I-Qu’est ce qu’une voiture autonome ? Comment fonctionne t’elle ? Quels sont les avantages , les inconvénients ?

I/ Cas général: Qu’est ce qu’une voiture autonome ? Comment fonctionne t’elle ? Quels sont les avantages , les inconvénients ?

1) L'histoire de la voiture autonome :

Depuis les années 70 , plusieurs cas isolés de véhicules autonomes ont été testés mais c'est que depuis l'evolution des technologies liées aux capteurs que l'on a pu voir des modèles aboutis et des résultats probants :

En 1977, à Tsukuba au Japon , un institut de robotique réussit à faire rouler un véhicule sans conducteur à une vitesse d'environ 30 km/h, la trajectoire du véhicule était alors liée à un marquage au sol .

En 1984, la marque d'automobiles Mercedes-Benz dévellope une camionette , avec l'aide une équipe de l'université de Bundeswehr sous la direction d'Ernst Dickmanns. Le véhicule atteint alors 100 km/h sur un réseau routier sans trafic.

En 1986, le laboratoire de Robotique de l'université Carmegie-Mellon de Pittsburgh  démarre le développement des véhicules automatiques Navlab .

En 1995, le Navlab 5 réalise l'opération No Hands Across America , un voyage de Washington DC jusqu'à San Diego . Le Navlab 5 devient alors la première voiture à conduire d'une côte à l'autre des États-Unis de manière autonome.

Photo du Nablav 5 : https://www.cs.cmu.edu/~tjochem/nhaa/navlab5_details.html

Dans les années 2000 , les progrès technologies permettent de grandes innovations pour la voiture autonome, en partculierdans le domaine des télé-communications .

C'est alors que les grandes entreprises américaines comme Uber en 2007 , dévoilent des idées d'utilisation quotidienne . On pense aussi au  projet Auto-Driving Car de Google. 

Le projet de Google en image

2) Le fonctionnement :

La voiture autonome possède deux technologies novatrices, les capteurs et les intelligentes artificielles. Sans capteur l’intelligence artificielle se retrouve aveugle et sans intelligence artificielle les capteurs deviennent inutiles ( sauf la camera de recul ). En somme , les capteurs et l’intelligence artificielle sont complémentaires pour créer le déplacement d‘un véhicule dit autonome.

Tout d’abord , qu’est ce qu’un capteur ?

Un capteur est un système électronique de pointe permettant à la voiture de visualiser par des scans son environnement. Cela lui sert à esquiver les obstacles présents sur son chemin.

Il existe 5 types de capteurs qui équipent principalement les voitures autonomes :

Schéma d'une voiture autonome avec ses différents capteurs et radar : https://www.annabac.com/annales-bac/les-ondes-au-service-de-la-voiture-du-futur

a) Le capteur à ultrasons:

Dans premier temps , parlons du capteur à ultrasons , référence dans le domaine de l'automatisation. C'est un capteur qui est utilisé dans les véhicules autonomes , le capteur envoit à intervalles réguliers des impulsions sonores et calcule le temps qu'il prend pour revenir. Grace à cette donnée, la voiture autonome va pouvoir calculer la distance entre un obstacle et elle même en sachant que cette impulsion sonore se déplace à la vitesse du son . La véhicule est donc capable de se situer dans l'espace , on parle alors de l'écholocation ( ou l'écholocalisation ) . Le principe de l'écholocation qui vient à la base des chauves-souris, est fondé sur l'effet Doppler ( Doppler est le nom du mathématicien qui a fait cette découverte en 1842 ). C'est le décalage de fréquence d’une onde observé entre les mesures à l'émission et à la réception. L'effet Doppler se manifeste par exemple dans les ondes sonores d'une voiture : Le son est différent selon que l’on se trouve à l'intérieur du véhicule , ou que le véhicule se rapproche ou s’éloigne .

