Utilisateur:NicolasSaunier/Brouillon/Les Transports/GestionDemain

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Titre: Gestion des transports et innovations

À la fin de ce module, vous serez en mesure de

  • expliquer les technologies existantes et à venir de gestion des transports;
  • proposer des pistes de solutions pour améliorer la performance des systèmes de transports en limitant leurs impacts négatifs;
  • discuter les impacts attendus des nouvelles technologies (transport intelligent, nouveaux services).

Gestion des transports[modifier | modifier le wikicode]

Le terme choisi de gestion se veut la traduction du terme anglais de "operation", soit la méthode par laquelle un appareil accomplit sa fonction ("the method by which a device performs its function"), c'est-à-dire en transport les mesures nécessaires pour assurer le fonctionnement ou l'exploitation des systèmes de transport. Il est évidemment désirable d'accomplir ces fonctions du mieux possible, donc d'optimiser l'offre de transport pour répondre à la demande des usagers, généralement sans modifier l'infrastructure physique (routes, rails) de façon majeure. Les méthodes présentées sont différentes de l'étape de la planification et conception de l'offre de transport, où les réseaux de transport sont définis et construits pour de longues périodes de temps (plusieurs années). Les mesures présentées concernent des périodes de temps plus courtes, jusqu'au temps réel (pour le fonctionnement des systèmes de transport). On peut cependant les voir sur un continuum avec la planification des réseaux, d'autant que les mesures de gestion possibles dépendent directement des infrastructures de transport existantes.

Il existe ainsi différentes façon d'optimiser les opérations des différents modes, par exemple

  • par la gestion des feux de circulation au carrefours;
  • par la régulation de l'accès des véhicules à une autoroute;
  • par la diffusion d'information en temps réel aux usagers;
  • par l'organisation des tournées de véhicules le transport des marchandises;
  • par l'ajustement de la vitesse des véhicules de transport en commun, le choix des arrêts, et les priorités aux carrefours.

Un petit mot sur l'optimisation, critères d'optimisation selon les fonctions et impacts des transports: que veut-on optimiser? (section sur les marchandises ou dire qu'on n'en parle pas - voir RO)?

Dispositifs de contrôle de la circulation[modifier | modifier le wikicode]

Principes de signalisation[modifier | modifier le wikicode]

Les dispositifs de contrôle de la circulation "traffic control devices", ou signalisation, sont le moyen par lequel il est possible de communiquer avec les usagers de la route, à la différence des transports guidés où le contrôle peut être plus direct. Il y a trois grandes categories:

  • les panneaux de signalisation (signalisation verticale);
  • le marquage au sol (signalisation horizontale);
  • les feux de signalisation.

Les objectifs de ces dispositifs sont toujours de rendre les transports plus efficaces et sécuritaires. Ces dispositifs concernent tous les modes de transport routier, tous les usagers et véhicules sur les routes, motorisés ou non.

La conception de ces dispositifs repose sur plusieurs principes:

  • répondre à un besoin, comme rappeler les règles de la route, avertir de danger, donner des informations (directions);
  • transmettre un message clair et simple;
  • laisser un temps suffisant pour une réponse appropriée.

Il en découle que ces dispositifs doivent être uniformes, simples et que les informations fournies doivent être cohérentes et continues.

Si les panneaux de signalisation sont peut être les plus connus, le marquage au sol est indispensable pour contrôler la position latérale des véhicules et a l'avantage de guider le conducteur sans distraire son regard de la route.

(formater références) Cerema. Théorie du trafic et régulation dynamique . Bron : Cerema, 2018. Collection : Connaissances. ISBN : 978-2-37180-275-9

Corinne BRABAN et Florence BOILLOT les systèmes de commande de feux en milieu urbain avril 2003 https://www.ifsttar.fr/fileadmin/user_upload/editions/inrets/Syntheses/Syntheses_INRETS_S44.pdf

Exemples CEREMA dans la serie Gestion dynamique du trafic: harmonisation des vitesses, gestion des intemperies

Contrôle aux carrefours (circulation interrompue)[modifier | modifier le wikicode]

Un carrefour est situé à la rencontre de plusieurs routes ou rues qui se croisent au même niveau. Les carrefours sont les aménagements ponctuels les plus complexes dans les réseaux de routes.

Une branche est la partie de la chaussée raccordée au carrefour mais située à l'extérieur du carrefour à proprement parler (zone de conflit). L'approche est la partie de la branche parcourue par la circulation entrant au carrefour, la sortie est la partie de la branche parcourue par la circulation sortant du carrefour. Un mouvement est constitué par l'ensemble des véhicules qui vont d'une approche vers une sortie, auxquels s'ajoutent les piétons traversant les rues au niveau du carrefour. Certaines voies spéciales peuvent être affectées à un mouvement particulier et certains mouvements peuvent être interdits comme les demi-tours.

Pour un carrefour à quatre branches avec de la circulation autorisée dans les deux directions, il y a alors 12 mouvements possibles en excluant les demi-tours, et 4 mouvements de traverses des rues par les piétons.

Points de conflit et niveaux de contrôle[modifier | modifier le wikicode]

Des points de conflit se produisent lorsque des mouvements différents se croisent, divergent (quand ils proviennent de la même approche) ou convergent (quand ils se dirigent vers la même sortie). Les 12 mouvements dans un carrefour à 4 branches impliquent 16 points de conflit de croisement, 8 points de conflit de convergence et 8 points de conflit de divergence, sans compter les conflits avec les piétons. Les points de conflit sont liés à la complexité et la sécurité d'un carrefour: la tâche de l'ingénieur en transports est de contrôler et gérer ces conflits afin d'assurer la sécurité et le mouvement efficace de tous les usagers dans le carrefour. On distingue trois niveaux de contrôle dans un carrefour:

  1. règles de la route, c'est-à-dire la priorité au véhicule venant de la droite;
  2. attribution explicite de la priorité ("right of way") par un panneau "cédez le passage" ou d'arrêt;
  3. usage de feux de circulation.

