Vers quelles interactions entre réseaux de transport et réseaux de communications ?

Chaque jour, des millions de personnes se demandent à quelle heure partir pour éviter les embouteillages, si elles ne vont pas rater leur bus après avoir déposé les enfants à l’école, ou encore si elles devraient prendre les transports en commun plutôt que leur voiture pour aller au travail. Bref, le transport pose beaucoup de questions. De formation initiale ingénieure en télécommunications, les questions que m’a posées le transport avant de débuter ma thèse étaient celles qu’il pose à tout usager : comment trouver l’information nécessaire aux déplacements, surtout lorsque l’on découvre une grande métropole ? Quelle marge horaire prévoir pour assurer telle ou telle correspondance ? Comment éviter les situations de congestion ou d’inconfort ?

Ma perspective sur le monde des transports a évolué au cours de mes premières expériences professionnelles. En travaillant sur la thématique de la qualité de service des réseaux de téléphonie mobile, j’ai été amenée à m’interroger sur la modélisation de la densité d’usagers à proximité des antennes de radiotéléphonie. Question qui amène naturellement à s’interroger sur la modélisation de la mobilité des personnes. Cette interrogation était partagée par mon employeur, Orange, et, c’est en commençant à creuser ce sujet que la nécessité s’est rapidement faite sentir de devoir aborder scientifiquement le domaine des transports.

Introduction au domaine des transports par analogie historique avec le domaine des télécommunications

Un besoin de présentation conjointe du domaine des transports et du domaine des télécommunications 

L’angle de la hiérarchie modale montre comment les évolutions technologiques ont fait émerger plusieurs modes de transport, dont le mode routier, le mode ferroviaire, le mode aérien et le mode fluvial. Chacun de ces modes convient à un segment de la demande : l’aérien pour le transport international, le routier pour l’urbain, l’inter-urbain moyenne distance et l’intra-urbain, le ferroviaire pour l’inter-urbain longue distance, l’international moyenne distance et les transports collectifs intra-urbains et périurbains. Le constat est similaire pour les réseaux de télécommunication. En effet, on observe une segmentation de la demande qui peut s’apparenter à une hiérarchie selon deux modes (fixe et mobile). Les communications de type voix ou de type données en situation de stationnarité prolongée se feront préférentiellement via le réseau fixe. A l’inverse en situation de mobilité, ces communications seront portées par le réseau cellulaire. Les évolutions techniques sont souvent suivies par des évolutions des processus de distribution des produits et donc d’une mutation de la segmentation des usagers.

L’angle de la gouvernance des réseaux s’intéresse à l’évolution dans le temps des jeux d’acteurs, de la régulation (au sens législatif et réglementaire) et de la planification des réseaux. Le domaine des transports distingue aujourd’hui des autorités organisatrices des transports à différentes échelles administratives. Ce découpage administratif a évolué dans le temps pour définir le paysage institutionnel actuel des transports. Ce dernier repose sur une définition claire des rôles des acteurs. Ces acteurs proposent une offre de transport qui s’inscrit dans une politique globale d’aménagement du territoire. De même, les acteurs des télécommunications participent à cet aménagement. On observera alors une analogie dans la construction de la hiérarchie administrative des deux domaines.

L’angle de l’exploitation des réseaux suit les questions de gouvernance et de planification. Les conditions d’exploitation ont évolué au cours des années amenant les épisodes de saturation que l’on connaît aujourd’hui. Ainsi, l’exploitation des réseaux actuels se doit d’être dynamique, pour absorber les fluctuations de la demande, et centrée sur la qualité de service orientée vers les usagers dans un contexte de concurrence.

La suite est organisée en quatre sections, suivies d’une conclusion. La première section propose un constat des interrelations évidentes qui lient les deux domaines transport et télécommunications. Elle permet de justifier l’intérêt de l’approche par analogie développée ensuite en trois sections, une pour chacun des angles d’approche choisis : celui de la hiérarchie modale d’abord ; celui de la gouvernance des réseaux ensuite; et enfin celui de l’exploitation des réseaux.

