Automatisation et connectivité du véhicule : état des lieux, enjeux et préconisations

Sylvain BellocheCoordinateur de l'activité véhicule autonome - Cerema, Jean ColdefyDirecteur du programme Mobilité 3.0 - Atec ITS France, Martial ChevreuilPrésident - Atec ITS France, Dominique Gruyer Directeur de Recherche et pilote activités Véhicule Autonome - Université Gustave Eiffel, Mathieu PyConsultant Mobilité Intelligente - Algoé Consultants, Cécile Théard-JalluAvocate Associée - Société d’avocats De Gaulle Fleurance & Associés

Le groupe de travail « Véhicule automatisé et connecté » de l’association Atec ITS France présente dans cet article un aperçu de sa vision, des freins et leviers pour l’atteindre, et un ensemble de préconisations pour orienter le développement du véhicule de demain.

Atec ITS France et ses adhérents sont engagés depuis plusieurs années dans des travaux autour des enjeux du véhicule automatisé et participent à la définition de préconisations pour favoriser son émergence. La publication d'une feuille de route en décembre 2021 constitue un jalon structurant de cette démarche. Son contenu sera mis en débat dans le cadre d'une consultation publique et d'un séminaire à l’été 2022.

La promesse d’un véhicule autonome (VA) largement diffusée dans des délais courts a fait long feu. Aujourd’hui, c'est l'idée de véhicule automatisé et connecté (VAC) qui concentre l'attention des acteurs de la mobilité.

Le véhicule comme objet en interaction permanente avec son environnement bouscule les schémas d’acteurs traditionnels et rend indispensable la construction d’une vision systémique pour répondre à la complexité des problématiques. De nouveaux acteurs font leur apparition ; d’autres, professionnels des infrastructures et de l’automobile, doivent repenser profondément leurs industries et adapter leurs business models dans un contexte de transformation importante de la chaîne de valeur.

Une perméabilité des secteurs et filières (télécom, numérique, data, transports, industrie, etc.) est en marche et invite l’ensemble des parties prenantes à dialoguer. La question des usages du véhicule automatisé est clé tout comme les nombreux défis technologiques et règlementaires qui sont à relever.

À l’aube de son 50^e anniversaire, Atec ITS France, association fédérant l’ensemble des structures publiques et privées investies dans le développement des innovations de la mobilité, apparaît comme un espace privilégié pour répondre à ces nombreuses questions. Le groupe de travail « Véhicule automatisé et connecté » livre dans cet article un aperçu de sa vision, des freins et leviers pour l’atteindre, et un ensemble de préconisations pour orienter le développement du véhicule de demain.

Le véhicule automatisé : pour qui, pour quoi ?

Les technologies ont bien évolué depuis les premiers prototypes de déploiement de véhicules routiers automatisés, comme à la Rochelle en 2015. Cette évolution amène dès lors une réflexion autour des futurs cas d’usage possibles de ces nouvelles mobilités.

Cette notion de cas d’usage correspond en fait à un triptyque rassemblant 3 éléments : service, matériel et infrastructure (figure 1). En l’appliquant au transport de passagers, ces éléments sont :

• service : le type de service offert à l’usager ;
• matériel : un véhicule routier ;
• infrastructure : lieu sur lequel le cas d’usage est déployé, en considérant aussi bien l’aménagement que l’instrumentation de l’infrastructure, notamment pour un déploiement dans des conditions optimales de sécurité.

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Cas d’usage : un triptyque et des conditions d’opérationnalité.

Enfin, pour que le cas d’usage puisse être pleinement opérationnel, deux autres aspects sont à considérer :

• l’acceptation de l’ensemble des acteurs et des parties prenantes ;
• un modèle économique viable.

Le groupe de travail a priorisé les cas d’usage à l’aide d’une analyse multicritère (figure 2).

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Critères de priorisation pour le déploiement des cas d'utilisation du véhicule automatisé - Feuille de route Atec ITS France - 2021.

Au-delà de l’acceptabilité sociétale et politique et du modèle économique, la priorisation des cas d’usage doit être pensée au regard de l’offre complémentaire de mobilité de services existants, tout en considérant la facilité opérationnelle de déploiement, l’impact sur la sécurité et le caractère inclusif du cas d’usage.

