Congestion routière dans les métropoles : construire de nouvelles routes provoque une dégradation du transport public.

Contrairement à une croyance encore largement partagée, notamment par des élus locaux ou des représentants du monde économique, l’accroissement de capacité routière dans les métropoles dynamiques, dotées à la fois d’un bon réseau routier et d’un bon réseau de transports publics, ne contribue nullement à améliorer le fonctionnement des transports. Non seulement cela aggrave la congestion routière mais cela aboutit également à dégrader la qualité de l’offre des transports collectifs. Cet état de fait non désiré arrive sous l’influence de deux mécanismes néfastes mais rationnels. Dans leur expression extrême ils donnent lieu à ce qu’on a appelé le « paradoxe de Downs-Thomson ». Mais même sous une forme atténuée, ces deux mécanismes font que l’accroissement de capacité routière aboutit à détruire de la richesse sociale.

Deux mécanismes néfastes mais rationnels

Dans son article de 1962 sur « la loi de la congestion autoroutière en heure de pointe » Anthony Downs avait montré que toute augmentation de capacité autoroutière aboutissait inéluctablement à un nouvel équilibre de congestion où la nouvelle voie serait saturée. Mais il avait également étendu son analyse à l’équilibre entre système routier et système de transports publics, en distinguant le cas des bus (qui circulent sur la même voirie que les voitures) de celui d’un réseau ferré (métro ou trains régionaux), ce dernier étant par nature protégé de la congestion routière. L’équilibre est celui de la répartition des navetteurs1 entre automobilistes et usagers du réseau ferré, équilibre dans lequel aucun navetteur n’a intérêt à changer de mode de transport car sinon cela augmenterait le coût de son choix. Ce coût (dit généralisé) est entendu au sens large, incluant entre autres les aspects monétaire (coût d’acquisition, d’entretien et d’usage de la voiture, tarifs des transports publics) et temporel (coût du temps passé dans le transport, variable selon les usagers et vécu plus ou moins péniblement selon le degré de confort ou de stress). 

Downs explique que suite à une augmentation de capacité routière, dans l’immédiat les vitesses sont améliorées sur le réseau routier alors que celles-ci restent inchangées sur le réseau ferré. Le premier mécanisme néfaste résulte du fait que le différentiel de vitesse attire les usagers du transport ferré (ceux qui disposent d’une voiture) et ces derniers viennent augmenter le nombre d’usagers de la route. Aux heures de pointe l’autoroute devient de nouveau congestionnée, comme expliqué dans ce billet. Mais en dehors des heures de pointe, le différentiel de vitesse entre route et rail est encore plus marqué, ce qui attire encore plus d’usagers du rail vers la route.

On pourrait penser que suite au rétablissement de la congestion routière, le partage initial entre automobile et réseau ferré se rétablisse également. Il est fort probable que cela n’arrive jamais car un deuxième mécanisme va venir renforcer le premier. L’opérateur de transport public, confronté à une baisse de recettes du fait de la perte de clientèle, va voir son équilibre financier remis en question. Comme les subventions publiques ne sont pas extensibles à l’infini, à moyen terme l’opérateur devra adapter son offre en combinant essentiellement deux types de mesure : d’une part la hausse des tarifs, d’autre part la réduction des fréquences ou la suppression de dessertes. Cette dégradation de l’offre entraînera un départ supplémentaire d’usagers des transports collectifs vers la route.

Ces deux mécanismes vont jouer également si le transport public repose seulement sur un réseau de bus. La seule nuance est que la différence de vitesse entre automobiles et bus sera moins marquée, puisque les bus empruntent également le réseau routier. Le transfert d’usagers du bus vers l’automobile sera également moins marqué. Toutefois, les bus souffriront également de la congestion qui se reforme,

Le paradoxe de Downs-Thomson

Downs poursuit son analyse avec le cas où un très grand nombre de personnes passeraient du réseau ferré à l’automobile. Il résulterait du second mécanisme exposé précédemment un coût supplémentaire pour l’usage du réseau ferré (en argent et en temps – d’attente, correspondances, etc.) si élevé que le niveau de congestion sur la route devra atteindre un niveau supérieur à ce qu’il était auparavant pour que s’établisse un nouvel équilibre de partage entre les deux modes. In fine le coût d’usage de la route aura augmenté pour les automobilistes et le coût d’usage du réseau ferré aura également augmenté. Ce paradoxe a été dénommé ultérieurement « paradoxe de Downs-Thomson » car John Michael Thomson dans un ouvrage de 1977 était arrivé aux mêmes conclusions : les tentatives d’amélioration de la circulation routière attirent des usagers des transports collectifs, ce qui force les opérateurs à augmenter les tarifs ou à réduire le service pour compenser les recettes ; cela aboutit in fine à un nouvel équilibre des flux où chacun des systèmes, routier et transports publics, est de plus faible qualité qu’avant.

Cependant, comme l’ont montré des travaux de recherche ultérieurs (cf. infra) les conditions d’émergence du paradoxe sont assez strictes : pour l’essentiel les deux alternatives, automobile et transport public, doivent être quasi parfaitement substituables (elles desservent le même axe et les navetteurs peuvent utiliser indifféremment l’une ou l’autre des alternatives), et le nombre initial d’utilisateurs des transports publics sur l’axe doit être très élevé pour que le deuxième mécanisme décrit plus haut joue à plein.

