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Revue TELECOM 182 - Une révolution technologique et sociétale le véhicule autonome

Articles Revue TELECOM

-

24/10/2016





Le rédacteur en chef
vous propose de découvrir
l'article coup de coeur de leur dossier. 



Une révolution technologique et

sociétale le véhicule autonome


 
Par Claude Laurgeau dans la revue TELECOM n° 182

Un peu d’histoire
Le transport terrestre des personnes et des biens a été un moteur de développement des civilisations depuis l’origine de l’humanité. À la fin du 19eme siècle et jusqu’au milieu du 20eme, la maîtrise des énergies thermique, mécanique, électrique et de leurs transformations qu’on a qualifié de « révolution industrielle », a permis le passage de l’ère de l’hippo-mobilité à l’ère de l’auto-mobilité. La transition de l’une à l’autre s’est traduite par la cohabitation des deux technologies sur une période de 40 à 60 ans selon les pays (voir schéma ci-dessous).

Nous sommes à l’aube d’une révolution similaire liée aux sciences de l’information, de la communication et de la robotique. Cette révolution numérique annonce le passage de l’auto-mobilité à la cyber-mobilité. Il faut s’attendre dans les prochaines décennies à une rupture dans les modes de vie et dans la mobilité des personnes et des marchandises. Cette rupture s’applique directement l’industrie des transports et particulièrement la filière automobile.

La transition vers le véhicule autonome a déjà commencé mais nul ne saurait dire combien de temps durera le passage en biseau vers le tout autonome.

Les technologies de l’information et de la communication (processeurs de plus en plus performants, mémoires de capacité quasi illimitée à bas coût, explosion des modes de communication Wifi, Bluetooth, 3G, 4G, objets connectés, ...) constituent la révolution numérique qui va accompagner la transition de l’auto-mobilité à la cyber-mobilité.

La massification de la collecte et du traitement de l’information (« big data ») et la connectivité généralisée (« objets communicants ») vont engendrer de nouvelles formes de mobilité. Cette mobilité 2.0, illustrée par le covoiturage, l’autopartage, la mobilité multimodale, l’« uberification » de la société aura un impact plus rapide et plus profond sur la société que la conduite robotisée, qui sera plus longue à déployer.

L’industrie automobile aujourd’hui
L’industrie automobile est née en Europe au 19eme siècle. Si l’industrie automobile mondiale était un pays, ce serait la cinquième puissance économique mondiale, c’est-à-dire l’équivalent de la France.

L’industrie automobile reste donc aujourd’hui très importante et occupe des millions de personnes dans le monde, mais elle est désormais une industrie mature voire vieillissante. Tout au long du 20eme siècle, les États-Unis ont été la première puissance économique et industrielle. Depuis une vingtaine d’années, les USA ont perdu la place de leader dans l’industrie automobile, mais ils ont su s’installer en leader de l’économie numérique en abandonnant leur suprématie dans l’automobile.

Le tableau ci-contre montre l’évolution des productions automobiles dans les grands pays industrialisés. Ce tableau comparatif à dix ans d’intervalle, montre clairement la montée en puissance des pays du BRIC particulièrement de la Chine et l’effacement de la France qu’il faut aller chercher à la douzième place avec 1,5 millions de voitures produites.1

La Chine a dépassé en 2014 les 20 millions de voitures produites sur son territoire alors que la production dans les grands pays leader d’autrefois stagne ou diminue. Le cas de la France est significatif puisque sa production sur le territoire national a été divisée par plus de deux en dix ans.

Cette diminution de la production sur le territoire national n’a pas empêché les deux groupes nationaux Renault et PSA de se développer à l’étranger mais l’emploi dans la filière automobile française sur le territoire national a nettement baissé contribuant à la montée du chômage.

Ceci n’a pas manqué d’interpeller les pouvoirs publics et la filière automobile qui dès 2009 ont réuni les états généraux de la filière automobile, a créé la plate-forme automobile française (PFA) et plus récemment la Nouvelle France Industrielle (NFI).

Il est urgent pour les hommes politiques et les industriels de prendre les bonnes décisions pour le futur de la mobilité.

On a vu par le passé sombrer de grands fleurons industriels faute d’avoir su anticiper l’avenir : Kodak qui n’a pas su passer à temps à la photo numérique, Nokia qui n’a pas anticipé l’arrivée du smartphone ou IBM qui n’a pas su prédire l’explosion des microordinateurs.

