Enfant, Loïc Duval est attiré par la Formule 1. C'est son rêve et celui de son père, pilote amateur de motocross. Entre Chartres, sa ville natale, et la Normandie, où il passe huit ans à cause du divorce de ses parents, le sport mécanique est présent. Loïc sait faire de la moto avant de tenir en équilibre sur un vélo. À dix ans, il commence le karting[E 1].
À la fin des années 1990, sous le maillot de l'équipe de France, Duval joue le haut de la grille en kart. Il émerge parmi les meilleurs espoirs français en 1998 par une victoire en Coupe de France et une troisième place en championnat d'Europe à Valence. Deux ans plus tard, il confirme à l'échelle mondiale en grimpant sur le podium à Braga et signant une cinquième place à Suzuka. Ce coup de projecteur n'est pas suffisant pour attirer les sponsors alors que les frais de sa discipline s’accumulent, souvent payés par son père. À cause de cette passion dévorante, il est exclu de son collège privé de Notre-Dame à Chartres à cause de ses absences répétées. Préférant se focaliser sur sa passion, il passe outre le baccalauréat. À dix-huit ans, il décide de s'exiler une année à Bologne pour se rapprocher de sa structure de karting. Fin 2001, il pense à arrêter, ne trouvant pas l'argent pour passer en voiture. Il trouve alors un emploi dans une société de téléphonie[E 1].
Formules de promotion (2002-2005)
Début 2002, la FFSA lui délivre une bourse pour participer à la Formule Campus, catégorie d'entrée des monoplaces[E 1]. Révélation de l'année, le sociétaire de l'écurie du Thymerais écrase le championnat en empilant neuf victoires et autant de pole positions. Sacré champion dès sa première année dans la discipline, il passe en 2003 dans le championnat de France de Formule Renault 2.0, où il décroche un nouveau titre avec quatre victoires et quatre poles. Alain Prost, auteur du même doublé en son temps, déclare alors : « si un Français doit aller en F1 dans les prochaines années, ce sera lui »[E 2].
En 2004, avec le soutien du Renault Driver Development (RDD)[note 1], il intègre les rangs du relevé championnat de Formule 3 Euro Series, au sein de l'écurie française Signature. Le contrat comprend une année pour apprendre et la suivante pour gagner. Le Chartrain signe une première saison correcte avec deux podiums et une douzième place finale. Régulièrement aux avant-postes, il fait mieux l'année suivante où il croise Hamilton, Vettel et Kubica, avec cinq podiums. Mais il ne compte toujours aucune victoire et termine septième au classement, ce qui lui vaut de perdre le soutien du RDD fin 2005[E 2].
Exil au Japon (2006-2012)
Début 2006, Duval tourne partiellement le dos à ses rêves de F1 et s'exile au Japon, séduit par l'opportunité de devenir pilote professionnel[E 2]. Il se fait rapidement une place dans l'écurie Nakajima Racing, au volant d'une monoplace motorisée par Honda. Il signe deux succès dès sa première saison en Formula Nippon[E 3] (4e au général).
Sur les pistes du Soleil Levant, il croise l'Allemand André Lotterer et le Français Benoît Tréluyer qui deviennent des proches. Il connaît un peu moins de réussite en 2007, avec la sixième place, mais sans victoire. Trois ans après son arrivée, Duval remporte l'édition 2009 avec quatre victoires, deux podiums et trois poles en huit courses. Dans son contrat est prévu plusieurs jours d'essai en Formule 1 en cas de victoire, mais Honda arrête au même moment son programme F1. Parallèlement, comme la plupart des pilotes de Formula Nippon, il participe au championnat d'endurance de Super GT. Son nom apparaît en haut pour ses premiers pas dans cette discipline, qu'il remporte avec Takashi Kogure[E 3].
Malgré la distance, les performances de Duval ne passent pas inaperçues en Europe, où il jouit toujours d'une bonne cote. Lors de l'hiver 2006-2007, il intègre également l'équipe de France de A1 Grand Prix, d'abord dans un rôle de pilote de réserve derrière Nicolas Lapierre puis en tant que pilote titulaire en fin de championnat. Il dispute la totalité de la saison 2007-2008[E 3].
Second en 2008, Duval remporte le championnat de Formula Nippon 2009. En 2010, il passe chez Docomo Team Dandelion Racing et prend la troisième place. Après ne pas avoir été engagé en 2011, toujours sous contrat au Japon, il continue d'y disputer quelques épreuves sous les couleurs de Toyota en 2012 pour Kygnus-Sunoco-Team LeMans. Il se bat donc en endurance (avec Audi) contre son employeur en Formula Nippon[E 4].
