Optimiser la mutualisation du transport ferroviaire urbain de marchandises et de passagers

Logistique et transport de marchandises : définitions et concepts

      Dans le cadre de ce travail, nous n’allons pas faire la distinction entre logistique et chaine logistique, conformément à l’approche adoptée par les européens (à la différence des anglosaxons qui y font la distinction). Le Supply Chain Council définit la logistique comme étant : « la suite des étapes de production et distribution d’un produit depuis les fournisseurs des fournisseurs du producteur jusqu’aux clients de ses clients ». Aussi, la logistique peut se résumer en une équation (Islam, et al., 2013) : Logistique = approvisionnement de matières premières + gestion des matières premières et des produits dans l’usine + distribution aux clients Une schématisation de la logistique est donnée par la Figure I.1. La logistique est composée de 5 éléments clés (Islam, et al., 2013) : transport, entreposage, inventaire, emballage et traitement de l’information. En général, le transport est la principale composante de la plupart des services logistiques. Les aspects clés de la gestion des transports comprennent les modes de transport (tels que les voies par la route, ferroviaires, fluviales, aériennes, par pipelines, multimodales ou intermodales), les infrastructures de transport, les conditions géographiques, le type de livraison (par ex. express, normal, longue distance, dernier kilomètre…), la planification du chargement, ainsi que l’itinéraire et la planification du transport. Entre chaque deux acteurs de la chaine logistique, le processus de transport de marchandises peut être plus complexe, en particulier, vers la fin de la chaine (côté « clients »). En effet, il peut arriver que le transfert de produits entre deux acteurs passe par plusieurs étapes intermédiaires, dont l’objectif est d’optimiser le processus de transport. La Figure I.2 illustre cette décomposition supplémentaire et schématise la relation entre les expéditeurs, dépôts, plateformes de correspondance et destinataires. Cette relation est assurée par des processus de transport indépendants. Concernant les modes utilisés pour le transport de marchandises, en France, quatre modes se partagent cette activité : la route, le ferroviaire, le fluviale, et par pipeline. La segmentation du marché du transport suivant la granularité des marchandises à transporter est donnée par la Figure I.3. On remarque que le mode de transport ferroviaire assure, principalement, le transport de marchandises de masse conditionnées et les marchandises en lots complets. L’évolution de la part de chacun des modes de transport cités précédemment, sur les 30 dernières années est donnée par la Figure I.4 (données de (Insee, 2016)). On remarque que la part du mode routier a augmenté tout au long de la période jusqu’en 2011 au détriment des trois autres modes. Depuis 2010, on remarque le retour vers la croissance du mode de transport ferroviaire, avec une moyenne annuelle de croissance de 3%. L’une des raisons qui explique l’évolution du marché du transport de marchandises et la croissance de la part du mode routier, réside dans l’évolution de l’industrie et, plus globalement, l’économie dans les pays développés. En effet, la part des industries lourdes a fortement baissée en Europe ces dernières décennies (ex : industrie minière, aciérie…), alors que les modes de consommation ont évolué (ex : produits personnalisés et juste à temps, ecommerce…). Ainsi, le mode de transport routier est le plus adapté pour le transport de produits en petite quantité (i.e. petits lots ou colis). En contrepartie, le mode de transport ferroviaire qui est plus adapté au transport des produits de masse ou de lots importants, a subi un recul de sa part dans le transport de marchandises. Le transport routier domine les autres modes pour diverses raisons. L’association européenne des véhicules de logistique mentionne quelques-uns de ses avantages comme suit :
– Il présente une grande flexibilité (temporelle et spatiale).
– C’est un moyen de transport direct « door-to-door ».
– Il requiert moins de manutention.
– Les délais de transit sont généralement plus courts.
Cependant, ce mode présente plusieurs inconvénients qui ont stoppé sa croissance depuis 2011, dont les principales :
– Saturation du réseau routier et des différentes infrastructures liées à ce mode.
– Impact environnemental important, à travers différentes formes de pollution (CO2, particules fines, sonore…).
On peut citer d’autres inconvénients, tels que :
– Les restrictions légales (au niveau Européen) et législatives (au niveau de chaque pays) sur les temps de conduite, les tonnages et dimensions, les horaires d’accès aux villes, etc.
– La fluctuation des coûts de transport en fonction des marchandises à transporter et de la quantité. En effet, il n’est pas très adapté pour le transport de grandes quantités sur de longues distances, où les prix deviennent moins compétitifs.
Quant au mode de transport ferroviaire, plusieurs de ses inconvénients ont fait obstacle à son développement, selon l’association européenne des véhicules de logistique on peut citer :
– La dépendance vis-à-vis de la route, en particulier pour la partie finale du transport.
– Le peu de flexibilité qui est liée à la dépendance de ce mode à une infrastructure lourde à mettre en place (les voies ferroviaires). D’où, l’impossibilité d’effectuer du « door-to-door », ainsi que la nécessité d’avoir une planification rigoureuse pour l’utilisation des infrastructures.
– Les ruptures de charge qui requièrent des opérations de manutention supplémentaires.
– Les temps de transit sont longs.
– Le taux d’avaries est considéré comme élevé (en se basant sur les données de l’historique).
Toutefois, ce mode de transport présente plusieurs avantages, qui font qu’il renoue avec la croissance depuis 2010. Parmi ces avantages, on peut citer :
– Une capacité de transport plus grande.
– Un coût compétitif sur les grandes distances.
– Les équipements de transport sont peu polluants, ce qui améliore l’empreinte carbone des produits transportés.
– Les mesures incitatives à l’utilisation de ce mode, aussi bien au niveau politique que légal.
La complexité du processus de transport de marchandises est principalement liée au :
– Type de produit à transporter.
– La quantité (en volume et en poids).
– La distance à parcourir.
– Le changement du mode de consommation.
– La localisation de l’expéditeur et du destinataire.
– Le passage des marchandises par des dépôts / plateformes intermédiaires.
Pour faire face à cette complexité, l’évolution du transport de marchandises est incontournable. En effet, il est nécessaire de proposer un processus de transport plus durable, qui répond aux challenges de l’évolution du marché économique de manière éco-responsable, comme en témoigne les accords de Paris lors de la COP21. Plusieurs chercheurs remettent en question la compétition entre les différents modes de transport. Ils proposent de mettre en œuvre des solutions de transport intermodal, combinant plusieurs modes et bénéficiant à chaque étape des avantages du mode utilisé tout en évitant les inconvénients des autres (Bhattacharya, et al., 2014), (Flodén & Williamsson, 2016), (Southworth & Peterson, 2000), (Macharis, et al., 2011) et (Flodén, 2007). Le transport intermodal nécessite d’avoir une vision globale du processus de transport, dans le but d’identifier le moment et le lieu idéal pour procéder à une rupture de charge. La question relative à la sélection du meilleur mode de transport, apporte une réponse plus complète, avec des possibilités de faire du door-to-door, notamment avec l’utilisation de véhicules électriques, pour assurer le dernier kilomètre par exemple. Le transport intermodal est défini par (Macharis & Bontekoning, 2004) comme la combinaison d’au moins deux modes de transport dans une seule chaîne de transport, sans changement de conteneur pour les marchandises, avec la plupart des itinéraires parcourus par voies ferroviaires, par voies navigables ou océaniques et avec les parcours initiaux et finaux les plus courts possibles par la route. Ces notions restent valables à l’échelle de la ville. Cependant, les spécificités des zones urbaines nécessitent d’apporter quelques adaptations et de définir certaines notions complémentaires.

