La route du futur face au réchauffement climatique

L’automobile est en pleine tran­si­tion éner­gé­tique, mais il ne faut pas oublier qu’elle forme un couple avec son sup­port de rou­le­ment, la route. La voi­ture ne pour­ra réel­le­ment évo­luer que si la route évo­lue en cohé­rence avec elle, dans une tran­si­tion éco­lo­gique rai­son­née et progressive.

La confé­rence de Rio (1992) puis les COP suc­ces­sives depuis 2000 ont conduit à la prise de conscience des consé­quences du réchauf­fe­ment cli­ma­tique, lar­ge­ment dû à l’émission des gaz à effet de serre (GES). La route et les véhi­cules ther­miques qui l’empruntent, repré­sen­tant envi­ron 30 % des GES, ont été stig­ma­ti­sés, ain­si que la consom­ma­tion de maté­riaux non renou­ve­lables et à forte consom­ma­tion éner­gé­tique uti­li­sés dans la construc­tion et l’entretien des infra­struc­tures rou­tières (par ex. ciment, bitume). Des décla­ra­tions poli­tiques et plans divers ont été pro­po­sés pour encou­ra­ger un trans­fert modal de la route vers les modes dits éco­lo­giques, notam­ment flu­vial et fer­ro­viaire. Mais force est de consta­ter que ces ini­tia­tives n’ont pas don­né de résul­tat, et au contraire le mode rou­tier a conti­nué d’augmenter ses parts dans presque tous les pays. Par consé­quent, les pou­voirs publics et les États ont inflé­chi leurs poli­tiques depuis 2011–2015 et cherchent main­te­nant à décar­bo­ner la route et les véhi­cules, dans le cadre d’une tran­si­tion éco­lo­gique rai­son­née et pro­gres­sive, tout en encou­ra­geant la com­plé­men­ta­ri­té des modes, cha­cun étant uti­li­sé là où il est per­for­mant et éco­no­mi­que­ment viable.

Le concept de route du futur ou de cin­quième géné­ra­tion (Hau­tière et al., 2015), décli­né dans ses diverses com­po­santes, prend son sens dans ce contexte et ouvre de nou­velles pers­pec­tives pour le XXI^e siècle. Cette route du futur répon­dra glo­ba­le­ment à trois prin­ci­paux objec­tifs : rési­lience, dura­bi­li­té et sobrié­té en maté­riaux ; adap­ta­bi­li­té, connec­ti­vi­té et auto­ma­ti­sa­tion ; et inté­gra­tion éner­gé­tique. Ce sont les deux der­niers qui sont pré­sen­tés dans le pré­sent article.

REPÈRES

Avec l’ère indus­trielle et jusqu’à la pre­mière moi­tié du XX^e siècle, le trans­port ter­restre des per­sonnes et des biens a été lar­ge­ment domi­né par le che­min de fer, qui com­bi­nait capa­ci­té, vitesse, confort et sécu­ri­té. À par­tir des années 1950, et sur­tout 1960–1970, l’automobile a connu un essor ful­gu­rant aux États-Unis, puis en Europe et dans le reste du monde. Paral­lè­le­ment la route et ses infra­struc­tures se sont déve­lop­pées avec des inves­tis­se­ments mas­sifs, publics puis pri­vés avec les conces­sions, tant pour le trans­port des per­sonnes que pour celui des mar­chan­dises. Dans la plu­part des pays, la den­si­té des réseaux rou­tiers est 10 à 100 fois plus forte que celle des réseaux fer­ro­viaires et la flexi­bi­li­té du mode rou­tier a conduit à ce que 70 % à 90 % des trans­ports ter­restres actuels se fassent sur la route, hors zones urbaines. 

Une route connectée et automatisée

On assiste aujourd’hui à des évo­lu­tions rapides, avec l’arrivée des véhi­cules élec­triques et auto­nomes, et de nou­veaux ser­vices de mobi­li­té. La robo­ti­sa­tion de cer­tains chan­tiers de main­te­nance, la déma­té­ria­li­sa­tion ou le déport à bord des véhi­cules d’une par­tie de la signa­li­sa­tion, ou les outils de loca­li­sa­tion et de com­mu­ni­ca­tion élec­tro­nique, exigent une adap­ta­bi­li­té crois­sante de la route et de ses équi­pe­ments, de plus en plus connec­tés avec les véhi­cules. De nou­velles stra­té­gies de ges­tion de tra­fic émergent et reposent sur la connec­ti­vi­té et l’automatisation des véhi­cules, pour amé­lio­rer la per­for­mance du sys­tème route-véhi­cule, sécu­ri­ser et fia­bi­li­ser les dépla­ce­ments. L’usage des infra­struc­tures peut ain­si être opti­mi­sé en met­tant à pro­fit les sys­tèmes de trans­port intel­li­gents et coopé­ra­tifs (C‑ITS).