Les usages prioritaires doivent clairement viser à renforcer l’offre de transport, en particulier dans les zones périurbaines, à accompagner la transformation de quartiers en libérant de l’espace public et à proposer des services additionnels pour répondre aux besoins de mobilité non satisfaits actuellement, comme dans les agglomérations de taille moyenne ou en zone peu dense. En milieu rural, des cas d’usage tels que la circulation du véhicule automatisé sur des petites lignes ferroviaires¹ sont également envisagés.

Le déploiement de ces cas d’usage se heurte cependant à plusieurs freins, l’acceptabilité, la pleine maturité des technologies et le modèle économique étant parmi les plus importants. Aussi, pour progresser collectivement, plusieurs actions sont proposées par le groupe de travail :

• Poursuivre les travaux sur les déterminants de l’acceptabilité de cette nouvelle forme de mobilité, en considérant les mutualisations possibles avec d’autres types de services (autres services de mobilité, mais aussi services de type fourniture d’information touristique…).
• Au regard des bouleversements annoncés sur l’offre de transport, réfléchir sur l’impact du véhicule automatisé sur la gouvernance de la mobilité.
• Continuer à soutenir les expérimentations, en particulier là où ils apportent un réel complément à l’offre actuelle de mobilité. Ces expérimentations permettent de mettre autour de la table l’ensemble des parties prenantes, des industriels aux autorités organisatrices de mobilité. Cette réunion est indispensable pour construire les bons compromis en termes de qualité de service, de modèle économique, de cadre juridique et déterminer ainsi le modèle pérenne de fonctionnement du véhicule automatisé.
• Mettre en œuvre une structure d’échanges entre collectivités afin de capitaliser et diffuser les connaissances tant techniques qu’économiques et réglementaires.

Évolution du cadre juridique : entre avancées pionnières
et efforts à poursuivre

En France, sur le plan juridique, la circulation du VAC est en passe de s’assouplir. Tandis que la réglementation routière actuelle repose pour l’essentiel sur la présence permanente et active d’un conducteur, le VAC bénéficie d’un régime dérogatoire autorisant sa circulation dans le cadre d’expérimentations sur la voie publique.

Des textes récents sont venus ouvrir la voie à sa libéralisation, notamment la loi d'orientation des mobilités (LOM)² autorisant le Gouvernement à légiférer par voie d’ordonnance avec une nouvelle étape de déploiement prévue à compter de septembre 2022.

Au niveau international, le VAC est principalement régi par le règlement sur les systèmes automatisés de maintien de la trajectoire pour les voitures, adopté le 25 juin 2020 à l’ONU³. Le règlement (UE) 2019/2144 du Parlement européen et du Conseil du 27 novembre 2019 comporte, quant à lui, des prescriptions spécifiques relatives aux véhicules automatisés et entièrement automatisés. Une harmonisation est nécessaire pour poursuivre ce déploiement.

Le large partage des données pour faciliter et sécuriser le déplacement du VAC pose la question du respect du Règlement général sur la protection des données (RGPD) et de la cybersécurité. L’évolution des technologies de télécommunications liées au VAC (notamment la 5G et sa structure multi-couches et multi-acteurs) implique celle des régimes juridiques correspondants. Déployer le VAC exige une protection et valorisation des actifs immatériels, notamment par la propriété intellectuelle, pour continuer de stimuler les investissements.

Le respect de l’environnement (impact du numérique, recyclage, stockage…), la responsabilité et l’assurance (chaîne d’acteurs dans un accident, rôle des biais, nouveau calcul de préjudice...) sont eux aussi au cœur des réflexions juridiques sur le VAC.

Par ailleurs, les législateurs se penchent sur d’importantes questions éthiques. Entre autres initiatives, le projet de règlement européen du 21 avril 2021 classe le VAC en tant qu’intelligence artificielle (IA) à haut risque posant des conditions de traçabilité, contrôle qualité et marquage CE pour un accès au marché. En France, le Comité national pilote d'éthique du numérique a posé les jalons d’un VAC éthique dans un avis du 7 avril 2021.