Les règlementations du stationnement

    Comme présenté précédemment, l’une des problématiques du TMV est l’arrêt pour la livraison (chargement / déchargement) qui, actuellement, est effectué en général de manière illicite. Pour remédier à ce problème, des réglementations innovantes sont expérimentées dans plusieurs pays européens, on peut citer :
– Lyon : limitation du temps de stationnement à 10 mn pour tous les usagers, ce qui crée éventuellement, plus de places de stationnement pour les livraisons.
– Saint-Denis de la réunion : contrôle des zones dédiées aux livraisons par des agents, dans le but d’assurer le respect de la règlementation.
– Amsterdam : utilisation d’un bateau par DHL comme arrière base pour les livraisons, et livraison du dernier kilomètre par vélo, qui ne requiert pas de zone de stationnement.
– Barcelone : les voies latérales des rues avec une forte activité commerciale et une forte circulation, sont réservées aux livraisons.
– Copenhague, Aalborg et Aarhus : mise en place d’une réglementation qui permet des arrêts étendus pour les entreprises qui respectent certaines conditions, qui contribuent à l’amélioration de la qualité de vie en ville.
Toutes ces expériences et plusieurs autres, dont certaines ont réussi et d’autres ont échoué, montrent que les solutions à déployer dans les différentes villes seront forcément hétérogènes, puisqu’ils devront s’adapter aux spécificités des lieux de leur mise en œuvre. Aussi, elles montrent qu’il n’y a pas encore de consensus sur des solutions qui satisfont les besoins et les contraintes des transporteurs, tout en réduisant l’impact sur la qualité de vie en ville.

