Les embouteillages

2 01 2012

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les embouteillages ne sont pas systématiquement provoqués par des accidents ou des rétrécissements. En île de France, seuls 13 % des embouteillages sont expliqués par des travaux ou d’autres perturbations. Ainsi la plupart des bouchons n’ont pas d’origine apparente. Comment comprendre alors leurs formations ?

Des chercheurs japonais se sont penchés sur la question. Ils ont observé le trafic routier sur une autoroute japonaise pendant un mois. Ils ont déduit de cette étude le graphique suivant qui représente le débit autoroutier (nombre de voiture passant par unité de temps) en fonction de la densité de voiture (nombre de voitures présentent par kilomètre d’autoroute).

Ce graphique montre que lorsque la densité de voiture n’est pas trop élevée, le débit lui est proportionnel. En effet, la vitesse des voitures sur une autoroute fluide est sensiblement celle de la limitation de vitesse donc le nombre de voiture défilant par unité de temps est proportionnel au nombre de voiture présente sur cette autoroute. Cependant on remarque que au delà d’une densité critique de 25 véhicules par kilomètre, le débit de voiture s’éffondre. C’est la naissance des embouteillages.

C’est donc la trop grande densité de véhicule qui congestionne le trafic routier. Il est remarquable que la naissance des embouteillages se fasse, sur une autoroute donnée, à partir d’un seuil en densité très bien défini.

Il nous reste cependant à saisir pourquoi une trop grande densité de véhicule crée systématiquement des embouteillages. En effet, dans le cas où aucun obstacle n’entrave la circulation, toutes les voitures pourraient rouler à la même vitesse, formant un seul bloc, et les embouteillages ne pas exister. Qu’est ce qu’il fait que cette solution n’est pas celle observée en pratique ?

Pour répondre à cette question les chercheurs japonais ont réalisé une expérience. Ils ont placé des voitures sur une route circulaire avec une densité légèrement supérieure à celle critique. Initialement les voitures sont à égales distances les unes des autres et on pourrait s’attendre à ce qu’elles circulent indéfiniment sur cette boucle.

Rapidement le système se perturbe et un embouteillage se forme. En regardant attentivement la vidéo on y peut  voir l’origine de ce ralentissement. Un automobiliste prend un peu de distance avec son prédécesseur ou ralentit légèrement, celui qui le suit réagit de même en amplifiant le mouvement et la circulation se bloque.

On comprend donc que ce sont les fluctuations de vitesse des véhicules qui font naître les bouchons. Lorsque la densité de véhicule est faible, ses fluctuations s’atténuent et le trafic reste fluide. En revanche au delà la densité critique, ses fluctuations sont amplifiées par tous les automobilistes et les embouteillages apparaissent.

Sources :

Wikipédia #

Traffic jam without bottleneck #

The physics behind traffic jam #


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4 responses

12 01 2012
steph

Questions : d’où proviennent ces fluctuations ? de la nature des voitures et de leur fonctionnement (avec durée de temporisation liée à l’inertie lors des freinage/redémarrage, durée de passage de vitesse…) ? du temps de réponse des conducteurs à un stimulus ?

Observerait-on les mêmes phénomènes avec des voitures électriques sans passage de vitesse et plus légère ? avec des robots conducteurs ayant un temps de réaction bien plus rapide que les humains ?

29 01 2012
bdarbois

Ces fluctuations viennent majoritairement du conducteur qui modifie sa vitesse en fonction du nombre et de la distance des voitures qui l’entourent. C’est donc le comportement des conducteurs qui influe sur la formation des bouchons et non les caractéristiques des voitures. Enfin, votre remarque sur les robots conducteurs est excellente. Si on imagine des conducteurs robots synchronisés entre eux, il serait effectivement possible d’éviter la formation d’embouteillage.

14 02 2012
steph

dites-moi, en filigrane, il y a un message politique sous-jacent non ? l’individu, le collectif, l’organisation, l’efficience du système, tout ça…

28 02 2012
bdarbois

Ce n’était pas mon intention mais l’omniprésence du débat présidentiel dans les médias a du me pervertir. Désolé pour ce vocabulaire.

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