Les capteurs

Les cap­teurs élec­tro­ma­gné­tiques ou optiques (boucles, camé­ras, radars, lasers, etc.) dans l’infrastructure ou en bord de voie per­mettent de mesu­rer les carac­té­ris­tiques du tra­fic, de le gérer et de déli­vrer des infor­ma­tions aux usa­gers. Des sys­tèmes coopé­ra­tifs plus avan­cés four­nissent des temps de par­cours à longue dis­tance en uti­li­sant la tech­no­lo­gie des véhi­cules tra­ceurs, où des véhi­cules équi­pés de cap­teurs embar­qués et d’un sys­tème de géo­lo­ca­li­sa­tion trans­mettent des infor­ma­tions régu­lières à un sys­tème inté­grant un modèle de tra­fic. Des outils com­bi­nant la détec­tion d’événements et l’identification de véhi­cules, par recon­nais­sance de plaques ou trans­pon­deurs, per­mettent de mettre en œuvre une poli­tique de contrôle-sanc­tion auto­ma­ti­sé. Celui des vitesses est en place en France depuis 2002 et ceux des feux rouges et contre-sens, puis des inter­dis­tances, ont sui­vi. Le contrôle auto­ma­ti­sé de l’usage des voies réser­vées (bus, taxis, véhi­cules à taux d’occupation mini­mal) et des zones à faibles émis­sions est en cours de déploie­ment. Celui des poids lourds en sur­charge fait l’objet d’études en cours et met­tra en œuvre des sys­tèmes de pesage en marche cer­ti­fiés. L’ensemble de ces contrôles vise à assu­rer un tra­fic plus sûr, plus fluide et moins pol­luant, et un usage opti­mi­sé des infrastructures.

Les convois de poids lourds

Un autre exemple d’automatisation concerne les convois de poids lourds à courte inter­dis­tance (pla­too­ning), qui pour­raient à terme per­mettre des gains de per­for­mance sub­stan­tiels, une réduc­tion de la consom­ma­tion, des émis­sions de GES et des conges­tions rou­tières. L’infrastructure aura un rôle à jouer dans la connec­ti­vi­té entre ces convois, les véhi­cules qui les com­po­se­ront et les ges­tion­naires. Elle sera équi­pée de cap­teurs et de sys­tèmes de ges­tion de don­nées pour déter­mi­ner les zones et périodes où le pla­too­ning est réa­li­sable en sécu­ri­té, ou lorsqu’il fau­dra l’interrompre, par exemple en condi­tions météo­ro­lo­giques dégra­dées, de tra­fic très dense, de fran­chis­se­ment de zone par­ti­cu­lière (ponts de grande por­tée à capa­ci­té de charge limi­tée ou zones d’échange). Des infor­ma­tions seront com­mu­ni­quées aux chauf­feurs ou aux auto­ma­tismes de conduite. Les véhi­cules impli­qués dans le pla­too­ning devront aus­si trans­mettre des infor­ma­tions à des centres de ges­tion pour per­mettre leur entrée ou sor­tie de pla­toon en fonc­tion de leur des­ti­na­tion ou pour défi­nir leur rang par rap­port à leurs capa­ci­tés de freinage.

“Assurer un trafic plus sûr, plus fluide et moins polluant.”

L’infrastructure aura éga­le­ment, pour les futurs véhi­cules auto­ma­ti­sés, des fonc­tions de gui­dage, de détec­tion d’incidents, d’aide à la mise en sécu­ri­té en cas de défaillance, et une contri­bu­tion dans la pré­ven­tion des col­li­sions, entre mobiles ou sur obs­tacles fixes. Pour cela un échange d’informations conti­nu devra être ins­tau­ré entre véhi­cules et infra­struc­ture. La durée des cycles tra­di­tion­nels de renou­vel­le­ment des infra­struc­tures (50 ans à 100 ans au moins pour les ponts, 15 ans à 30 ans pour les chaus­sées et routes) se rap­proche main­te­nant de celle des véhi­cules et des outils de com­mu­ni­ca­tion (une dizaine d’années). Il ne s’agit donc plus seule­ment de renou­ve­ler ces infra­struc­tures, mais plu­tôt de les adap­ter à de nou­veaux usages, à coût éco­no­mique et envi­ron­ne­men­tal mini­mal. Face aux défis cli­ma­tiques actuels, la route du futur devra aus­si jouer un rôle signi­fi­ca­tif sur le plan éner­gé­tique. Deux pistes com­plé­men­taires ont émer­gé et sont à l’étude ou com­mencent à être mises en œuvre : uti­li­ser la route comme un outil de pro­duc­tion d’énergie renou­ve­lable ou l’équiper d’une infra­struc­ture de dis­tri­bu­tion d’électricité per­met­tant d’alimenter des véhi­cules en mou­ve­ment, donc d’en faire une route électrique.