Les mesures pour améliorer le TMV

     Sur la base des orientations formulées suite aux concertations, un ensemble de mesures a été décidé pour améliorer le TMV. On distingue des mesures relatives, d’une part, à l’entrée des marchandises à Paris et d’autre part, celles relatives à leur diffusion dans la ville.
1) Les mesures relatives à l’entrée des marchandises à Paris concernent principalement la promotion du report modal vers le ferroviaire et le fluvial. Des équipes constituées des acteurs de ces deux modes et des autorités ont été constituées. Ces derniers ont réalisé des études de terrain pour proposer diverses pistes de promotion et de mise en œuvre d’expérimentation dans ce sens.
2) Les mesures relatives à la diffusion des marchandises dans la ville concernent la simplification de la réglementation relative au TMV, l’amélioration des dispositifs de contrôle, l’adaptation des zones de livraison aux contraintes opérationnelles des transporteurs. Enfin, ces mesures ont été regroupées dans une charte des bonnes pratiques de TMV. Ces différentes étapes ont donné lieu en 2007, à une nouvelle règlementation sur le TMV dans la ville de Paris. Cependant, il y a toujours un certain nombre de divergence et un manque d’harmonisation dans les règlementations des différentes localités de la région Ile-de France, malgré les efforts récents. De plus, bien que l’implantation et la gestion des zones de livraison aient représenté un chapitre important, lors de l’établissement de la réglementation « marchandises », le manque de contrôle sur le terrain de l’utilisation de ces zones, génère toujours un nombre important de perturbations (tels que le stationnement illicite et le dépassement du temps d’arrêt règlementaire).

Transport urbain mixte fret / voyageurs

      En ce qui concerne la mutualisation des moyens de transport de voyageurs en commun, pour le transport de marchandises en milieu urbain, une étude a été réalisée dans (Trentini, 2012). Cette étude porte sur la modélisation d’un système de distribution de marchandises en ville, à partir d’un CDU, en utilisant une ligne de transport en commun par bus. L’idée est d’utiliser la capacité résiduelle dans les bus pour voyageurs, pour transporter les marchandises. Quant au déchargement, il est effectué dans les arrêts de bus habituels de la ligne, à partir desquelles, un système de distribution capillaire est déployé, pour l’acheminement des livraisons vers leur destination finale. Les principales conclusions auxquelles est parvenue cette étude sont :
– Le modèle de transport étudié est faisable techniquement. En effet, les aspects matériels sont peu complexes à mettre en œuvre dans le cadre des bus (juste quelques adaptations sur les véhicules sont nécessaires).
– La nécessité de poser plusieurs hypothèses pour mener à bien ce type d’étude. En particulier, à cause de l’originalité de la solution de transport proposée et l’inexistence d’expériences similaires en pratique. Ainsi, les limites apparentes de l’étude qui en découlent, peuvent être levées facilement, dans le cas de la spécification des technologies et organisations à mettre en œuvre, ainsi que la quantification de la demande potentielle.
– En ce qui concerne l’aspect gestion du système, cette étude propose d’utiliser les principes de la planification de production, en utilisant les principes de MRP, pour prendre en compte les spécificités de la problématique. La conclusion sur cet aspect est qu’il est faisable d’un point de vue gestionnaire.
– La nécessité de définir un scénario particulier (dans ce cas, c’est la ville moyenne de La Rochelle), pour étudier concrètement ce type de solution de transport.
– Comme la solution étudiée n’est pas encore déployée, il n’y a donc pas de données réelles, pour évaluer et valider le modèle proposé.