Quelles actions possibles ?

Le déploiement du VAC nécessite de faire évoluer le cadre et les pratiques juridiques existantes. Le groupe de travail a structuré la réflexion en 8 axes :

• encadrement juridique du VAC en tant que tel et harmonisation supranationale ;
• homogénéisation des cadres juridiques autour de l’axe routier et de la voirie ;
• télécommunications ;
• disponibilité, qualité et protection des données / cybersécurité ;
• enjeux juridiques et éthiques de l’IA ;
• responsabilité et assurance ;
• adaptation des règles de protection de la propriété intellectuelle ;
• transition énergétique.

Dans ce cadre, il propose 34 actions concrètes qui seront bientôt débattues lors d’une assemblée plénière ouverte à l’ensemble des membres de l’Atec et de l’écosystème du VA. Ces actions visent par exemple à :

• renforcer l’usage des normes et de la certification de conformité, notamment au RGPD ;
• développer les expérimentations et cas d’usage, notamment en tentant d’articuler l’usage des différents modes de transport automatisés (routiers ou non routiers) ;
• favoriser le déploiement de la 5G, notamment en soutenant l’harmonisation des réglementations à l’échelle européenne et la coordination des actions de cybersécurité pour un niveau d’exigence élevé homogène dans l’ensemble de l’Union européenne ;
• promouvoir l’adoption de référentiels et méthodologies de référence de la Cnil (Commission nationale de l'informatique et des libertés) pour le traitement des données personnelles dans le secteur de la mobilité / du VAC ;
• travailler sur des cas d’usage de mise en œuvre de la « garantie humaine », à l’instar de celle prévue dans le secteur de la santé⁴ ;
• créer des modèles d’assurance du VAC ;
• comme pour tout autre mode de transport, établir pour le VAC des dispositifs permettant la diminution des émissions unitaires, la réduction des distances parcourues et assurer un report modal important (essentiellement sur les déplacements périphérie-agglomération).

Si la déclinaison de ces actions doit contribuer à faire émerger le VAC dans les territoires, de nombreuses incertitudes restent à lever concernant sa dimension « technologique ». Le groupe de travail a identifié les principaux défis à relever.

Relever les défis technologiques

Le développement et le déploiement des VAC est complexe et nécessite d’aborder les enjeux de déploiement de nouvelles technologies garantissant un fonctionnement optimal de ces nouvelles mobilités (figure 3). Trois axes majeurs de développement sont identifiés :

• les capteurs et données ;
• les infrastructures et moyens de communications ;
• l’évaluation et la validation des véhicules.

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Représentation systémique de l’ensemble des composantes associées au développement technologique du véhicule automatisé – Université Gustave Eiffel – 2021.

Capteurs et perception egocentrée : savoir agir et réagir

La perception est une étape essentielle, car elle alimente le système complet de mobilité (décision, planification, actions). Elle est aujourd’hui bridée par les limites de fonctionnement des capteurs, constituant un point faible des VAC. Il est nécessaire de proposer de nouvelles générations de capteurs plus intelligents et adaptés avec de nouvelles technologies ou une amélioration/adaptation des technologies existantes, afin d’assurer une progression de la qualité, de la fiabilité et de la robustesse de la perception.

Les technologies de l’IA s’avèrent être un levier solide pour améliorer l’efficacité des traitements et de la perception. Néanmoins, avec l’avènement de l’IA émergent également des problèmes importants d’apprentissage et d’interprétabilité des résultats.

En effet, comment comprendre le fonctionnement de ces algorithmes alors qu’ils sont souvent constitués de réseaux et de graphes de neurones modélisant des environnements, des objets, des événements, des comportements ? Pour un apprentissage performant, il est nécessaire de disposer et de générer des bases de données de plus en plus massives et représentatives couvrant les configurations et situations rencontrées par un véhicule. Dans ce contexte, les notions d’apprentissage sous incertitude et d’apprentissage renforcé sont essentielles. Plus globalement, ce besoin de données explose littéralement avec les VAC, et ce, d’autant plus que la génération, l’utilisation et la mise à jour de cartes haute définition (HD) réelles nécessitent de très grandes capacités de traitement et de stockage.

