Gestion dynamique de voies : des Carpool lanes aux HOT (High Occupancy Toll) lanes

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Cette note vient compléter les deux notes précédentes sur les voies HOV (High Occupancy Vehicles) [1,2].

Pour optimiser l’usage des HOV lanes, il est important de bien contrôler le taux d’occupation des voies réservées. Les études présentées dans la note [2] s’accordent à dire que des HOV lanes sous-utilisées ne sont pas optimales : le trafic sur les autres voies est pénalisé, les véhicules en HOV sont ralentis et le coût de l’infrastructure n’est pas rentabilisé. Nous montrons dans cette note comment les HOV lanes sont utilisées actuellement, leur évolution probable pour l’optimisation du trafic au niveau des points d’encombrement et le rôle des technologies de communications entre véhicules (V2V) et entre véhicules et infrastructures (V2I et I2V) dans ce développement. Nous soulignons également le rôle des HOV lanes dans l’implémentation des véhicules automatisés sur les voies rapides (autoroutes urbaines).

Une demande croissante mais insuffisante

Dans le District 7 de Californie qui comprend le Comté de Los Angeles, le nombre d’utilisateurs des HOV lanes, durant les heures de pointe du matin et de l’après-midi, a augmenté d’environ 75% et 50% sur 20 ans (entre 1992 et 2011), respectivement [3]. Le volume global de véhicules sur l’ensemble de la Californie a augmenté de 25% sur la même période [4]. La Figure 1 montre l’évolution du volume de véhicules en covoiturage sur l’ensemble des voies des autoroutes équipées de HOV lanes durant les horaires de pointe du matin et de l’après midi dans le District 7 et l’évolution du trafic global dans l’Etat de Californie. Les volumes sont ramenés à une valeur unitaire sur l’année de base (1992). La tendance actuelle est à la stagnation comme le montrent les courbes en pointillé. A l’opposé, le nombre de véhicules en covoiturage sur les autoroutes non équipées de carpool lane a diminué. Ceci semble indiquer que les véhicules en covoiturage privilégient les routes équipées. Il y a donc certainement un transfert des covoitureurs des autoroutes non-équipées vers les autoroutes équipées de HOV lanes.


Volume unitaire de véhicules en covoiturage sur les autoroutes équipées de HOV lanes dans le District 7 et volume global en Californie. Basé sur les données de [3, 4]
Crédits : MS&T


Des HOV lanes aux HOT lanes

A terme, le nombre de véhicules éligibles aux HOV lanes risque d’être supérieur à la capacité des voies. Pour éviter ces saturations, certaines HOV lanes passent de HOV 2+ à HOV 3+ et les véhicules hybrides ont été interdits d’accès sur les voies de covoiturage s’ils ne satisfont pas aux critères de remplissage.

Toutefois, la critique générale actuelle est la sous-utilisation des HOV lanes. Il faut donc pour le moment jouer sur la demande en autorisant plus de véhicules à avoir accès aux voies de covoiturage. La solution trouvée est d’offrir un accès payant aux véhicules avec un seul passager (SOV : Single Occupancy Vehicles). Ainsi apparaissent les HOT lanes : High Occupancy Toll lanes. Le principe est très similaire aux HOV lanes [1]. Les véhicules autorisés dans les HOV lanes (HOV 2+ en général) sont également autorisés à avoir accès aux HOT lanes gratuitement. Les autres sont autorisés à avoir accès à ces voies contre paiement. La capacité non-utilisée des HOV lanes est "vendue" et est ainsi génératrice de revenu.

La tarification dépend de l’horaire, des conditions de trafic et du type de véhicule. Il s’agit d’une gestion dynamique de voies : le prix variable permet de réguler la demande et de maintenir un taux d’utilisation optimal. En cas de sur-demande, l’accès peut être fermé aux SOV. Schématiquement (voir Figure 2), il s’agit de maintenir un taux d’utilisation des HOV lanes élevé tout en restant sous une valeur de saturation. Attention, il ne s’agit pas de voies payantes à proprement parler : l’usage pour les véhicules en covoiturage est gratuit. Il s’agit de compenser la demande souvent insuffisante des carpools pour atteindre l’offre optimale permettant de profiter aux mieux des HOV lanes.


Gestion dynamique de voies et HOV lanes
Crédits : MS&T


A Los Angeles, pour payer, les véhicules disposent d’un boîtier sur lequel ils peuvent sélectionner le nombre de personnes à bord : 1, 2 ou 3+ [5]. Le boîtier est connecté à la voirie et facture en fonction du nombre de personnes et du trafic. La fraude est sévèrement punie.Tous les véhicules voulant avoir accès à ces voies doivent s’équiper sauf les deux roues. Les salariés à faible revenu peuvent bénéficier d’un crédit de 25 dollars à l’ouverture de leur compte (en accord avec l’Equity Program [6]).

