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Chen Zheng

Evaluation de la performance des ports dans la chaine de transport intermodal de porte à porte : modélisations et simulations prospectives.

Thèse commencée en 2005

Direction : Philippe Mathis

Le transport est dit intermodal quand il s’effectue par l’intégration technique et organisée de plusieurs modes de transport différents pour augmenter l’efficacité du transport. Le transport intermodal réalise la chaîne complète de transport de porte à porte. Comme un concept clé pour évaluer les performances de la chaîne globale de transport intermodal, l’accessibilité d’un lieu peut être définie comme la plus ou moins grande facilité avec laquelle ce lieu peut être atteint à partir d’un ou de plusieurs autres lieux, à l’aide de tout ou partie des moyens de transport existants. On exige une plus grande précision de l’accessibilité afin d’obtenir les résultats fiables de l’évaluation.

Aujourd’hui par des améliorations apportées aux infrastructures et l’accroissement des performances des véhicules, les systèmes de transport deviennent de plus en plus rapides. De plus, les pratiques de transport de marchandises tendent à devenir de plus en plus intermodales. Par exemple, le transport combiné (rail-route) est un système qui peut combiner les avantages de deux modes : la sécurité du transport par le trains et la souplesse et la rapidité d’une desserte routière. En conséquence, les interconnexions (articulations des modes de transport) et les trajets dans les différents maillons de la chaîne prennent une importance croissante. L’efficacité des interconnexions et des trajets dans les maillons conditionne, de plus en plus, les performances de la chaîne globale de transport intermodal de porte à porte.

Ces caractéristiques de l’offre et des pratiques de transport imposent des contraintes sur la modélisation des réseaux de transport intermodal vers une plus grande précision de l’accessibilité. Dans la chaîne globale, les contraintes de la modélisation existent surtout dans les nœuds compte tenu de l’importance croissante des interconnexions et du poids temporel des trajets.

La modélisation des réseaux de transport intermodal utilise la théorie des graphes. A l’aide de la théorie des graphes, nous pouvons décrire les relations entre sommets (nœuds de transport) mais dans les sommets des graphes, nous ne pouvons pas expliciter ce qui se déroule consécutivement : par exemple, changements de direction, correspondances, changements de modes etc. Donc la représentation ponctuelle inhérente à la théorie des graphes se trouve inadaptée et devient une contrainte pour la modélisation. Pour résoudre cette contrainte, le laboratoire du CESA (Centre d’Etudes Supérieurs d’Aménagement, l’Université de Tours) a réalisé (ou initié) une modélisation multi-échelles qui comprend deux méthodes : la méthode de zoom nodal et la méthode de zoom multi-nodal. Les méthodes de zoom reposent sur l’extension du graphe d’origine à l’intérieur même des sommets qui le constituent, ce qui permet la modélisation informatisée de réseaux de transport de niveaux différents localisés à des échelles géographiques de plus en plus fines. Cette modélisation multi-échelles améliore bien sûr la précision des résultats de l’accessibilité pour évaluer la chaîne globale de transport intermodal.

Mais dans la modélisation multi-échelles, la contrainte de capacité des nœuds n’a pas été prise en compte. Dans la théorie des graphes, le problème du flot (ou flux) maximum (théorème de Ford-Fulkerson) ne considère que la contrainte de capacité sur les arcs (infrastructures linéaires : autoroutes, voies ferrées etc.), en ne tenant pas compte de celles des sommets (infrastructures nodales de concentration, de gestion et d’éclatement des flux : ports, gares etc.). Nous avons cependant observé que la capacité maximale d’un graphe ne dépend pas en général de la capacité des arcs mais de celle des sommets. Tout conducteur d’automobile sait par expérience que la saturation d’un axe résulte presque toujours de la saturation d’un carrefour, c’est-à-dire d’un sommet. Ainsi pour obtenir une plus grande précision de l’accessibilité, on doit prendre en compte cette contrainte.

Dans le cas du transport maritime (plutôt de marchandises), les ports jouent un rôle important dans la chaîne de transport de porte à porte. Les ports consistent en des points de contact ou espaces d’interface entre deux sphères de transport de marchandises, soit les sphères terrestre et maritime. Le port est doté d’infrastructures aptes à desservir ces modes tout en incarnant un lieu de convergence des systèmes de transport terrestre (rail et route) et maritime. Le port est également un fournisseur de services aux transporteurs de fret (entreposage, transbordement) et aux navires (appontement, mécanique). Etudier et bien comprendre la performance des ports est indispensable dans la perspective d’une modélisation de réseaux de transport pour évaluer les performances de la chaîne complète (y compris le transport maritime) de transport intermodal de porte à porte.

Il existe beaucoup d’indicateurs de la performance des ports, mais, si l’on considère l’intégration parfaite des ports dans la chaîne intermodale, la capacité des interconnexions (changements de mode : mer/route, rail ; ou changements de navire) dans les ports est un indicateur plus important de la performance. En fait, dans les ports les interconnexions sont grandes consommatrices de temps par rapport à la courte distance comparativement dans la chaîne globale. Quelque fois, compte tenu des procédures douanières, les produits doivent rester entreposés dans les ports plusieurs jours, plusieurs semaines ou même jusqu’à plusieurs mois. On ne peut pas négliger cette rupture dans la continuité du transport si l’on veut évaluer précisément et validement les performances de la chaîne complète.

