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Revue 170 - Le futur de la mobilité

Articles Revue TELECOM

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15/10/2013


Le futur de la mobilité









par Claude Laurgeau dans la revue TELECOM n° 170


Les constructeurs automobiles en 2013 se trouvent dans une situation comparable à celle des constructeurs de diligences et de fiacres en 1913. Il est vraisemblable qu’une crise industrielle majeure semblable à celles du charbon, de la sidérurgie, de la machine-outil dans les décades passées, vienne toucher cet important secteur économique. Une révolution technologique et sociétale dans les modes de transport nous attend. Le vingtième siècle a été celui de l’automobile objet, le vingt et unième sera celui de la mobilité service. Les technologies de l’information et de la communication vont permettre l’avènement de la mobilité terrestre 2.0.


 

Un état des lieux qui nous interpelle
 

La congestion du trafic routier

On dénombre aujourd’hui en France près de 40 millions de véhicules pour 65 millions de citoyens, soit un taux de motorisation de 60 % environ. C’est le ratio asymptotique que l’on observe dans tous les pays dits économiquement avancés car si de nombreuses familles possèdent plusieurs voitures personne ne peux en conduire deux simultanément. Le temps moyen d’utilisation chaque jour d’une voiture est inférieur à 30 minutes, c’est dire si la voiture représente un investissement couteux et peu rentable.

Les voitures qui servent en particulier au déplacement domicile travail, s’accumulent pendant de longues périodes dans des parkings ou le long des rues « enlaidissant » nos villes.

A l’échelle du monde, on compte envi- ron un milliard de voitures pour sept milliards d’humains, soit un taux de motorisation de 15 % environ. Pour que la Chine atteigne le taux de motorisation des Etats-Unis, il lui faut près de un milliard de voitures soit l’équivalent du parc mondial actuel. Est-ce raisonnable et est ce souhaitable pour la Chine et pour l’humanité ?

La production mondiale annuelle de voitures dépasse aujourd’hui les 70 millions de véhicules. Le Japon, l'Europe et les Etas Unis et plus récemment la Corée du Sud qui étaient traditionnellement les leaders de l’industrie automobile voient leur production baisser alors que les pays en croissance, Chine, Brésil, Inde, Russie, Turquie accroissent leur production. La Chine est devenue le premier pays constructeur de véhicules.

Toutefois observons que si le parc mondial est de un milliard de véhicule et qu’un véhicule a une durée de vie de dix ans, il faudrait une production mondiale annuelle de 100 millions de véhicules simplement pour maintenir un parc en bon état de rouler. C’est dire tout le chemin qui reste à effectuer pour que l’ensemble des pays dispose d’un réseau routier et d’un parc de véhicules au niveau de la France.

On peut penser que l’industrie automobile européenne et en particulier française va subir une stagnation de production et vraisemblablement une décroissance dans les années à venir parce que le marché est saturé et que les conditions pour une décroissance du parc automobile sont réunies.

En revanche la production mondiale globale va atteindre et dépasser les cent millions de voitures construites par an sous la poussée de la Chine. La question est de savoir si les matières premières pour construire les voitures et l’énergie pour les faire circuler ne vont pas faire défaut.

L’énergie

Le milliard de véhicules qui circule dans le monde brule de l’essence, du gasoil ou du gaz. Plus de 90 % de l’énergie consommée dans le monde est d’ori- gine fossile. Ces énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz) résultent de la transformation sur des millions d’années de toute la vie végétale ou animale qui a précédé la nôtre dans l’histoire de la terre. Même si nous ne connaissons pas le stock des ressources fossiles disponible, nous savons de manière certaine, de par ses origines, qu’il est fini et nous n’avons pas aujourd’hui de ressources alternatives de remplacement. De ma- nière aveugle et sans la moindre prévoyance, l’homme continue depuis plus d’un siècle à puiser les énergies fossiles limitées de la planète.

L’empreinte écologique

Jusqu’au début du dix-neuvième siècle, les espèces végétales et animales vivaient en harmonie sur la planète. Le monde animal utilise l’oxygène comme comburant pour bruler ses aliments et rejette du gaz carbonique. Les végétaux au contraire fixent le dioxyde de carbone pour assurer leur croissance. En moins d’un siècle l’homme a détruit cet équilibre en cumulant trois facteurs : l’augmentation considérable de la population humaine (de 2 à 7 milliards d’humains en moins d’un siècle) et plus encore de la population animale pour nourrir la première, la destruction des forets pour construire des villes, développer les cultures et exploiter le bois, et surtout en puisant dans le sous-sol des quantités gigantesques de charbon, de pétrole et de gaz dont la combustion  rejette dans l’atmosphère du dioxyde de carbone qui n’est plus éliminé.

