En 2025, le paysage urbain sera peut-être remodelé par l’apparition de la voiture sans conducteur, technologie conçue pour réduire le trafic et renforcer la sécurité routière. Le Dr James Fu et l’équipe de la Singapore-MIT Alliance for Research and Technology collaborent à l’élaboration de nouvelles techniques innovantes dans le domaine de l’automobile, qui pourraient faire évoluer nos modes de transport quotidiens.

Si les gens ont une voiture, c’est pour de nombreuses raisons: ils veulent être mobiles et indépendants, et pour certains, affirmer par ce moyen leur position sociale. Ces raisons, ainsi qu’une meilleure accessibilité, y compris sur le plan financier, expliquent l’augmentation fulgurante du nombre de voitures en circulation: on en comptait 1,015 milliard dans le monde en 2010, chiffre qui devrait passer, selon les prévisions, à 1,7 milliard en 2035. Cette augmentation ralentira inévitablement les déplacements. Or, on sait qu’aux Etats-Unis, l’automobiliste moyen passe déjà 38 heures par an dans les embouteillages – chiffre d’autant plus étonnant qu’en moyenne, il utilise sa voiture moins de 10% du temps. La présence de tous ces nouveaux véhicules sur la route sera en outre un facteur aggravant pour les chiffres de la sécurité routière: on déplore chaque année dans le monde 1,24 million de morts suite à des accidents de la route, dont les causes principales sont la conduite en état d’ivresse ou l’inattention au volant, par exemple lorsque le conducteur pianote sur son portable. La technologie automobile doit évoluer pour faire face à cette demande croissante et pour contribuer à l’amélioration de la sécurité routière, tout en préservant les libertés associées à la possession d’un véhicule.

J’ai obtenu un doctorat (PhD) en génie mécanique à l’Université nationale de Singapour (NUS). Dans le cadre de mes études, j’ai élaboré un modèle permettant à des multiples agents (ou robots) d’effectuer plusieurs tâches de manière globalement efficace. C’est ainsi que j’ai pu me joindre en 2013, en tant qu’assistant postdoctoral, à l’équipe de la Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) chargée des recherches sur la mobilité urbaine de demain – initiative à laquelle collaborent le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et la NUS, avec la participation de professeurs, de chercheurs postdoctorat, d’ingénieurs de recherche et de doctorants. Je dirige désormais le projet sur les véhicules autonomes.

Notre travail consiste à développer l’intelligence artificielle et les mécanismes de prise de décision qui font fonctionner le véhicule intelligent, par exemple à déterminer comment celui-ci interprète l’environnement, peut savoir qu’un objet avance dans sa direction et réagir en conséquence. Nos recherches utilisent les technologies existantes en y intégrant de nouvelles méthodes qui facilitent la navigation intelligente grâce à trois éléments fondamentaux: la perception, la planification et le contrôle. Nous avons dû surmonter beaucoup d’obstacles techniques – matériels et logiciels. Pourtant, il s’agit à mes yeux de la partie la plus intéressante du projet et il est très satisfaisant de parvenir à trouver de nouvelles méthodes qui font la preuve de leur efficacité.

La voiture sans conducteur représente un bouleversement radical de notre façon de concevoir les modes de transport, sur le plan technique comme sur le plan social. Néanmoins, pour que l’avenir soit à l’autonomie dans ce domaine, il faut prendre en compte plusieurs facteurs décisifs comme la culture, la volonté politique, la sensibilisation du public et l’acceptation par les utilisateurs.

Comment ça marche? La technologie

En six mois, on a transposé l’architecture matérielle et logicielle des voiturettes de golf sans conducteur sur des véhicules SCOT (Shared Computer Operated Transport) – voitures électriques converties en véhicules sans conducteur pouvant circuler sur le réseau routier public. Ce système assure une mobilité la demande (MoD) – concept simple par lequel les véhicules électriques intelligents roulent sans intervention humaine et s’arrêtent pour prendre et déposer des passagers. On a ainsi un moyen de transport souple qui concilie la demande et la planification en temps réel.

Monter en voiture pour la première fois fut une expérience incroyable: il était un peu surréaliste de renoncer à tout contrôle et de laisser faire le véhicule, mais c’était un sentiment extraordinaire d’avoir à la fois créé la technologie et d’en voir le résultat sur la route – toute l’équipe et moi-même étions euphoriques !

