L'algorithme, mon chauffeur
L'autopartage avec des voitures autonomes pourrait désengorger les villes à bien des égards. Singapour fait figure de précurseur et explore, avec l'aide de chercheurs de l'ETH, les potentiels que recèlent des transports publics individualisés, électrifiés et automatisés.
L'avenir de la mobilité s'annonce par étapes : Waymo, la filiale de Google, a annoncé en février que sa flotte de voitures autopilotées avait parcouru plus de huit millions de kilomètres sur la voie publique. Peu avant, le service de transport Uber avait annoncé trois millions de kilomètres. Si l'on en croit l'industrie, nous partagerons bient?t les routes avec des véhicules pilotés non plus par des conducteurs, mais par des algorithmes. Techoptimisme exagéré ou scénario réaliste ?
Nous demandons à un expert renommé dans le domaine, l'Italien Emilio Frazzoli, professeur de systèmes dynamiques et de technique de régulation à l'ETH Zurich depuis octobre 2016. "Tout dépend de quelle mobilité autonome vous parlez", répond-il. "Jusqu'à ce que vous puissiez acheter votre voiture autonome chez un concessionnaire, il s'écoulera encore au moins 15 ans. En revanche, si nous parlons d'autopartage à une échelle limitée, elle est déjà une réalité aujourd'hui". Ce dernier point a également un rapport avec les recherches de Frazzoli. Depuis le milieu de l'année, tout le monde peut réserver 30 BMW sur le Strip de Las Vegas via l'application du service de partage de trajets "Lyft". Elles sont pilotées par des algorithmes du groupe américain de technologie automobile "Aptiv", qui a repris en octobre 2017 la start-up "NuTonomy" fondée par Frazzoli.
Repenser la mobilité urbaine
Avant de rejoindre l'ETH, Frazzoli a été professeur pendant dix ans au célèbre MIT de Boston. Dès le début, il a travaillé sur des systèmes autonomes, au début surtout pour des avions et des drones. "C'était certes techniquement assez cool la plupart du temps, mais cela ne contribuait pas vraiment à résoudre les défis de la société". En 2009, il s'est posé la question du sens : "A l'époque, le principal argument en faveur de la recherche sur les voitures autonomes était toujours le suivant : 'parce qu'elles rendent le trafic plus s?r'".
Cette hypothèse est vraie, du moins à long terme, mais Frazzoli a reconnu l'utilité bien plus grande, à moyen terme, dans le potentiel de repenser complètement la mobilité individuelle des citadins. "L'objectif de mon groupe de recherche est une mobilité avec les commodités d'une voiture privée, qui soit aussi durable que les transports publics", une sorte de "Uber" donc, mais sans chauffeur et donc beaucoup moins cher et plus largement disponible.
Gr?ce à l'électrification et à une meilleure utilisation, avec en outre une consommation d'énergie nettement plus faible et des émissions de CO2 plus basses. Les voitures privées sont en effet utilisées en moyenne 5 pour cent du temps. Les 95 pour cent restants, elles tra?nent, dans des parkings, des garages ou sur des terrains publics. Ce n'est ni durable, ni judicieux du point de vue de l'urbanisme ou de l'économie des ressources.
La start-up de Frazzoli "NuTonomy", qui développe des logiciels de contr?le pour les véhicules autonomes, a commencé à planifier des tests de véhicules autopilotés à Singapour en 2014. Parallèlement, le professeur a publié un article en calculant pour la ville-?tat de 719 km2 ce que signifierait le remplacement complet des véhicules privés par des véhicules autopilotés partagés pour le volume du trafic. Le résultat : avec environ 40 pour cent (350 000 véhicules au lieu de 800 000), les besoins de mobilité de l'ensemble de la population de la ville-?tat pourraient être satisfaits.
Un an plus tard, le Premier ministre Lee Hsien Loong annon?ait la vision d'un "Car Lite Future", basé sur les véhicules autopilotés, le développement des transports publics et de la mobilité douce. Avec une densité de 7697 personnes par km2 (contre 203 en Suisse), cette ville-?tat de 5,5 millions d'habitants dépend plus que toute autre métropole d'une circulation efficace. C'est pourquoi la demande de voitures privées est fortement réglementée depuis des années par des droits de douane élevés et des co?ts d'autorisation de circulation pouvant atteindre 70 000 dollars. Aujourd'hui, plus de dix entreprises testent leurs systèmes sur une piste d'essai de deux hectares de la Nanyang Technological University à l'ouest de l'?le. Dès 2022, trois zones périphériques de la ville devraient être desservies en dehors des heures de pointe par les premiers bus autoguidés.
Globe - Une mobilité intelligente
L'édition actuelle de Globe est centrée sur les nouveaux concepts et technologies de mobilité, poussés par la digitalisation. Que peuvent apporter les véhicules autonomes, les modèles de partage et les utilisations des données de mobilité basées sur des applications ?
