Situé dans le contexte général de la sécurité routière, et plus particulièrement axé sur la sécurité des véhicules légers (VL) en virages, ce travail de thèse a pour objet de proposer une méthodologie fiabiliste de prédiction de trajectoires à risque, basée sur le traitement statistique et la modélisation probabiliste de trajectoires réelles de VL en virages. La première partie du travail concerne la construction de modèles probabilistes simples et robustes représentatifs des trajectoires réelles observées. Ces modèles sont des transformées de processus aléatoires scalaires normalisés du second ordre, faiblement stationnaires, ergodiques et non gaussiens, et permettent de décrire de façon réaliste la variabilité aléatoire observée du triptyque Véhicule-Infrastructure-Conducteur. Ils permettent aussi, par construction, de s'affranchir d'éventuelles difficultés dans l'alimentation des paramètres dominants qui les gouvernent. La seconde partie est consacrée au développement et à la mise en oeuvre d'une stratégie fiabiliste destinée à associer un niveau de risque à chaque trajectoire en entrée de virage. Basée sur l'emploi conjoint de méthodes probabilistes pour la modélisation des incertitudes, fiabilistes pour l'évaluation des niveaux de risque et statistiques pour la classification et le traitement des trajectoires, cette approche est une réponse réaliste au problème posé. De par sa conception et ses possibilités, la méthodologie fiabiliste proposée est une contribution significative au développement de procédures d'alerte destinées à réduire notablement le nombre d'accidents en virages.

Les applications de sécurité routière sont la principale motivation des réseaux de véhicules, bien que d'autres applications de gestion du trafic routier et de divertissement soient envisagées. La communication par diffusion sur plusieurs sauts est une composante importante de ces applications telles que, la signalisation du danger sur la route où la diffusion sur plusieurs sauts est utilisée pour notifier un accident sur la route, une présence d'animal, un objet qui barre la route, un freinage brusque du véhicule en avant, etc. Comme l'information traitée dans ces applications est très critique et peut avoir un effet sur la vie humaine, la diffusion doit être rapide et fiable. Cependant, la diffusion de messages sur plusieurs sauts a de nombreux défis à relever tels que le problème de tempête de diffusion (à savoir, des retransmissions redondantes, une haute charge du canal, une grande contention sur le canal de communication et ainsi, un taux de perte de paquets élevé) dans le cas d'un réseau dense, et le problème de déconnexion quand le réseau est clairsemé. En plus, les applications de sécurité routière sont à temps critique et la satisfaction de leurs exigences est très difficile, car il y a un compromis entre la fiabilité de la dissémination et le délai de livraison. De nombreux travaux ont été menés ces dernières années et une large gamme de mécanismes ont été proposés. Néanmoins, la plupart d'entre eux souffrent toujours de problèmes de collisions quand le réseau est dense et une latence élevée quand la densité du réseau est faible. Le but de cette thèse est d'étudier les protocoles permettant une livraison fiable et rapide de messages d'alerte, de comprendre leurs limites et de proposer une solution pour la dissémination rapide et fiable de l'information de sécurité dans un réseau de véhicule. / Road safety applications are the main motivation of vehicular networks, although other road traffic management and entertainment applications are considered. The multi-hop broadcasting communication is an important component of these applications, such as Road Hazard Signaling application where the multi-hop broadcasting is used to notify an accident on the road, a presence of animal, an object that blocks the road, sudden braking of the vehicle in front, etc. As the information handled in these applications is very critical and can affect the human life the dissemination must be fast and reliable. However, broadcasting messages over several hops comes with many challenges to overcome such as broadcast storm problem (i.e. redundant retransmissions, high load of the channel, high contention on the communication channel and thus, high packet loss rate) in the case of dense network, and the problem of disconnection when the network is sparse. In addition, road safety applications are time-critical and satisfaction of their demands is very difficult because there is a trade-off between the dissemination reliability and the delivery delay. Many studies have been conducted in recent years and a variety of mechanisms have been proposed. However, most of them still suffer from problems of collisions when the network is dense and a high latency when the density of the network is low. The aim of this thesis is to analyze protocols allowing a reliable and fast delivery of alert messages, understand their limitations and propose a solution for fast and reliable dissemination of safety information in vehicular networks.

