Optimisation de réseaux multimodaux de transport de marchandises

25 Pages·2009·0.23 MB·French

RAPPORT D’ACTIVIT(cid:201)S
Optimisation de rØseaux multimodaux de
transport de marchandises : Øtat de l’art et
solutions
EQUIPE
Serigne Gueye UniversitØ du Havre Porteur de projet
Sophie Michel ISEL
Adnan Yassine ISEL
Laboratoire de MathØmatiques AppliquØes du Havre
25 rue Philippe Lebon, BP 540, 76058 Le Havre cedex
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Table des matiŁres
Introduction 5
1 Evaluation de la demande 9
1.1 MØthode d’accroissement avec contraintes aux origines . . . . . . . . . . . 9
1.2 MØthode d’accroissement avec contraintes doubles . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Conception de rØseaux multimodaux 13
2.1 ModŁles de conception d’un rØseau de transport multimodal . . . . . . . . 13
2.2 Optimisation des opØrations sur un rØseau de transport multimodal . . . . 16
3 Contr(cid:244)le dynamique de tra(cid:28)c 19
Conclusions et Perspectives 21
RØfØrences 23
3
TABLE DES MATI¨RES
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INTRODUCTION
Le transport multimodal de marchandises peut Œtre dØ(cid:28)ni comme l’acheminement
de marchandises d’une origine vers une destination par l’utilisation d’au moins deux
modes de transport. Le transfert d’un mode (cid:224) l’autre Øtant e(cid:27)ectuØ dans des terminaux
intermodaux. L’utilisation de plusieurs modes de transport se rencontre le plus souvent
sur de longues distances, notamment dans le fret intercontinental. Pour acheminer un
conteneur d’un entrep(cid:244)t de Paris (cid:224) un autre (cid:224) Londres, celui-ci devra par exemple Œtre
transportØ en camion de Paris au port du Havre, ou alors vers un terminal de ferroviaire
qui l’acheminera au port du Havre. Un cargo assurant la liaison Le Havre - Porthsmouth
l’enverra alors (cid:224) Porthsmouth d’oø il sera pris en charge par un camion ou un train
jusqu’(cid:224) sa destination (cid:28)nale.
Comme tout marchØ Øconomique, le transport de fret met en jeu deux acteurs principaux
que sont les producteurs (de biens) et les consommateurs. De maniŁre (cid:224) satisfaire une
demande des consommateurs, la production de biens nØcessite l’utilisation de matØriels,
et l’acheminement de produits intermØdiaires ou de produits (cid:28)naux. Ce sont, entre autres,
ces t(cid:226)ches qui gØnŁrent un besoin en transport satisfait ensuite par des sociØtØs o(cid:27)rant
des services de transport.
Il existe actuellement un nombre trŁs important d’opØrateurs logistiques o(cid:27)rant de
tels services. Cela se traduit par la proposition de lignes de transport, de terminaux de
chargement-dØchargement, d’horaires, etc. La mise en place de tels services suppose une
plani(cid:28)cation prØalable.
Le premier volet de cette plani(cid:28)cation est d’ordre stratØgique et tactique. Il s’agit
de dØterminer comment le rØseau de transport devrait Œtre con(cid:28)gurØ et dimensionnØ
tenant compte de prØvisions sur la demande (cid:224) satisfaire et de coßt (cid:224) optimiser. On entend
par "con(cid:28)guration et dimensionnement d’un rØseau de transport" l’ensemble des dØcisions
concernant les lignes de transport qui seront assurØes, la localisation des points dits de
"consolidation" (noeuds intermodaux, hubs, entrep(cid:244)ts), l’a(cid:27)ectation de ces points aux
noeuds origines et destinations des marchandises. Par la suite, nous utiliserons le terme
gØnØrique "terminaux" pour dØsigner les points dits de " consolidation ". Ils ont pour but
de rØaliser des Øconomies d’Øchelle en optimisant les coßts de transport, Øconomies qui
ne seraient pas rØalisables si toutes les demandes Øtaient routØes directement du client
origine vers le client destination.
