En finir avec les bouchons sur la route, le rêve de tout conducteur qui se respecte. Un rêve inatteignable, à priori. Pourtant, un jour, les embouteillages pourraient bien devenir de l’histoire ancienne – grâce aux maths et… aux voitures autonomes, bien sûr.

Il ne faut en effet pas oublier que les bouchons sont dûs, en majorité, bien avant les pannes et les accidents, à un facteur humain : c’est quand nous freinons brusquement, ou que nous accélérons pour doubler, que nous provoquons, à force d’influencer les autres, une congestion du trafic – c’est “l’effet accordéon”. Pour être clair, c’est tous ensemble que nous créons un embouteillage, suite à la conjugaison de nos milliers d’actions individuelles, pas toujours très rationnelles.

Si des embouteillages surviennent soudainement, sans aucune raison apparente (ce que les chercheurs appellent un “embouteillage fantôme”), c’est parce que le ralentissement d’un seul véhicule provoque une réaction en chaîne (l’effet papillon), semblable à l’onde de choc provoquée par une explosion.

Si nous respections tous une certaine distance entre notre voiture et celle devant nous, il n’y aurait en fait plus aucun bouchon, et nous arriverions à destination le plus rapidement possible. Et si nous ne freinions pas ou n’accélérions pas à tout bout de champ aussi. “La modélisation mathématique nous enseigne que si les conducteurs roulaient tous en permanence autour de 80 km/h, la circulation serait constamment fluide”, constate Lorna Wilson, mathématicienne à l’Institute for Mathematical Innovation de l’Université de Bath (Royaume-Uni), dans The Conversation. La situation serait-elle différente si les voitures étaient sans conducteurs, dégagées de nos décisions de conduite impulsives ?

Algorithmes et voitures autonomes

Pour Lorna Wilson, il est clair qu’intégrer les voitures autonomes dans les modèles mathématiques de trafic “améliorera considérablement la fluidité de la circulation”. En modélisant une circulation dense au moyen d’équations différentielles “décrivant le mouvement des fluides”, de modèles de files d’attente et autres modèles mathématiques tenant compte des imprévus non-humains (par exemple, un cerf surgissant sur la route), et en prenant en compte des facteurs comme les fermetures de route ou la synchronisation des feux, il serait possible de bâtir un système automatisé – avec des voitures sans conducteur respectant les limitations de vitesse, et “se comportant d’une manière plus rationnelle”… en communiquant entre elles, afin de changer d’itinéraires ou de comportement au volant.

Berthold Horn, chercheur au MIT (Massachusetts Institute of Technology), a conçu un algorithme  qui permet, en théorie, d’en finir avec les bouchons. Chaque voiture, selon son système, roulerait ainsi à la même distance de celle devant et derrière elle. En communiquant entre eux, les véhicules réguleraient leur vitesse en permanence, anticipant tout ralentissement, même en ville. Comme le montre le jeu vidéo “Error-Prone”, qui simule à la perfection un tel système, les voitures arriveraient toutes à destination bien plus vite que si un conducteur humain ne décidait d’accélérer, et sans le moindre bouchon. Comme les wagons d’un seul et même train.

Mais pour mettre réellement en pratique ce système, encore faudrait-il que “100% des véhicules roulant sur l’autoroute soient autonomes”, indique Alain Bonnafous, chercheur au Laboratoire d’économie des transports, au Huffington Post. Avant que les voitures sans conducteur deviennent la norme et se généralisent, il nous faudra très probablement attendre plusieurs décennies, puisque celles-ci ne sont encore qu’en développement.

Et que subsistent quelques freins non négligeables, comme l’augmentation du trafic automobile, et la résistance des humains à laisser des algorithmes conduire à leur place. Il nous faudra ainsi faire un énorme travail sur nous-même, pour cesser de considérer nos voitures comme des objets, et les regarder comme des services de transport…

Des voitures connectées qui parleront entre elles… en attendant

D’ici là, les voitures autonomes et les voitures conduites par des humains devraient communiquer davantage entre elles, afin de réduire au maximum les fluctuations de vitesse. “En se parlant les uns aux autres pour partager des informations 10 fois par seconde, les véhicules visualiseront bien plus rapidement leur environnement que les humains. Ce qui permettra de prévenir ces derniers, ou d’influer sur leurs régulateurs de vitesse”, indique le Dr. Larry Head, du Transportation Research Institute de l’université d’Arizona, à la BBC.

