés, il pourrait exister une vraie clientèle pour ces courses. La majorité des spectateurs pourraient en fait être partiellement synthétiques. Certaines personnes pourraient avoir plus de 125 ans mais posséder un nouveau corps ou alors vivre de manière totalement électronique. Les esprits humains reliés à des corps androïdes jetables feraient des pilotes bien plus intrépides. Associer des intelligences permettrait une « conduite tribale » d'un seul véhicule, des groupes sociaux pouvant ainsi se mesurer les uns aux autres.
À propos de l'auteur

Ian Pearson est un futurologue à plein temps. Il repère et prédit les futurs développements dans de nombreux domaines technologiques, commerciaux, sociétaux, politiques et environnementaux. Il est diplômé en mathématiques et physique et titulaire d'un doctorat en science. Il a travaillé dans de nombreux secteurs d'ingénierie, de l'aéronautique à la cybernétique, en passant par le transport durable et les cosmétiques électroniques. Ses inventions incluent la messagerie par texte et la lentille de contact active. Entre 1991 et 2007, il a occupé le poste de futurologue à plein temps pour BT. Il travaille à présent pour Futurizon, un petit Institut des futurs. Il écrit, donne des cours et des conseils dans le monde entier sur tous les aspects technologiques du futur. Il est l'auteur de plusieurs livres en plusieurs langues, notamment « You Tomorrow », ainsi que d'un livre de science-fiction « Space Anchor » et est intervenu plus de 500 fois à la télévision et à la radio. Il est membre de l'ordre de la Société Informatique Britannique, membre de l'académie mondiale de l'art et de la science, de la fondation mondiale pour l'innovation, ainsi que de la Société royale des arts et de la Fondation Mondiale pour l'innovation, titulaire d'un doctorat en science et d'un Prix de l'excellence de l'armée américaine.


CLAUSE DE NON RESPONSABILITÉ

Les opinions et idées exprimées dans ce rapport sont celles de l'auteur et ne représentent pas nécessairement les opinions de Goodyear Dunlop Tires Operations SA.

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