Synchronisation des plannings train-avion : estimation de la demande passager, modèles d'optimisation mathématique, et application au cas de l'Europe de l'Ouest

Air-rail timetable synchronisation : passenger demand estimation, optimisation models, and application to the Western Europe case study

• Auteur / Autrice : Clara Buire
• Direction : Daniel Delahaye, Aude Marzuoli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Applications
• Date : Soutenance le 18/04/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche ENAC (Toulouse ; 2019-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-2024)
• Jury : Président / Présidente : Cyril Briand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Montaut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrew Cook, Sophie Demassey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions

Horaires (transport)

Trains

Synchronisation

Europe de l'Ouest

Modèles mathématiques

Transport multimodal

Mots clés libres

Transport

Planning

Optimisation

Multimodal

Transportation

Schedule

Optimisation

Multimodality

Résumé

Le transport aérien a été développé et optimisé depuis de nombreuses années afin de proposer aux passagers un service de qualité. Cependant, la prise de conscience écologique et la congestion croissante des aéroports amènent à repenser le transport aérien. Aujourd'hui, les trains apparaissent comme une alternative pertinente aux vols de courte distance. Si les trains doivent remplacer les vols, une collaboration entre les acteurs du transport aérien et ferroviaire sera nécessaire afin de maintenir un niveau de service élevé pour les passagers. À travers cette thèse, des mécanismes de coordination entre le transport aérien et ferroviaire sont proposés afin d'améliorer la qualité des transferts entre les deux modes. La demande passager entre les avions et les trains étant aujourd'hui peu connue, et non accessible de manière publique, une première étape de simulation, basée sur de la programmation par contraintes, est tout d'abord proposée. Ensuite, deux modèles de synchronisation des horaires, utilisant les plannings existants, sont développés afin de proposer aux passagers des connexions train-vol plus fluides. Le premier, adapté pour une utilisation à l'échelle stratégique (plusieurs semaines avant les opérations), permet aux compagnies aériennes et ferroviaires de proposer aux passagers des connexions plus confortables, en termes de temps de transfert, entre les deux modes. Le second modèle a pour objectif de re-planifier les vols et les trains en temps réel, afin d'attendre les passagers impactés par un retard, minimisant ainsi le risque de connexion manquées. Les deux problèmes sont modélisés sous forme de problèmes linéaires mixtes en nombres entiers, et testés à l'échelle d'un réseau de transport européen. Enfin, nous proposons dans une dernière partie, un modèle de synchronisation plus en amont des deux précédentes méthodes: une estimation jointe des fréquences journalières des vols et des trains. Le point de vue passager est adopté, avec pour objectif principal de minimiser le temps de trajet porte-à-porte, incluant des trajets multimodaux. Le coût dollar co dollar du réseau de transport est également pris en compte. La méthodologie est testée sur un cas d'étude réel : le réseau de transport espagnol. Une demande réaliste est obtenue à partir de l'exploitation de données des opératures de téléphonie mobile.

Air transportation network has been developed and optimised for years in order to provide passengers with a high level of service. However, the growing increase in environmental awareness and airport congestion make trains a relevant alternative to replace short-haul flights. If trains have to complement flights, collaboration between both operators will be required to maintain attractiveness and limit passengers' discomfort during transfers between modes. In this thesis, we propose synchronising air and rail timetables to enhance the quality of air-rail transfers for passengers at hub airports. As the transfer demand between rail and air is not publicly available, we first introduce a methodology to generate realistic air-rail transferring passenger demand using open-source data, using constraint programming. Then, we propose two mixed integer linear programmes to address this air-rail synchronisation issue, that modify flight and train initial schedules in order to offer passengers seamless connections between the two modes. The first model, well-suited for long-term planning, allows transportation schedulers to include seamless connections with other modes in their operations. The second formulation aims at rescheduling trains and flights at a tactical level to minimise the overall passenger delay across a multimodal transportation network. Both models take into account operational constraints, and are tested on the Western Europe transportation network. In a final step, we propose to re-think the scheduling process from scratch, and jointly develop an air-rail transportation network: an integrated service network design process between rail and air is proposed, considering passengers' travel option preferences and dollar co dollar emissions. A mixed-integer linear programming formulation of the problem is proposed. The methodology is tested on the Spanish transportation case study, using mobile phone network data as the passenger demand input.