Cette technologie de communication entre véhicules connectés, le V2V, ou V2X, devrait être déployée dans plusieurs millions de véhicules d’ici 2020 – notamment, en 2017, dans la flotte de Cadillac CTS. La National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), l’agence américaine chargée de la sécurité routière a fait du déploiement du V2V une “priorité”. Notons que pour elle, 90% des accidents de la route étant liés à une erreur humaine, la “conduite automatisée” devrait réduire leur nombre de 80 % d’ici 2035. Jusqu’à frôler un jour le 1% de risque des avions et des trains…

En plus de la communication entre véhicules, une autre technologie actuellement développée aux USA, et testée par le département des transports de l’Illinois, devrait permettre de prévenir les véhicules et leurs conducteurs de la naissance d’une “onde de choc” en aval, afin de leur permettre de rester vigilants : le “Queue Warning”. Combinée au V2V, elle devrait permettre de créer un système anti-bouchons… avant l’hypothétique utilisation, en masse, des voitures autonomes.

BMW, Daimler et Volkswagen n’ont pas perdu de temps, et ont racheté récemment le service allemand de cartographie HERE, afin de faire communiquer les voitures entre elles, au sujet des bouchons, des accidents, des risques routiers (brouillard, voies glissantes), ou encore des limitations de vitesse temporaires – et d’afficher des annonces sur les tableaux de bord des conducteurs. Comme l’explique ZDNet, “ce sont des centaines de milliers de véhicules des 3 constructeurs allemands qui alimenteront en données le système – et des millions d’ici 2018”.

Avant l’arrivée des véhicules autonomes, nous pourrons aussi utiliser des véhicules proposant des systèmes de “conduite autonome dans les bouchons”, semblables à ceux que Renault ou Peugeot s’apprêtent à lancer : une fois un “bouton” actionné, la voiture, semi-autonome, se mettra à suivre celle devant elle. Histoire de nous permettre de faire autre chose que de décélérer toutes les deux minutes pendant un embouteillage. Ce sera déjà ça de gagné.

Par Fabien Soyez

Depuis leur apparition sur les chaînes de production dans les années 1970, les robots industriels ont pris une place de plus en plus importante dans de nombreux secteurs d’activité. Plusieurs avancées techniques les ont rendus indispensables. Demain, ce sera encore plus le cas dans les usines connectées grâce à leurs facultés à s’autoadapter. En s’échangeant des données, ils pourront effectuer différentes tâches selon l’objet à traiter grâce à un système de vision et des capteurs plus évolués.

Ils pourront faire la différence entre des milliers et lancer l’opération qui convient. Mais ils ne remplaceront pas tous les ouvriers. « 8 % des tâches sont aujourd’hui automatisées. Nous estimons qu’avec l’industrie 4.0, ce taux passera à 25 % », estime Olivier Scalabre, directeur associé senior au Boston Consulting Group (BCG).

Autre concept censé optimiser la chaîne de production tout en rassurant les salariés :  la robotique collaborative. Appelée aussi « cobotique »,  un néologisme imaginé en 1999 par Edward Colgate et Michael Peshkin, professeurs à la Northwestern University. Ce sont des machines qui travaillent « avec » des personnes, et non « à leur place ».  On distingue plusieurs types de cobots : ceux pilotés par un opérateur situé à proximité immédiate du système, d’autres commandés à plus grande distance (ou téléopérés) et les exosquelettes, sortes de prolongements du corps humain.

Ils peuvent par exemple décharger la personne des tâches les plus complexes ou laborieuses au profit d’opérations à plus forte valeur ajoutée. La production y gagne aussi, car la technologie permet d’accéder à des pièces très petites, très grandes, trop lourdes ou dont les températures sont trop hautes ou trop basses. Mais la cobotique pourrait aussi d’améliorer les conditions de travail, en prévenant les troubles musculo-squelettiques ou en évitant l’exposition directe du technicien à des environnements dangereux.

À Saclay, en banlieue parisienne,  le BCG a aménagé un mini-showroom industriel, baptisé ICO (pour Innovation Center for Operations). Dans l’usine fictive qui représente une ligne d’assemblage de scooters à monter et démonter en permanence, les robots soulèvent les roues.

Mais selon le BCG, cette même ligne de production de scooters pourrait très bien fabriquer des sèche-linge. Un exemple de l’adaptabilité. Mais pour l’instant, ces cobots ne sont pas aussi performants que leurs grands frères industriels. Ce marché devrait évoluer dans les prochaines années au fur et à mesure grâce à l’intégration de nouveaux capteurs et de scanners laser.