On a déjà parlé plus haut de la contrainte de capacité des nœuds sur la modélisation des réseaux de transport. Dans le cas des ports, cette contrainte de capacité des interconnexions est plus complexe. Les caractéristiques des infrastructures (appontements, jetées, grues et entrepôts etc.) qui déterminent la capacité physique, et les règles d’organisation (procédures douanières etc.) qui déterminent la capacité fonctionnelle, conditionnent la capacité des ports, la capacité des interconnexions, et en conséquence la capacité du système global de transport et influencent en même temps les performances de la chaîne globale.

Alors comment modéliser et simuler les interconnexions dans les ports ?

Les outils principaux sont une modélisation de type SMA (Système Multi Agent) croisée avec l’utilisation des SIG (Système de l’Information Géographique) pour une définition fine de l’espace (port). Dans cette modélisation de type SMA, « Multi Agent » correspond à « Multi Acteurs » qui proposent différents services, par exemple, transbordement, entreposage etc.. dans les ports.

· On va tout d’abord définir les différents acteurs comme différents agents dotés de plusieurs caractéristiques spécifiques parmi lesquelles l’intention, la rationalité, l’adaptativité, l’autonomie, la communication, l’assistance entre autres. · Ensuite, une micro simulation à grande échelle spatiale et dans un court terme sera lancée, ce qui nous montre les réactions entre les « multi acteurs » et permet de faire une étude spatio-temporelle des ruptures et des changements de modes dans les ports, afin d’évaluer les performances des interconnexions. Grâce à cette micro simulation multi-acteurs à grande échelle (locale), on peut résoudre la contrainte de capacité des nœuds dans la modélisation des réseaux de transport intermodal (y compris le transport maritime). D’après la modélisation multi-échelles réalisée dans le laboratoire du CESA, cette micro simulation s’inscrit dans le cadre de « zoom nodal », à l’intérieur même des nœuds (ports) dans la chaîne de porte à porte. · Ensuite, intégrant cette contrainte de capacité des nœuds (ports) dans la chaîne, une modélisation multi-échelles sera développée pour évaluer les performances de la chaîne globale de porte à porte. Selon le niveau d’organisation de la chaîne (y compris le transport maritime), celle-ci sera à l’échelle départementale, régionale, nationale ou internationale. · Enfin, cette modélisation multi-échelles sera appliquée intégrant une micro simulation multi-acteurs (à l’échelle locale) aux réseaux actuels de transport intermodal de porte à porte comprenant les ports de l’EU (y compris les ports de la méditerranée) et les lignes maritime, route et rail qui les desservent. Pour évaluer les performances de la chaîne globale, on peut calculer les chemins optimaux (ex. le plus court chemin en temps, en coût, etc.) ou les autres mesures d’accessibilité. Ces applications permettent de comprendre et évaluer les rôles et performances des ports dans différentes chaînes de transport intermodal. En effet, compte tenu des spécialités des ports (ports de vrac, unitaire, marchandises générales, conteneurs etc.), de leurs caractéristiques logistiques, et des différentes catégories de produits (céréales, denrées alimentaires, produits métallurgiques, biens d’équipement, articles manufacturés divers, etc.), leurs moyens de manutention et les exigences (durée, coût, impôt etc.) sur le transport et l’entreposage, les ports jouent un rôle plus ou mois important et leurs performances peuvent être bonnes ou mauvaises dans différentes chaînes de transport. Il en est de même si l’on considère les chaînes à différentes échelles. Actuellement le transport de conteneur, surtout le trafic international (conteneur) entre l’Europe et l’Asie (Est, Sud-est) augmente rapidement. Ce modèle sera également appliqué dans la dimension internationale et des corridors internationaux (EU-Asie) seront définis.

En résumé, l’objectif de cette étude consiste à réaliser une modélisation multi-échelles intégrant une micro simulation multi-acteurs à une grande échelle afin d’évaluer précisément et validement les performances de la chaîne de transport intermodal (de marchandises y compris le transport maritime) de porte à porte. La micro simulation multi-acteurs est la clé pour étudier les interconnexions dans les ports et résoudre la contrainte de capacité des nœuds dans la chaîne. Les applications de ce modèle aux réseaux actuels vont nous montrer les différentes performances des nœuds (ports) dans les différentes chaînes. Les résultats de ce modèle, les corridors à échelle différente seront évalués en comparaison avec des chaînes existantes.

Dans le Livre Blanc de la Commission de 2001 intitulé « La politique européenne des transports à l’horizon 2001 : l’heure des choix », le transport maritime à courte distance est une composante essentielle de la stratégie globale. Aussi bien dans la dimension européenne, la Commission soutient le développement de chaînes d’ « autoroutes de la mer », que dans la dimension internationale, le trafic de conteneur (EU-Asie) croît très rapidement ces dernières années, les ports jouent un rôle de plus en plus important dans la chaîne de transport. En un mot, cette étude va développer un modèle d’aide à la décision comprenant la modélisation multi-échelles et la simulation multi-acteurs pour évaluer la performance des ports dans la chaîne de transport intermodal de porte à porte.