Heuristiques pour l'amélioration du réseau cyclable à l'aide des déplacements de cyclistes

Decision support tool for bicycle network improvement

• Auteur / Autrice : Félix Repusseau
• Direction : Emmanuel Neron
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2023
• Etablissement(s) : Tours
• 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

Mots clés

Mots clés libres

Recherche Opérationnelle

Optimisation

Réseau cyclable

Operational Researches

Optimisation

Bicycle Network Design Problem

Résumé

Dans la lutte contre les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), le transport représente l'un des secteurs émetteurs majeurs. Dans cette catégorie, on y retrouve les déplacements de marchandises mais aussi nos déplacements quotidiens. Ces derniers représentent 15 % des émissions de GES selon le GIEC entre 2010 et 2019 avec une augmentation constante de 2 % (là où d'autres secteurs important diminue leurs augmentations). D'après l'INSEE, en France, la voiture est le mode de transport choisi dans 73.7 % de nos déplacements quotidiens. 33.3 % des déplacements domicile-travail font moins de 5 kilomètres dont 60.3 % sont réalisés en voiture. Dans ce contexte, le vélo constitue un remplaçant intéressant (silencieux, peu polluant, économique, …), Malgré ça, la part modale du vélo ne représente que 2.7 % des déplacements et 5.0 % sur les déplacements de moins de 5 kilomètres représentant un effort acceptable de 20 minutes. Plusieurs obstacles à l'utilisation du vélo sont identifiés par l'INSEE (reliefs, météo, quantité de passagers, …) avec différentes solutions techniques (assistance électrique, vêtements de pluies, vélos cargos, …). Cependant, le manque de sécurité et d'aménagements cyclables reste un point souvent bloquant. Pour comprendre, identifier et positionner les aménagements prioritaires du réseau cyclable, de nouvelles sources de données apparaissent telles que des données de volonté de déplacements (définies par des origines et des destinations sans détail sur leur réalisation et itinéraires, de fréquentations des cyclistes (compteurs de cyclistes limités par leur rayon d'action) ou les enregistrements GPS des cyclistes (par le biais de services ou d'applications mobiles limités par l'échantillon de données). L'objectif de la thèse est de proposer un outil d'aide à la décision, intégrant des méthodes issues de la Recherche Opérationnelle, permettant d'identifier les aménagements les plus prioritaires en vue d'améliorer le réseau cyclable en respectant un certain budget au travers de deux cas d'études : la ville de Tours et de Paris. Notre première approche cherche à proposer des aménagements, parfois rue par rue, en prenant compte les usages actuels du réseau cyclable (issus trace GPS) afin de réduire l'effort ressenti par un cycliste lors de son déplacement, défini comme un compromis entre le danger et la distance parcourue. Dans cette étude, nous avons pris en compte l'hétérogénéité des profils des cyclistes qui peuvent être plus ou moins confiants et avoir une préférence entre un trajet court et un trajet sécurisé. Les premiers résultats optimaux présentent un motif d'itinéraires complètement aménagés qui s'approche des présentations de réseaux cyclables sous la forme de réseaux structurants ou de schéma directeur des aménagements cyclables. Cette observation nous a menée vers une seconde approche cherchant à résoudre les points de discontinuités (perte d'aménagements cyclables sécurisés) en utilisant les trajets réels des cyclistes. La réduction de l'effort ou des discontinuités ne sont pas les seuls critères analysés dans cette étude : différents aspects ont été étudiés afin de déterminer et quantifier les différentes qualités attendues d'un réseau cyclable. Cette thèse CIFRE est en collaboration avec La Compagnie des Mobilités qui met à disposition des données de déplacements à vélo via Geovelo : une application web et mobile de calcul d'itinéraires à vélo et de suivi des activités à vélo. Nos solutions s'inscrivent dans leur plateforme Cycling Insigths à destination des collectivités permettant de visualiser les données anonymisées des utilisateurs de Geovelo. Nos méthodes ont été intégrées à l'outil afin de proposer les premières fonctionnalités d'un outil de diagnostic et d'aide à la planification pour les pouvoirs publics.

Transport is one of the major emitting sectors in terms of greenhouse gases (GHG) emissions. This category includes both freight transport and our daily commutes. According to the IPCC, 15 % of net global GHG emissions came from transport between 2010 and 2019, with an average annual growth constant of 2 % (while other major sectors are seeing a decline). As observed by INSEE, cars are the mode of transport selected in 73.7 % of daily commutes in France. 33.3 % of our home-to-work journeys are less than 5 kilometres, of which 60.3 % are made by car. In this context, cycling is a great alternative (quiet, low pollution, economical, ...). Nevertheless, cycling journeys accounts for only 2.7 % and 5.0 % of journeys under 5 kilometres, which represent an acceptable effort of 20 minutes. INSEE has identified several obstacles to cycling (elevation, weather, carrying multiple passengers, ...), with various technical solutions (electric assistance, specific clothing, cargo bikes, ...). However, the lack of safety and cycling facilities remains a significant hindrance. In order to understand, identify and localize priority developments in the cycle network, new data sources are emerging, such as travel intention data (which is defined by origins and destinations but not their realization or routes choices), cyclist frequency data (which is cyclist counters limited by their range) or cyclist GPS recordings (which are limited by data sample via services or mobile applications). The aim of this thesis is to propose a decision-making tool, incorporating methods from Operational Research, to identify the most important improvements needed to enhance qualities of the cycle network within a given budget using two the cities of Tours and Paris as case studied. Our initial approach suggests improvements, sometimes on a street-by-street basis, based on current usage of the cycle network (obtained by GPS tracking) in order to reduce the effort perceived by cyclists when travelling. Cyclists' effort is defined as a compromise between danger and distance. In this study, we took into account the heterogeneity of cyclists' profiles, who may be more or less confident and may prefer either a short or a safe route. The initial optimal results present a pattern of fully developed routes that is similar to the presentation of cycle networks in the form of structuring networks or planning scheme for the next cycle infrastructure. This observation led us to a second approach, which seeks to resolve discontinuities (loss of safe cycling facilities) by using cyclists' actual journeys. Reducing effort or discontinuities are not the only criteria analysed in this study : various aspects were studied in order to determine and quantify the different qualities expected of a cycling network. This CIFRE thesis is being conducted in collaboration with La Compagnie des Mobilités, which provides bicycle travel data via Geovelo : a web and mobile application for calculating bicycle itineraries and tracking cycling activities. Our solutions are part of their platform Cycling Insights for local authorities, which allows them to view anonymized Geovelo user data. Our methods have been integrated into a diagnostic and a planning aid tools for public authorities.