Barclay Equity Research table sur 150 000 en 2020 (contre 4 300 unités dans le monde en 2015) car le prix d’un cobot est environ 10 fois moindre que celui d’un robot industriel classique. De quoi séduire des PME de s’équiper…

Cette agilité et cette interaction avec l’environnement impliquent de multiplier les échanges de données en temps réel via des réseaux Ethernet IP, Internet, mais aussi des technologies d’identification optique. Quel que soit l’événement (nouvelle commande, panne de composants, manque d’approvisionnement en matières premières…), il faut que la machine envoie l’information et prenne la décision à la place de l’homme.

Toutes les informations émises ou reçues par le robot devront remonter à un serveur central afin d’optimiser la gestion et la production. Mais « pour piloter finement les ateliers, il faudra donner du sens à un grand nombre d’informations présentes dans les machines et les différents systèmes de productions et d’exploitation. Si l’on n’est pas vigilant, on pourra très vite se noyer sous cette masse de données. La solution passe d’abord par la contextualisation de ces informations. Cette contextualisation ne peut se faire sans la simulation de différents scénarios potentiels qui peuvent se produire sur une ligne de production ou une machine », prévient, dans l’Usine Digitale, Matthieu Lassalle, directeur général de Rockwell Automation France.

Philippe Richard

L’usine connectée permettra-t-elle de rebattre les cartes de la mondialisation ? C’est l’avis d’experts et du gouvernement français qui a lancé en 2013 ses 34 plans de reconquête industrielle. L’usine du futur y est décrite comme un moyen de relancer l’industrie française. Pour relever ce défi, elle s’appuiera sur la convergence entre l’industrie et le monde du numérique. La « smart factory » – ou Usine 4.0 – vise à réaliser de nouveaux gains de compétitivité et à optimiser des consommations par l’efficacité énergétique. La production est notamment maximisée en fonction du coût de l’énergie et de sa disponibilité au cours d’une journée.

En théorie, ce rapprochement ne présente pas d’obstacles majeurs puisqu’il repose, en partie, sur des outils existant déjà : capteurs, automates, Big data, Internet des objets, Cloud Computing… Dans la pratique, le challenge ne sera peut-être pas aussi facile, car il implique la mise en place d’une nouvelle organisation du mode de production qui donne une plus grande importance au réseau. Connectées entre elles, les machines d’une usine (ou de plusieurs sites) et des capteurs s’échangent des informations. Cette communication continue et instantanée entre les différents outils et postes de travail intégrés dans les chaînes de fabrication et d’approvisionnement permet d’optimiser des process manufacturiers et d’améliorer la flexibilité afin de s’adapter à la demande en temps réel et de mieux satisfaire les besoins individuels de chaque client.

Pour relever ce défi de la personnalisation des services et des produits, l’usine connectée doit bénéficier d’une logistique parfaitement rodée. C’est un élément clé de l’Industrie 4.0. L’administration de la chaîne d’approvisionnement (supply chain management, en anglais) concerne notamment le stockage des produits, le transport, les équipements (camion, chariot élévateur…), les fournitures (emballage, carburants…), la planification et les systèmes d’information et de contrôle de gestion.

« Cela implique une amélioration des process, des méthodes et des qualifications dans des plates-formes de plus en plus complexes que les industriels doivent gérer de façon plus rapide. Comme il n’est pas possible de stopper une chaîne de production pour en créer une nouvelle, la solution passe par une formule incrémentale qui s’articule autour de deux points-clés. Premièrement, des Proof of Concept (POC) et, deuxièmement, des validations des méthodes retenues pour implémenter ces transformations. Cette solution permet d’y arriver progressivement sans jamais stopper ni retarder l’outil de production », explique Philippe Meleard, vice-président marketing & Communication chez Sogeti High Tech.

Les données représentent l’un des maillons essentiels de cette convergence. « Dans l’industrie, on ne fait pas du Big Data mais du Smart Data. Et le Smart Data, c’est capter la bonne donnée, la transformer (ou la contextualiser) et s’en servir pour optimiser son procédé de fabrication », indique Serge Catherineau, Directeur marketing Industrie automobile, aéronautique et système intégrateur chez Schneider Electric. Et d’après des industriels, ce concept porte déjà ses fruits. « Après être passé par l’étape des chantiers pilotes, nous avons désormais notre site d’Amberg qui regroupe tous les concepts de l’industrie 4.0, et qui a vu sa productivité multipliée par deux en quelques années », affirme Franck Mercier, chargé de mission « digital factory » chez Siemens.

Mais cette (r)évolution industrielle n’est pas qu’une affaire de programmes informatiques. Elle implique également une adaptation de la structure de l’entreprise. « Il y a un déplacement du rôle des managers vers beaucoup plus de transversalités. Avec la convergence du monde industriel et des technologies numériques, le partage des données sera facilité », déclare Philippe Meleard.

Philippe Richard