Magazine N°738 Octobre 2018 - Urbanisme et mobilité
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Jean-Laurent FRANCHINEAU ()

Directeur du programme écomobilité à VeDeCoM

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Des jumeaux numériques pour les routes de demain

Les véhicules de demain seront de plus en plus connectés et autonomes. Si l’attention des médias se porte surtout sur les voitures et leurs équipements, il ne faut pas oublier que les infrastructures routières devront connaître des bouleversements similaires. Car, demain, nos routes assisteront encore plus nos véhicules.

Autoroutes
© Bob

Avec l’arrivée des véhicules autonomes et connectés, nos sociétés entrent dans l’ère des systèmes de systèmes du transport terrestre routier dont les composantes principales seront des véhicules plus ou moins autonomes (depuis la délégation de conduite de niveau 3 jusqu’à son automatisation totale de niveau 5 sur toutes les routes), des infrastructures routières coopératives et connectées, et des systèmes d’information back-office qui traiteront en temps réel une masse importante d’informations recueillies sur ces voies et qui fourniront une supervision à ces nouveaux véhicules.

REPÈRES

VeDeCoM (VÉhicule DÉcarboné COmmuniquant et sa Mobilité) est un nouvel organisme installé à Satory, porté par le pôle Mov’eo, destiné à renforcer l’innovation dans le domaine des transports terrestres et de l’écomobilité. Cet institut de transition énergétique (ITE) regroupe une cinquantaine de partenaires, dont une partie des filières de l’automobile, des infrastructures et de l’écomobilité, des décideurs et acteurs des territoires et des représentants de la recherche académique. Il possède des compétences multidisciplinaires étendues allant des matériaux et procédés relatifs aux composants électriques, des outils de maîtrise de l’énergie jusqu’aux facteurs humains liés à la conduite de véhicules et à l’économie et à l’aménagement du territoire. 

Une évolution progressive

À court terme, par rapport aux cas d’usage envisagés, il faut s’attendre à voir des véhicules particuliers à conduite déléguée en zone périurbaine sur voies à chaussées séparées qui apporteront une assistance au pilotage en condition d’embouteillage sur périphériques ou sur autoroutes périurbaines à moins de 50 km/h et qui nécessiteront une infrastructure connectée en certains points seulement (comme les bretelles d’accès, les zones de bifurcation, les péages, les zones de travaux ou les lieux d’accidents). Nous voyons également des navettes autonomes de transport de voyageurs ou de logistiques sur voie dédiée ou sur zones protégées sans conducteur à bord qui couvriront les premiers ou les derniers kilomètres de déplacement à vitesse réduite autour de 30 km/h et qui s’appuieront sur une infrastructure de bord de route très équipée de caméras, de radars et de bornes de communication aux carrefours et aux intersections.

Cinq niveaux d’aide à la conduite

Les constructeurs se sont mis d’accord sur une classification des niveaux d’autonomie en cinq niveaux : 

  • Niveau 1 : assistance ;
  • Niveau 2 : avec supervision du conducteur ;
  • Niveau 3 : sans supervision temporaire du conducteur et connectivité véhicule-véhicule & véhicule-infrastructure ;
  • Niveau 4 : sans supervision du conducteur mais avec supervision déportée et connectivité hybride redondée ;
  • Niveau 5 : conduite autonome sur toutes les routes.

Des infrastructures routières à adapter

Ces premiers cas d’usage nous amènent à découvrir ou à redécouvrir l’importance d’une infrastructure routière lisible, coopérative et numérisée.

Il faudra adapter la signalisation routière horizontale et verticale, pour tenir compte d’un niveau de dégradation acceptable pour être lu et reconnu en toutes circonstances par les caméras et les lidars des nouveaux véhicules.

En ce qui concerne la connectivité véhicule-infrastructure, il y aura lieu de définir les zones à équiper a minima : bretelles d’accès, zones d’incidents ou d’accidents, zones de travaux, zones de bifurcation, zones de péage et carrefours. Il faudra également définir une politique d’équipement en matière de télécommunications en fonction de la qualité de service attendu le long des routes, en combinant au mieux les possibilités offertes par les diverses générations de télécommunications.

Enfin, la numérisation des infrastructures jouera un rôle de plus en plus déterminant. Il conviendra de définir le niveau de précision cartographique requis et le niveau de rafraîchissement d’information dynamique ou semi-dynamique attendu pour ces nouveaux véhicules autonomes. À cette fin, on commence à parler de cartographie locale haute définition qui signalera en temps réel les zones de travaux ou incidents et des points remarquables dont on connaît la précision comme les amers.

