La frustration quotidienne d'attendre aux feux de circulation, alors que les lumières changent dans un cycle apparemment sans fin, est familière à presque tous les conducteurs. Mais ce temps passé à l'arrêt n'est pas seulement un test de patience ; il représente également un problème environnemental important. Le fonctionnement du moteur au ralenti, lorsque le véhicule est à l'arrêt, est responsable d'une part étonnamment importante des émissions de dioxyde de carbone. On estime qu'aux États-Unis seulement, jusqu'à 15 % des émissions totales de CO2 provenant du transport terrestre pourraient provenir de ces moments improductifs aux intersections. Heureusement, de nouvelles solutions technologiques offrent une vision prometteuse d'un avenir où le trafic urbain deviendra considérablement plus propre et plus efficace.

Une recherche révolutionnaire menée par des scientifiques du prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT) jette un nouvel éclairage sur le potentiel des mesures dites d'« éco-conduite ». Ces mesures, qui comprennent l'ajustement dynamique de la vitesse du véhicule pour éviter les arrêts inutiles et les accélérations brusques, pourraient réduire considérablement les émissions nocives. L'étude, l'une des plus complètes à ce jour, montre que l'application de ces stratégies pourrait réduire les émissions de CO2 aux intersections urbaines de 11 à 22 % de manière impressionnante.

Qu'est-ce que l'éco-conduite et pourquoi est-elle cruciale pour l'avenir des villes ?

L'éco-conduite est un terme générique qui englobe un ensemble de techniques et de technologies visant à réduire la consommation d'énergie et les émissions nocives des véhicules. À la base, c'est une manière plus intelligente de conduire qui optimise le mouvement du véhicule en fonction des conditions de circulation. Au lieu d'un style de conduite réactif qui repose sur des freinages et des accélérations brusques, l'éco-conduite encourage la fluidité et l'anticipation. Dans un avenir proche, cela pourrait signifier l'utilisation de smartphones ou d'écrans dans les voitures qui donnent aux conducteurs des recommandations sur la vitesse idéale. À plus long terme, la vision inclut des systèmes intelligents qui gèrent directement la vitesse des véhicules semi-autonomes et entièrement autonomes, en utilisant une communication avancée entre le véhicule et l'infrastructure (V2I).

L'importance de cette technologie va au-delà de la simple réduction des émissions de CO2. Moins d'arrêts et de démarrages signifie également une consommation de carburant réduite, ce qui se traduit par des économies financières directes pour les conducteurs. Cela réduit également les émissions d'autres polluants dangereux tels que les oxydes d'azote (NOx) et les particules en suspension (PM), qui ont un impact négatif direct sur la qualité de l'air dans les zones urbaines et sur la santé publique, provoquant des maladies respiratoires et autres. Moins de bruit et d'usure des freins et des pneus sont des avantages supplémentaires qui contribuent à un environnement urbain plus agréable et plus durable.

Le pouvoir de l'intelligence artificielle au service d'un transport plus vert

Afin de quantifier les effets réels de l'éco-conduite à l'échelle d'une ville entière, l'équipe du MIT a mené une vaste étude de modélisation sur quatre ans. Au cœur de leur analyse se trouve une puissante méthode d'intelligence artificielle connue sous le nom d'apprentissage par renforcement profond (deep reinforcement learning). Cette approche a permis aux chercheurs de créer et d'analyser des millions de scénarios de circulation dans des répliques numériques de plus de 6 000 intersections à feux de circulation dans trois grandes villes américaines : Atlanta, San Francisco et Los Angeles.

Le processus a été extrêmement détaillé. Ils ont d'abord identifié jusqu'à 33 facteurs clés qui influencent les émissions des véhicules. Ces facteurs incluent tout, de la température de l'air et de la pente de la route, à la typologie de l'intersection et à l'âge du véhicule, en passant par la densité du trafic, le comportement du conducteur et la géométrie de la route. En utilisant des données provenant de sources ouvertes comme OpenStreetMap et des relevés géologiques, ils ont créé des simulations extrêmement fidèles.