La première grande difficulté a été de faire passer le véhicule de la conduite manuelle à la conduite par servocommandes (« drive by wire« ), avec laquelle les principales fonctions de commande du véhicule (conduite, freinage, accélération et changements de vitesse) sont contrôlées par des signaux électriques, produits par des moteurs électriques.

Le véhicule a ensuite été remanié et équipé de capteurs LIDAR (Light Detection and Ranging) en vente dans le commerce. Non seulement la technologie est bon marché (30 000 USD pour les capteurs et ordinateurs de bord), mais elle permet d’obtenir un champ de vision de 360 degrés – contre 100 degrés pour le champ de vision humain – et donc de recevoir des informations sur les objets aux alentours du véhicule. Des cartes de l’environnement sont établies au moyen des données transmises par les capteurs LIDAR et les ordinateurs de bord utilisent des algorithmes élaborés par l’équipe SMART pour appréhender l’environnement 3D en utilisant les images LIDAR en 2D.

Un capteur LIDAR incliné vers le bas est fixé sur le toit du véhicule, ce qui lui permet de détecter son emplacement; lorsque la destination est entrée dans le système, la voiture planifie son itinéraire en fonction de son emplacement actuel et de la carte préalablement établie. Un capteur orienté vers l’avant sert à repérer les obstacles – piétons ou autres véhicules. On utilise un système qui permet de prévoir si la voiture risque de rencontrer un obstacle dynamique et lui donne la possibilité de manoeuvrer en conséquence et en fonction de la proximité de l’obstacle.

La sécurité des passagers et des piétons est donc améliorée; parallèlement, la voiture peut circuler dans des zones denses et fortement peuplées, des tunnels et des endroits où les signaux GPS ont du mal à passer. Les capteurs LIDAR fonctionnent même par temps de pluie modérée et si l’éclairage est faible.

Une fois équipée de ces moyens techniques, la voiture autonome a de la place pour quatre passagers au maximum. Elle a fait l’objet de tests à des vitesses sur route pouvant atteindre 35 km/h. Une fois pleinement rechargé, ce qui prend entre 6 et 8 heures, le véhicule peut parcourir entre 100 et 130 kilomètres.

Quels sont les avantages de la voiture sans conducteur?

A mon avis, la mise en service de véhicules sans conducteur renforcera l’efficacité du système de transports et améliorera la sécurité. Tout d’abord, ce type de véhicule peut résoudre le problème des « premier et dernier kilomètres », c’est-à-dire de la distance à couvrir entre le domicile et le point d’accès au réseau de transports, par exemple arrêt de bus ou gare, et entre ce point d’accès et le lieu de travail. Il contribue aussi à résoudre la question du rééquilibrage, lorsqu’il s’agit de faire parvenir un véhicule utilisé en partage au client suivant, sans avoir besoin de chauffeur.

Les simulations montrent par ailleurs que le nombre de voitures sans conducteur pouvant traverser un carrefour est le double de celui des voitures ordinaires, ce qui peut contribuer à soulager le trafic – en particulier aux heures de pointe – et réduire les émissions de gaz à effet de serre provenant de la conduite par à-coups. Toutefois, le principal intérêt de cette technologie est qu’elle permet de desservir plusieurs clients simultanément grâce à une planification intelligente de l’itinéraire, d’où, selon les estimations, une réduction des deux-tiers du nombre de véhicules sur la route.

Cette innovation révolutionne en outre la sécurité routière. L’ordinateur n’a pas d’émotions, ne se fatigue pas au volant, ne se laisse pas distraire par son téléphone mobile et n’est pas agressif – tous avantages qui peuvent contribuer pour beaucoup à réduire les accidents. Les capteurs de bord détectent les piétons qui traversent devant la voiture et effectuent immédiatement un freinage d’urgence. L’accessibilité est un atout supplémentaire: les personnes sans voiture, comme les personnes âgées, les personnes handicapées ou les jeunes, auront ainsi facilement accès à la mobilité.

Surtout, la voiture autonome est très agréable pour ses utilisateurs.