Le choix d'un niveau de contrôle dépend des conflits qu'un usager peut percevoir et gérer. Deux facteurs influencent sa capacité à éviter un conflit:

  1. la perception (visuelle) d'un autre véhicule ou d'un piéton sur une trajectoire de collision potentielle à temps pour réagir, en tenant compte des distances de visibilité et des manœuvres d'évitement;
  2. les débits des véhicules doivent être suffisamment raisonnables pour permettre de manœuvrer en sécurité.

S'il n'est pas raisonnable de penser que les usagers pourront gérer un conflit particulier, il faut installer des dispositifs de signalisation. À un extrême, les carrefours à très faibles débits n'auront aucune signalisation particulière et la règle de la priorité à droite s'applique, et à l'autre extrême, les carrefours urbains à forts débits auront des carrefours à feux (ou giratoires).

Il existe différents critères pour le choix du niveau de contrôle à un carrefour, qui nécessitent l'analyse du carrefour et de la circulation. Ces critères sont décrits dans des manuels des différentes juridictions, comme le "Manual on Uniform Traffic Control Devices" (MUTCD) aux États-Unis. Il existe ainsi des critères pour

  • les panneaux d'arrêt sur certaines approches: cela crée ainsi des routes principales (sans panneau), directes ou sans interruption, et des routes secondaires (avec panneau);
  • les panneaux d'arrêt sur toutes les approches;
  • les panneaux de "cédez-le-passage";
  • et les feux de signalisation.

Il faut faire une étude de circulation pour déterminer si les critères sont satisfaits, sans les appliquer aveuglément.

Contrairement à la perception du public, les dispositifs de signalisation à un carrefour, comme des panneaux d'arrêt, ne doivent pas être utilisé pour apaiser la circulation, par exemple pour diminuer la vitesse des véhicules. C'est explicitement interdit dans ces manuels.

Carrefours giratoires[modifier | modifier le wikicode]

Un cas particulier de contrôle aux carrefours à l'aide de panneaux est celui des carrefours giratoires où la priorité est donnée aux véhicules circulant sur l'année (à l'intérieur du carrefour) et généralement indiquée par des panneaux de cédez-le-passage sur les approches. Si les carrefours à chaussée en anneau ont été inventés au début du 20ème siècle, appelés ronds-points, ils donnaient la priorité aux véhicules entrant, et pouvaient créer des retards importants lors de fortes demandes sur des entrées spécifiques. Il faut attendre les années 1960 pour que la règle de priorité soit changée au Royaume-Uni, où le nouvel aménagement se répand vite, puis dans toute l'Europe. Il arrive plus tardivement en Amérique du nord dans les années 1990.

La définition du ministère des transports du Québec est un

Carrefour comportant trois branches ou plus, dans lequel les courants convergent puis divergent sur une chaussée à sens unique entourant l'îlot central. La circulation sur cette chaussée se fait dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et a priorité sur la circulation entrant dans l'anneau

https://www.transports.gouv.qc.ca/fr/securite-signalisation/regles-circulation/regle-circulation-vehicules-routiers/Pages/Carrefour-giratoire.aspx

Il existe différents types de carrefours selon leur taille. Les avantages du carrefour giratoire sont nombreux:

  • ils ont une capacité comparable aux carrefours à feux;
  • ils ont généralement une meilleure sécurité avec moins d'accidents et des accidents moins graves grâce à un plus faible nombre de points de conflit, l'élimination des conflits de croisement et des vitesses plus faibles forcées par les courbes d'approche;
  • ils permettent naturellement les demis-tours et constituent une solution pour des configurations de routes atypiques ou complexes;
  • l'absence de feux de circulation les rend moins coûteux et moins exigeant en entretien.

Ces avantages les rendent souvent un meilleur choix que les carrefours à feux, si la place est disponible. Lorsque nouveaux, ils nécessitent cependant un temps d'adaptation des usagers.

Carrefours à feux[modifier | modifier le wikicode]

Nous allons nous intéresser tout d'abord au cas le plus simple d'un carrefour isolé. Un carrefour est isolé s'il est très éloigné de tout autre carrefour, en particulier à feux. En pratique, on considère un carrefour isolé s'il est éloigné de quelque kilomètres de tout autre carrefour. Cela veut dire que les véhicules arrivent de façon aléatoire au carrefour étudié. En deçà, l'hypothèse n'est plus valide et il faut prendre en compte les caractéristiques de la circulation pour adapter au mieux le contrôle au carrefour.

Principes et justification d'un carrefour à feux[modifier | modifier le wikicode]

Les feux de circulation sont peut être la forme de contrôle à un carrefour la plus familière. La configuration la plus courante pour le contrôle de la circulation des véhicules aux carrefour est le feu à trois états (lumières), ou couleurs, rouge, vert et jaune (orange). Il faut aussi considérer les feux spécifiques pour les piétons, avec ou sans décompte, pour les cyclistes et les véhicules de transport en commun, entre autres.

Feux de circulation à trois états

Les feux de circulation représentent la forme ultime de contrôle à un carrefour: en donnant l'accès aux différents mouvements alternativement (ségrégation temporelle, à contraster avec la ségrégation spatiale des carrefours dénivelés entre autoroutes), c'est la seule façon avec les carrefours giratoires permettant de réduire significativement le nombre et la nature des conflits potentiels. Si les usagers obéissent aux feux, certains des conflits les plus critiques, comme les conflits de croisement, sont évités, mais tous les conflits ne le sont pas forcément, comme les conflits entre virage à gauche et mouvement tout droit opposé, ou entre les mouvements tournants et les piétons. Les autres avantages sont de produire un mouvement continu ou quasi-continu de la circulation à une vitesse préétablie dans le cas d'une bonne coordination et d'interrompre la circulation principale à intervalle déterminés pour permettre la circulation transversale des véhicules et des piétons de traverser la voie principales.

Il faut faire des études pour déterminer si des carrefours à feux sont la bonne solution: les différents critères des manuels nord-américains sont liés à

  • la distance aux autres carrefours, selon leur niveau de contrôle;
  • la demande des véhicules motorisés et des piétons (ou écoliers);
  • le retard des véhicules motorisés;
  • la sécurité (statistiques d'accident);
  • la coordination des mouvements sur un axe prioritaire (route principale).