Il y a aujourd’hui environ un milliard de voitures sur la terre. En considérant que chaque voiture roule 10 000 kms en un an avec un indice CO2 de 100g au kilomètre, un calcul simple montre que le CO2 rejeté dans l’atmosphère permet de recouvrir la terre toute entière d’un film de 1,8 mm de CO2 : c’est l’effet de serre avec toutes ses conséquences désastreuses sur le réchauffement clima- tique, la fonte des calottes polaires et le déséquilibre des zones climatiques. (nous sommes plus à 12 000 km par an, du moins dans les pays développés)

L’insécurité

Le nombre d’accidents mortels par an en France a été de 3645 en 2012 alors qu’il a culminé à 16445 en 1970[1]. Pendant cette même période, le nombre de voitures et la circulation ont pourtant augmenté de manière considérable. Le nombre de tués par milliard de véhicules par kilomètre a pratiquement été divisé par dix, passant de 77 à 8.

Ces résultats remarquables sont à mettre au crédit de l’amélioration du réseau routier, de l’amélioration des voitures, de la législation et plus récemment du contrôle radar automatisé de la vitesse ou de la lutte contre l’alcoolémie au volant (ne pas tout mettre sur le dos de la vitesse car elle est plus de nature financière).

Les nouvelles technologies permettent de mettre sur le réseau routier des milliers de policiers robots qui travaillent vingt-quatre heures sur vingt-quatre.

Le nombre de morts lié à la circulation dans le monde est environ de 1,24 million par an. Si on extrait du monde les pays dit riches ou développés (Amérique du Nord, Europe et Asie de l’est (Japon, Corée, Australie), on observe que les pays développés représentent moins de 10 % des accidents mortels (environ 40 000 pour USA-Canada, 40 000 pour l’Europe et 20 000 pour Japon-Corée-Australie) alors que ces pays riches possèdent plus de 50 % du parc mondial de véhicules. Ce sont donc principalement les pays en voie de développement qui ont le plus d’accidents mortels particulièrement l’Afrique, la Russie (36000), le Brésil (35000). 
 

Des éléments de solutions apportées par les technologies de l’information et de la communication

Analyse fonctionnelle de la conduite automobile

Une route est un ruban de bitume dans l’espace géométrique tridimensionnel sur lequel le véhicule se déplace en translation avec des mouvements de tangage (montées et descentes), de lacet (virages) et de roulis (devers gauche ou droite). Dans le trio véhicule, route, conducteur, le conducteur analyse la géométrie de la chaussée et l’état du trafic. Il agit en conséquence sur les actionneurs que sont le volant, le frein et l’accélérateur pour faire évoluer le véhicule sur la partie droite du ruban (choix conventionnel). De plus le conducteur respecte des règles de vitesse, d’arrêt, de priorité qui sont codifiées sur l’infrastructure par la signalétique verticale (panneaux annonçant les limites de vitesse, les dangers divers, feux..) et horizontale (passage piétonniers, lignes discontinues ou continues, stop).

On retrouve la boucle perception, raisonnement action présente dans tous les systèmes automatisés, dans laquelle la fonction cognitive, la plus complexe, est totalement assurée par l’homme.

La conduite automatisée pour les nuls 

On voit très vite que le point dur de l’automatisation de la conduite est la cognition et non pas l’action. Freiner, accélérer ou tourner un volant ne sont pas des actions difficiles à réaliser en revanche détecter les autres véhicules ou les piétons, interpréter la signalétique et apprécier la dangerosité des situations sont des problèmes bien plus difficiles. Comme toujours en robotique la perception est plus complexe que l’action. 

Tout déplacement d’un véhicule est défini par un point de départ, un point d’arrivée et un chemin reliant ces deux points. Dès lors que l’on dispose d’une carte, on peut réaliser a priori la trajectoire qui sera suivie par le véhicule, c’est ce que l’on appelle le routage. La coopération du GPS qui permet la localisation, et de la cartographie numérique permet dans un dispositif numérique appelé navigateur de réaliser le routage géométrique. On peut même ajouter les contraintes telles que rechercher le chemin le plus court, celui éliminant les péages, ou ajouter des points de passage. On a donc réalisé la planification de la mission, et on peut même pré-calculer l’ensemble des paramètres de conduite mais cela se fait en boucle ouverte par rapport à l’environnement qu’il conviendra d’analyser en temps réel lors du déplacement véritable.

