Parti de la deuxième ligne, derrière les Flèches d'argent, Vettel a dépassé Hamilton dans les premiers mètres, se calant derrière le Finlandais Valtteri Bottas. Sa stratégie consistant à s'arrêter pour la première fois aux stands avant les Mercedes s'est avérée payante à terme.
Hamilton accuse un retard d'un peu plus de six secondes sur la ligne d'arrivée de la troisième manche de la saison de F1. Sans cette pénalité pour avoir freiné devant Daniel Ricciardo en entrant aux stands, il aurait pu espérer une véritable bagarre aux avant-postes.
Sur le podium, le triple champion du monde 2008, 2014 et 2015 s'en est d'ailleurs excusé: "L'incident dans la +pitlane+ était entièrement ma faute. Mes excuses à l'équipe. J'ai essayé de revenir mais la Ferrari était plus rapide aujourd'hui".
En conséquence, Vettel, vainqueur en Australie fin mars après dix-huit mois de disette pour lui et Ferrari, reprend la tête au classement des pilotes, qu'il partageait avec Hamilton avant la manche bahreïni, avec 68 points contre 61.
Même cause, mêmes effets au classement des constructeurs, Ferrari devance désormais Mercedes avec 102 points contre 99.
'Jusqu'au bout aux avant-postes'
"Nous sommes maintenant complètement sûrs que la victoire à Melbourne n'était pas un coup pour rien et que nous serons jusqu'au bout aux avant-postes dans ce Championnat du monde", s'est félicité Sergio Marchionne, le président de la marque au cheval cabré, dans un communiqué. Nous avons enfin une voiture compétitive."
Parti en pole position pour la première fois de sa carrière, Bottas n'est que troisième, après avoir accédé à la demande de Mercedes de laisser passer son coéquipier, plus rapide en fin de course.
Le Britannique a salué un "geste de gentleman". Le Finlandais, lui, ne cache pas que cette décision est "douloureuse", même s'il la "comprend parfaitement".
Le remplaçant du champion du monde en titre et jeune retraité Nico Rosberg, qui avait surpris en surclassant Hamilton dans les derniers instants des qualifications samedi, devra attendre encore une première victoire en F1.
Les Français Romain Grosjean (Haas) et Esteban Ocon (Force India) sont tous les deux entrés dans les points dimanche, respectivement 8e et 10e.
Renault a pris ses deux premiers points de 2017 grâce à l'Allemand Nico Hülkenberg, 9e. Mais elle pourra regretter de ne pas avoir capitalisé, après avoir placé ses deux monoplaces dans les dix premières sur la grille pour la première fois depuis son retour en F1 en 2016.
Alonso ne termine toujours pas
La course a été neutralisée par la voiture de sécurité entre les 13e et 17e tours à la suite d'un accrochage entre le Canadien Lance Stroll (Williams) et l'Espagnol Carlos Sainz Jr (Toro Rosso). "Principal responsable", ce dernier écope d'une pénalité de trois places sur la grille de départ du prochain GP en Russie le 30 avril.
A noter parmi les abandons, ceux du Néerlandais Max Verstappen (Red Bull), victime d'un problème de freins résultant en une sortie de piste, et de Fernando Alonso.
L'Espagnol, qui a créé la sensation en milieu de semaine en renonçant au GP de Monaco le 28 mai pour disputer les 500 miles d'Indianapolis, en IndyCar, n'a pas terminé une course cette saison, handicapé par les problèmes de fiabilité récurrents de sa McLaren-Honda. Son coéquipier belge Stoffel Vandoorne n'a lui-même pas pu prendre le départ dimanche, à cause d'un nouveau problème de moteur.
La F1 reste à Bahreïn pour quelques jours encore, des essais privés étant prévus sur le circuit de Sakhir mardi et mercredi.
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