Même s'ils satisfont à ces critères de justification, les carrefours peuvent avoir plusieurs inconvénients s'ils sont mal conçus ou entretenus:

  • un ralentissement de la circulation et une diminution de la capacité d’écoulement;
  • la déviation de la circulation vers des routes locales
  • l'augmentation de la fréquence de certains types d'accidents (particulièrement les collisions arrière)
  • des coûts d'acquisition et d'installation;
  • la désobéissance des conducteurs (aux feux);
  • l'augmentation des retards et du nombre d'arrêts;
  • l'augmentation de la consommation d'essence et par conséquent de la pollution.

Plan de feux[modifier | modifier le wikicode]

Une fois qu'un carrefour à feux à été identifié comme la solution appropriée, il faut concevoir le fonctionnement des feux ou plan de feux qui décrit l'ordre dans lequel les différents mouvements sont autorisés et la durée qui leur est allouée. Plusieurs définitions sont nécessaires pour décrire un plan de feux:

  • le cycle: les indications des feux, généralement vert, jaune, rouge se succèdent à l'intérieur d'un cycle défini comme étant la durée séparant deux passages successifs de l'ensemble des signaux par le même état. La durée du cycle est noté C;
  • Intervalle: durée pendant laquelle il n'y a aucun changement du message affiché;
  • Le cycle est partagé en phases: une phase est constituée de l'ensemble des intervalles alloués à un mouvement particulier ou à plusieurs mouvements recevant simultanément un droit de passage;
  • Séquence: ordre dans lequel se déroulent successivement les phases;
  • Un plan de feu est constitué par les phases, leur durée et leur séquence.

Lorsque l'on considère un seul carrefour, il y a deux types de stratégie de gestion des feux:

  • à temps fixe: la durée du cycle, la séquence et la durée des phases sont établies en fonction des conditions existantes ou prévisibles, et demeurent constantes durant une période fixe;
    • selon l'équipement utilisé, plusieurs plans de feu et de minutage à temps fixe peuvent être utilisés à différentes périodes de la journée (pointes du matin, de l'après-midi et hors pointe);
  • en temps réel: chaque cycle (durée et séquence des phases) peut être différent du précédent, selon la demande de circulation mesurée à l'aide de détecteurs;
    • si au moins une phase fonctionne selon la demande, la stratégie est semi-adaptative; si toutes les phases fonctionnent selon la demande, la stratégie est adaptative.

Le plan de feu le plus simple et le plus courant comporte deux phases pour un carrefour à trois ou quatre branches. Si on aligne un carrefour selon les points cardinaux, une des phases permet tous les mouvements (tout droit, virages à gauche et à droite) provenant du nord et du sud, et l'autre tous les mouvements provenant de l'est et de l'ouest.

(TODO ajouter illustration de plan à deux phases)

Une phase est constituée des intervalles où le feu d'une approche est vert puis jaune. La période entre les verts, aussi appelée de période de dégagement, est le temps entre le vert d'une phase et le vert de la phase suivante, et consiste des intervalles de jaune et de rouge intégral. Pour des raisons de sécurité, à la fin de chaque phase, l'ensemble des feux du carrefour est maintenu au rouge pendant une certaine durée (quelques secondes), appelée rouge intégral, permettant le dégagement du carrefour avant que des mouvements conflictuels ne puissent entrer. Le temps de dégagement est calculé pour éviter la zone de dilemne, où un véhicule n'aurait ni le temps de continuer et passer le carrefour avant que d'autres véhicules n'entrent dans le carrefour, ni de s'arrêter.

Dans un tel plan à deux phases, les mouvements tournants (virages à gauche et à droite) sont permis, mais pas protégés:

  • lorsque qu'un virage est permis, le mouvement est en conflit avec d'autres mouvements, les véhicules tournant cèdent le passage aux véhicules en sens opposé et aux piétons;
  • lorsqu'un mouvement est protégé, les mouvements en conflit sont interdits.

Il faut ajouter des phases supplémentaires pour protéger un mouvement, ou fractionner une phase pour créer un intervalle où le mouvement est protégé, mais la phase n'est pas exclusive au mouvement protégé. On créé alors un intervalle de vert avancé ou retardé. D'une façon générale, les feux à phases multiples (3 phases ou plus) sont choisis lorsque

  • le carrefour a plus de quatre approches;
  • il est justifié d'avoir des mouvements de virage à gauche exclusifs;
  • il est justifié d'avoir des mouvements exclusifs pour certains usagers (piétons, cyclistes, etc.).

(TODO ajouter illustration de plan à 3 phases, vert avancé/retardé)

Il faut cependant chercher à minimiser le nombre de phases, pour minimiser le temps perdu par phase, soit le temps pendant lequel le carrefour n'est utilisé par aucun mouvement de façon efficace

  • au début du vert, lors du démarrage des véhicules;
  • à la fin du jaune; et
  • lors du rouge intégral.

Le temps restant, dans le cycle, est alloué proportionnellement à la demande (débit) dans chaque phase, en tenant compte de la capacité des voies utilisées. Le cycle est calculé pour offrir la capacité nécessaire pour répondre à la demande, et minimiser le retard total des usagers selon la formule de Webster.

Les piétons ne sont pas pris en compte explicitement dans cette méthode. Il est possible d'adapter de façon similaire le temps alloué à chaque phase selon la demande de passage par les piétons. On doit toujours vérifier que le temps disponible pour chaque traversée dans la phase où elle est autorisée est suffisante pour les piétons, selon leur temps de perception et de réaction et leur vitesse de marche.

Adaptation en temps réel et réseaux de carrefours[modifier | modifier le wikicode]

Il existe différentes méthodes de contrôle de la circulation selon le nombre et la configuration des carrefours considérés et le type de stratégie considérée (temps fixe ou temps réel).

Catégorie Temps fixe Temps réel
Carrefour isolé cycle optimal feux adaptatifs
Corridor coordination -
Réseau maillé plusieurs plans de feux systèmes temps réels

Un corridor est une route principale où la circulation sera priorisée par rapport aux routes secondaires transversales: les carrefours seront généralement contrôlés par des panneaux d'arrêt sur les routes secondaires ou par des feux de circulation. Améliorer la circulation aux carrefours à feux sur un corridor consiste à la coordonner de façon à minimiser le nombre d'arrêts des véhicules lors de leur passage, et ainsi à ce que le maximum de véhicules se déplace sans aucun arrêt.