Transport et télécommunications : constat des interrelations

Cette thèse propose des méthodes d’utilisation de données issues des réseaux de télécommunication afin d’en dégager une connaissance utile pour le domaine des transports. Les relations entre ces deux domaines apparaitront de manière récurrente dans le document. Nous ouvrons ce premier chapitre par un constat naïf sur les interrelations sociales et géographiques entre ces deux réseaux, dont l’existence assure un service de connexion entre les individus d’un territoire.

Les interrelations sociales

Les évolutions technologiques conjointes des réseaux de transport et des réseaux de télécommunications ont entrainé des mutations sociales importantes. En effet, l’apparition de la voiture personnelle, de l’avion, puis du TGV a induit une explosion des déplacements sur des grandes distances. Puis l’apparition des technologies de communication mobile a accru cette mobilité (TURCK, 2009). En effet, le rapport au lieu a changé : on peut être accessible n’importe où. Nous sommes constamment connectés. Ainsi, la relation à l’espace et au temps a changé de bases. Il y a un peu plus d’un siècle, 1’apparition des « médias électriques », fut à l’origine des bouleversements sociaux tels que la diffusion en temps réel de l’information, la croissance du télétravail, le développement de technopôles, la mondialisation des échanges de toute nature (commerciaux, idées, mode de culture, actualité, découvertes scientifiques), la délocalisation des services, la forte croissance du commerce électronique, etc. Tout ceci impacte directement le domaine des transports en produisant une mobilité différente que l’on peut qualifier de plus complexe. Tout comme l’apparition des moyens de transport à grande vitesse, l’avènement des télécommunications a, en quelque sorte, réduit les barrières de l’espace et du temps.

Les interrelations géographiques

Les infrastructures de télécommunications terrestres (antennes et réseaux filaires) sont intimement reliées à la géographie. En effet, leur implantation et leur localisation dépendent d’une part de l’environnement de propagation (relief, densité et morphologie des bâtiments) et d’autre part de la localisation de la population (dessertes des personnes) (TURCK, 2009). Le déploiement des réseaux de télécommunications, comme le réseau de transport est optimisé en fonction de la répartition démographique sur le territoire. Ainsi, la densité des antennes relais est plus importante en zone urbaine dense qu’en milieu rural. La topologie d’un réseau de télécommunications est relative à l’activité humaine du territoire qu’il couvre.

Angle de la hiérarchie modale

Le choix de l’angle de la hiérarchie modale comme ouverture se justifie par les relations causales qui relient les notions présentées dans ce chapitre. En effet, schématiquement, les évolutions technologiques ont influencé la segmentation des usagers. Cette combinaison a fixé un paysage de la demande autour duquel la gouvernance et l’exploitation des réseaux s’articulent. Ainsi, nous présenterons la notion de hiérarchie modale sous deux aspects. Nous proposons une brève historique des avancées techniques conclue par un bilan des modes disponibles actuellement. Elle est suivie d’une présentation des conséquences de ces choix technologiques sur les mutations de la segmentation des usages.

Les phases d’évolutions technologiques

Ce paragraphe permet d’introduire une chronologie des avancées techniques. Ces dernières seront décrites succinctement pour les deux domaines. Nous avons constaté quatre phases déterminantes en terme d’avancées techniques dans le domaine du transport et des télécommunications. Elles sont analogues conceptuellement mais ne coïncident pas temporellement. En effet, les évolutions technologiques n’ont pas suivi le même rythme pour les deux domaines. Ainsi, ces phases ne correspondent pas nécessairement à des périodes temporelles mais plutôt à des étapes d’évolution rendues possibles par les progrès techniques. Nous avons identifié quatre phases que nous présentons ensembles à l’exception de la dernière qui correspond à la situation actuelle d’offre modale.

