Ce mémoire présente les résultats de projets d'optimisation de réseaux de transport de l'entreprise Produit Forestier Résolu (PFR). Ces réseaux traitent, dans un cas, du transport de bois brut inter-usine et dans l'autre, de l'approvisionnement et du transport de copeaux vers les papetières. Le projet du transport de bois brut inter-usine cherche à développer un outil d'optimisation pour effectuer la planification du transport du bois brut entre les différentes étapes de production, soit le sciage, le séchage et le planage. Ce projet s'avère nécessaire en raison du contexte opérationnel de PFR, qui possède plusieurs petites usines avec des capacités différentes à chaque étape, demandant donc le transport de produits à différents moments. Le projet se restreint au territoire du Lac Saint-Jean, au Québec. Ce projet est complexe notamment en raison de la gestion des chargements; comme il s'agit de paquets de bois de toutes longueurs et dimensions, il n'est pas possible de simplement considérer une caractéristique physique pour remplir le camion. Les résultats sont prometteurs et proposent, outre une réduction significative du temps de planification, des gains allant de 1200 à 3000$ pour une période de deux semaines. Du côté du transport de copeaux, l'objectif est également de créer un outil d'optimisation, cette fois pour gérer l'approvisionnement en copeaux des papetières de PFR à travers la province de Québec. Ici, le défi est de considérer les recettes de productions aux papetières et d'assurer l'approvisionnement en tenant compte des différents mélanges d'essences aux scieries et les contraintes d'entreposage aux papetières. En raison de l'ampleur du réseau, les résultats sont significatifs, proposant des gains allant de 180 000 à 475 000$ pour une période de 4 semaines, en plus de faciliter la production de différents scénarios étudiant diverses hypothèses.

Suite à la ratification par le Canada de traités de réduction des émissions de gaz à effets de serre (GES), différents paliers de gouvernement ont mis en œuvre des politiques visant la réduction des émissions industrielles et liées au transport. Depuis 2013, le Québec, conjointement avec la Californie et l’Ontario, ont mis en place un marché du carbone pour encourager les entreprises à réduire leurs émissions. L’industrie forestière, s’appuyant sur le transport de marchandises, pourrait bénéficier de ce régime en termes de prise de décision sur la planification du transport. Cette étude vise à analyser le potentiel des stratégies de réduction des émissions de carbone et à proposer des suggestions appropriées sur la prise de décision en matière de la planification du transport. Quatre stratégies sont principalement envisagées : la réduction de la vitesse, la conduite écologique, le transport intermodal et les modes de chargement. Combinant les stratégies, des modèles d'optimisation dont l'objectif est de minimiser des coûts sont développés sous les contraintes des émissions. Ces modèles impliquent la planification de la distribution de la gestion de la chaîne d'approvisionnement et des problèmes de tournées de véhicules. Microsoft Excel, OpenSolver, Gurobi et LocalSolver sont principalement utilisés pour la modélisation et l’optimisation. Un front de Pareto est par la suite utilisé pour illustrer la relation entre le coût de transport et les émissions de carbone. Pour démontrer les méthodologies, une étude de cas est présentée en utilisant des données réelles. Il est constaté que l'éco-conduite présente un potentiel de réduction des émissions intéressant dans une gamme réaliste d'augmentation des prix. Le choix des stratégies varie selon les préférences du décideur et la difficulté de mise en œuvre des stratégies. / With the ratification of greenhouse gas (GHG) reduction agreements by Canada, various levels of government implemented policies to reduce transport-related and other industrial emissions. Since 2013, Québec, together with California and Ontario, has established a carbon market to encourage firms to reduce their emissions. The forest industry could benefit from this scheme in terms of improving efficiency and lessening the environmental impact of wood product transport. This study aims to assess the potential of carbon emission reduction strategies and to provide recommendations on improving the logistics of transporting wood-based materials. There are four main strategies considered in this paper; namely low-speed driving, eco-driving, intermodal transportation, and optimizing loading pattern. By combining these strategies, optimization models are developed with the objective of cost minimization under the constraints of emissions. These models involve the distribution planning of supply chain management and routing problems. Microsoft Excel, OpenSolver, Gurobi, and LocalSolver are mainly used for modeling and optimization. Pareto Front is also used to illustrate the relationship between transportation cost and carbon emission. To demonstrate the methodologies, a case study is exhibited using real world data. It is found that eco-driving has considerable potential in reducing emissions under a feasible range of price increases. The selection of strategies is based on the decision makers’ preferences and the difficulty of strategy implementation.