Un réseau maillé est un réseau de routes fortement connectées, par exemple sur un plan en damier comme dans de nombreuses villes nord-américaines.

Stratégie adaptative à un carrefour isolé[modifier | modifier le wikicode]

La performance d'un feu à temps fixe dépend de la façon dont les débits réels correspondent aux débits à partir desquels le plan de feu a été conçu. Les débits varient dans le temps, en particulier à court terme, ce qui peut causer la saturation d'un cycle isolé ou d'une courte série de cycles. Le déroulement du cycle est modifié selon la demande, en faisant varier la durée des phases ou la séquence des phases, y compris par escamotage d'une phase pour laquelle aucun véhicule ne s'est présenté.

La stratégie la plus courante traite chaque phase indépendamment. Le vert varie entre un temps minimum et un temps maximum: à partir du vert minimal, on accorde à la phase considérée un certain nombre de prolongations déterminées par la circulation, tout en ne dépassant pas le vert maximal. Il est donc nécessaire d'installer des capteurs pour compter ou détecter la présence des véhicules sur l'approche dont la phase sera adaptée selon la demande.

Coordination sur un corridor[modifier | modifier le wikicode]

L'un des facteurs ayant le plus d'influence sur le retard à un carrefour est la distribution des arrivées à un carrefour (dans le cycle). Si les véhicules arrivent assez regroupés, il est possible de coordonner les feux de façon à ce qu'ils arrivent pendant l'intervalle vert de chaque feu successif. Pour cela, les carrefours ne doivent pas être trop espacés (quelques centaines de mètres) de sorte que les véhicules restent en peloton.

La coordination des carrefours à feux d'un axe se caractérise par une suite de décalages: un décalage est l'intervalle de temps entre le début du vert d'une phase pour un carrefour et le début du vert d'une phase (suivante ou précédente) du carrefour suivant (aval). Pour que le décalage soit préservé à chaque cycle, il faut que tous les carrefours aient la même durée de cycle sur le corridor. Pour un corridor sens unique, le décalage entre deux feux est calculé comme le temps nécessaire pour parcourir la distance entre ces deux feux, soit la distance entre les feux divisée par la vitesse d'un peloton de véhicule. La bande passante pour un sens de circulation est l'intervalle de temps durant lequel un véhicule, se déplaçant à une vitesse donnée, traverse tous les carrefours sans s'arrêter: plus sa durée est grande, plus la coordination est efficace.

Il peut être nécessaire d'ajouter du temps au décalage pour que les premiers véhicules aient le temps de démarrer au premier carrefour. Si des files d'attente se forment sur les approches du corridor (formées par exemple de véhicules garés ou venant des routes secondaires), il faut retirer le temps nécessaire pour écouler ces véhicules.

En pratique, la coordination est difficile à mettre en place, en particulier pour des corridors avec de la circulation dans les deux sens. En effet, si le décalage est calculé dans un sens de circulation, le décalage dans l'autre sens est égal au cycle moins le premier décalage. Il existe dans ce cas des algorithmes d'optimisation et des outils logiciels pour calculer les décalages sur un corridor de feux. Pour une raison similaire, la coordination est difficile dans un réseau maillé, car tous les décalages ne peuvent être choisis indépendamment: Une boucle dans un réseau, par exemple une grille, implique que seulement trois décalages sont libres, le dernier étant imposé par les trois autres.

Régulation en temps réel pour un réseau de carrefours[modifier | modifier le wikicode]

Si plusieurs plans de feux à temps fixe peuvent être utilisés aux carrefours à feux d'un réseau maillé, ils ne répondent pas à la demande en temps réel. Il y a eu de nombreux travaux de recherche depuis les années 1960 sur ce type de problème d'optimisation du contrôle des feux de circulation, visant à minimiser le retard et le nombre d'arrêts des véhicules. Pour l'adaptation en temps réel, des capteurs doivent être installés à tous les carrefours. Il existe plusieurs systèmes commerciaux de contrôle des feux en temps réel, tels que "Split Cycle Offset Optimisation Technique" (SCOOT) ou "Sydney Coordinated Adaptive Traffic System" (SCATS). Par exemple, SCOOT modifie graduellement le plan de feux en cours dans le but de l'adapter aux variations des conditions de circulation.

Régulation de la circulation sur autoroute (ininterrompue)[modifier | modifier le wikicode]

Sur autoroute, où les carrefours sont dénivelés et l'accès contrôlé et donc la circulation est ininterrompue, il existe plusieurs méthodes de régulation de la circulation en temps réel, selon les conditions de circulation, parmi lesquels seront présentées:

  • la régulation d'accès;
  • la régulation de la vitesse;
  • les voies réservées.

Régulation d'accès[modifier | modifier le wikicode]

La régulation des accès ("ramp metering") consiste à limiter l'accès des véhicules à l'autoroute, de façon à améliorer l'écoulement sur l’autoroute. Les premières expériences de remontent aux années 1960 sur une autoroute urbaine de Chicago (Eisenhower Expressway). Il existe deux catégories de stratégies, à savoir

  • les stratégies locales, pour un point d'accès particulier;
  • les stratégies intégrées pour une section d'autoroute avec plusieurs points d'accès.

(TODO discuter temps réel et données/capteurs)

Une des évaluations les plus connues à eu lieu au Minnesota, suite à la fermeture des 433 points de régulation d’accès dans la région de Minneapolis-St. Paul pendant 8 semaines en 2000 après une controverse politique. Pendant ces 8 semaines, il a été mesuré:

  • une baisse de la capacité de 9 %;
  • une augmentation des temps de parcours de 22 %;
  • une baisse des vitesses sur l'autoroute de 7 %;
  • une augmentation du nombre d’accidents de 26 %

L'évaluation a aussi mis en lumière le manque d'équité de cette méthode qui a des impacts sur les résidents les plus proches des points d'accès les plus congestionnés, et ainsi les compromis entre équité et efficacité. De nouveaux algorithmes prennent en compte l'attente maximale sur les bretelles d'accès et les impact sur le réseaux environnant (non-autoroutier).