Les premières phases d’évolutions technologiques

La première phase est définie autour d’un concept nouveau : la capacité de braver la distance car il techniquement possible de se déplacer ou de transporter sa voix sur de longues distances. Les outils de cette mutation sont les chemins de fers et les réseaux de téléphonie filaires. Dans une deuxième phase les avancées techniques ont facilité la liberté de mouvement grâce à la voiture pour le transport et à la téléphonie sans fil pour les télécoms. En effet, la voiture apparait comme un mode flexible et individuel non contraint par des fréquences ou des itinéraires établis comme c’est le cas pour les transports en commun. Il en va de même pour les terminaux mobiles qui permettent de communiquer en tout lieu et à tout moment. Naturellement, la troisième phase s’inscrit dans la poursuite des progrès techniques pour augmenter la portée mais surtout la vitesse. Ce phénomène s’illustre sur le développement des réseaux de Lignes à Grande Vitesse. Cet attrait pour la vitesse prend la forme des efforts de décuplements des débits en télécommunications. Enfin, la dernière phase correspond à la situation actuelle où les progrès techniques se sont portés sur la diversification des différents équipements des réseaux multipliant l’offre modale sur les réseaux.

Etat actuel : Un panel varié de technologies disponibles

La dernière phase se résume par l’entrée dans l’ère du choix des technologies. Les progrès techniques permettent d’une part à une technologie offerte d’être capable de couvrir différentes applications modales et d’autre part le développement d’offres de services multimodaux. Cette concurrence soulève la question des critères de choix et élève l’importance de la qualité de service. Nous proposons alors un bilan actuel des modes sur les deux réseaux.

Bilan des modes disponibles sur un réseau de transport

Les déplacements entre pays peuvent être effectués à l’aide de modes tels que l’avion, le fluvial, les chemins de fers et l’automobile. Cependant, l’offre modale longue distance n’est pas homogène selon les pays à relier. En effet, des lignes aériennes existent entre quasiment toutes les villes principales, ce qui n’est pas le cas des autres modes. Les liaisons routières et les voies ferrées s’arrêtent généralement aux littoraux. De plus, toutes les connections ferrées ne proposent pas la « Grande Vitesse ». Ainsi, l’offre des réseaux de transport inter-pays réduit le processus de choix modal au compromis entre un temps de trajet discriminant et d’autres paramètres comme le coût, une volonté d’arrêts le long du trajet, des réticences individuelles (peur de l’avion), etc. Les déplacements sur de distances moyennes, typiquement à l’échelle inter-urbaine d’un pays comme la France, sont plus enclins à une concurrence modale. En effet, pour la majorité des liaisons, les LGV proposent des temps de parcours cumulés (temps d’attente et temps de trajet) semblables aux lignes aériennes. Le processus de choix repose alors sur des critères de fréquence de l’offre, de coût et de confort. La compétition de ces modes avec la voiture est relative au temps de parcours, mais aussi à la liberté offerte par cette dernière et au coût qui se réduit selon le nombre de passagers. L’arbitrage entre des modes à l’échelle interurbaine n’est pas immédiat car il dépend de processus de choix basés sur des critères individuels. On observe le même  phénomène à l’échelle intra-urbaine où les modes en compétition sont l’automobile, les transports en commun (bus, transports en sites propres, réseau ferré) et les modes doux (vélos, marche à pied, etc.). Sur certaines parties des agglomérations, la qualité de l’offre des réseaux de transport en commun peut favoriser un recours à l’automobile (distance à l’arrêt TC, multiplicité des connexions, fréquence). Néanmoins, en milieu urbain dense, les réseaux de transport en commun offrent une desserte au maillage fin avec des fréquences élevées. Par exemple, à Paris une rame de métro passe en moyenne toutes les 2 minutes et les stations du maillage sont espacées en moyenne de 465m (TRICOIRE, 1999). Le processus de choix repose alors sur des critères de performances, de vitesse, de disponibilité, mais aussi de confort et d’aspirations personnelles.