Ilustration de l'effet Doppler  : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Doppler_Effect.gif

b) Le radar:

Passons maintenant, aux radars, qui se basent aussi sur l'écholocation et le décalage Doppler. Les radars envoient des ondes radioélectriques ( en vert sur le schéma ) et reçoit l'écho ( en bleu sur le schéma ) , ce qui permet à la voiture de calculer une distance et par ce fait d'éviter les obstacles présents sur la route du véhicule autonome . Contrairement aux capteurs ultrasons qui envoient des ondes ultrasons, le radar lui envoit des ondes radioélectriques  .

https://fr.vikidia.org/wiki/Radar

c) Le Lidar :

Le Lidar ou la télédétection par laser (  « light detection and ranging » ou « laser detection and ranging » chez les anglo-saxons ) , est un système, qui contrarement au radar et au capteur à ultrasons qui utilisent les ondes sonores, utilise la lumiere ( du spectre visible , infrarouge et ultraviolet ) . Ce système est capable de mesurer une distance à l'aide d'une lumière . Cette lumiere est souvent issue d'un faisceau laser puissant . Sur la voiture autonome, il est souvent placé sur le toit et est capable de faire des rotations pour un meilleur angle du vue .

https://www.flickr.com/photos/wwworks/5004704354/ : Deux lidars montés sur des télescopes tentent de mesurer la distance Terre-Lune en visant les rétro-réflecteurs déposés sur la Lune par les missions Apollo.

d) Le GPS:

Le GPS ou l'assistant de navigation est un appareil datant des années 1960 permettant de localiser le véhicule à différentes échelles. Pour cela le GPS utilise un système de positionnement par satellites , le GPS sert alors de recepteur . On parle généralement de triangulation, en utilisant la position de plusieurs satellites, on est capable de determiner celle du véhicule . 

Schéma GPS-Satellite : http://www.pixaloulacenter.com/wp-content/uploads/2014/12/schema-precis-GPS-sattelite-voiture.gif

e) Les caméras :

Il y a plusieurs types de caméras pour une voiture autonome : la caméra principale, la caméra grand angle, la caméra longue distance, les caméras latérales orientées vers l’avant et vers l’arrière et la caméra arrière :

- La caméra principale : Caméra qui filme à l’avant, comme son nom l’indique, le principal. Autrement dit, c’est « l’oeil » de la voiture.

- La caméra grand angle : Caméra qui détecte les feux de signalisations, les éventuels danger environnent et les objets à proximité.

- La caméra longue distance : Caméra permettant une vue précise à longue distance à grande vitesse.

- Les caméras latérales orientées vers l’avant : Caméras qui sert à la surveillance des véhicule entrant dans la voie de circulation, lorsque la visibilité est réduite.

- Les caméras latérales orientées vers l’arrière : Caméras qui contrôle les angles morts, pour des changements de voie, par exemple.

- La caméra arrière : Caméra qui permet au logiciel intelligent de visualiser l’arrière du véhicule et pour certaines manœuvres difficiles.

Schéma de la position des caméras sur les derneirs model Tesla : https://www.tesla.com/fr_FR/autopilot/models/design

Ensuite, qu'est-ce qu'une intelligence artificielle ?

Lorsque l'on parle d'intelligence artificielle, on parle de l'attribution de capacités humaines à une machine dans le but de la rendre "intelligente" . Cette idée d'intelligence artificielle commence dans les années 50, lorsque Allan Turing démarre des travaux où il se demande si une machine peut « penser » . C'est avec le dévellopement croissant de l'informatique ( surtout au niveau des puissances de calculs et de l'algorithmique ) que l'on commence a implanter des programmes informatiques dans des machines, qui deviennent alors capables de surpasser  l'Homme dans certaines de ses capacités cognitives emblématiques, comme dans les echecs et dans le poker et même dans la conduite d'un véhicule ! On pense alors à la génération K2000 des années 80, avec Kitt une voiture dotée d'une intelligence artificielle ( mais aussi d'une conscience et c'est pourquoi on parle de science-fiction ) .

Kitt, la voiture autonome doté d’une intelligence artificielle et même d'une conscience on rentre alors dans la science-fiction 

Les avantages d'automatiser un véhicule sont nombreux , ceux-ci deviennent évidents lorsque l'on compare la conduite automatisée avec la conduite humaine .

a) Le temps de réaction :

Lors de la conduite, le conducteur peut être confronté à des imprevus, son temps de réaction est donc primordial pour sa sécurité . En moyenne, le temps de réaction pour un conducteur est d'une seconde, à 50 km/h le véhicule à le temps de parcourir 14 mètres . La voiture autonome ne possède pas de temps de réaction, il doit juste appliquer un algorithme, de plus avec les technologies d'aujourd'hui un ordinateur est capable de traiter 750 mo de données par secondes . 

b) Le champ de vision :

Le champ de vision est un paramètre important pour la conduite, chez le conducteur " humain " plus la vitesse augmente plus son champ de vision diminue . A une vitesse nulle le conducteur à un champ de visionde 180°, à 90 km/h on passe à 90° . Pour la voiture autonome, le champ de vision est de 360° à n'importe quelle vitesse .