Dans l’industrie automobile, les constructeurs allemands ont réussi à se faire une place de choix dans le haut de gamme et en installant très tôt leurs usines dans les BRIC. Mais les véhicules haut de gamme, s’ils se vendent très cher et s’ils sont hautement automatisés, ne représentent qu’une petite part du marché.

Les grandes manœuvres
Dans une étude récente, le cabinet de consultants AT Kearney prévoit un marché de la voiture autonome qui pourrait représenter plus de 500 milliards d’euros à l’horizon 2035.

Ce marché gigantesque excite l’appétit de nouveaux challengers issus des technologies de l’information et de la communication. Ce sont Google, Apple, Tesla attirés par le véhicule autonome et communicant et par les nouvelles formes de mobilité.

Tous parient sur le véhicule électrique et autonome. Google est incontestablement celui qui a fait le plus bouger les lignes par une campagne mondiale de marketing, mais le premier a avoir industrialisé et mis sur le marché une voiture électrique haut de gamme, avec une large autonomie énergétique et un haut niveau d’automatisation est Tesla.

Parmi les nombreux évènements marquants et récents, qui émaillent chaque jours les journaux citons :

• Le rachat pour 2,8 G$ du cartographe HERE par le trio de constructeurs allemands Audi, BMW et Daimler afin de contrer le quasi-monopole de Google sur ce domaine critique ;
• La création de Faraday Future pour concurrencer Tesla sur le marché du véhicule électrique autonome haut de gamme,
• Le projet Titan de Apple qui a tenté en vain des alliances avec Audi et BMW, et reste discret prenant date en 2021 ;
• Les accords entre Uber et Volvo pour développer des taxis robotisés ;
• L’investissement de 150M$ de Ford et du Chinois Baidu dans Velodyne le fabriquant du capteur 3D laser multicouche.

Les compétiteurs s’arrachent les chercheurs dans les grandes laboratoires de robotique américains notamment CMU, Berkeley, Stanford…

Un peu de technique
L’automobile d’aujourd’hui est un robot mobile qui dispose de son autonomie énergétique (d’où le qualificatif « auto ») mais pas encore de son autonomie décisionnelle. Du point de vue du roboticien, l’automobile est un robot mobile « télé opéré » par le conducteur avec retour visuel direct.

L’analyse fonctionnelle de la conduite automobile est relativement simple. Il s’agit pour le conducteur de maintenir conventionnellement le véhicule sur la partie droite de la chaussée et à une vitesse convenable, en utilisant les informations visuelles dvont il dispose concernant la géométrie de la route, la signalétique routière horizontale et verticale.

Dans la boucle « perception-raisonnement-action » la partie action est relativement simple et comprend le volant qui est l’actionneur assurant le contrôle latéral (contrôle en position) et le couple frein-accélérateur qui assure le contrôle longitudinal (contrôle en vitesse).

Les progrès du véhicule autonome sont liés aux progrès de la robotique c’est-à-dire des trois fonctions de base de la robotique : la perception, le raisonnement et l’action.

L’automatique et la mécatronique permettent d’assurer la maîtrise des actionneurs, accélérateur, frein, volant. Aussi les points durs dans le développement du véhicule autonome sont la perception et le raisonnement.

En ce qui concerne la perception les progrès ont été considérables : caméras à bas cout et haute définition dans le visible ou l’infra-rouge, GPS et cartographie numérique associée, le lidar multicouches sur 360°, les radars, les centrales inertielles à bas coût, les bus numériques et enfin les communications V2V ou V2I (wifi, Bluetooth, LTE, 3G, 4G ...).

Même si cela est une banalité, il faut rappeler les progrès dans les systèmes de traitement de l’information tant au niveau des processeurs que des mémoires. Rappelons que le calculateur IBM de la mission Apollo qui a permis le premier pas sur la lune en 1969 avait un processeur à 0.043 MHz et une mémoire vive de 64 Ko. L’iPhone 6 aujourd’hui a un processeur à 2.6 GHz et 16 Go de mémoire vive soit des facteurs de progrès de 60 000 sur la puissance de calcul et de 250 000 sur la capacité mémoire.

Enfin le logiciel joue une place de plus en plus importante dans la conception des systèmes embarqués temps réel multi capteurs que sont les véhicules partiellement ou totalement automatisés.

Tous les développements réalisés par les constructeurs automobiles sous le vocable ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) convergent aujourd’hui vers l’ADAS ultime qui est précisément le véhicule autonome.