Table des matières

INTRODUCTION
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION AU DOMAINE DES TRANSPORTS PAR ANALOGIE HISTORIQUE AVEC LE DOMAINE DES TELECOMMUNICATIONS
1 TRANSPORT ET TELECOMMUNICATIONS : CONSTAT DES INTERRELATIONS
1.1 LES INTERRELATIONS SOCIALES
1.2 LES INTERRELATIONS GEOGRAPHIQUES
2 ANGLE DE LA HIERARCHIE MODALE
2.1 LES PHASES D’EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES
2.1.1 Les premières phases d’évolutions technologiques
2.1.2 Etat actuel : Un panel varié de technologies disponibles
2.1.2.1 Bilan des modes disponibles sur un réseau de transport
2.1.2.2 Bilan des modes disponibles sur un réseau de télécommunications
2.2 UNE EVOLUTION DES SEGMENTS D’USAGERS
2.2.1 Les premières phases d’évolution des segments d’usagers
2.2.2 D’une technologie pour chaque usage vers une technologie pour plusieurs usages
3 LA GOUVERNANCE DES RESEAUX
3.1 DES PREMIERS INVESTISSEURS PRIVES
3.2 UNE CENTRALISATION PAR L’ETAT
3.3 UN PAYSAGE MIXTE ENTRE PUBLIC ET PRIVE
3.3.1 L’évolution contemporaine de la gouvernance des réseaux
3.3.2 La gouvernance en résumé
3.3.3 Quelles sont les conséquences de ce paysage mixte pour les différents acteurs?
4 L’EXPLOITATION DES RESEAUX
4.1 UNE EVOLUTION DES ENJEUX DE L’EXPLOITATION
4.1.1 Un réseau à construire
4.1.2 Les débuts de l’outillage d’aide à l’exploitation
4.1.3 La fin des investissements massifs en infrastructure : quelles options pour l’exploitant face à une demande croissante ?
4.2 PRESENTATION DU CONTEXTE ACTUEL D’EXPLOITATION
4.2.1 Le rôle des exploitants
4.2.2 L’exploitation : un monde contraint
5 CONCLUSION
5.1 VERS QUELLES INTERACTIONS ENTRE RESEAUX DE TRANSPORT ET RESEAUX DE COMMUNICATIONS ?
5.1.1 Des outils de planification transport pour l’aide au déploiement des réseaux de
télécommunication
5.1.2 Faciliter l’opération des transports via les réseaux de télécommunications ?
5.2 UN BILAN SUR LES RESEAUX DE TRANSPORT
CHAPITRE 2 : ETAT DES LIEUX DE LA PRATIQUE DE LA MOBILITE SUR LES RESEAUX DE TRANSPORT
1 CONCEPT DE MOBILITE
1.1 CONCEPT DE MOBILITE INDIVIDUELLE
1.2 EVALUER LA MOBILITE AU TRAVERS D’INDICATEURS
METHODES ET MODELES POUR L’ETUDE DE LA MOBILITE DES PERSONNES PAR L’EXPLOITATION DE
DONNEES DE RADIOTELEPHONIE
1.2.1 La notion d’accessibilité
1.2.1.1 Une accessibilité « en distance »
1.2.1.2 L’accessibilité potentielle des lieux : une mesure de l’offre de transport
1.2.1.3 Les mesures d’accessibilité représentent-elles la réalité du trafic ?
1.2.2 Observer la demande : un besoin évident
1.3 CONCLUSION
2 QU’EST-CE QU’UN DEPLACEMENT ?
2.1 LES DIFFERENTES FACETTES D’UN DEPLACEMENT
2.2 DEFINITION ADOPTEE POUR UN DEPLACEMENT
2.3 FIXER LES ATTRIBUTS D’UN DEPLACEMENT
2.3.1 Influence des conditions externes au déplacement sur les attributs d’un déplacement
2.3.2 Impact des caractéristiques individuelles sur les attributs d’un déplacement