La forte densité de population, les problèmes environnementaux ou de circulation, mènent les villes à modifier leurs aménagements pour accommoder divers modes de déplacements, dont les transports actifs. Les passages pour piétons non contrôlés par des feux ou panneaux d’arrêt sont des aménagements qui accordent la priorité aux piétons qui s’y engagent, mais cette priorité n’est pas nécessairement garante de leur sécurité. L’objectif de cette étude est d’élaborer une méthodologie permettant de collecter des variables environnementales et comportementales permettant de caractériser le contexte dans lequel le piéton utilise les passages pour piétons. Puis, d’évaluer le respect de la priorité piétonne, ainsi que les contextes routiers et les environnements pouvant l’impacter. Huit sites de passage pour piétons ont été étudiés à Montréal, par des mesures et des observations en premier lieu, puis par l’enregistrement de vidéos. Leur mise en relation permet d’émettre des hypothèses quant à l’impact de certaines variables sur le respect de la priorité piétonne. L’implantation de passages pour piétons ne semble pas toujours suivre des lignes directrices claires. Plusieurs types d’aménagement ont pu être observés. Le taux de respect moyen de la priorité piétonne pour l’ensemble des sites est faible (36 %), mais ceci serait en partie attribuable au contexte environnemental, car la variation des taux est très importante, entre 4 % et 79 %. Des volumes de circulation élevés semblent être défavorables au respect de la priorité piétonne, ainsi que la localisation des passages trop rapprochée des intersections. La méthodologie utilisée permet d’obtenir et de confronter les caractéristiques de l’environnement avec le comportement du conducteur. L’étude se limite à un micro-environnement (passage pour piétons) en huit sites, donc les constats ne pourraient être généralisés à l’ensemble de la ville où les données ont été collectées. Ce travail fait office de support pour de futures études. Tant par l’aspect méthodologique que par les questions qu’il soulève.

Si les techniques ingénicrialcs, utilisées dans les années 1960-1970, ont été déployées dans la construction de vastes infrastructures routières afin de rechercher lc bien être social et humain par la mobilisation de la science et de la technique, les méthodes ingénieriales actuelles recouvrent de nouvelles ambitions. De prime abord, la transition semble nette. Ce n'est plus aujourd'hui à l'usager de se conformer aux transformations de son environnement routier mais aux ingénieurs de construire une infrastructure routière adaptée à la pluralité des comportements des conducteurs. L'introduction de l'audit de sécurité routière au sein du Ministère de l'Ecologie, du Développement Durable et de la Mer (MEEDDM) et du Ministère des Transports du Québec (MTQ), illustre ce tournant. Il s'exerce dans le cadre d'un dispositif de contrôle renouvelé aux fins d'indépendance de l'expertise et initie une nouvelle approche. Appelée approche proactive, cette dernière rompt avec les précédentes en dépassant le simple contrôle technique de l'infrastructure par la mobilisation de savoirs expérientiels professionnels et de conducteur, propres à chacun des auditeurs, afin de répondre aux dimensions comportementales des usagers. C'est la transformation cognitive initiée par l'audit qui fera l'objet de notre attention dans cette thèse ct, plus particulièrement, le changement apporté par l'utilisation des savoirs expérientiels. Nous constaterons que le renouvellement de l'approche ingénierialc sc double paradoxalement de la pregnance de cadres cognitifs traditionnels renvoyant aux cultures ingénieriales propres à la France et au Québec. L'ambivalence de ce constat mettra en exergue le fait que l'introduction de l'audit de sécurité routière relève moins d'un changement cognitif que d'une transformation du rôle social de l'expert renvoyant à l'exercice de nouvelles formes de légitimité de l'action publique. L'attention portée aux particularités comportementales des usagers et la mise en oeuvre d'un contrôle indépendant montreront que ce renouvellement de l'instrumentation de l'ingénierie routière incarne l'exercice de légitimités contemporaines de l'action publique.

Les travaux présentés dans cette HDR sont le reflet de mon activité de recherches effectuée au laboratoire THEMA de l'université Paris-X Nanterre de 1994 à 2005, et poursuivie depuis au département d'économie de l'Ecole Polytechnique. Ces travaux portent sur les propriétés prédictives et incitatives (à la prévention des risques) des historiques individuels en assurance non-vie. Mes recherches se sont donc inscrites d'abord dans une littérature actuarielle appréciant le pouvoir prédictif des historiques individuels en assurance non-vie. Ma première contribution a pris en compte le coût des sinistres dans la prédiction des risques en fréquence et en prime pure. Ensuite, l'ancienneté de ces sinistres a été intégrée dans une prédiction des risques en fréquence. Pour ce faire, ces articles ont remis en cause la constance dans le temps d'effets aléatoires intégrés à des lois de nombre d'accidents. J'ai étudié ensuite la liaison entre les lois sur les effets aléatoires et le risque fréquence des contrats. De nombreuses règles monétaires et non monétaires utilisant les historiques des assurés (systèmes bonus-malus, amendes, permis à points) ont une justification en terme d'incitation à la prévention des risques. L'appréciation empirique de ces effets incitatifs est rendue difficile par une double interprétation des historiques individuels. Ceux-ci peuvent à la fois révéler des caractéristiques cachées des lois de risque (hétérogénéité inobservée), ou modifier ces lois. Des conditions d'élimination de l'hétérogénéité inobservée dans les historiques d'assurance sont explicitées dans deux publications, et appliquées aux contrats d'assurance automobile soumis au système bonus-malus français. Le comportement optimal d'un assuré dans un environnement incitatif basé sur l'expérience individuelle est abordé dans deux publications La dernière publication analyse les effets incitatifs des permis à points, en fonction des règles d'amnistie des infractions. Ces amnisties s'effectuent, soit infraction par infraction une fois que celle-ci a atteint une certaine ancienneté, ou globalement après une durée donnée sans infraction commise. En présence d'aléa moral, nous montrons que les effets incitatifs contrecarrent les effets de révélation de l'hétérogénéité inobservée si les amnisties s'effectuent par infraction. Par contre, ces deux effets jouent dans le même sens dans le cas où les infractions sont amnistiées globalement. Enfin, je propose des résultats théoriques sur les modèles incitatifs, qui permettent des calculs de valeurs privées pour les sanctions non monétaires associées aux permis à points.