Une route à énergie positive

La route est consom­ma­trice d’énergie, tant pour sa construc­tion, pour sa main­te­nance et pour son exploi­ta­tion (éclai­rage et signa­li­sa­tion) que par les véhi­cules qui l’empruntent. Dans la recherche de sources poten­tielles d’énergie renou­ve­lable, il a été iden­ti­fié que la sur­face des routes, qui reçoit les rayons solaires, pou­vait consti­tuer une source d’énergie. La sur­face cumu­lée du réseau rou­tier fran­çais est de l’ordre de 6 000 km², soit un peu plus d’1 % de la sur­face du ter­ri­toire natio­nal. Avec des hypo­thèses pru­dentes, 25 % de temps d’ensoleillement (soit 50 % du jour), 0,5 % de la sur­face rou­tière uti­li­sée, soit envi­ron 5 000 km de linéaire, et 300 W/m² d’énergie reçue, la puis­sance moyenne reçue serait de l’ordre de 2,25 GW, soit 3,5 % de la puis­sance élec­trique ins­tal­lée en France ou un peu plus de la moi­tié de celle consom­mée par le trans­port rou­tier. Certes la part réel­le­ment récu­pé­rable de cette éner­gie est pro­ba­ble­ment faible, mais elle pour­rait tou­te­fois contri­buer à la décar­bo­na­tion du sec­teur rou­tier, voire répondre à des besoins éner­gé­tiques limi­tés au voi­si­nage d’une route équi­pée. Les deux modes de récu­pé­ra­tion d’énergie solaire dans une route sont : la route solaire ther­mique, avec récu­pé­ra­tion de la cha­leur emma­ga­si­née dans la route ; et la route solaire pho­to­vol­taïque, avec inser­tion de cel­lules dans la couche de rou­le­ment ren­due trans­pa­rente pour lais­ser pas­ser la lumière inci­dente. La pre­mière solu­tion est com­mer­cia­li­sée en France avec suc­cès par Euro­via pour la réha­bi­li­ta­tion ther­mique de bâti­ments. La seconde solu­tion, pro­po­sée par Colas (Watt­way), peut ser­vir à ali­men­ter des cap­teurs ou contri­buer à l’éclairage. Les deux solu­tions peuvent se com­bi­ner sur un même site. Néan­moins le ren­de­ment de ces tech­no­lo­gies reste limi­té et les inves­tis­se­ments assez lourds, sur­tout pour la solu­tion photovoltaïque.

Une route électrique (ERS)

La ques­tion de l’autonomie des véhi­cules élec­triques est cri­tique, en par­ti­cu­lier pour les véhi­cules lourds (camions, auto­cars). Les bat­te­ries atteignent rapi­de­ment leurs limites phy­siques et éco­no­miques, et ne peuvent assu­rer des auto­no­mies de plu­sieurs cen­taines de kilo­mètres à des véhi­cules de quelques dizaines de tonnes. Une solu­tion consiste à trans­po­ser les sys­tèmes d’alimentation élec­trique sur l’infrastructure, déve­lop­pés dans le domaine fer­ro­viaire (trains, métros, tram­ways, trol­ley­bus). Sie­mens pro­pose une ali­men­ta­tion par caté­naires et pan­to­graphes (double caté­naire car il n’y a pas de retour cou­rant par le sol), Alstom déve­loppe une ali­men­ta­tion par le sol avec des rails élec­tri­fiés par tron­çons (trans­po­si­tion du sys­tème du tram­way de Bor­deaux) et Elways pro­pose un rail à pro­fi­lés creux, tous deux avec des patins de cap­ta­tion ins­tal­lés sous les véhi­cules. Des sys­tèmes sans contact par induc­tion existent déjà en sta­tique pour les bus et sont en cours de déve­lop­pe­ment ou d’essais, notam­ment en Suède, en Alle­magne et en Corée. Un rap­port de l’Association mon­diale de la route (PIARC, 2018) pré­sente un pano­ra­ma de ces tech­no­lo­gies et le minis­tère de la Tran­si­tion éco­lo­gique a lan­cé début 2021 une réflexion au sein de trois groupes de tra­vail avec l’ensemble des par­ties pre­nantes pour éla­bo­rer une poli­tique natio­nale sur l’ERS (Elec­tric Road Sys­tem), éva­luer les tech­no­lo­gies et leur domaine d’application et les enjeux éco­no­miques et environnementaux.