Un essai pilote – Jardins chinois et japonais de Singapour

La plupart des recherches ont été réalisées sur le campus de l’Université nationale de Singapour. Une voiturette de golf autonome a été mise en service avec succès en 2011, et le parc de véhicules s’est agrandi en 2014 pour inclure une voiture électrique et deux voiturettes sans conducteur supplémentaires.

Afin de se faire une meilleure idée des perspectives et des enjeux de la technologie sans conducteur, l’équipe SMART a mis en service deux voiturettes de golf autonomes équipées de la technologie SMART dans les Jardins chinois et japonais de Singapour (district de Jurong Lake). Avec cet essai pilote, nous avons pu présenter notre invention, exposer le concept de mobilité à la demande et sensibiliser le public. Pendant six jours, sur deux week-ends, du 23 octobre au 1er novembre 2014, nous avons vu comment les passagers et les piétons utilisaient notre invention. Ils pouvaient réserver en ligne une balade à partir ou à destination de dix endroits préalablement déterminés. Grâce à un système de communication de véhicule à véhicule, les voiturettes pouvaient sélectionner leur itinéraire en se localisant mutuellement, ce qui leur évitait de faire les mêmes trajets et assurait une mise en service efficace.

Au départ, notre intention était que les voiturettes transportent une centaine de passagers. En réalité, elles en ont transporté plus de 500 en 220 voyages sur 360 kilomètres. Il est même arrivé que les gens aient à patienter deux heures juste pour faire un tour. On voit donc que cet essai public a remporté un très vif succès! Il était vraiment gratifiant de voir autant de personnes utiliser ces voiturettes et en être très satisfaites. Nombre d’entre elles ont d’ailleurs dit qu’elles espéraient les retrouver un jour dans le système de transports.

Objectifs futurs et commercialisation

Ma conviction profonde est que la mise en service de voitures sans conducteur bénéficiera à la société et améliorera la qualité de vie, en particulier dans des zones à forte densité de population comme Singapour. Pourtant, même si l’essai pilote réalisé dans les Jardins chinois et japonais a donné d’excellents résultats, il est difficile de prévoir quand on passera à un usage courant de ces véhicules, en raison du grand nombre de facteurs à prendre en compte. L’environnement doit être prêt à les accueillir; les pouvoirs publics doivent anticiper et intégrer la technologie correspondante dans la vie de la société, par exemple en installant des bornes de recharge et des infrastructures de réseau qui assurent des connexions entre les véhicules et les personnes, et doivent en outre modifier en conséquence leurs programmes futurs d’urbanisation.

Il est nécessaire de sensibiliser le public afin que tous, passagers et piétons, se sentent à l’aise avec cette technologie. Toute la difficulté est de faire comprendre que voiture autonome signifie amélioration de la sécurité, alors même que le véhicule n’est la propriété de personne. Ces véhicules feront partie intégrante du réseau de transports publics, et les usagers pourront les réserver en ligne: dès que le véhicule les aura amenés à destination, il ira prendre un autre passager en attente. Selon les prévisions, du fait de la mobilité permanente des véhicules autonomes, le nombre de voitures sur la route devrait baisser d’un tiers. C’est pourquoi nous réfléchissons actuellement à la façon de développer notre invention à plus grande échelle, pour une meilleure efficacité.

Singapour cherche activement à intégrer les véhicules autonomes dans son système de transports. En effet, la ville est très densément peuplée, avec 5,5 millions d’habitants sur 700 km2 et plus de 974 000 véhicules en circulation en 2013. Depuis qu’il a été annoncé récemment que le quartier One-North allait servir de banc d’essai à la circulation de véhicules autonomes, notre groupe s’est fixé pour prochaine étape de tester les capacités actuelles de notre véhicule et d’approfondir les recherches sur le réseau routier public. Nous espérons que cela nous permettra, d’une part de définir comment mieux réagir face aux comportements prévisibles des piétons et, d’autre part de faire en sorte que le véhicule interprète mieux le sens des marquages au sol, les conditions de trafic et les priorités et réagisse en conséquence.

Globalement, il est à espérer que la mise en oeuvre de notre projet débute dans les trois années à venir. L’objectif serait que des véhicules sans conducteur soient intégrés harmonieusement dans le système de transports en 2025. Il nous reste donc encore un long chemin à parcourir, mais un résultat est en vue.