Champ de vision pour l'Homme à 90 km/h : http://www.transports-terrestres.pf/spip.php?article136

c) Connection avec les autres voitures autonomes :

Sur la route, les êtres humains sont incapables de prévoir les déplcements des autres voitures . Les voitures autonomes, sont capables de se connecter entre elles que cela soit par un réseau internet ou autre dans le but d'éviter tout types d'incidents liés aux déplacements imprévisibles des autres voitures . 

Ici, toutes les voitures sont connectées entre elles : https://www.frandroid.com/editoid/222445_voitures-connectees-autonomes-en-ton-vraiment-besoin

3) les inconvénients : Quels sont-ils ?

Hélas, la voiture autonome n'est pas parfaite, malgré ses qualités indéniables, elle possède aussi des inconvéniants .

a) Le risque zéro n'existe pas :

Parmis les accidents de la route, on estime qu'environ 90 % sont liés aux conducteurs humains ( source : Le Monde : http://internetactu.blog.lemonde.fr/2013/11/15/voiture-autonome-le-probleme-cest-lhomme/ ), cela nous montre bien qu'il est impossible d'atteindre le risque zéro et que la mise en place des voitures autonomes ne pourra pas empêcher tout les accidents sur la route . 

b) Le prix :

Les technologies présentes sur la voiture autonome sont loin d'être gratuites, sur certains modèles, comme la google car à 100 000 $, un système complet LIDAR, par exemple, coûte aujourd’hui plus de 75 000 dollars . ( selon Velodyne : https://www.latimes.com/business/la-fi-hy-ouster-lidar-20171211-htmlstory.html ) Ces prix exorbitants, rendent la voiture autonome disponible que pour une minorité des gens . On parle néanmoins d'une baisse des prix dans la futur, notament chez Tesla qui désire retirer le LIDAR et le remplacer par d'autres capteurs moins chers .

c) La législation :

La grande majorité des législations des différents pays ne prévoit pas l'utilisation de la voiture autonome, sauf la France, le Royaume-Uni , les Etats-Unis et l'Allemagne qui font des essais actuellement . C'est seulement dans 13 états des Etats-Unis qui sont représentés en bleu sur cette image que les voitures autonomes sont autorisés ( avec une limitation de 40 km/h ) .

Carte des USA datant de 2017 qui renseigne sur la legislation à propos des véhicules autonomes : http://www.ncsl.org/research/transportation/autonomous-vehicles-self-driving-vehicles-enacted-legislation.aspx

Il ne faut pas oublier aussi que lors d'un accident entre un humain et une voiture autonome, l'humain peut être responsable et donc fautif .

déssin satirique sur la responsabilité lors d'un accident humain-robot :https://www.aneo.eu/2018/02/06/responsabilite-voitures-autonomes-assureurs-doivent-passer-seconde/

d) Une catastrophe écologique :

Malgré les avantages que comporte les voitures autonomes, leur mise en œuvre à grande échelle aurait des conséquences écologiques très néfastes. Dans un premeir temps leur fabrication à grande échelle nécessitera une trop forte demande en métaux et de plus le stockage de toutes les données liées aux capteurs et radars serait trop élevé . Selon Brian Krzanich, PDG d’Intel, 8 heures de conduite correspondent à 40 téraoctets de données, soit 40 disques durs d'ordinateurs, les datacenters qui sont de grands lieux de stockage de données, consomment déjà beaucoup d'électricité et risquent d'en consommer beaucoup plus encore !

En France, en 2017, les datacenters ont consommé plus d’électricité que la ville de Lyon : https://reporterre.net/La-voiture-autonome-Une-catastrophe-ecologique#nb1

 

En conclusion, on en déduira que la voiture autonome est fiable sur de nombreux points notamment le temps de réaction ou le champ de vision mais que néanmoins il existe des problèmes liés à la voiture autonome comme le prix par exemple mais surtout l'énorme problème au niveau écologique .