Monde de la physique : le modèle physique explique les embouteillages

Si un accident survient sur une autoroute, un embouteillage se forme derrière. Mais même sans une cause aussi claire, la circulation peut être bloquée. Deux scientifiques utilisent un modèle physique relativement simple pour expliquer comment cela se produit et quels facteurs favorisent un tel trafic avec arrêts et départs. Comme le rapportent les deux dans la revue «Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment», la formation des embouteillages dépend principalement de trois facteurs : la densité du trafic, la vitesse et la capacité de réaction des conducteurs.

Alexandre Solon de l’Université de la Sorbonne à Paris et Eric Bertin de l’Université de Grenoble ont utilisé comme base de leur modèle les lois selon lesquelles les atomes se déplacent dans un gaz. Dans un gaz, les atomes individuels se déplacent plus vite plus il fait chaud. Les scientifiques ont ensuite affiné le modèle en plusieurs étapes. Ils l’ont donc limité au mouvement unidimensionnel, c’est-à-dire au mouvement le long d’une ligne. Cela convient parfaitement à un modèle d’embouteillage « car les différents éléments ne peuvent se déplacer que dans une seule direction – comme dans une rue à voie unique et à sens unique », explique Solon.

Mais modéliser la manière dont les véhicules se déplacent sur une route est plus compliqué. Les chercheurs ont ajouté d’autres paramètres pour simuler non seulement la vitesse mais aussi une certaine inertie des particules en mouvement. Ils ont également pris en compte des facteurs tels que les particules entrantes et sortantes. Grâce à ce modèle affiné, la formation des embouteillages pourrait à terme être décrite mathématiquement de manière plus précise.

Un modèle simple décrit bien le mouvement stop-and-go

Selon le modèle, une circulation bloquée est d’autant plus probable que les véhicules impliqués réagissent lentement, c’est-à-dire le retard dans l’adaptation à une vitesse moyenne modifiée. Cela a un effet correspondant sur la capacité de réaction, qui ralentit par exemple à mesure que le conducteur devient plus fatigué. Les particules qui s’éloignaient du flux de particules ou rejoignaient celui-ci dans le modèle augmentaient également le risque de mouvements intermittents. Appliqué à la circulation automobile, cela signifie un risque accru d’embouteillages si des véhicules supplémentaires fusionnent sur une bretelle d’accès ou si de nombreuses voitures changent de voie.

Lors de plusieurs tests, ce modèle relativement simple basé sur des principes physiques a réussi à expliquer comment les embouteillages surviennent sans aucune cause apparente telle qu’un accident. Ceci a déjà été réalisé avec d’autres modèles de simulation du trafic routier. L’avantage de la nouvelle approche réside cependant dans la description mathématique relativement simple, qui ne comprend que quelques paramètres.