“La route n’est plus un simple ruban de bitume.”

L’ERS serait per­ti­nent sur des cor­ri­dors auto­rou­tiers à fort tra­fic, pour les poids lourds notam­ment qui repré­sentent près de 30 % des émis­sions du trans­port rou­tier. Il per­met­trait non seule­ment d’assurer la pro­pul­sion des véhi­cules sur le réseau équi­pé, mais aus­si de rechar­ger leurs bat­te­ries pour leur don­ner une auto­no­mie maxi­male en dehors de ce réseau. Il est éga­le­ment pré­fé­rable de trans­por­ter l’électricité sur son lieu de consom­ma­tion via un réseau de dis­tri­bu­tion élec­trique, plu­tôt que de la sto­cker et la trans­por­ter à bord des véhi­cules, avec les contraintes de masse, volume et coût asso­ciées aux bat­te­ries. Enfin les espaces et le temps néces­saires à la recharge sur des bornes sta­tiques, même à haut débit, sont péna­li­sants, notam­ment pour des véhi­cules com­mer­ciaux loin de leur base.

Les coûts d’investissement des solu­tions ERS se situent entre 2 et 5 M€/km (esti­ma­tion avant indus­tria­li­sa­tion) et pour la France il est admis que 3 à 4 000 km d’autoroutes seraient éli­gibles à l’ERS, soit un inves­tis­se­ment de 10 à 15 Mds d’euros (il suf­fi­rait d’équiper 50 % du linéaire sur la voie lente compte tenu de la pré­sence de bat­te­ries tam­pons). Avec une durée d’amortissement de vingt à trente ans et un sys­tème de conces­sion, cela ne semble pas hors de por­tée. Il reste néan­moins à cla­ri­fier des ques­tions de sécu­ri­té, de rési­lience du sys­tème et de modèle éco­no­mique (répar­ti­tion des coûts et béné­fices), mais a prio­ri il n’y a pas de ver­rou majeur iden­ti­fié. Le déploie­ment d’une telle solu­tion néces­si­te­ra néan­moins une nor­ma­li­sa­tion et une har­mo­ni­sa­tion des solu­tions, une inter­opé­ra­bi­li­té à l’échelle euro­péenne et entre les caté­go­ries de véhi­cules éli­gibles ; par exemple, les voi­tures ou camion­nettes seront-elles prises en compte ou res­te­ront-elles uni­que­ment sur bat­te­rie ? Natu­rel­le­ment l’origine de l’électricité (décar­bo­née) sera pri­mor­diale pour que l’ERS soit pertinent.

Une route intelligente

La route du XXI^e siècle n’est plus un simple ruban de bitume sup­por­tant des véhi­cules et équi­pée de quelques dis­po­si­tifs de sécu­ri­té et de signa­li­sa­tion. Au-delà de ses fonc­tions phy­siques, la route sera de plus en plus équi­pée de cap­teurs, de sys­tèmes d’information et de com­mu­ni­ca­tion, et connec­tée aux véhi­cules qui l’empruntent et aux opé­ra­teurs qui la gèrent. La route dite intel­li­gente devra s’autodiagnostiquer, voire s’auto-réparer, et com­mu­ni­quer sur son état et son évo­lu­tion. Sa fonc­tion sera col­la­bo­ra­tive, dans la mesure où elle par­ti­ci­pe­ra à la ges­tion ou au contrôle du tra­fic, à l’alimentation éner­gé­tique de cer­tains véhi­cules et au gui­dage ou à la sur­veillance de véhi­cules auto­nomes. En outre elle s’intégrera dans un véri­table sys­tème glo­bal de ser­vices de mobi­li­té. Néan­moins il y a lieu d’étudier chaque solu­tion et le modèle d’affaires asso­cié dans sa glo­ba­li­té et avec toutes les par­ties pre­nantes, pour évi­ter les mythes technologiques.

Références

Hau­tière N., de La Roche C. & Piau J.-M. (2015), Les routes de 5^e géné­ra­tion, Pour la Science, n° 450, avril 2015, p. 26–35.

PIARC(2018), Elec­tric Road Sys­tems : a Solu­tion for the Future ? Report of a Spe­cial Pro­ject, 2018SP04EN, 138 p.

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