Les dØcisions de cette phase sont lourdes de consØquences car ne pouvant plus Œtre
modi(cid:28)Øes sur une longue pØriode. Si l’on dØcide en e(cid:27)et d’implanter un terminal logis-
tique quelque part, il n’est plus question de le dØtruire quelques jours aprŁs le constat
d’un mauvais choix. L’expØrience mØtier des responsables logistiques jouent beaucoup
dans ce type de dØcision. Mais dŁs lors que l’on a faire (cid:224) des projets de rØseau de grande
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TABLE DES MATI¨RES
taille des mØthodes scienti(cid:28)ques deviennent nØcessaires. L’optimisation et la recherche
opØrationnelle jouent des r(cid:244)les importants dans ces mØthodes.
Le second volet de la plani(cid:28)cation est d’ordre opØrationnel. Il s’agit alors, connais-
sant dØj(cid:224) le rØseau, de savoir comment opØrer les circulations sur celui-ci en termes de
routages des demandes, de services de transport (cid:224) o(cid:27)rir, de frØquences de ces services,
d’ordonnancement des t(cid:226)ches. Un niveau de dØtail supplØmentaire peut Œte considØrØ en
analysant le fonctionnant opØrationnel des noeuds du rØseau en particulier les terminaux.
C’est dans ce contexte que nous nous sommes Øgalement intØressØs de prŁs aux terminaux
portuaires et plus spØci(cid:28)quement au problŁme d’a(cid:27)ectation des bateaux (cid:224) conteneurs
le long d’un quai. Un modŁle, de mŒme qu’un algorithme de placement optimal ont ØtØ
dØveloppØs.
Initialement, notre projet avait pour but d’e(cid:27)ectuer un Øtat de l’art des mØthodes
d’optimisation de rØseaux multimodaux de transport de marchandises. Puis, (cid:224) condition
de nouer des partenariats rØgionaux, de proposer des solutions de conception, sous-
tendues Øgalement par des simulations numØriques. Nous avons e(cid:27)ectuØ dØbut 2008
une rØunion (cid:224) l’ISEL avec des reprØsentants du port du Havre (Øtaient prØsents Adnan
Yassine, Sophie Michel, des doctorants, deux reprØsentants du port). Les travaux de
recherche correspondant (cid:224) ce projet ont ØtØ exposØs (cid:224) cette occasion. MalgrØ l’intØrŒt
portØ (cid:224) ces recherches, cet exposØ n’a malheureusement dØbouchØ sur aucune rØunion
supplØmentaire ni partenariat de travail concret.
Hormis l’Øtat de l’art sur les problŁmatiques de transport multimodal, nous avons
pu nØammoins tisser une collaboration internationale, avec l’universitØ Cheikh Anta Diop
de Dakar, sur une adaptation du chapitre 1 de cette Øtude au tra(cid:28)c voyageur. Soulignons,
d’autre part, que le problŁme des terminaux portuaires n’Øtait pas initialement dans la
description du projet. Nous l’avions dØj(cid:224) abordØ en 2005 dans le cadre d’une consultation
pour la sociØtØ havraise GTI. Mais l’Øtude des rØseaux multimodaux a montrØ que ces
terminaux jouent un r(cid:244)le essentiel dans la cha(cid:238)ne logistique, mØritant d’ailleurs (cid:224) eux seuls
un projet de recherche. Nous avons donc repris ce problŁme de maniŁre plus approfondie.
Nous espØrons que dans un proche avenir toutes ces connaissances engrangØes pourront
faire l’objet de travaux futurs en collaboration Øtroite avec des industriels rØgionaux.