Des exemples de conversions de HOV lanes en HOT lanes sont : la I-95 à Miami en Floride, la I-10 à Houston au Texas… La SR-91 de Los Angeles est l’une des rares HOT lanes construite dès l’origine pour cet usage. Dans le cas de voiries équipées de plusieurs HOV lanes en parallèle, il est envisageable de sélectionner des usages et tarifs différents pour les voies séparément afin d’influencer les conducteurs et d’optimiser le trafic.

Le développement des technologies de Connected Vehicles devrait accélérer la transformation des HOV lanes en HOT lanes. Des applications de tolling devraient être disponible pour remplacer les boitiers . Tous les véhicules neufs vendus à partir de 2019 (date approximative) devront être équipés de boitiers de communication. Le déploiement pourrait être accéléré par des incitations politiques comme l’accès aux HOV lanes et des incitations financières comme des réductions sur les tarifs d’assurance. Ainsi des véhicules plus anciens seraient tentés de s’équiper de la technologie pour profiter des bénéfices financiers, de sécurité et de mobilité.

Des HOV lanes et le platooning

Les HOV lanes pourront également jouer un rôle non négligeable dans le déploiement des véhicules automatisés. Il s’agit de véhicules dont le pilotage se fait sans intervention humaine ou même sans personne à bord. Nous considérons ici la technologie la plus mature : le platooning (ou peloton) [7]. Il s’agit d’une forme avancée du A3C (Adaptive Cooperative Cruise Control). Les véhicules se déplacent en pelotons resserrés de deux véhicules ou plus. La proximité des véhicules permet d’augmenter la capacité des voies et la tenue de route automatisée permet de réduire la largeur des voies.


Platoons sur une voie HOV
Crédits : MS&T


La technique présente également des avantages environnementaux. La proximité des véhicules permet de réduire la traînée de vorticité du véhicule de tête de près de 5% et des véhicules se trouvant dans son aspiration d’au moins 10%, diminuant remarquablement leur consommation. La technologie de CV permet de connaître les vitesses de tous les véhicules du peloton et est plus précise que les mesures des radars très influencées par la visibilité.

Toutefois cette technologie peut difficilement se mélanger au reste du trafic turbulent et trop dense. Les HOV lanes à accès limité sont donc une aubaine pour le platooning. Les infrastructures coûteuses sont déjà disponibles et l’accès limité permet d’éviter des intrusions de véhicules non équipés dans les pelotons. Les HOT lanes devront avoir des tarifs adaptés à ces utilisateurs dont l’impact carbone est réduit et qui sont susceptibles de transporter plus d’une personne.

Sources :


- [1] Remi Carmigniani, Carpool lanes - Partie1/2 : réglementation, environnement et sécurité, Bulletins Electroniques, 2014 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/75735.htm
- [2] Remi Carmigniani, Carpool lanes - Partie 2/2 : effets sur la fluidification du trafic, Bulletins Electroniques, 2014 : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/75736.htm
- [3] Down Helou, HOV lane Annual Report, Caltrans District 7, 2011 : http://www.dot.ca.gov/dist07/resources/hov/docs/2011%20HOV%20ANNUAL%20REPORT%20CT%20DIST%20D7.pdf
- [4] California Data Branch, Caltrans, http://www.dot.ca.gov/hq/traffops/saferesr/trafdata/index.htm
- [5] Exemple de boîtier Fastrack LA : https://www.metroexpresslanes.net/en/home/index.shtml
- [6] Metro Expresslanes Equity Plan, https://www.metroexpresslanes.net/en/about/ExpressLanes_Factsheet_Toll_Credit_Program.pdf
- [7] Carl Bergenhem, Henrik Pettersson, Erik Coelingh, Cristofer Englund, Steven Shladover and Sadayuki Tsugawa, Overview of Platooning Systems, Proceeding of the 19th ITS World Congress, Vienna, Austria, 2012 - http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/174621/local_174621.pdf

Rédacteurs :


- Remi A. Carmigniani, rcarmi@me.com ;
- Retrouvez toutes nos activités sur le site du Consulat général de France à los Angeles http://www.consulfrance-losangeles.org/spip.php?rubrique241 ;
- Suivre le secteur Nouvelles Technologie de l’Information, Communication, Sécurité sur twitter @MST_USA_NTICS ;
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

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