Régulation des vitesses[modifier | modifier le wikicode]

La régulation des vitesses vise à modifier dynamiquement les seuils des vitesses réglementaires, selon l'état de la circulation, les conditions météorologiques, ou des impacts environnementaux (pollution). Les objectifs sont d'améliorer la sécurité (la vitesse étant un facteur important dans la fréquence et la gravité des accidents), rendre les vitesses plus homogènes, et améliorer le confort entre autres.

Voies réservées[modifier | modifier le wikicode]

Les voies réservées ("managed lanes") consiste à restreindre l'accès de certaines voies de circulation à certaines catégories de véhicules, dans le but d'améliorer les conditions de circulation, augmenter la capacité, en véhicules et surtout en nombre de personnes déplacées, diminuer les impacts environnementaux et améliorer la sécurité. Il existe trois grandes catégories de voies réservées:

  • des voies pour véhicules à taux d'occupation élevé ("High-occupancy vehicle (HOV) lanes"), restreignant l'accès aux véhicules particuliers avec un nombre minimum d'occupants, par exemple 3 occupants ou plus;
  • des voies avec péage ("High-occupancy toll (HOT) lanes"), parfois combinées avec des véhicules à taux d'occupation élevé;
  • des voies réservées au transport en commun (bus), autorisant parfois les taxis, parfois réalisées sur l'accotement (aussi appelée bande d'arrêt d'urgence en Europe).

Une dernière catégorie de voies particulières est la catégories des voies réversibles pour répondre à des demandes variant fortement dans le temps par direction (mouvements pendulaires des pointes matin et soir, par ex. sur le pont Jacques Cartier ou l'Avenue du Parc à Montréal).

Opération des transports en commun[modifier | modifier le wikicode]

discuter attributs numériques non discuté en module 2: capacité et vitesse - performance opérationnelle du service (comment le mesurer)

https://en.wikibooks.org/wiki/Fundamentals_of_Transportation/Transit_Operations_and_Capacity

(voir CIV6708)

Nouvelles technologies et services de transport[modifier | modifier le wikicode]

Les systèmes de transport intelligents[modifier | modifier le wikicode]

Les transports de demain dépendront des nouvelles technologies en développement.

 "La définition des systèmes de transport intelligents (STI), selon STI Canada, la mise en place de technologies en émergence  et à la fine pointe (ordinateurs, capteurs, systèmes de contrôle, communications et dispositifs électroniques) dans le domaine du transport" pour atteindre les objectifs de transports efficaces et sécuritaires, tout en préservant l'environnement.
 Même avec cette définition, les limites des STI demeurent floues, laissant aux praticiens et aux fournisseurs la possibilité d’élargir ou de restreindre sa signification. Les STI sont multimodaux, englobant le transport terrestre, maritime et aérien. Ils sont concentrés sur le transport terrestre: les véhicules de tourisme, les véhicules commerciaux et le transport en commun. Puisque ce sont des systèmes dynamiques, le terme STI comprend à la fois le véhicule, l'infrastructure et le conducteur ou l'utilisateur, interagissant les uns avec les autres de façon dynamique." [1]

Les STI reposent en particulier sur quatre technologies:

  • des ordinateurs et circuits électroniques (unité de commande électronique pour les systèmes embarqués comme les voitures): une voiture de production contient aujourd'hui des dizaines de processeurs[2];
  • des capteurs, fixes (liés à l'infrastructure) et embarqués par les usagers ou dans les véhicules (vu dans le module sur la modélisation des transports: ces capteurs sont de plus en plus performants, de moins en moins coûteux et encombrants puisqu'il bénéficient des progrès dans les ordinateurs et les méthodes d'analyse de données;
  • des réseaux de télécommunication, en particulier sans fil: on peut distinguer les réseaux de télécommunication à grande portée, comme le réseau de téléphonie mobile, et les réseaux à plus courte portée, comme les réseaux "wifi" (norme Wi-Fi IEEE 802.11) et les réseaux véhiculaires proposées pour les communications entre les véhicules, et entre les véhicules et l'infrastructure;
  • des algorithmes d'analyse de données et d'aide à la décision, venant en particulier de l'intelligence artificielle (apprentissage machine) et de la recherche opérationnelle (méthodes d'optimisation): ces méthodes sont indispensables pour interpréter les données obtenues par le nombre grandissant de capteurs (elles sont parfois déjà intégrées dans le capteur, par ex. dans le cas d'une caméra de circulation qui compte des usagers), pour améliorer le fonctionnement des véhicules (par ex. dans les systèmes d'aide à la conduite) et pour prendre des décisions de gestion des systèmes de transport.

Les méthodes de régulation de la circulation vues plus haut font ainsi partie des STI:

Si ces méthodes ont été inventées il y a longtemps, dans les années 1960 pour les premières, les améliorations des technologies mentionnées précédemment offrent de nouvelles opportunités pour l'optimisation de la régulation de la circulation, en fournissant plus de données de meilleure qualité et en prenant en compte d'autres critères que le nombre de véhicules motorisés écoulés ou leur retard, comme:

  • le retard de tous les usagers de la route, motorisés ou non, détectés par des capteurs fixes et embarqués (compteurs de passagers dans les bus);
  • les impacts sur l'environnement, pour minimiser les émissions de polluants dans l'air;
  • les impacts sur la sécurité routière, pour minimiser en temps réel le risque d'accident.

Les STI permettent aussi plus facilement de faire appliquer les règles de la route, par exemple avec des systèmes de contrôle automatique de la conformité aux limites de vitesse, du respect du feu rouge, ou pour faire le contrôle des accès aux voies réservées en vérifiant automatiquement l'admissibilité des véhicules (comptage automatique du nombre de passagers, détection des véhicules de transport en commun, paiement de péage par transpondeur sans arrêt des véhicules).

Un dernier exemple de STI est le développement des systèmes de notification automatique d'accident pour notifier les services d'urgence, par exemple avec le système "eCall" en Europe, qui transmet automatiquement des données lors d'un accident. Ce type de système n'améliore pas en soi la sécurité routière, mais aide à réduire les impacts négatifs des accidents de la route.

