Outils d'aide à la décision pour la mise en place d'un réseau de transports en commun électriques

Decision support tools for setting up an electric public transit network

• Auteur / Autrice : Pierre Vendé
• Direction : Emmanuel Néron, Jorge-Ernesto Mendoza, Yannick Kergosien, Michel Gendreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 17/05/2024
• Etablissement(s) : Tours en cotutelle avec École des hautes études commerciales (Montréal, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes - MIPTIS
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique Fondamentale et Appliquée de Tours (2012-...)
• Jury : Président / Présidente : Guy Desaulniers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Néron, Jorge-Ernesto Mendoza, Yannick Kergosien, Michel Gendreau, Dominique Feillet, Caroline Prodhon, Marilène Cherkesly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Feillet, Caroline Prodhon
• DOI : 10.70675/1bc05b2cz5cc3z4d83zbb87z313b1b91aa91

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation heuristique

Heuristique

Problèmes de transport (programmation)

Ordonnancement (gestion)

Véhicules électriques hybrides

Chargeurs de batteries

Systèmes d'aide à la décision

Batteries

Autobus électriques

Mots clés libres

Recherche opérationnelle

Bus électriques

Réseau de transport

Emplacement de chargeurs

Ordonnancement de la recharge

Operational research

Electric buses

Transit network

Charger location

Charging Scheduling

Résumé

L'intégration de bus électriques dans les réseaux de transport en commun représente une solution pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, la mise en place d'une flotte de bus électriques soulève des questions d'organisation et de dimensionnement, notamment sur les aspects d'infrastructures pour la recharge des batteries des bus. Cette thèse vise à répondre à certaines de ces questions en étudiant et résolvant les problématiques liées aux différentes stratégies de recharge (nocturne ou en route) et de localisation et dimensionnement des chargeurs. Tout d'abord, le premier chapitre de la thèse aborde un problème d'emplacement de chargeurs dans un réseau de transport, utilisant des bus hybrides, dont les chargeurs sont placés sur le long des lignes et partagées entre les différentes lignes. Le problème consiste à trouver où placer des chargeurs, combien en installer, et comment les utiliser. Les deux fonctions objectif considérées sont : la maximisation de la distance parcourue en utilisant le mode électrique et la minimisation des coûts d'installation. Des perspectives managériales sont présentées et portent sur les bénéfices opérationnels et économiques d'utiliser des chargeurs partagés et les bénéfices économiques d'utiliser des bus hybrides à la place de bus électriques. Le deuxième chapitre aborde un problème d'affectation de bus électriques et d'ordonnancement de la recharge nocturne sur plusieurs jours. En considérant un ensemble de bloc véhicules (suites programmées de trajets effectués par le même bus sur une journée) sur plusieurs jours, un ensemble de bus électriques identiques, et un ensemble de chargeurs disponibles au dépôt, le problème consiste à affecter un bus électrique à chaque bloc et à planifier la recharge nocturne au dépôt. L'objectif est de minimiser le coût total de recharge tout en préservant la durée de vie de la batterie à long terme. Les expérimentations réalisées montrent l'intérêt de considérer un horizon de plusieurs jours ainsi que celui bien gérer l'état de charge de la batterie. Le dernier chapitre de cette thèse étend les travaux du deuxième chapitre en considérant qu'il possible d'ajouter des opérations de recharges de batterie d'un bus lors de son trajet durant la journée. En plus des décisions prises dans le problème de départ, il faut également ordonnancer les opérations de recharge en route. Les expérimentations numériques conduites montrent l'intérêt d'utiliser une combinaison de stratégies de recharge mais aussi celui de limiter le nombre d'événements de recharge. Pour chacun des problèmes, des MILP et des méthodes de résolution ont été développées.

The integration of electric buses into public transit networks is a solution to limit greenhouse gas emissions. However, deploying an electric bus fleet raises organizational and sizing questions, especially regarding infrastructure for battery charging. This thesis aims to address some of these questions by studying and solving issues related to different charging strategies (overnight or en-route) and the location and sizing of chargers. The first chapter addresses a charger location problem in a transit network using hybrid buses, where chargers are placed along routes and shared between different lines. The problem involves determining charger location, quantity, and how to use those chargers. The two objective functions considered are : maximizing the distance traveled using electric mode and minimizing installation costs. Managerial perspectives highlight the operational and economic benefits of using shared chargers and the economic benefits of using hybrid buses instead of electric ones. The second chapter tackles a multi-day electric bus assignment and an overnight charging scheduling problem. The goal is to assign an electric bus to each vehicle block (pre-computed route sequence performed by the same bus in a day) and plan overnight charging at the depot to minimize total charging costs while preserving battery lifespan. Experimentation shows the importance of considering a multi-day planning horizon and effectively managing battery state of charge. The final chapter extends the work of the second one by considering the addition of battery charging operations during a bus trip throughout the day. In addition to decisions made in the initial problem, en-route charging operations need to be scheduled. Numerical experiments demonstrate the benefits of using a combination of charging strategies and limiting the number of charging events. For each of the problems, MILP formulations and solution methods have been developed.