Un indispensable travail de recherche

Ainsi, au cours de ces quatre dernières années, les travaux de recherche au niveau de l’institut VeDeCoM en partenariat avec l’Ifsttar, le Cerema et le SER dans le cadre du plan véhicule autonome nous ont amenés à remettre sur le devant de la scène les infrastructures routières et leurs enjeux de modernisation dans la perspective d’une route au xxie siècle connectée, automatisée et plus sûre. Cette modernisation de la route va amener quelques changements profonds à de multiples niveaux.

Les promesses de la « 5G »

En télécommunications, 5G est la cinquième génération de standards pour la téléphonie mobile.

La technologie 5G qui pourrait permettre des débits de télécommunication mobile de plusieurs gigabits de données par seconde, soit jusqu’à mille fois plus rapide que les réseaux mobiles en 2013 et jusqu’à cent fois plus rapide que la 4G à l’horizon 2024. Ces débits élevés sont une réponse aux besoins croissants de données liés à l’essor des smartphones et des objets connectés. Des tests sont prévus en 2018 dans plusieurs régions de France pour un déploiment progressif à partir de 2019.

Un référentiel numérique harmonisé

Au niveau numérique, toutes les tâches du gestionnaire de l’infrastructure vont devoir être numérisées et gérées dans la continuité selon un référentiel numérique métier (en anglais, on parle de BIM pour Building Information Modeling, de Building Information Model, ou encore de Building Information Management). Ce référentiel couvre la conception de la voie, les équipementiers qui lui sont attachés, sans oublier les gestions de travaux et les incidents au quotidien. Il implique un langage commun pour décrire les informations et données concernant la circulation : c’est le rôle de Datex II. Tous ces éléments devront être géoréférencés de manière précise allant jusqu’à 10 cm (précision visée par le véhicule autonome pour le maintien dans sa voie) et visant un rafraîchissement de ces informations entre 100 et quelques millisecondes en utilisant une communication hybride (tenant compte de la vitesse de circulation du véhicule jusqu’à 130 km/h, de la portée des capteurs de perception locale du véhicule caméra, radar et lidar, et de la couverture des vecteurs radio : G5 pour la technologie proche du wifi avec une portée maximale de 800 m ou la téléphonie mobile 4G puis bientôt la 5G avec une portée de plusieurs kilomètres).

Des navettes autonomes peuvent couvrir les derniers kilomètres d’un trajet.
Des navettes autonomes peuvent couvrir les derniers kilomètres d’un trajet. 
© ladysuzi

Créer les conditions d’une interopérabilité totale

Une interopérabilité totale entre véhicules et infrastructures est indispensable pour garantir le bon fonctionnement et la sécurité des routes de demain et des véhicules autonomes qui les emprunteront.

Les exploitants routiers, les laboratoires de recherche en transport et l’administration vont devoir se coordonner et s’organiser pour être plus présents dans les activités de normalisation au niveau européen (CEN) comme international (ISO). Ces activités concernent en particulier les aides à la conduite, des capteurs de bord ou les interfaces homme-machine, les systèmes de transport intelligents (cartographie, échanges d’informations routières entre gestionnaires d’infrastructures et fournisseurs d’information géographique locale dynamique. Ils devront aussi s’intéresser aux travaux des équipementiers de la route. Au niveau exploitation, un processus précis de numérisation des opérations d’exploitation devra être établi comme celui de leurs diffusions sur le réseau. Ces opérations devront être signées, tracées et enregistrées, afin d’en apporter la preuve en cas d’incident. Des plans de repli devront être prévus en cas de panne. Ces opérations ne seront réservées dans un premier temps qu’à certains axes et justifieront leur aptitude à autoriser la conduite autonome.

Au niveau étatique, il faudra établir rapidement un bureau enquête accident, qui devra tirer rapidement les premiers enseignements des incidents qui surviendront et une cellule communication qui informera nos concitoyens sur les limites d’utilisation de ces nouveaux véhicules.

Des opportunités pour l’exportation

En conclusion, au-delà des dimensions physiques de nos routes, leur jumeau numérique assistera demain encore plus nos véhicules connectés et autonomes pour se déplacer au-delà de 50 km/h. La culture française du transport avec ses bonnes connaissances tant au niveau de l’ingénierie routière que de l’exploitation ou de ses connaissances de l’automobile devrait nous permettre d’être bien placée au niveau international pour mettre en œuvre sur certaines routes ces architectures numériques de système avec un bon niveau de sécurité. Enfin, l’arrivée du plan véhicule autonome français sous la présidence de Mme Idrac ne pourra que renforcer, coordonner et capitaliser ce savoir-faire au niveau national. 

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