Soutenance mémoire
Le transport conteneurisé est un système impliquant le transport de marchandises en utilisant des conteneurs standardisés afin de réduire le coût du transport dans le cadre intermodal. Cependant, plusieurs problématiques inhérentes au transport par conteneurs ont été révélées durant ces dernières années. Parmi ces problèmes, nous citons le problème d‟ordonnancement des grues de quai, le problème d‟allocation des postes à quai, le problème de la rupture de charge, le problème de la logistique du dernier kilomètre et le problème de la connexion entre les différents modes de transport. Dans ce travail, nous nous intéressons à ceux liés aux techniques de chargement/déchargement, en particulier, le problème d‟optimisation des plans de chargement et d‟arrimage des conteneurs (Container Stowage Planning Problem, (CSPP)).
Dans sa version la plus simple, le CSPP consiste à organiser un ensemble de conteneurs sur un navire porte-conteneurs, les conteneurs n‟étant accessibles qu‟à partir du haut de la pile. De ce fait, les opérations de shiftings, qui consistent au déchargement temporaire puis au rechargement des conteneurs, sont inévitables si un conteneur devant être déchargé sur le port actuel est empilé sous des conteneurs à décharger dans des ports ultérieurs sur la route du navire.
Transport conteneurisé
“The box (container) is what makes the world go round ”, Jean-Paul Rodrigue et Brian Slack
La conteneurisation
L‟introduction du concept de conteneurisation a contribué à réduire considérablement le coût du transport de marchandises (Brooks, 2000). Depuis lors, le conteneur est devenu un pilier du commerce dans le monde entier en se développant de façon régulière et continue. En effet, plus de 80% des marchandises diverses sont maintenant transportés en conteneurs. En raison de cette croissance extrêmement importante, les exploitants de terminaux portuaires ont commencé à réfléchir davantage à mener plusieurs études sur les problèmes liés aux mouvements des conteneurs afin d‟améliorer l‟efficacité et réduire les coûts totaux de transport.
La conteneurisation concerne le transport intermodal de marchandises conteneurisées, en utilisant plusieurs modes de transport tels que les navires, les camions, les trains et les barges, sans aucune manipulation du fret lui-même lors du changement de mode (Crainic et Kim, 2007). Ceci dit, son importance réside dans la possibilité de déplacer le fret avec fluidité, entre plusieurs modes de transport. La conteneurisation joue alors un rôle majeur dans la réduction de la manutention du fret, impliquant ainsi une amélioration de la sécurité, une réduction des dommages et des pertes, et une garantie d‟un transport plus rapide en diminuant les temps de rupture de charge et de transbordement (Agerschou, 2004).
Les conteneurs, qui font partie de la catégorie des UTI « Unités de Transport Intermodal », sont de grandes boîtes métalliques de dimensions standards multiples. Leurs dimensions ont été normalisées au niveau international, certes, leur référence statistique reste le 20 pieds, l‟EVP ou, plus fréquemment, le TEU avec les conversions suivantes :
➤Un 20 pieds vaut 1 EVP (1 TEU).
➤Un 40 pieds vaut 2 EVP (1 FEU3 = 2 TEU)
En revanche, ils partagent le même système de fixation, avec lequel ils sont munis à tous les angles de pièces de coin (corner casting) permettant de les transborder d‟un véhicule à l‟autre et de les arrimer efficacement en piles, que ce soit dans des zones de stockage fixes, telles que les dépôts, les entrepôts et les terminaux portuaires, ou dans les zones de stockage mobiles, telles que les baies, les piles des grands porte-conteneurs et des barges.
Modes de transport
Les modes de transport sont les composants essentiels des systèmes de transport, ils peuvent être regroupés en trois grandes catégories sur la base du milieu exploité: terre, eau et air. Chaque mode a ses propres exigences et fonctionnalités et est adapté aux besoins spécifiques du trafic de marchandises et de passagers. Cela donne lieu à des différences marquées dans la manière dont les modes sont déployés et utilisés dans différentes parties du monde (Rodrigue et al., 2017). Nous résumons par la suite les différentes caractéristiques des principaux modes de base de transport.