Ce rapport est organisØ de la maniŁre suivante. La premiŁre phase d’un processus
de plani(cid:28)cation de rØseau de transport consiste (cid:224) procØder (cid:224) une Øvaluation de la de-
mande de transport. Cette phase aboutit au dØcoupage de la zone d’Øtude (rØgion, pays,
continent,...) en zones d’origine et de destination des marchandises, (cid:224) la quanti(cid:28)cation
de la production et de la consommation de ces zones en divers produits (cid:224) l’Øtude,
ainsi qu’au calcul des (cid:29)ots origine-destination de ces produits. Ces (cid:29)ots sont regroupØs
dans des matrices. Le mode de calcul de ces matrices fait l’objet du premier chapitre.
Manquant pour l’heure d’interlocuteurs rØgionaux pour le transport de marchandises,
les travaux de ce chapitre font l’objet actuellement d’une collaboration avec l’universitØ
Cheikh Anta Diop de Dakar pour la plani(cid:28)cation de rØseaux routiers. Une communication
internationale sur le sujet a ØtØ e(cid:27)ectuØe en 2008 (Gueye [14]).
Origines, destinations et demandes origine-destination connues, il reste aprŁs (cid:224) concevoir
le rØseau de maniŁre stratØgique et opØrationnelle. Cela va consister (cid:224) prØvoir des termi-
naux, des lignes de transport, (cid:224) router les demandes, (cid:224) dØcider des modes de transport
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TABLE DES MATI¨RES
(cid:224) utiliser, des services de transport, etc. Nous abordons cette deuxiŁme phase dans le
chapitre 2. Soulignons le fait que les modŁles prØsentØs sont su(cid:30)samment gØnØriques
pour prendre en compte tout mode de transport (routier, ferroviaire, (cid:29)uvial). Ce chapitre
regroupe donc les t(cid:226)ches 1 et 2 de notre projet.
Le problŁme d’a(cid:27)ectation de bateaux (cid:224) conteneurs sur les quais d’un port fait quant
(cid:224) lui l’objet de deux rapports techniques consultables sur le site du lmah (lien :
http ://awal.univ-lehavre.fr/gueye/publications.htm). Nous y proposons un modŁle et
des techniques de rØsolution qui ont fait l’objet d’une communication internationale (voir
[13]).
En(cid:28)n, en rempla(cid:231)ant les produits par des individus et en se restreignant (cid:224) un seul
mode de transport, la route, nous avions ØvoquØs, dans la description du projet, l’Øtude
des modŁles de contr(cid:244)le de tra(cid:28)c urbain. Nous abordons ce dernier aspect dans le chapitre
3.
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TABLE DES MATI¨RES
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Chapitre 1
Evaluation de la demande
Evaluer la demande en tra(cid:28)c de marchandises, pour une produit donnØ, consiste (cid:224)
dØterminer les volumes du produit (cid:224) dØplacer d’origines donnØes vers des destinations
donnØes.LerØsultatdecetteØvaluationestunematriceindiquantlesquantitØs(cid:224)dØplacer.
En amont de cette plani(cid:28)cation existe le dØcoupage d’une zone (d’un pays, ou d’un
continent) donnØe en sous-zones dØ(cid:28)nissant les origines et destinations des marchandises.
Cet exercice est semble-t-il plus empirique que scienti(cid:28)que dans la mesure oø (cid:224) notre
connaissance aucune mØthode rigoureuse pour cette Øtape n’a ØtØ trouvØe. A ces sous-
zones doivent Œtre associØes des volumes de production ou de consommation de produits
donnØs que l’on peut obtenir par des statistiques nationales.
Les di(cid:27)Ørentes sous-zones Øtant connues, ainsi que leurs productions et leurs consomma-
tions, un moyen "simple" de dØterminer la matrice origine-destination d’un produit est
de se baser sur des statistiques nationales sur les importations et exportations (voir [5]).