Table des matières

Introduction Générale
I. Chapitre I : Logistique et transport de marchandises en ville
1. Introduction
2. Logistique et transport de marchandises : définitions et concepts
3. Transport de marchandises en ville
3.1. Enjeux du TMV
3.2. Etat des lieux et pratiques actuelles
3.3. Cadre légal et règlementaire
3.4. Complexité du transport de marchandises en ville
3.5. Evolution et perspectives futures du TMV
4. Exemple du TMV en Ile-de-France (Paris intra-muros et sa périphérie)
4.1. Infrastructures logistiques en Ile-de-France
4.2. La gestion du transport de marchandises en région parisienne
5. Conclusion
II. Chapitre II : Transport de marchandises en ville par rail – mixité fret / voyageurs
1. Introduction
2. Pratiques et état des lieux : fret urbain par rail et mixité fret / voyageurs
2.1. L’espace souterrain pour le transport de marchandises
2.2. Mixité fret / voyageurs et utilisation du rail urbain : alternatives durables dans la littérature
2.3. Mixité fret / voyageurs : expérimentations et solutions en cours d’exploitation
3. Conception d’un modèle de transport mixte fret / voyageurs dans le réseau ferroviaire urbain
3.1. Composantes du réseau ferroviaire urbain de transport de voyageurs
3.2. Identification des cas de mixité possibles
4. Problématiques décisionnelles liées à la mixité fret / voyageurs dans le réseau ferroviaire urbain
4.1. Conception de la solution de transport étudiée
4.2. Identification et description des problématiques décisionnelles
5. Conclusion
III. Chapitre III : Etat de l’art des méthodes de modélisation des problèmes de transport
1. Introduction
2. Problèmes classiques de la littérature liés à la logistique urbaine
2.1. Problèmes classiques liés au transport
2.2. Problème d’affectation généralisée
3. Méthodes de résolution de la RO
3.1. Méthodes exactes
3.2. Méthodes approchées
4. Problèmes de replanification
4.1. Le principe d’horizon glissant et résolution d’un problème de replanification
4.2. La replanification dans la gestion de la chaine logistique
4.3. La replanification dans le transport ferroviaire
5. Simulation à évènements discrets – ARENA
5.1. Généralités sur la simulation
5.2. Démarche de réalisation d’un modèle de simulation
5.3. Simulation avec ARENA
6. Couplage simulation / optimisation
7. Conclusion
IV. Chapitre IV : Modélisation et simulation du FRTSP
1. Introduction
2. Hypothèses et description du FRTSP
2.1. Hypothèses du FRTSP
2.2. Formalisation du FRTSP
3. Une modélisation par simulation du FRTSP
3.1. Génération des commandes
3.2. Génération des trains
3.3. La ligne ferroviaire
3.4. Implémentation des processus décisionnels sur ARENA
3.5. Modèle conceptuel du modèle de simulation
4. Conclusion
V. Chapitre V : Modélisation mathématique et optimisation du FRTSP – cas prédictif et replanification
1. Introduction
2. Un exemple numérique
3. Complexité du problème FRTSP
4. Formulation d’un PLVM du FRTSP dans le cas prédictif
5. L’adaptation des colonies de fourmis pour le FRTSP
5.1. La variante AS des ACO
5.2. Différentes variantes d’ACO
6. Une approche par horizon glissant pour optimiser la replanification du FRTSP
6.1. Un PLVM pour la minimisation des changements lors de la replanification du FRTSP
6.2. L’approche de replanification par horizon glissant
7. Couplage simulation / optimisation
7.1. Cas prédictif
7.2. Cas de replanification
8. Conclusion
VI. Chapitre VI : Expérimentations et analyse des résultats
1. Introduction
2. Génération des instances
2.1. Paramétrage du modèle de simulation
2.2. Le cas prédictif
2.3. Le cas de la replanification
3. Analyse des résultats du couplage simulation / optimisation
3.1. PLVM dans le cas prédictif
3.2. Les heuristiques
3.3. Comparaison et évaluation du gap des heuristiques VS PLVM
3.4. La replanification
4. Les colonies de fourmis
4.1. Introduction à la méthode Taguchi
4.2. Paramétrage des variantes de colonies de fourmis
4.3. Résultats des différentes variantes de colonies de fourmis
5. Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Bibliographie

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