Infrastructures et moyens de communication : une nécessité pour percevoir plus loin

Afin d’anticiper et de prédire suffisamment tôt les situations à risque ou générer efficacement des trajectoires, le VAC devra étendre et enrichir la portée de sa perception. Cela passe par l’utilisation de moyens de télécommunication. Quelles technologies ? Où ? Combien ? Comment ? Ces questions sont essentielles pour savoir comment garantir une couverture la plus efficace et adaptée possible pour le déploiement des VAC.

De plus, il est important de pouvoir gérer la qualité, la diversité et l’accessibilité aux données avec des contraintes aussi bien spatiales que temporelles. Les systèmes de communication permettront la transmission d’une grande diversité de données de l’infrastructure vers le véhicule et inversement (dangers, météorologie, état de la chaussée...). Des standards et des normes sont à construire. Il faudra enrichir les cartes HD pour assurer une couverture perceptive la plus complète possible (données statiques, dynamiques, sémantiques, événementielles) pour que le VAC puisse prendre les meilleures décisions. Des indicateurs de niveau de qualité sont également essentiels.

Toutes ces données et échanges nécessitent d’être standardisés, modélisés et hiérarchisés. La présence de perturbations intentionnelles sont critiques. La cybersécurité et la sûreté de fonctionnement sont donc à considérer dès la conception afin de minimiser l’impact des attaques et optimiser la résilience aux défaillances. Ce problème est à aborder aussi bien au niveau des systèmes embarqués que des moyens de communication.

Pour limiter ce risque, la répartition de l’intelligence dans le système de mobilité automatisé apparaît comme structurant : faut-il embarquer l’intelligence dans chaque véhicule ou est-il plus raisonnable de la distribuer entre les véhicules et l’infrastructure ? De ce choix découlera le type de stratégie à mettre en œuvre et la proportion d’intelligence à mettre sur l’infrastructure. En fonction de ces choix, il faudra opter pour des approches de type Vision, Supervision ou Hypervision.

Évaluation et validation des VAC : le réel doit compter avec le virtuel

La simulation devient de plus en plus importante pour assurer des procédures d’évaluation/validation avec une génération de scénarios en conditions limites et à risque.

Afin de quantifier la qualité et estimer les performances des systèmes et des composants nécessaires aux VAC, il faut être en mesure de proposer, sous forme de normes s’appliquant aussi bien en simulation qu’en environnement réel ,des procédures, des protocoles, des métriques, des modèles et des outils d’évaluation, de validation et de certification.

Conclusion et perspectives

En France, à fin 2021, près de 150 expérimentations de véhicules automatisés ont été autorisées sur des routes ouvertes à la circulation par le ministère de la Transition écologique (photo 1). Avec les évolutions technologiques, elles ouvrent peu à peu la voie à la mise en place en ville de véritables services de transport : d’abord prototypes de services de mobilité au sein de zones fermées ou d’accès restreint pour répondre à des besoins temporaires, comme l’accès à un restaurant d’entreprises dans une zone d’activité lors de la pause déjeuner (dès 2017 à Rungis), ces expérimentations commencent désormais à apporter un réel complément à l’offre de transport collectif conventionnelle. Des lignes de navettes automatisées apparaissent d’ailleurs depuis peu sur les plans officiels des réseaux de transport en commun de plusieurs collectivités : ligne navette N1 intégrée au réseau de transport métropolitain lyonnais en 2020, ligne 490 à Saint-Quentin-en-Yvelines, etc.

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Prototype de véhicule automatisé de l'Univ. Eiffel utilisé dans le projet H2020 Trustonomy en janvier 2022.

Université Gustave Eiffel

Cette évolution laisse présager une montée en puissance progressive des services de mobilité routière automatisée dans les prochaines années, d’autant plus que la réglementation autorisera dès septembre 2022 la mise en place de services de transport routier automatisés⁵.