Des informations aussi prØcises sur un produit ne sont malheureusement pas toujours
disponibles. Il est nØcessaire quelque fois regrouper des donnØes provenant de plusieurs
sources basØes de plus sur di(cid:27)Ørentes subdivisions geographiques. Extraire alors des
informations (cid:28)ables sur un produit dans cet ensemble d’information peut se rØvØler
fastidieux.
Ces di(cid:30)cultØs d’obtention et d’exploitation de donnØes rendent alors l’utilisation
de modŁles prØdictifs de (cid:29)ux de produits attrayant. Il ne s’agit plus ici d’essayer
d’exploiter seulement des informations mais de prØdire les demandes (cid:224) l’aide d’un
modŁle mathØmatique. Nous exposons ci-dessous deux mØthodes, dites d’accroissement,
permettant ces prØdictions. Nous les avons initialement ØtudiØ pour le tra(cid:28)c voyageur
(voir [14]). Nous exposons ici les adaptations au transport de marchandises.
1.1 MØthode d’accroissement avec contraintes aux origines
Etant donnØ un ensemble de noeuds R origines et un ensemble de noeuds destinations
S, dØterminer les (cid:29)ots Origine-Destination (O-D) d’un produit p donnØ consiste (cid:224) Øvaluer
sur la pØriode d’Øtude le nombre de produits/heure allant d’une origine r ∈ R (cid:224) une
destination s ∈ S.
DØsignons par O la production, en produit p, de la zone r. Notons q le (cid:29)ot de r
r rs
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1.1.MØthode d’accroissement avec contraintes aux origines
(cid:224) s que l’on veut calculer.
q est une partie de la quantitØ totale O , on a donc
rs r
(cid:88)
q = 0 , (1.1)
rs r
s
et de plus,
q = 0 P ,
rs r rs
oø P est la proportion (pour l’heure inconnue) de produite p produit en r et consommØe
rs
en s. Ces deux Øquations permettent de caractØriser P . On a
rs
(cid:88)
P = 1.
rs
s
Et comme par ailleurs 0 ≤ P ≤ 1 (P Øtant une proportion), on en dØduit qu’elle peut
rs rs
Œtre assimilØe (cid:224) une probabilitØ. L’hypothŁse faite dans la littØrature pour estimer P est
rs
que la proportion P dØpend d’une mesure d’attractivitØ, M , de s mais Øgalement de
rs s
l’attractivitØ des autres zones. La valeur de P est alors donnØe par la fonction logistique
rs
(dites logit) suivante :
eγMs
P = ∀ r,s
rs (cid:80)eγMm
m
oø γ est un paramŁtre (cid:224) (cid:28)xer.
L’attractivitØ d’une zone M est fonction de plusieurs caractØristiques pertinentes
s
parmi lesquelles on peut citer :
(cid:21) nombre de mØnages de la zone,
(cid:21) le taux d’activitØs commerciales de la zone,
(cid:21) le taux d’entreprises privØes,
(cid:21) le taux de logement,
(cid:21) etc.
Ces caractØristiques varient selon la zone. Si a dØsigne le vecteur des caractØristiques de
s
s alors M peut s’Øcrire comme une fonction de a ,
s s
i.e M = f(α,a ),
s s
oø α est un vecteur de paramŁtres (cid:224) (cid:28)xer.
Gr(cid:226)ce (cid:224) la fonction f, pour une zone quelconque existante ou en encore sous l’Øtat
de projet, il est possible de calculer une mesure de son attractivitØ. Les caractØristiques
citØes peuvent Œtre connues pour chaque zone en consultant les donnØes disponibles.
Avec f et a , q s’Øcrit donc en dØ(cid:28)nitive
s rs
eγf(α,as)
q = O ∀ r,s.
rs r(cid:80)eγf(α,am)
m
γ et α sont des paramŁtres du modŁle logit calibrØs gr(cid:226)ce (cid:224) des observations de terrain
relatives (cid:224) la pØriode d’Øtude. Ce calibrage peut Œtre fait par une approximation par les
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