  • Leçon N°1 : Le contrôle longitudinal ou « conduire sans les pieds »​ 
La voie utilisée est libre de tout autre véhicule. Le conducteur est présent et attentif mais ne contrôle que le volant. La consigne de vitesse est pré-calculée par le navigateur qui connaît la géométrie de la route ou mieux encore transmise par une communication infrastructure véhicule (communication V2I). Le régulateur de vitesse assure le maintien d’une vitesse acceptable pour la sécurité. La technologie pour réaliser cette fonction dite de contrôle longitudinal existe et est déjà largement diffusée, sous forme de régulateur de vitesse (Cruise Control) ou même de régulateur de vitesse adaptatif (ACC pour Adaptative Control System). Observons que le contrôle longitudinalest un contrôle en vitesse.
 
  •  Leçon N°2 : Le contrôle latéral ou « conduire sans les mains »​
Les conditions de conduite sont les mêmes. La voie est libre d’obstacle fixe ou mobile et le conducteur contrôle uniquement le frein et l’accélérateur sans toucher au volant. Plusieurs solutions technologiques existent déjà, surtout à base de vision pour détecter les bords de route ou les lignes blanches et asservir la position latérale du véhicule. La technologie est déjà commercialisée sous l’appellation ALK pour Automatic Lane Keeping.
 
  • Leçon N°3 : La conduite automatique supervisée ou « conduire sans les mains et sans les pieds »​
Si la chaussée est libre d’obstacle fixe ou mobile, la fusion de l’ACC et de l’ALK permet de conduire le véhicule sans intervention humaine. On peut même rattraper un autre véhicule plus lent sur la même voie et le régulateur de vitesse adaptatif se maintiendra à la bonne distance de sécurité, attendant que le conducteur effectue la manoeuvre de dépassement. La gestion des manoeuvres a été réalisée par des nombreux laboratoires de recherche mais n’est pas commercialisée à ce jour.

Outre Google, mentionnons les réalisations de Alberto Broggi à l’université de Parme qui a effectué le trajet Parme Shanghai en 2010 et récemment une démonstration de conduite automatisée en milieu rural et urbain à Parme [3].


Alberto Broggi et son équipe au départ du VIAC « Vislab Intercontinental Autonomous Challenge », Parme - Shanghai en 2010
 



Les solutions apportées par la conduite automatisée coopérative 

La congestion du trafic résulte d’un déséquilibre entre l’offre et la demande de surface circulante. Ce déséquilibre se produit à certains endroits et à certaines heures, plus particulièrement dans les grandes villes et aux heures de réalisation des trajets domicile travail.

Pour réduire la congestion il y a deux solutions, augmenter la surface circulante ou diminuer la demande. Augmenter la surface circulante c’est construire des routes, des autoroutes, des ponts et des tunnels. Bétonner et bitumer, c’est ce que nous avons fait depuis soixante ans et malgré un million de kilomètres de route, 10 000 kilomètres d’autoroutes construits dans notre pays, la congestion reste un problème qui empire.

Pour diminuer la demande, il suffit d’accroitre le coût d’usage de la voiture en augmentant la fiscalité sur les carburants ou les droits de péage. L’accroissement du coût d’usage conduit l’usager à optimiser ses déplacements et à se retourner vers les transports publics quand cela est possible.

Mais il y a une troisième voie qui consiste à optimiser l’utilisation des infrastructures existantes.

Si on automatise la conduite en réalisant un contrôle latéral avec une précision de 10 cm, la largeur des voies peuvent être diminuée. Si on ajoute 2*25 cm à la largeur d’une voiture, on obtient une largeur de voie inférieure à 2,5 m contre 3,5 m pour les voies actuelles, autrement dit le déploiement du contrôle latéral permet un gain de productivité de 50 % de l’infrastructure existante.

Le bénéfice est encore plus impressionnant si on généralise le contrôle longitudinal. En effet les distances de sécurité sont basées sur les temps reflexes du conducteur humain que le législateur par prudence à majorer à hauteur de deux secondes. Un système robotisé peur détecter et réagir beaucoup plus rapidement permettant de doubler le débit sans prise de risques.

La conjugaison du contrôle latéral et du contrôle longitudinal permet donc de multiplier la productivité de nos routes par trois ou quatre. De la même manière, le contrôle latéral permet de gagner la largeur d’ouverture des portes dans un parking robotisé.

Le GPS et une cartographie numérique enrichie permettent de présenter au conducteur des informations qu’il ne voit pas en vision directe, comme l’annonce de zones de danger masquées. On parle d’« horizon électronique » ou encore de « réalité augmentée ». Mais nous ne sommes qu’au début du déploiement des méthodes dites coopératives. Les chercheurs ont introduits le concept de LDM pour Local Dynamic Map pour illustrer le fait que différents véhicules intelligents écriraient sur un tableau noir les informations détectées par leur capteurs, partageant ainsi ces données avec les autres véhicules. Ces idées qui n’étaient que conceptuelles sont en train de prendre forme avec le déploiement à l’échelle mondiale de WAZE [5], une application gratuite d’origine israélienne de navigation communautaire, forte de plus de 70 millions d’utilisateurs, sorte de réseau social des véhicules.