Transport routier
Le transport routier est le mode de transport qui s‟est le plus développé au cours des 50 dernières années, tant pour le transport de passagers que pour le transport de marchandises (Rodrigue et al., 2017). Il occupe toujours une place prépondérante. En effet, malgré la présence d‟alternatives, le transport routier possède des avantages importants par rapport aux autres modes. L‟un de ses attributs les plus importants est la flexibilité du choix d‟itinéraire, une fois qu‟un réseau de routes est fourni. Le transport routier offre l‟opportunité unique de fournir un service porte-à-porte pour les passagers et la marchandise, un avantage notable du transport routier par rapport aux autres modes de transport. Les externalités négatives sur l‟environnement et le potentiel limité pour réaliser des économies d‟échelle restent les principaux inconvénients du transport routier.
Transport ferroviaire
Le transport ferroviaire repose sur une logique économique solide, ce qui en fait une option modale concurrentielle pour la mobilité des passagers et du fret. La capacité des trains de transporter de grandes quantités de marchandises et un nombre important de passagers sur les moyennes et longues distances dans un temps raisonnable est le principal atout de ce mode. De plus, l‟utilisation de wagons à double empilement a révolutionné le transport ferroviaire avec une efficacité énergétique accrue et des réductions de coûts pour le transport de conteneurs. Les avantages sont évidents puisque deux conteneurs de 40‟ (ou 4 de 20‟) peuvent être empilés sur un wagon, doublant ainsi la capacité d‟un train-unité. Dans l‟ensemble, le transport ferroviaire est plus efficace que le transport routier, bien que son principal inconvénient soit la flexibilité puisque le trafic doit suivre des itinéraires fixes.
Transport maritime
En raison des propriétés physiques de l‟eau conférant une flottabilité et un frottement limité, le transport maritime est le mode le plus efficace pour transporter de grandes quantités de fret sur de longues distances (Rodrigue et al., 2017). Les principales routes maritimes sont composées d‟océans, de côtes, de mers, de lacs, de rivières et de canaux.
Le transport maritime des marchandises est considéré comme l‟un des modes les plus massifié. En effet, il assure plus de 80% des échanges de marchandises au niveau mondial en utilisant des navires porte-conteneurs de taille croissante qui est passée de quelques centaines de conteneurs à une vingtaine de milliers de conteneurs, permettant ainsi le transport de grandes quantités de marchandises à un coût raisonnable. Le navire OOCL INDONESIA, qui peut transporter jusqu‟à 21 413 EVP, construit en 2018 et naviguant actuellement sous le pavillon de Hong Kong, est un exemple.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I Les problèmes de chargement/déchargement dans le cas du transport conteneurisé : généralités et contexte
1 Introduction
2 Transport conteneurisé
2.1 La conteneurisation
2.2 Modes de transport
2.2.1 Transport routier
2.2.2 Transport ferroviaire
2.2.3 Transport maritime
2.2.4 Transport fluvial
2.2.5 Situation en Europe
2.2.6 Performance environnementale des différents modes de transport
2.2.7 Transport intermodal
3 Opérations dans un terminal à conteneurs
4 Problème de chargement et d‟arrimage des conteneurs dans les navires
4.1 Définition du problème
4.2 Etat de l‟art
4.2.1 Approche en plusieurs phases
4.2.2 Approche en une seule phase
5 Le problème de bin-packing
5.1 Le bin-packing en une dimension (BPP-1D)
5.2 Le bin-packing en deux dimensions (BPP-2D)
5.3 Le bin-packing en trois dimensions (BPP-3D)
5.3.1 Méthodes de résolution
6 Conclusion