Séduit, Hugues de Chaunac rappelle Duval pour les 24 Heures du Mans 2010. Il lui confie les clefs d'une Peugeot 908 HDi FAP d'Oreca de 700 chevaux taillée pour la gagne. Après de bonnes qualifications, Duval, associé à Olivier Panis et Nicolas Lapierre, se retrouve en position de jouer le podium à quelques encablures de l'arrivée avant que son moteur ne lâche à 25 minutes de la fin de la course[E 3]. Il réalise cependant le meilleur tour en course[1] de l'histoire de la course : 3 min 19 s 074 avec une moyenne de 246,4 km/h[E 4].
En 2011 avec la même voiture et les mêmes coéquipiers, Duval ouvre son palmarès d'endurance en remportant les 12 Heures de Sebring. Lors des 24 Heures du Mans, deux sorties de piste donnent un goût amer à sa cinquième place. À la fin de l'année, Peugeot lui propose un volant mais il préfère rejoindre ses amis de l'époque nippone Lotterer et Tréluyer chez Audi[E 4],[note 2].
En 2012, pour ses débuts chez la marque allemande, le programme est réduit avec seulement trois courses de prévues : 12 Heures de Sebring, 6 Heures de Spa-Francorchamps et 24 Heures du Mans. Les deux premiers rendez-vous sont bien négociés par la Audi R18 avec une seconde place aux États-Unis et la victoire en Belgique. Dans la Sarthe, Audi est favori et Duval vise ouvertement le podium. Engagé avec Romain Dumas et Marc Gené, les deux s'encastrent chacun leur tour dans un mur de pneus et font perdre de précieuses minutes à réparer (finalement 5e). Le Chartrain sait qu'il a tout de même marqué des points avec, une nouvelle fois, le record du tour. Fin 2012, après avoir remarqué sa performance, Wolfgang Ullrich prolonge de plusieurs années son contrat et lui donne un volant en championnat du monde d'endurance. Toujours sous contrat au Japon, il continue d'y disputer quelques épreuves sous les couleurs de Toyota et se bat donc en endurance contre son employeur en Formula Nippon[E 4].
Début 2013, Duval intègre un nouvel équipage. Il remplace le jeune retraité italien Rinaldo Capello et rejoint Tom Kristensen et Allan McNish, deux légendes des 24 Heures du Mans. Victorieux des 6 Heures de Silverstone, puis second à Spa-Francorchamps, ils abordent Le Mans avec de réelles chances de succès. Duval annonce la couleur en signant un chrono impressionnant en fin de la journée test. Le de nuit, le Chartrain poursuit et signe un tour en 3 min 22 s 349, lui attribuant la pole position. Durant la course, le trio profite de problèmes techniques de la voiture de tête pour prendre la direction de la course et ne plus la quitter, malgré la pression des concurrents, les averses et le safety-car. Duval passe à quelques dixièmes de seconde d'un exploit unique : pole, victoire et meilleur tour (son ami Lotterer fait légèrement mieux). Quelques mois plus tard, le titre mondial couronne une saison 2013 géante : trois succès et quatre podium en huit courses[E 5].
Le , lors des essais libres des Le Mans, Duval perd le contrôle de son Audi à la sortie des virages Porsche alors qu'il flirte avec les 270 km/h. Sa voiture décolle et s'encastre dans les grillages de protection. Alors que l'arrière de son véhicule est pulvérisé, sa cellule de survie le sauve et Duval s'en sort avec un léger traumatisme crânien, des plaies aux jambes et des courbatures. Sa vue met quelques semaines à se rétablir mais sa mémoire efface totalement cet évènement[E 6].
Pour les 24 Heures du Mans 2015, Duval est associé à Lucas di Grassi et Oliver Jarvis et la voiture échoue au pied du podium. Un accident, survenu après trois heures de course où Loïc Duval arrive plein gaz dans des GT au ralenti avant de finir en tête-à-queue dans le rail, lui coûte quatre minutes. Le trio finit quatrième[E 6].
Participations en Formule E (depuis 2015)
En parallèle de son programme en championnat du monde d'endurance FIA, il signe en 2015 avec Dragon Racing pour réaliser la course de Miami en Formule E[2]. Il fait la suite du championnat et termine neuvième avec un total de 42 points, se plaçant sur deux podiums en course. La saison suivante, il continue en Formule E avec l'équipe américaine.