L'OMS évalue à 1.2 million le nombre de tués sur les routes par an et environ 20 à 50 millions le nombre de blessés (données de 2004). Même si on observe une nette amélioration dans certains pays développés, l'OMS a prévu une augmentation mondiale des décès et des traumatismes d'ici 2030 si rien de nouveau n'est effectué. Pour faire face à cette problématique, les recommandations reposent sur la mise en œuvre de stratégies globales d'amélioration. Celles-ci doivent prendre en compte l'ensemble des enjeux liés à la sécurité routière (santé publique, technologique, économique, juridique, etc.) et être conduites en collaboration par l'ensemble des acteurs du système routier. Par exemple, le travail des constructeurs automobiles consiste en partie à développer des systèmes de sécurité qui agissent dans l'objectif de réduire et/ou d'éviter les accidents (ceinture de sécurité, ABS, airbag, châssis adapté aux déformations, etc.) à partir de connaissances en accidentologie et en biomécanique dans l'objectif de répondre aux exigences de tests consuméristes. L'activité d'évaluation fait partie intégrante de ce processus d'amélioration de la sécurité routière. Elle a pour objectif de fournir des connaissances aux différents acteurs pour les aider à atteindre leurs objectifs. Plus précisément, elle est focalisée sur le calcul d'indicateurs qui renseignent sur les performances des actions de sécurité routière. Le travail de recherche que nous avons effectué est issu d'une réflexion globale sur la réalisation de ces évaluations. Nous avons identifié des enjeux que nous considérons comme levier pour améliorer leur réalisation. Ils concernent la formalisation d'un cadre de l'évaluation pour aider les évaluateurs à dépasser leurs habitudes de travail et ainsi mieux répondre aux besoins des destinataires des évaluations dans un contexte complexe. En se basant sur les connaissances expertes de l'évaluation en sécurité routière et la littérature sur l'évaluation, l'épistémologie, la modélisation des connaissances et les théories de conception, nous avons proposé un modèle générique, créatif et multipoints de vue de l'évaluation. Ce modèle est défini comme une description systémique de l'activité d'évaluation. Il est composé de modèles structurels et fonctionnels à destination des évaluateurs. Dans notre recherche, nous nous sommes focalisés sur les étapes d'analyse du cas d'étude et sur la conception des indicateurs d'évaluation. Notre modèle a été mis à l'épreuve sur des exemples d'évaluation. Les résultats montrent que la formalisation des cas d'évaluations engendre une réflexion plus détaillée sur les questions à traiter et les indicateurs à utiliser. Un outil logiciel permet de rendre opérationnel ce modèle. Il est basé sur la gestion de bases de données et sur des algorithmes de traitement des données.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les constructeurs automobiles fabriquant des systèmes de conduite automatisée ont besoin d’aborder les conséquences que ces systèmes peuvent avoir sur la sécurité routière. Notamment pour l’évaluation des gains de sécurité, la sécurisation des essais et l’analyse des accidents impliquant le véhicule autonome. Cependant, le cadre conceptuel actuel utilisé dans la sécurité routière peut ne pas être adapté pour l’analyse des changements et des nouvelles interactions introduits par l’automatisation du véhicule à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Le but de la thèse est d’appliquer une approche systémique fondée sur STAMP afin d'étudier les gains attendus du véhicule autonome en termes de sécurité routière, sécuriser les expérimentations et analyser les accidents impliquant ce type de véhicule, à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Afin de contribuer au calcul des gains du véhicule autonome sur la sécurité routière, la population cible d’un « highway pilot system» a été définie et des questions issue d’une analyse STPA (analyse des risques issue de STAMP) aidant à l’évaluation de l’efficacité du système ont été élaborées.Un cadre de sécurisation des expérimentations couvrant tous les niveaux du système a été mis en place au moyen d’une analyse STPA à deux échelles.Enfin, une méthode d’analyse des accidents impliquant un conducteur automatisé a été créé en intégrant des éléments issus de méthodes d’analyses des accidents de la route existantes et des éléments explicatifs développés spécialement à la méthode CAST (méthode d’analyse des accidents fondée sur STAMP). L’accident impliquant une Tesla en mai 2016 est le cas d’étude de cette nouvelle méthode, CASCAD.En conclusion, ces trois applications ont montré tout le potentiel d’une approche systémique fondée sur STAMP pour offrir un cadre conceptuel adapté à l’évaluation des conséquences sur la sécurité routière de la conduite automatisée. / As automakers develop automated driving systems, they must address the implications of such systems on road safety. Notably for the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis. However, the existing conceptual framework in road safety may not be adapted to analyze the changes and new interactions introduced by vehicle automation at all the levels of the road transport sociotechnical system.The main objective of this thesis is to apply a systems theoretic approach based on STAMP to examine the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis of automated driving across all the levels of the road transport sociotechnical system.This research first contributes to safety benefit assessment by estimating the target population of a highway pilot system and by generating questions derived from an STPA analysis (hazard analysis based on STAMP) to facilitate the evaluation of the influence of the highway pilot system on road safety.Next, this work establishes a framework to ensure trial safety across the macroscopic and microscopic levels of the vehicle trial system by structuring the outputs of two STPA analyses.Finally, this thesis integrates elements from existing crash analysis methods and newly developed guidance elements into CAST (an accident analysis method based on STAMP) to develop a new method for the accident analysis of crashes involving automated driving called CASCAD. The application of CASCAD was illustrated using the available information of the Tesla crash on May 2016.The three applications of this research show the potential of a STAMP-based approach to provide a suitable conceptual framework for the analysis of the implications of road safety on automated driving.