C’est le cas notamment à Londres (où la part des transports publics dans les navettes à destination de Central London est d’environ 85%). Martin Mogridge (1990) avait constaté dans les années 80 que, malgré les investissements routiers et la hausse de l’équipement automobile, la vitesse moyenne de circulation n’avait pas varié aux heures de pointe du matin à Londres. En s’appuyant sur le paradoxe de Downs-Thomson il en concluait (cf. aussi son article de 1997) que c’est la vitesse des transports collectifs qui, à long terme, décide de la vitesse globale des deux modes, et que la condition nécessaire pour accroître les vitesses en ville, à la fois pour les automobilistes et les usagers des transports collectifs, est d’améliorer la qualité de ces derniers. Cela remettait en cause les dogmes bien établis en faveur des investissements routiers et on imagine aisément la virulence des critiques à son encontre, auxquelles il a d’ailleurs répondu dans les deux textes précités.

Ces idées ont fait leur chemin et aujourd’hui peu de personnes osent proposer des augmentations de capacité des routes dans les zones urbaines denses ou à destination des zones centrales des grandes métropoles comme à Londres ou à Paris. Cependant, la croyance évoquée en introduction perdure encore, notamment dans les autres métropoles françaises.

Des conclusions plus générales

La discussion, voire la controverse, sur les conditions d’émergence du paradoxe ont amené des chercheurs à analyser plus rigoureusement ce problème. Fangni Zhang, Robin Lindsey et Hai Yang (2016) ont réexaminé le paradoxe à l’aide d’un modèle analytique en relâchant les hypothèses restrictives. Ils intègrent notamment une demande variable (le nombre total de navetteurs peut augmenter en fonction de l’évolution de la qualité de l’offre, routière ou ferroviaire) et une substituabilité qui peut être imparfaite (par exemple, l’offre en transports collectifs n’est qu’en partie adaptée aux besoins de ceux qui utilisent l’automobile). Les auteurs montrent que, dans le régime le plus courant où l’opérateur de transports collectifs doit chercher à couvrir au moins en partie ses coûts, en ajustant les tarifs ou le niveau de service, le paradoxe de Downs-Thomson n’arrive que dans des cas très particuliers, notamment en cas de substituabilité parfaite (les offres des deux alternatives sont comparables en coût généralisé).

Cependant, les auteurs démontrent aussi que dans les cas plus généraux, si la capacité de la route est accrue l’offre de transports publics se dégrade, la circulation automobile augmente et le nombre de voyageurs dans les transports publics décline. Enfin, ils analysent également le « bien-être » de la collectivité (qui agrège les coûts en prix et en temps que doivent payer les automobilistes et les usagers des transports collectifs, ainsi que les recettes et les coûts de l’opérateur des transports collectifs). Ils montrent que ce bien-être peut varier de diverses manières : toutes choses égales par ailleurs, ce bien-être augmente si le niveau de circulation automobile est élevé (beaucoup d’automobilistes bénéficient de l’expansion de la route) ou s’il y a beaucoup de cohue dans les transports collectifs (celle-ci diminue du fait du transfert d’usagers vers l’automobile) ; le bien-être diminue si la substituabilité est élevée (cela renforce le deuxième mécanisme) ou si la congestion routière augmente rapidement avec le trafic. Ajoutons toutefois que cette évaluation n’intègre pas le coût de l’expansion de la route.

De ces résultats on peut conclure qu’en augmentant les capacités routières la collectivité se tire une balle dans le pied puisque cela dégrade la situation des transports publics. De plus, dans les grandes métropoles dynamiques où la part des transports collectifs est élevée et où la congestion routière se met en place rapidement, il y a de fortes chances que cela détruise de la richesse, qu’il s’agisse d’argent public et privé ou de temps passé dans les transports.

Mais alors, quelles sont les solutions pour améliorer le fonctionnement du système de transport dans son ensemble ? C’est ce que nous verrons dans un prochain billet.

Charles Raux (CNRS, LAET)

Image : Photo by Keith Chan on Unsplash

Pour aller plus loin

Downs, A., 1962. The Law of Peak-Hour Expressway Congestion. Traffic Quarterly, pp. 393-409.

Thomson, J. M., 1977. Great Cities and their Traffic. Gollancz, London.

Mogridge, M. J. H., 1990. Travel in towns: jam yesterday, jam today and jam tomorrow? Macmillan, London, 308 p.

Mogridge, M. J. H., 1997. The self-defeating nature of urban road capacity policy. A review of theories, disputes and available evidence. Transport Policy, Vol. 4, No. I, pp. 5-23, 1997.

Zhang, F., Lindsey, R., Yang H., 2016. The Downs–Thomson paradox with imperfect mode substitutes and alternative transit administration regimes. Transportation Research Part B 86 (2016) 104–127.

  1. Les navetteurs sont ceux qui effectuent régulièrement des trajets entre domicile et travail []

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