Chapitre II Le shifting dans le problème de voyageur de commerce : de la modélisation à la résolution
1 Introduction et travaux antérieurs
2 Description du problème
3 Formulation mathématique du ShTSP
4 Résolution du ShTSP
4.1 Principe de l‟algorithme de colonie de fourmis (ACO)
4.2 L‟adaptation de l‟algorithme de colonie de fourmis (ACO)
4.3 Algorithme direct
4.4 Adaptation de l‟algorithme de colonie de fourmis parallèles
4.5 Réglage des paramètres
4.6 Résultats expérimentaux
4.6.1 Génération des instances
4.6.2 Résultats numériques et discussion
5 Conclusion
Chapitre III Optimisation du problème de chargement et d’arrimage des conteneurs avec coût de shifting non-uniforme : le cas d’une seule barge
1 Introduction
2 Transport vert : transport par barge comme alternative écologique aux autres modes du transport intermodal
3 Description du problème d‟optimisation des plans de chargement et d‟arrimage des conteneurs dans la barge
3.1 Structure physique de la barge
3.2 La politique du « dernier entré, premier sorti » (LIFO)
3.3 Les frais non-uniformes des opérations de manipulation des conteneurs
3.4 Notion de stabilité de la barge
3.4.1 Stabilité transversale : la gîte
3.4.2 Stabilité longitudinale : l‟assiette
3.5 Coordonnées des positions de la barge
3.6 Notion de fragilité des conteneurs et son influence sur le poids limite de chaque pile
3.7 L‟influence des tailles de conteneurs sur le plan de chargement
4 Formulation mathématique du 3D-BCSPP
5 Résolution et discussion des résultats
5.1 L‟étude de faisabilité des instances
5.2 Génération des instances du 3D-BCSPP
5.3 Résultats numériques et discussion
5.4 Comparaison numérique
5.4.1 La performance des mesures de stabilité
5.4.2 Comparaison des frais de shiftings dans le cas uniforme et non-uniforme
6 Conclusion
Chapitre IV Optimisation multi-objectif du problème de chargement et d’arrimage des conteneurs en 3D dans un système de convoi de barges: modélisation et résolution par le NSGA-II
1 Introduction
2 Transport fluvial par un système de convoi de barges
3 Description du problème
3.1 Relation du 3D-CCSPP avec le problème de bin-packing en 3D
3.2 La stabilité de la barge selon la distance métacentrique GM
3.3 Aspect multi-objectif du 3D-CCSPP
4 Formulation mathématique du 3D-CCSPP
5 Méthodes de résolution
5.1 Aspect multi-objectif de l‟approche de résolution
5.2 Principe général de la méthode NSGA-II
5.3 Adaptation du NSGA-II pour le 3D-CCSPP
5.3.1 Codage d‟un individu
5.3.2 Génération de la population initiale
5.3.2.1 Règles de chargement
5.3.2.2 Heuristique de chargement des conteneurs dans une seule barge H_UniBarge
5.3.2.3 Randomiser l‟heuristique constructive H_UniBarge
5.3.2.4 Heuristique de chargement des conteneurs dans un convoi de barges H_MultiBarge
5.3.2.5 Diversification de la population initiale
5.3.3 Classification des individus
5.3.3.1 La notion de non-dominance
5.3.3.2 Le mécanisme de sélection Pareto « ranking »
5.3.3.3 Préservation de la diversité
5.3.4 Opérateur de sélection
5.3.5 Etape de reproduction
5.3.5.1 Opérateur de croisement
5.3.5.2 Heuristique de la vérification de faisabilité des individus (HVF)
5.3.5.3 Opérateur de mutation
5.3.6 Etape de remplacement
5.3.7 Critère d‟arrêt
5.4 Résultats numériques et expérimentaux
5.4.1 Environnement expérimental et réglage des paramètres
5.4.2 Génération des instances du 3D-CCSPP
5.4.3 Résultats numériques et discussion
5.4.3.1 Résolution du modèle mathématique par CPLEX
5.4.3.2 Résultats numériques obtenus par le NSGA-II
5.4.3.3 Représentation graphique d‟un ensemble de fronts de Pareto
5.4.3.4 Analyse des résultats : comparaison et discussions
5.4.3.5 Analyse de performance des plans de chargement obtenus par NSGA-II
6 Conclusion
Conclusion générale