La planification des déplacements urbains au travers de la prédominance des réseaux et des déplacements de l'automobile interroge l'influence de la hiérarchisation du réseau sur le risque routier. Cette question a été peu traitée dans la littérature. Elle s'intègre dans une problématique plus vaste, qui vise à intégrer la sécurité routière dans l'action locale. Le risque routier dépend des caractéristiques d'individus qui se déplacent avec différents modes sur des réseaux plus ou moins dangereux gérés par les pouvoirs publics. L'analyse du risque d'avoir un accident pour les populations habitant des niveaux hiérarchiques différents est au cœur de ce travail de thèse. Elle peut être abordée au travers des dimensions spatiales et socio-économiques que la hiérarchisation du réseau engendre. La différenciation spatiale et socio-économique des habitants des niveaux hiérarchiques différents peut induire une inégalité du niveau du risque routier encouru par ces habitants. La recherche menée dans le cadre de cette thèse porte sur la mise en œuvre d'une approche méthodologique, dont l'analyse épidémiologique, statistique et spatiale constituent les principales composantes. Les investigations sur l'influence de la hiérarchisation du réseau sur le risque routier ont permis de trouver le lien qui peut exister entre les dimensions spatiales et socio-économiques et le risque routier. Elles permettent aussi de cibler les populations ayant un fort risque afin de mobiliser la responsabilité morale des élus pour protéger leurs concitoyens. Cette mobilisation vise à sensibiliser les acteurs locaux au risque d'implication dans un accident de la circulation des habitants plus qu'à se focaliser sur l'accidentologie des voies qu'ils gèrent. D'autre part, elles permettent d'éclairer les décisions publiques sur la question de la hiérarchisation du réseau en associant le risque routier afin d'intégrer l'objectif de la sécurité routière plus en amont dans les processus de la décision des projets de l'aménagement urbain / Planning urban mobility dominated by networks and car travel brings up the question of the effects of network hierarchy on accident risk. This issue has not been addressed very much in the literature. It can be linked to a broader problem which aims to integrate road safety into local action. Road risks depend on the characteristics of individuals who travel in different modes using networks (with more or less risk) that are managed by public authorities. Risk analysis of accident involvement for residents of different hierarchical levels is at the heart of this thesis. It can be approached through spatial and socioeconomic dimensions generated by network hierarchy. Spatial and socioeconomic differentiation of these residents can lead to risk inequalities. The studies carried out as part of this thesis suggest a methodological approach whose main components are epidemiological, statistics and spatial analysis. Investigating the influence of network hierarchy on traffic accident risk made it possible to find the potential link between the spatial and socioeconomic dimensions and traffic risk. It also allowed to target populations that are at high risk in order to motivate elected officials to act in favour of the residents' safety while making them aware of the risk residents are exposed to rather than the accidents of roads they manage. On the other hand, it highlights the policies related to network hierarchy while considering accident risk in order to address the objective of road safety at the earliest possible stage of the decision making process in urban planning projects

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