Ainsi la conduite robotisée, autonome ou coopérative contribue à diminuer la congestion et accroitre la sécurité. 


Quelques contributions des tic aux  nouvelles formes de mobilité

L’auto partage (car sharing) et le covoiturage (car pooling) sont des solutions simples qui peuvent contribuer de manière significative à résoudre les problèmes de mobilité. l’auto partage met à disposition de l’usager une voiture pour le temps dont il en a le besoin. l’usager n’achète plus un véhicule mais un service permettant ainsi d’augmenter la productivité des voitures auto partagées. Généralisé, l’auto partage réduirait le parc de voitures dans les villes tout en contribuant à résoudre les problèmes de congestion. un taxi n’est rien d’autre qu’une voiture en auto partage dans laquelle le conducteur est fourni en même temps que la voiture. nous héritons d’un lourd passé où les pouvoirs publics ont imposé un quota au nombre de taxi en vendant des licences d’exploitation. Cette solution s’avère aujourd’hui contre-productive pour le pays. l’augmentation du nombre de taxis est une solution efficace pour diminuer la congestion, augmenter la sécurité et créer des emplois. les nouvelles technologies ont permis l’émergence d’un nouveau concept : le VTC ou Véhicule de Tourisme avec Chauffeur, géolocalisé et joignable sur les Smartphones. la technologie prend une fois de plus la législation de vitesse et une nouvelle économie est en train de naitre et contourne la rigidité des règlements sur les taxis en France. la location de voitures entre particulier est une autre forme d’auto partage qui commence à se développer.

Le covoiturage est une solution très simple dans laquelle plusieurs usagers partagent sur un trajet donné le même véhicule plutôt que de rouler seuls et séparément dans leur voiture. ainsi, si quatre personnes font leur déplacement domicile travail dans un seul véhicule plutôt que seules dans quatre véhicules, l’énergie consommée, le nombre de véhicule sur la route, les rejets de gaz à effet de serre ont été divisés par près de quatre (le véhicule roulant est plus lourd). le covoiturage peut être pratiqué par des voisins pour rejoindre des gares de délestage sur les autoroutes et minimiser ainsi les encombrements en ville. il est abondamment utilisé aussi par les jeunes générations pour effectuer des déplacements entre des villes à des dates précises. De nombreux sites payants ou gratuits permettent de faire de « l’autostop assisté par ordinateur » (carpooling.fr, covoiturage.com, 123envoiture.com, blablacar…..). l’auto partage et le covoiturage sont deux solutions qui ont en commun d’optimiser l’usage d’un véhicule, ressource onéreuse et critique en optimisant le temps d’usage (auto partage) ou les places disponibles (covoiturage). les deux solutions peuvent évidemment être utilisées simultanément.

La multi modalité est un mode de déplacement qui fait intervenir plusieurs moyens de transport tels le vélo, la voiture, le bus, le train. l’usager doit pouvoir préparer en temps différé et mieux encore modifier en temps réel (concept de routage dynamique), son déplacement dans l’espace physique en utilisant les divers modes de transport et dans le temps (mise en relation des bases de données horaires des divers opérateurs de transport).

La billettique intégrée sous-entend l’obtention d’un titre de transport multimodal permettant le déplacement du départ à l’arrivée facilitant la vie de l’usager. Ce progrès ne pose pas de difficultés techniques mais suppose la coopération entre les différents opérateurs de transport.



[1] http://www.statistiques-mondiales.com/accidents.htm
[2] Rapport 2013 de l’OMS sur la sécurité routière : www.who.int/violence_injury_prevention/road_safety_status/2013
[3] Travaux du VISLAB à Parme : http://viac.vislab.it/ - http://youtu.be/PiUZ5NCXu-c
[4] Claude Laurgeau : La Mobilité au 21 ème siècle : Vers l'électro mobilité, la cyber mobilité, l'IC Mobility
TEC 216 -N° spécial de la Revue de l’ATEC 2012. Quelle mobilité en 2030 ?

[5] Article wikipedia sur WAZE ; http://fr.wikipedia.org/wiki/Waze
[6] Claude Laurgeau - Le siècle de la voiture intelligente - 252 pages-Presses des Mines


L'auteur

Professeur à Mines ParisTech, Claude Laurgeau a été le fondateur du
Centre de Robotique qui travaille depuis plus de vingt ans sur la voiture
intelligente. Il est actuellement coordinateur de ParisTech dans la mise en
place de l’Institut VEDECOM (Institut du VEhicule DEcarboné COmmunicant

 

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