Une méthodologie pour modéliser et optimiser la mutualisation du transport ferroviaire urbain de marchandises et de passagers

A modeling methodology to introduce freight into urban passenger rail network

• Auteur / Autrice : Walid Behiri
• Direction : Mohamed Akil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de l'Institut Gaspard Monge (1997-2009)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Dolgui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Akil, Sana Berraf-Belmokhtar, Éric Ballot, Chengbin Chu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Dauzère-Pérès, Hamid Allaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Transports ferroviaires

Transport durable

Modèles mathématiques

Fret ferroviaire

Mots clés libres

Transport de marchandises

Transport ferroviaire

Optimisation

Simulation à évènements discrets

Couplage simulation / optimisation

Urban freight

Rail transport

Optimization

Discrete event simulation

Simulation optimization coupling

Résumé

Malgré la prédominance actuelle du mode routier, pour le transport de marchandises en milieu urbain, une alternative durable est nécessaire, au vu des enjeux environnementaux et sociétaux. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une des perspectives possibles, pour absorber une partie de ce flux de marchandises toujours plus dense, en utilisant le réseau ferroviaire urbain, initialement dédié aux voyageurs. Une méthodologie intégrant le fret dans ce dernier est proposée, avec comme première étape, l'identification et la classification de tous les niveaux de mixité fret / voyageurs possibles. Le niveau le plus contraint est retenu, car sa faisabilité induira celle des autres. Notre seconde contribution est relative à une approche par décomposition du problème d’insertion du flux de fret en plusieurs sous-problèmes interdépendants, selon les trois horizons temporels (long, moyen et court). Dans le but d’évaluer la capacité du système global, à absorber un flux supplémentaire de nature différente, le problème de détermination du meilleur plan de transport des marchandises est identifié comme central et critique. La troisième contribution concerne la simulation du système de transport, puis sa formalisation par un PL en variables mixtes, pour affecter chaque commande à un train, en déterminant le moment auquel elle sera chargée et en minimisant les temps d’attente cumulés des commandes. Plusieurs variantes de colonies de fourmis sont développées, pour la résolution d’instances de grande taille. La quatrième contribution concerne le couplage du modèle de simulation, qui permet l’évaluation des performances de cette nouvelle solution de transport, avec les différents algorithmes optimisant le plan de transport. Enfin, nous proposons une approche de replanification par horizon glissant, pour absorber les perturbations de la demande, en minimisant les changements du plan de transport

Urban freight transport is almost exclusively carried out by truck. Beyond the drawbacks caused in the city, this transport mode is nearly saturated. This study discusses an alternative way of transporting freight by using urban rail infrastructure. The first contribution deals with the identification and classification of all different sharing possibilities of mixing freight with passenger’s traffic using rail network. The second contribution is the definition of global freight/passenger transport problem, which is decomposed into several optimization interdependent sub-problems with different temporal decision horizon. In order to show the capacity of the global system to absorb an additional flow with different nature, the Freight Rail Transport Schedule Problem “FRTSP” is identified as the bottleneck of transportation system and is formalized with MIP model. As third contribution, this problem determines train and loading time for each demand to be assigned respecting several constraints while minimizing total waiting time. The fourth contribution deals with a discrete event simulation approach, which studies this alternative and validates several proposed decision algorithms. Finally, the fifth contribution consists in a dynamic approach based on a rolling horizon, which is proposed in order to update the initial plan. The updated plan allows to determine a new assignment regarding new demand such as the modifications from the previous plan are minimized