Déjà, le contrôle en vitesse se banalise (CC pour Cruise Control et ACC pour Adaptative Cruise Control), tout comme le contrôle latéral (ALK pour Adaptative Lane Keeping), le parking automatique (Park4U de Valeo).

Sur autoroute, si on conjugue le contrôle longitudinal (« feet off ») et le contrôle latéral (« hands off »), on atteint pratiquement la conduite autonome, à l’exception des manœuvres de dépassement. Tesla, sur son véhicule Tesla model S dual Motors, propose déjà les manœuvres de dépassement automatique initiées par le clignotant.

Mais s’il est celui qui interpelle le plus le citoyen, le véhicule autonome n’est qu’un élément de la révolution à venir. Il ne doit pas être observé isolément mais comme une brique de base de la mobilité des personnes et des biens dans la société numérique du futur, qui s’intègre dans la connectivité généralisée des véhicules, des infrastructures, des personnes et des objets.

La sécurité et le véhicule autonome
Il y a chaque année dans le monde environ 1,2 million de morts liées aux accidents de la route. Les pays industrialisés (Europe, USA, Japon, Corée,…) représentent moins de 10 % de ces drames liés à l’insécurité routière alors qu’ils possèdent environ 60 % du total des voitures. Les pays en voie de développement et le reste du monde représentent 90 % des accidents mortels, alors que leur parc automobile est moindre.

On sait que plus de 95 % des accidents mettent en cause la responsabilité du conducteur. L’accroissement de la sécurité sera obtenu par une automatisation croissante de la conduite. Commencer par implémenter le véhicule autonome en milieu urbain pour des trajets à basse vitesse (25 à 30 km/h) permettra aux utilisateurs de se familiariser et de prendre confiance.

Le véhicule autonome et la responsabilité juridique
C’est un problème important qui sera résolu de manière incrémentale, mais ne parait pas insurmontable. On peut faire référence à l’histoire et observer le passage de la voiture hippomobile à l’automobile à la fin du 19ème siècle. Au Royaume-Uni, en 1865, les véhicules motorisés (qui se déplaçaient de 8 à 10 km/h !) devaient être précédés d’une personne avec un sifflet et un drapeau pour annoncer à la population le passage de la « voiture à cheval de feu ». Il a fallu 25 ans et 4 passages à la Chambre des Communes pour que soit supprimée l’obligation du drapeau et du sifflet et pour que la vitesse limite soit progressivement augmentée.

Plus tard, dans les années 1900, avec le nombre grandissant de véhicules, il a fallu légiférer pour organiser le trafic, définir un code de la route, mettre en place la signalétique horizontale et verticale, instaurer le permis de conduire …

Pour le véhicule autonome, nous vivrons probablement un processus incrémental comparable. Cette révolution se fera sur probablement 30 à 40 ans et notre pays s’intégrera naturellement dans ce mouvement de l’histoire humaine.

Le devenir de la mobilité urbaine
Les marchés automobiles des pays développés (Amérique du nord, Europe de l’ouest, Asie de l’est) sont saturés et affichent des taux d’équipement compris entre 55 et 60 voitures pour 100 habitants. Ce sont des marchés de renouvellement et non plus d’équipement.

En France, on peut d’ores et déjà anticiper pour les années à venir une diminution du parc automobile qui est aujourd’hui d’environ 35 millions de véhicules pour 65 millions d’habitants. Avec un taux de 55 voitures pour 100 habitants, le marché national est saturé.

Ces véhicules sont peu utilisés (moins de 30 minutes/jour) et ne transportent le plus souvent qu’une seule personne. Dans les villes, des milliers de voitures sont quotidiennement immobilisées, garées dans des rues saturées et congestionnées. Souvent on met en mouvement un véhicule de 1500 kg pour transporter une seule personne de 70 kg, ce qui constitue un gâchis au niveau énergétique et financier. L’optimisation du parc de véhicules existants permet d’éviter de voir circuler des personnes seules dans un véhicule prévu pour quatre (covoiturage) et de faire en sorte qu’une voiture qui représente un coût important pour le citoyen et la société travaille plusieurs heures par jour et non pas quinze minutes le matin et le soir (auto partage).

Déjà, les nouvelles générations, et particulièrement les jeunes urbains, montrent un intérêt moindre à devenir propriétaire d’une voiture que leurs aînés. Aujourd’hui, la voiture s’est banalisée et a perdu une partie de sa valeur de statut social. À un véhicule encombrant et onéreux, on préfère désormais acheter de la mobilité.