Nouvelles technologies véhiculaires[modifier | modifier le wikicode]

Véhicules électriques[modifier | modifier le wikicode]

Pour atténuer les impacts des voitures, il y a beaucoup d'intérêt pour les voitures électriques, dans lesquelles le moteur à combustion est remplacé par un moteur électrique, alimenté par une batterie. Comme nous l'avons vu, l'impact global d'une voiture électrique dépend de la distance parcourue et de la source de l'énergie électrique. Les avantages de ces véhicules sont leur absence d'émission de polluants dans l'air et de gaz à effet de serre. Cependant, les voitures électriques restent des voitures et sont ainsi associées à plusieurs autres impacts négatifs sur la société, l'économie et l'environnement, en particulier les accidents de la route, le manque d'activité physique, la place prise par les véhicules et leur stationnement, leur usage inefficace (le nombre moyen de passagers dans une voiture est souvent faible) et leur contribution à une occupation du sol peu efficace (étalement urbain).

D'autres véhicules électriques ont des avantages plus importants:

  • plusieurs catégories de véhicules de transport en commun sont généralement déjà électriques, comme les tramways, métros et trains, et les bus électriques commencent à se répandre;
  • les vélos électriques voient aussi un grand engouements depuis le milieu des années 2000: ils permettent aux cyclistes de parcourir de plus grandes distances ou de franchir des côtes plus facilement, et ceci en dépendant peu des aptitudes physiques des cyclistes (ce qui est important pour les personnes âgées par exemple);
  • le dernier phénomène urbain est celui des trottinettes électriques, popularisées sous forme de service de transport partagé, dont les avantages et inconvénients ne sont pas encore bien évalués.

Véhicules connectés[modifier | modifier le wikicode]

Au sens le plus général, un véhicule connecté ("connected vehicle") est un véhicule disposant d'un système de communication qui peut aussi offrir accès à Internet, et en général aussi à un réseau local sans fil. Ce réseau local sans fil permet au véhicule de se connecter à l'infrastructure du réseau routier (communications véhicule à infrastructure ou "vehicle-to-infrastructure" en anglais (V2I)) et aux autres véhicules à proximité (communication véhicule à véhicule ou "vehicle-to-vehicle" en anglais (V2V)). À ces types de communication qui définissent le véhicule connecté s’ajoutent d’autres formes de communication vers d'autres usagers, par exemple aux piétons ("vehicle-to-pedestrian" (V2P) en anglais), ou à tout type d'appareil ("vehicle-to-device" (V2D) en anglais). On parle de connexion véhicule à "tout" (vehicle-to-everything" (V2X) en anglais), qui appartient à la vision de l'Internet des objets où tous les objets de la vie courante sont connectés à Internet pour échanger des données. En Europe, l'accent est mis sur l'aspect collaboratif ou coopératif des applications des véhicules connectés dans les expressions "collaborative ITS" ou "cooperative ITS".

En termes de technologie de communication, la communication Internet repose sur les réseaux de téléphonie mobile de différentes générations, tandis que les communications locales V2X reposent sur le standard IEEE 802.11p pour ajouter des accès sans fil dans les environnements véhiculaires ("wireless access in vehicular environments", WAVE). Ce standard à la famille de standards IEEE 802.11 plus connus sous le nom commercial de "Wi-Fi". Le standard 802.11p utilise la bande de fréquence de 5.9 GHz (5.850-5.925 GHz) ("Dedicated Short-Range Communication" (DSRC). En Europe, 802.11p est utilisé comme base pour le standard ITS-G5.

Les véhicules automatisés actuellement développés utilisent un ensemble de capteurs pour connaître l’environnement du véhicule (connaître la position des usagers et la position du véhicule sur la route) et des algorithmes de prise de décision et de contrôle du véhicule qui ne requièrent pas de communications constantes avec les autres véhicules ou l’infrastructure

Ces communications servent à échanger de l'information entre les véhicules, les usagers et l'infrastructure. L'avantage par rapport à des systèmes d'aide à la conduite sans communication est que les véhicules échangent des informations plus précises et fiables entre eux: au lieu de détecter la présence d'un autre véhicule, le véhicule communique lui-même sa présence, vitesse, et autres informations comme les manoeuvres effectuées par le conducteur. Ces informations peuvent soit être données au conducteur, pour l'aider dans sa tache de conduite, soit utilisées par le véhicule pour prendre partiellement ou complètement le contrôle du véhicule, dans le but d'améliorer l'efficacité et la sécurité de la circulation, tout en diminuant les impacts négatifs. Citons quelques exemples:

  • la communication avec des contrôleurs de feux de circulation peut permettre d'indiquer au conducteur la vitesse optimale pour éviter de s'arrêter au feu, économisant ainsi de l'énergie (du carburant) et des émissions de gaz à effet de serre;
  • la communications entre véhicules peut permettre d'alerter le conducteur d'un danger, ou prendre le contrôle (par exemple freiner d'urgence) pour éviter une collision;
  • un des systèmes les plus prometteurs est le convoi de véhicules, en particulier de camions, sur autoroute, où les véhicules s'organisent en convois, dans lesquels le premier véhicule, conduit généralement manuellement, commande l'ensemble du convoir, les autres véhicules étant asservis au premier, contrôlés automatiquement pour ajuster leur vitesse et position en fonction du véhicules de tête et des autres véhicules.

S'il y a un grand intérêt des constructeurs automobiles et des gouvernements, il n'y a encore aucun véhicule avec de telles technologies sur le marché. Le standard de communication n'est pas encore complètement défini, ni choisi dans le monde entier: deux technologies, DSRC et les réseaux mobiles 5G s'affrontent. Les voitures sont aujourd'hui des ordinateurs sur roue, dont les logiciels comportent des millions de lignes de code et doivent être mis à jour comme tout ordinateur, d'autant plus que s'ils sont connectés à Internet, ils pourraient faire l'objet d'attaques informatiques. De plus, les avantages des véhicules connectés ne sont pas très importants, d'autant moins si l'efficacité du système repose sur le suivi, l'obéissance, du conducteur aux instructions du système[3]. Enfin, une barrière à leur déploiement est l'effet de réseau, à savoir que les bénéfices n'apparaissent que si une proportion suffisante des véhicules est capable de communiquer, et le besoin de déployer des équipements de communications sur l'ensemble du réseau pour les applications de communication avec l'infrastructure, par exemple dans les contrôleurs de feux de circulation.