Au-delà des problématiques juridiques et des défis techniques, la question du VAC est celle de son apport aux deux enjeux clés de la mobilité de la décennie qui s’ouvre : la décarbonation et l’équité. La mobilité a été et reste le vecteur essentiel du lien entre les personnes et les territoires. Historiquement, elle est à la base de la prospérité économique qui s’est faite sans considérer les émissions de gaz à effet de serre (GES). Les enjeux du réchauffement climatique vont nécessiter des investissements colossaux et la mobilité, responsable de 30 % des émissions de GES, est particulièrement concernée. En quoi le VAC peut-il décarboner les mobilités, la voiture pesant 16 % des émissions du pays ? En quoi le VAC peut-il renforcer le lien entre les territoires et diminuer le coût des déplacements pour les personnes, mais aussi pour la société ?

Avec le VAC individualisé, le temps de transport va devenir un temps utile et la composante temporelle du coût généralisé nulle. La conséquence est prévisible : une augmentation des distances parcourues. Jean-Pierre Orfeuil et Yann Leriche, dans leur ouvrage sur le véhicule autonome⁶, relatent une simulation du VA aux États-Unis consistant à mettre à la disposition de différentes familles des chauffeurs 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Il en a résulté une augmentation de 83 % des kilomètres parcourus, de 90 % des trajets supérieurs à 30 km, avec des valeurs encore plus extrêmes pour les retraités (+175 et + 246 %), et une augmentation des trajets sans passagers de 21 %. Le VAC individuel nécessitera une réaction forte des autorités en ville pour se protéger de l’invasion de l’espace public. Le futur désirable et réaliste du VA se situe donc dans un véhicule partagé, de transport public.

Dans cette configuration, le VAC présenterait deux atouts majeurs :

• une potentielle baisse des coûts, un conducteur pesant plus de 60 % du coût d’exploitation d’un bus ;
• l’augmentation des débits grâce à la baisse des interdistances avec jusqu’à 4 000 véhicules/heure sur une voie dédiée, soit 8 000 personnes/heure, c’est-à-dire la capacité d’un métro en utilisant des infrastructures existantes.

Le VAC permettrait ainsi d’économiser l’espace public et de réduire notablement la facture pour la collectivité.

Le premier cas d’usage à moyen terme se situe probablement sur des voies autoroutières d’accès aux grandes agglomérations, en lieu et place de cars express, en accroissant les fréquences et donc les débits, avec des voies dédiées. L’autre cas d’usage est celui de navettes pour desservir les grandes zones d’activité, qui disposent de voiries larges sans piétons ni cyclistes, le VAC pouvant y assurer le dernier kilomètre.

Le VAC n’échappera pas, comme les autres mobilités, à la rareté de l’espace en zones denses et aux contraintes budgétaires. Il peut apporter des gains réels en termes de dépenses publiques et d’espace ou, au contraire, induire des effets dévastateurs selon l’usage qui en sera fait. La technologie procure des marges, c’est certain. L’usage qui en sera fait est une question politique. Le secteur public n’a pas la connaissance des enjeux techniques et économiques du VAC et le secteur industriel ne maîtrise pas les enjeux publics. C’est pourquoi des projets réunissant acteurs publics et privés autour du VAC sont indispensables pour assurer la convergence entre les besoins des individus et l’intérêt général dans un cadre économique réaliste et pérenne.

Références

1. « Le déploiement européen du véhicule autonome : pour un renforcement des projets européens », rapport du député Damien Pichereau, juillet 2021.

2. Loi n° 2019-1428 du 24 décembre 2019 d'orientation des mobilités.

3. Règlement sur les systèmes automatisés de maintien de la trajectoire (Automated Lane Keeping Systems – ALKS), adopté par le Forum mondial pour l’harmonisation des règlements concernant les véhicules de la Commission économique pour l’Europe des Nations unies (UNECE), qui rassemble aujourd’hui 53 États.

4. Article 17 de la loi n° 2021-1017 du 2 août 2021 relative à la bioéthique.

5. Ordonnance n° 2021-443 du 14 avril 2021 relative au régime de responsabilité pénale applicable en cas de circulation d’un véhicule à délégation de conduite et à ses conditions d’utilisation.

6. J.-P. Orfeuil, Y. Leriche, Piloter le véhicule autonome - Au service de la ville, Descartes & Cie, 2019.