Sauvons la planète
La congestion des villes, la pollution, l’insécurité, la raréfaction des énergies fossiles sont autant de raisons qui vont entrainer une mutation des modes de vie dans les années à venir.

Dans la plupart des pays développés, les énergies fossiles représentent 85 % de la consommation énergétique. Les volumes considérables de CO2 relâchés dans l’atmosphère ne peuvent plus être absorbées par les forêts ou dissoutes dans les océans et produisent l’effet de serre entraînant le réchauffement climatique et sa suite de calamités.

On a commencé à réhabiliter les tramways que l’on avait démantelés dans les années 70, mais cela ne suffit pas. Le 21eme siècle va voir le développement des transports publics de masse (métro, tramway, BHNS-Bus à Haut Niveau de Services ...) qui sont les modes de transport les plus efficaces en zone urbaine dense.

La congestion du trafic résulte simplement d’un déséquilibre en un lieu donné et à un moment donné, entre l’offre et la demande de surface circulante. L’automatisation de la conduite par la maitrise du contrôle latéral permet des gains de près de 100 % sur le débit d’une chaussée. L’automatisation de la vitesse par le contrôle longitudinal diminue de manière drastique les distances de sécurité et autorisent des gains de 300 % et plus, sur les débits de l’infrastructure.

Dans le même temps, l’électrification de la voiture va se développer. Non seulement elle supplée la disparition des énergies fossiles, mais elle nécessite un nombre plus limité de pièces, plus simples, plus faciles à produire et à équiper en électronique.
Dans les zones habitées, le déploiement de cybercars (MOD pour Mobility On Demand), voitures autonomes se déplaçant à 15-20 km/h, devrait résoudre le problème du « dernier kilomètre ».
Depuis longtemps, des millions d’ascenseurs nous transportent dans les immeubles, il s’agit bien de transports robotisés auxquels nous nous sommes accoutumés. 
Les cybercars ne sont rien d’autres que des ascenseurs horizontaux, utilisables à la demande. Ces nouvelles formes de mobilité partagées vont se développer, sous l’impulsion des réseaux sociaux.
 
Quelques mots sur l’Institut VeDeCoM

VeDeCoM est un Institut français de recherche partenarial public-privé et de formation, dédié à la mobilité individuelle décarbonnée et durable.

Il est l’un des Instituts pour la Transition Energétique mis en place dans le cadre du Programme des Investissements d’Avenir du gouvernement français créé en février 2014, soutenu par le pôle de compétitivité Mov’eo et plusieurs collectivités locales.

VeDeCoM se positionne sur trois domaines :

• L’électrification des véhicules, pour réduire fortement la consommation d’énergie et les émissions des véhicules individuels

• La délégation de conduite et la connectivité des véhicules, pour proposer une mobilité durable en toute sécurité, transformant un temps subit en embouteillage, en un temps utile

• Les infrastructures et services de mobilité et d’énergie partagées pour observer et analyser les nouvelles mobilités sur les territoires et expérimenter de nouveaux services en lien avec des véhicules décarbonés, à conduite déléguée et communicants

Dans le cadre des 9 programmes de la Nouvelle France Industrielle, VeDeCoM est en charge d’assurer le leadership du programme mobilité écologique.

VeDeCoM après deux années d’existence rassemble près de 140 personnes dont une cinquantaine de doctorants et des chercheurs mis à disposition par les partenaires notamment Renault, PSA, Valeo, IFSTTAR. Actuellement hébergé, rue des chantiers à Versailles, l’Institut qui vise un effectif de 250 personnes, s’installera en 2017 à proximité des pistes sur le site de Satory. VeDeCoM a présenté sa première version de véhicule autonome à l’occasion du congrès mondial ITS Bordeaux en octobre 2015 et depuis a fait plusieurs démonstrations en milieu urbain à Amsterdam, Versailles, Paris ...

 


L’auteur
Claude Laurgeau est l’un des pionniers de la robotique en France. Professeur émérite à Mines ParisTech où il a fondé en 1988 le Centre de Robotique qu’il a dirigé jusqu’en 2010, il a obtenu en 2004, l’Engelberger Award, la plus haute distinction mondiale en robotique.
Le Centre de Robotique a consacré depuis vingt ans une part importante de son activité au véhicule autonome. Claude Laurgeau a fondé en 2001 avec ses étudiants, la société Intempora qu’il préside aujourd’hui et qui développe le middleware RTMAPS, cœur du véhicule autonome. Il préside par ailleurs le Conseil Scientifique de l’Institut VeDeCoM.

 
 

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