Véhicules automatisés[modifier | modifier le wikicode]

Il existe depuis plusieurs années des systèmes d'aide à la conduite qui peuvent effectuer seuls certaines taches de conduite, comme le régulateur de vitesse, parfois intelligent, les systèmes de maintien dans la voie ou les aides pour se stationner. Lorsqu'un véhicule est équipé d'un seul de ces systèmes d'aide à la conduite, on dit qu'il est de niveau 1, sur une échelle à 6 niveaux proposée par l'organisme de standardisation SAE International, du niveau 0 où le conducteur effectue toutes les taches de conduites, jusqu'au niveau 5 où le véhicule fonctionne de façon entièrement automatisée, sans besoin d'un conducteur (ce que l'on appelle à proprement parler un "véhicule autonome"). Le système d'autopilot de Tesla est considéré comme étant de niveau 2, prend en charge la conduite d'un véhicule sur autoroute mais requiert la supervision constante du conducteur.

Les véhicules automatisés sont une application de la robotique, qui est un des domaines de l'Intelligence Artificielle. Ils ont besoin de capteurs pour détecter la position du véhicule, les autres véhicules et usagers de la route, l'infrastructure et tout objet qui pourrait être un obstacle: LIDAR, radar, caméras et capteurs GNSS. Ces véhicules nécessitent aussi des cartes de très haute résolution similaires à des modèles de la route et de ses abords en trois dimensions. Des algorithmes complexes interprètent les données brutes de ces capteurs, les combinent pour augmenter la fiabilité des détections et pour prendre ensuite les décisions de contrôle du véhicule. La variété des situations de conduite en fait un problème très complexe. Il faut noter que les véhicules automatisés actuellement en développement ne nécessitent pas d'être connectés aux autres véhicules ou à l'infrastructure de transport: les véhicules automatisés ne sont pas connectés et pourront donc être déployés sur les routes actuelles.

De tels véhicules sont développés activement depuis le milieu des années 2000, avec les concours DARPA, puis l'investissement de Google, qui a créé une filiale Waymo en 2016 et fait des tests avec des utilisateurs à Chandler dans la banlieue de Phoenix depuis novembre 2017. Les véhicules de Waymo sont de niveau 4 puisqu'ils sont entièrement automatisés, mais limités à une zone. De même, les navettes à basse vitesse construites par les compagnies Navya, Transdev ou Local Motors, en service ou test dans plusieurs villes du monde, sont de niveau 4. D'autres compagnies technologiques comme Uber et la plupart des constructeurs automobiles ont annoncé développer et tester de tels véhicules, sans compter les équipementiers travaillant sur des capteurs et systèmes d'aide à la conduite. Il reste des défis en particulier dans des conditions différentes des lieux de test actuels (climat hivernal).

Les impacts de l'automatisation des véhicules sont nombreux et on s'attend à ce qu'ils modifient en profondeur les systèmes de transport et l'organisation des sociétés:

  • amélioration de la sécurité, puisque les erreurs humaines sont la première cause des accidents de la route;
  • amélioration de la mobilité de l'ensemble de la population, puisque certains groupes comme les enfants et personnes en situation de handicap ne peuvent conduire;
  • augmentation de la capacité des routes grâce aux temps de perception et réaction réduits des systèmes automatisés;
  • augmentation du nombre et de la longueur des déplacements qui deviendront productifs;
  • modification des espaces de stationnement, dont la quantité pourrait diminuer, et mener d'une façon générale à des opportunités de réaménagement des villes;
  • pertes d'emplois liés à la conduite (chauffeurs), à l'entretien des véhicules (techniciens dans les garages), à la surveillance policière, aux soins d'urgences pour les personnes accidentées, etc.

Selon les choix qui seront faits, les véhicules automatisés pourraient aggraver ou diminuer les impacts négatifs des transports, en particulier selon que les véhicules soient encore possédés individuellement ou qu'ils soient partagés, comme des taxis qui seraient capables de répondre à tous les besoins de transport des usagers, avec un nombre bien plus faible de véhicules qu'actuellement. Un problème particulier est que les véhicules peuvent maintenant se déplacer à vide, par exemple pour aller se stationner plus loin de la destination de son passager, là où le stationnement serait moins coûteux. L'enjeu du stationnement devient celui de la gestion des débarcadères, c'est-à-dire des bords de rue où les passagers et marchandises sont déposés et embarqués.

L'évolution des services de transport en commun, en particulier du bus, est critique. Les métros de plusieurs villes sont déjà automatisés, et on peut imaginer des véhicules de différentes tailles offrant des services similaires aux bus sur des itinéraires fixes, et des navettes plus petites permettant de desservir des quartiers moins denses à la demande.

Il reste des défis concernant l'homologation des véhicules, les aspects légaux et d'assurance, l'acceptabilité par les usagers, la période de transition vers des véhicules entièrement automatisés et les interactions avec les modes de transport actifs.

Nouveaux services de transport[modifier | modifier le wikicode]

Le transport est un service en évolution rapide ces dernières années, en réponse à l'évolution des technologies de l'information (TI) et aux changements de comportement des usagers.

Information aux usagers[modifier | modifier le wikicode]

De plus en plus d'information sur les transports sont disponibles pour les usagers, alimentées par les données collectées sur les transport en temps réel. Cela a commencé avec l'affichage d'informations sur des panneaux à message variable, par exemple sur les autoroutes pour donner des informations sur les conditions de circulation, des incidents, etc., ou sur les arrêts de bus pour donner des informations sur les instants de passage des prochains bus.

La diffusion de l'information vers les usagers est grandement facilitée depuis l'avènement d'Internet et en particulier d'Internet mobile avec les téléphones intelligents. Les ordinateurs connectés à Internet permettent aussi aux usagers de chercher l'information dont ils ont besoin et d'utiliser des services, par exemple pour planifier leurs itinéraires et réserver leurs déplacements (par exemple acheter un ticket de train). Les planificateurs d'itinéraires multimodaux permettent aux usagers de trouver le ou les modes qui répondent le mieux, selon différents critères (prix, temps, distance, sécurité, etc.), à leur besoin de déplacement d'une origine à une destination.