Simuler la transformation
Le "laboratoire" de Pieter Fourie se trouve au sud-ouest de Singapour. C'est là, dans un bureau lumineux au 6e étage de la tour CREATE de l'Université de Singapour (NUS), recouverte de verdure, qu'il fait des recherches sur les villes du futur pour le "Future Cities Laboratory" de l'ETH Zurich. Fourie dirige le projet "Engaging Mobility", dans le cadre duquel un premier atelier a été organisé en juillet 2017 avec des autorités gouvernementales et des hautes écoles. L'objectif était de définir les conditions-cadres pour une "Mobility on Demand" à l'échelle de la ville avec des voitures et des bus autoguidés. A partir de là, les principales questions de recherche ont été formulées. Par exemple : Qu'adviendra-t-il de la surface de stationnement disponible aujourd'hui si une grande partie des véhicules se déplace de manière constante ? Les tracés des rues doivent-ils être repensés ? Et quel sera l'impact d'un trafic automatisé et électrifié sur les transports publics existants, la demande en énergie et la sécurité ?
C'est à de telles questions que Fourie s'attaque avec la plateforme de simulation MATSim, développée dans le groupe du professeur Kay Axhausen à l'Institut de planification des transports et des systèmes de transport de l'ETH Zurich. MATSim est basée sur des agents. Cela signifie que la simulation est entra?née par le comportement des différents agents et non par des règles supérieures.
"En nous basant sur les données démographiques les plus récentes concernant la population de Singapour, nous modélisons une population synthétique aussi proche que possible de la population réelle", explique Fourie. Dans cette population, chaque agent a un comportement de mobilité et une destination de transport spécifiques, basés sur des données de trafic réelles. Fourie joue alors avec les conditions-cadres, dont le nombre de véhicules introduits, leur taille, les temps d'attente maximum autorisés pour les passagers, la disponibilité des places de parking et les différentes directions du trafic. Il laisse ensuite la population synthétique vaquer à ses occupations pendant 24 heures. Ce faisant, le système évalue automatiquement pour chaque agent l'efficacité avec laquelle il a pu atteindre ses objectifs dans différents scénarios.
Actuellement, l'équipe de Fourie programme de telles simulations pour le Tanjong Pagar Waterfront, un site d'environ deux kilomètres carrés à l'ouest de Singapour. Ce site est en train d'être transformé d'un terminal à conteneurs en un quartier résidentiel et commercial. Avec 60 000 acteurs, Fourie a déjà simulé plus de 200 000 trajets. Il a notamment calculé, pour trois typologies de routes différentes, la taille de la flotte de véhicules autonomes et le nombre de kilomètres de route à parcourir pour assurer le même niveau de service.
Les chercheurs ont par ailleurs simulé quatre stratégies de stationnement différentes pour une flotte composée de véhicules de 4, 10 et 20 places. Le résultat provisoire est le suivant : le système de transport est le plus efficace lorsque les véhicules partagés peuvent se garer dans la rue dès qu'il n'y a plus de demandes pour d'autres trajets. Même si cela réduit temporairement la capacité de la route d'une voie. En outre, des stations pick-up et drop-off moins nombreuses mais plus grandes favorisent la fluidité du trafic, car les voitures font moins de détours pour rassembler les passagers. Les stations devraient également être suffisamment grandes pour pouvoir accueillir différentes tailles de véhicules. Dès l'année prochaine, Fourie veut faire tourner de telles simulations pour l'ensemble de l'?le.
Dilemmes décisionnels
Malgré un rythme soutenu à Singapour et les premiers services à Las Vegas, Emilio Frazzoli estime que les défis restent importants, notamment pour la gestion des environnements chaotiques. "Jusqu'à aujourd'hui, nous ne savons pas encore exactement comment les voitures autopilotées doivent se comporter dans le trafic", en raison de dizaines de dilemmes décisionnels inhérents à la circulation quotidienne. Par exemple : une voiture autopilotée peut-elle franchir une double ligne si cela lui permet d'éviter un accident potentiel ? Que faire si un usager de la route est blessé sans qu'il y ait faute de sa part, afin d'éviter qu'un conducteur fautif ne soit victime d'un accident mortel ?
De telles décisions doivent être intégrées dans la programmation des algorithmes de commande. C'est pourquoi Frazzoli fait des recherches, entre autres, sur ce que l'on appelle des "rulebooks", qui servent à donner la priorité aux différents critères de décision dans les algorithmes de commande. En haut de la hiérarchie, on trouve les règles qui garantissent la sécurité des usagers de la route, en bas les règles qui améliorent le confort de conduite.
Dans un article récent, Frazzoli et son équipe ont estimé que 200 règles réparties en douze groupes hiérarchiques étaient nécessaires pour que les véhicules soient prêts à faire face à toutes les situations possibles - y compris les règles de faible priorité, comme par exemple ne pas effrayer les animaux proches de la route. Pour Frazzoli, le moment serait venu d'ouvrir un large débat public sur le transport autonome : "Nous ne devrions pas simplement laisser les règles de sécurité et de responsabilité implémentées dans les codes aux ingénieurs d'entreprises privées". Finalement, il serait dans l'intérêt de tous que nos nouveaux conducteurs virtuels s'intègrent le mieux possible dans le trafic urbain. Tout comme les nouveaux conducteurs traditionnels ; mais de manière plus prévisible, plus s?re et plus efficace.?