3 EVOLUTION DES PRATIQUES DE MOBILITE
3.1 INCIDENCES DES MUTATIONS DE LA SOCIETE SUR LES PRATIQUES DE DEPLACEMENTS
3.1.1 Incidences des mutations sociétales
3.1.2 Incidence des mutations de l’assise spatiale de la société
3.1.3 Quels effets sur la mobilité ?
3.1.4 Quels effets sur la l’analyse de la mobilité ?
3.2 COMPLEXIFICATION DES SCHEMAS DE DEPLACEMENT : LE CHAINAGE
3.2.1 Concepts d’une chaîne de déplacement
3.2.2 Paramètres influençant la structure d’une chaîne
3.2.3 Incidence de la structure d’une chaîne de déplacements sur la structure des déplacements
3.3 L’ACCES A L’INFORMATION TRANSPORT POUR L’USAGER
3.4 CONCLUSION
4 LES DEPLACEMENTS : UN OBJET COMPLEXE A MESURER
CHAPITRE 3 : ETAT DES LIEUX DES OUTILS POUR TRAITER DES PROBLEMATIQUES RENCONTREES EN TRANSPORT
1 LES BESOINS D’ANALYSE SOCIO-ECONOMIQUE
1.1 UN CONSTAT FAIT PAR LES ACTEURS
1.1.1 Importance de la modélisation des déplacements
1.1.2 Evolution de la modélisation avec les objectifs de planification des déplacements
1.1.3 Recommandations actuelles pour l’aide à la décision d’investissement
1.1.3.1 Assurer la solidité des modèles pour l’aide à la décision d’investissements
1.1.3.1.1Améliorer les modèles de trafic
1.1.3.1.2Traitement des valeurs unitaires
1.1.3.1.3Réflexions complémentaires
1.1.3.2 Les recommandations d’enrichissement du calcul traditionnel
1.1 EXEMPLES DE PROBLEMATIQUES ACTUELLES
1.1.1 Exemples de problématiques de planification
1.1.1.1 Les ZAPA
1.1.1.2 Les péages urbains
1.1.1.3 La désynchronisation des déplacements
1.1.2 Exemples de problématiques d’exploitation
1.1.2.1 Régulation du trafic par modulation de la vitesse
1.1.2.2 Régulation du trafic par modulation de la capacité
1.1.2.3 Régulation du trafic par de l’information dynamique aux usagers
1.2 CONCLUSION
2 REVUE DES PRINCIPALES FAMILLES D’OUTILS UTILISES DANS LES ETUDES
TRANSPORTS
2.1 MULTIPLICITE DES MODELES
2.1.1 Une décomposition en sous-systèmes
2.1.1.1 Sous-système des transports
METHODES ET MODELES POUR L’ETUDE DE LA MOBILITE DES PERSONNES PAR L’EXPLOITATION DE
DONNEES DE RADIOTELEPHONIE
2.1.1.2 Sous-système de localisation des activités
2.1.1.3 Sous-système des relations sociales
2.1.2 Nature des interactions
2.1.2.1 Sous-famille A : Interactions négligeables entre les sous-systèmes
2.1.2.2 Sous-famille B : Prise en compte partielle des interactions entre les sous-systèmes
2.1.2.3 Sous-famille C : Fortes interactions
2.2 MODELES DE DEMANDE DE DEPLACEMENTS
2.2.1 Notion de coût généralisé et fonction d’utilité
2.2.2 La modélisation à « 4 étapes »
2.2.2.1 Etape de génération
2.2.2.2 L’étape de distribution
2.2.2.3 L’étape de répartition modale
2.2.2.4 L’étape d’affectation
2.3 PRENDRE EN COMPTE L’USAGE DU SOL
2.4 LA GESTION DU TRAFIC
2.4.1 Le diagramme fondamental
2.4.2 Modéliser le trafic
3 CONCLUSION
CONCLUSION DE PARTIE
CONCLUSION

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