Modes partagés et transport à la demande[modifier | modifier le wikicode]

Les TI facilitent le partage entre individus d'actifs peu utilisés, biens, espaces, outils etc., ce qui a été appelé l'économie du partage[4] ou collaborative, qui valorise l'usage plutôt que la possession. Un des exemples les plus connus est Airbnb pour la location de logement de courte durée qui fait maintenant concurrence à l'industrie hôtelière. Dans les transport, le modèle est reproduit par plusieurs compagnies, la plus connue étant Uber, mais aussi Lyft et DiDi. Le service offert par Uber est similaire à celui offert par le taxi, où les usagers commandent des courses auxquelles des conducteurs, dont c'est l'occupation principale ou seulement une occupation occasionnelle, répondent.

Un autre exemple est celui des compagnies ou coopératives offrant à leurs membres des véhicules, généralement des automobiles, vélos et maintenant trottinettes, qu'ils peuvent réserver pour de courtes périodes. Pour les automobiles, on peut citer Communauto dans plusieurs villes canadiennes et à Paris en France, ou la filiale de Daimler Car2go dans plusieurs pays. La plupart des grandes villes ont maintenant un ou plusieurs services de vélo-partage, comme Bixi à Montréal ou Vélib à Paris. Ces services existent typiquement sous deux formes:

  • en "boucle": le véhicule est lié à une station fixe où l'on peut l'emprunter et où on doit le retourner;
  • en libre service intégral: le véhicule n'a pas de station d'attache, on le qualifie de flottant; l'emprunt peut être terminé n'importe où dans une vaste zone, et l'utilisateur suivant peut l'emprunter.

Il ne s'agit pas dans ce cas de partage entre particuliers, mais ces services permettent le partage d'une flotte de véhicules entre plusieurs usagers, et donc une meilleure utilisation des véhicules. Ces services répondent de façon complémentaire, et parfois principales, aux besoins de déplacement des usagers. Ils peuvent ainsi permettre à des ménages de ne pas acheter d'automobile, du tout ou supplémentaire.

Ces services de transport sont généralement disponibles via un site Internet et une application mobile. La demande de transport des usagers est ainsi exprimée par leurs requêtes dans ces applications, par exemples pour des courses de taxi ou Uber, et l'offre peut alors est s'adapter plus rapidement, en temps réel à ces besoins. On parle alors de transport à la demande. Différentes expériences de transport à la demande ont été essayées par les opérateurs de transport publics, en particulier pour amener les usagers sur les premiers et derniers kilomètres de leurs déplacements jusqu'à des arrêts ou stations de transport en commun bien desservis. Un exemple est le transport adapté qui répond aux besoins des personnes vivant avec des limitations ayant un impact significatif et persistant sur leur mobilité, mais les déplacements doivent généralement être planifié en avance (le jour d'avant). Les TI permettent une plus grande capacité d'adaptation de l'offre à la demande, qui évolue avec la plus grande flexibilité des horaires de travail et la dispersion des bassins d'emploi. Les nouveaux fournisseurs de ces services font ainsi concurrence aux acteurs traditionnels comme le taxi ou le transport public, mais il n'est pas sûr que ces services puissent devenir rentables comme le montrent les pertes récurrentes des compagnies Uber et Lyft. Les véhicules sans conducteurs (complètement automatisés) seraient une solution idéale pour un service de transport à la demande: des services de différentes tailles pourraient répondre en temps réel à la demande, et leur tarif pourrait être modulé en fonction de la rapidité du service (fonction en particulier du nombre d'arrêts).

ref https://en.wikipedia.org/wiki/Microtransit définitions: https://www.transit.dot.gov/regulations-and-guidance/shared-mobility-definitions

Transport comme service[modifier | modifier le wikicode]

Si nous avons vu que le transport est un service, il est rarement considéré et consommé comme tel, avec les coûts fixes importants d'achat de véhicules personnels. Le concept de transport ou mobilité comme service est la suite logique des tendances technologiques (communication avec les usagers), d'une évolution dans la possession des véhicules automobiles et de l'apparition de modes de transport à la demande et des modes partagés.

Dans le concept de mobilité comme service, les déplacements sont effectués par une combinaison de services de transport publics et privés à l'aide d'un portail centralisé, tel un planificateur d'itinéraire, et sont payés par un seul compte. Les utilisateurs peuvent choisir dynamiquement leur mode de transport et payer chaque déplacement séparément ou un abonnement mensuel pour un ensemble de services. L'objectif est de répondre aux besoins de mobilité des usagers de la façon la plus appropriée qui soit, selon les conditions (par ex. météorologiques) et leurs préférences, sans avoir besoin de posséder son propre véhicule. Ce concept permet d'augmenter l'attractivité du transport en commun, en le complétant spatialement (dernier kilomètre vers des destinations peu denses mal desservis par le transport en commun) ou temporellement (heures de déplacement atypique).

Cette idée a été conceptualisé en 2015 par la compagnie finlandaise MaaS Global et a été mis en œuvre pour la première fois à Helsinki en 2017. Pour mettre en œuvre un tel service, il est nécessaire de coordonner et intégrer toutes les offres de transport, publics et privées, disponibles sur un territoire, ainsi que les informations pour les usagers, la facturation et le paiement via une interface unique. De nouveaux acteurs de transport "virtuels" pourront ainsi voir le jour sans opérer de réseau ou véhicule de transport directement.

https://maas-alliance.eu/homepage/what-is-maas/

  1. STI Canada, Sommaire, https://www.itscanada.ca/fr/about/sommaire/index/index.html
  2. https://www.theglobeandmail.com/globe-drive/how-cars-have-become-rolling-computers/article29008154/
  3. N. Saunier, P. Nouri, F. Bélisle, and C. Morency. Evaluating the impacts of connected vehicles on ghg emissions: How to transfer the results from the literature. Technical Report CIRRELT-2018-11, CIRRELT, 2018 http://www.cirrelt.ca/DocumentsTravail/CIRRELT-2018-11.pdf
  4. Barsoum, J.-F.; Boudreau, S.; de Santis, M.; Saunier, N. & Savard, A. Pour un écosystème de mobilité intelligente et intégrée 2018, https://aqtr.com/system/files/file_manager/aqtr-2018_livre-blanc_mobilite_22-octobre_final.pdf