Le système d'apprentissage par renforcement profond fonctionne sur le principe de l'essai et de l'erreur au sein de ces simulations. L'« agent » IA, qui représente un véhicule, est récompensé pour les comportements qui réduisent la consommation d'énergie (comme passer en douceur une intersection) et « puni » pour ceux qui sont inefficaces (comme un freinage brusque). En répétant ce processus des millions de fois, l'IA apprend les stratégies optimales d'ajustement de la vitesse pour chaque scénario possible, réalisant ainsi les économies d'énergie maximales possibles pour l'ensemble du système de transport, même pour les véhicules qui ne participent pas activement au programme.

Des résultats surprenants : une petite partie apporte un grand changement

L'analyse des résultats a apporté plusieurs conclusions clés et très encourageantes. Une mise en œuvre complète de l'éco-conduite, où tous les véhicules utilisent des vitesses optimisées, pourrait réduire les émissions aux intersections de 11 % à 22 %, en fonction de la structure urbaine spécifique. Par exemple, Atlanta, avec des tronçons plus longs entre les intersections et des limites de vitesse plus élevées, pourrait réaliser des bénéfices plus importants, tandis qu'une ville plus dense comme San Francisco a moins de marge d'optimisation, ce qui se traduit par des économies légèrement plus faibles mais toujours significatives.

La conclusion peut-être la plus importante de l'étude est qu'une adoption à cent pour cent n'est pas nécessaire pour obtenir des résultats significatifs. Les chercheurs ont découvert que même si seulement 10 % des véhicules sur la route utilisent activement l'éco-conduite, entre 25 % et 50 % de la réduction potentielle totale des émissions seraient atteints. Ce phénomène, connu sous le nom de « dynamique de suivi de véhicule », se produit parce que les véhicules non participants suivent naturellement le rythme des véhicules optimisés devant eux, ajustant leur vitesse et réduisant ainsi également le nombre d'arrêts et leurs propres émissions. Cela crée un effet d'entraînement positif à travers tout le flux de trafic.

De plus, l'étude a montré que 70 % des avantages totaux peuvent être obtenus en optimisant le trafic sur seulement 20 % des intersections les plus critiques. Cette prise de conscience est de la plus haute importance pour les urbanistes car elle suggère que l'éco-conduite peut être introduite progressivement et de manière ciblée, en se concentrant sur les points clés, tout en obtenant des effets positifs mesurables sur la réduction de la pollution et la lutte contre le changement climatique.

Sécurité, mise en œuvre et synergie avec les véhicules électriques

L'une des questions clés de toute nouvelle technologie de transport est la sécurité. L'analyse de l'équipe du MIT, utilisant des mesures standardisées comme le « temps avant collision », suggère que l'éco-conduite est aussi sûre que la conduite humaine moyenne. Cependant, les auteurs avertissent que le changement du rythme habituel du trafic « arrêt-démarrage » pourrait provoquer des réactions inattendues chez certains conducteurs et que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour bien comprendre tous les aspects de la sécurité.

La voie vers une adoption généralisée de cette technologie est claire et relativement simple. Cathy Wu, l'une des auteurs de l'étude, souligne qu'il s'agit d'une « intervention presque gratuite ». La plupart d'entre nous possèdent déjà des smartphones qui peuvent être utilisés pour les premières applications avec des recommandations de vitesse. Parallèlement, l'industrie automobile adopte rapidement des fonctionnalités d'automatisation avancées qui constituent la base technique des futurs systèmes entièrement intégrés. « Pour que quelque chose soit rapidement mis en pratique, il doit être relativement simple à mettre en œuvre et prêt à l'emploi. L'éco-conduite correspond parfaitement à cette description », déclare Wu.

La synergie entre l'éco-conduite et le nombre croissant de véhicules électriques et hybrides est particulièrement intéressante. Bien que les véhicules électriques n'aient pas d'émissions directes à l'échappement, la réduction des cycles d'arrêt-démarrage améliore considérablement leur efficacité énergétique et prolonge l'autonomie de la batterie. L'étude a montré qu'à San Francisco, où une adoption de 20 % de l'éco-conduite entraîne une réduction de 7 % des émissions, la combinaison avec l'augmentation prévue du nombre de véhicules électriques porterait ce chiffre à 17 %.