Thèse en cotutelle, Université Laval, Québec et Université de Bordeaux, France. / Cette thèse est une contribution à la modélisation, la planification et l’optimisation du transport pour l’approvisionnement en bois de forêt des industries de première transformation. Dans ce domaine, les aléas climatiques (mise au sol des bois par les tempêtes), sanitaires (attaques bactériologiques et fongiques des bois) et commerciaux (variabilité et exigence croissante des marchés) poussent les divers acteurs du secteur (entrepreneurs et exploitants forestiers, transporteurs) à revoir l’organisation de la filière logistique d’approvisionnement, afin d’améliorer la qualité de service (adéquation offre-demande) et de diminuer les coûts. L’objectif principal de cette thèse était de proposer un modèle de pilotage améliorant la performance du transport forestier, en respectant les contraintes et les pratiques du secteur. Les résultats établissent une démarche de planification hiérarchique des activités de transport à deux niveaux de décision, tactique et opérationnel. Au niveau tactique, une optimisation multi-périodes permet de répondre aux commandes en minimisant l’activité globale de transport, sous contrainte de capacité agrégée des moyens de transport accessibles. Ce niveau permet de mettre en œuvre des politiques de lissage de charge et d’organisation de sous-traitance ou de partenariats entre acteurs de transport. Au niveau opérationnel, les plans tactiques alloués à chaque transporteur sont désagrégés, pour permettre une optimisation des tournées des flottes, sous contrainte des capacités physiques de ces flottes. Les modèles d’optimisation de chaque niveau sont formalisés en programmation linéaire mixte avec variables binaires. L’applicabilité des modèles a été testée en utilisant un jeu de données industrielles en région Aquitaine et a montré des améliorations significatives d’exploitation des capacités de transport par rapport aux pratiques actuelles. Les modèles de décision ont été conçus pour s’adapter à tout contexte organisationnel, partenarial ou non : la production du plan tactique possède un caractère générique sans présomption de l’organisation, celle-ci étant prise en compte, dans un deuxième temps, au niveau de l’optimisation opérationnelle du plan de transport de chaque acteur. / The present manuscript tackles the supply chain forest transportation problem in the context of forestry primary industry. In this context, several risks may affect the forest supply chain: the unpredictable weather conditions (tree falling provoked by major storms); sanitary emergencies (tree pest and diseases); and, diverse commercial circumstances (the variability of market demands). The aforementioned issues motivate the diverse forest sector protagonists (entrepreneurs, forest operators and drivers) to seek support for improving their logistic operations. The aim of this effort is to improve the service quality (offer-demand agreement) diminishing in this way the total costs. Therefore, the main goal of this thesis is the proposal of a novel management model which improves forest-to-mill transport performance. At the same time, the proposed model accounts for the forest sector manners and constraints. The contribution of this thesis is threefold: first a transportation model is developed, later on the transport planning is managed, and finally an optimization procedure is proposed. The thesis results propose a hierarchical planning for the forestry transportation. Two decision levels are suggested: tactic and operational. At a tactic level, a multi-period optimization is considered. The multi-period optimization strategy meets the customer supply demands while minimizes the global transportation activity. Such strategy takes into account the restrictions of the total available transportation means. Moreover, at this level the activity balancing politics may be developed, as well as subcontractors coordination between transport companies. On the other hand, at the operational level, the tactic planning assigned for each transporter is divided so an optimization of the fleet’s transport assignation is done considering the vehicles constraints. The decision process is modelled as a Mixed Linear Programming formulation. The application considers a data set coming from the industry settled at the Aquitaine region in France. The results have shown a significant improvement on the transport capabilities with respect to the conventional transport practices. It is worth to mention that the decision models were designed such that they may be adapted to different context either collaborative or not. In both cases, the tactic planning has a generic purpose, in other words, it is independent of the kind of organization involved, whereas specific organizations are taken into account when planning actors’ activities at the operational level.

Dans notre étude, nous nous sommes intéressés à la collaboration en transport pour le secteur forestier. Plus particulièrement, nous avons cherché à voir comment un syndicat représentant un ensemble de propriétaires forestiers pourrait réorganiser son transport de façon à diminuer les coûts de transport du groupe et réduire les kilomètres parcourus à vide. Pour ce faire, nous avons tout d’abord cartographié les flux de transport du syndicat dans le but de cibler certaines régions du Québec propices au développement d’une collaboration. Nous avons par la suite fait appel à un outil d’optimisation du transport qui nous a permis d’estimer un potentiel d’économie de l’ordre de 2% si certaines règles d’affaires concernant la répartition géographique des transporteurs dans le réseau étaient modifiées. Enfin, nous avons développé trois modèles d’affaires collaboratifs pour le contexte, représentant chacun un niveau d’intensité de la collaboration différent selon ce qui pourrait être souhaité par les partenaires.

Un défi important dans l'industrie forestière consiste à réduire les coûts de transport globaux entre les fournisseurs et les clients. L'industrie forestière déplace de grandes quantités de bois des zones de récolte vers les terminaux et les usines. Lorsque de nombreuses organisations sont impliquées, une collaboration entre les fournisseurs et une utilisation efficiente des allocations permettent de trouver de meilleures solutions. Les allocations sont généralement basées sur des flux directs entre les noeuds d'approvisionnement et de demande. Cependant, de meilleures solutions peuvent être trouvées lorsque des itinéraires de retour en charge sont utilisés. Ceux-ci sont difficiles à trouver lorsque plusieurs parties prenantes sont impliquées, mais l'ajout d'informations provenant de la production de la récolte peut supporter une meilleure collaboration entre les fournisseurs ainsi que la détermination de plans plus efficients. Le but de ce projet est d’élaborer un modèle capable de résoudre le problème de la livraison des multi-dépôts aux multi-clients, sur plusieurs périodes de temps, en minimisant les coûts de transport de différents types de bois. Proposer une nouvelle méthode pour le cas quand les clients seulement réceptionnent produits de fournisseurs fixés à l’avance. En outre, il analyse différentes méthodes de paiement des itinéraires de transport, afin de terminer un mécanisme qui incite les fournisseurs de transport à avoir recours au transport collaboratif. Nous décrivons les résultats obtenus avec une entreprise de pâtes et papiers au Québec, Canada. / One important challenge in the forestry industry is to reduce the overall transportation cost between suppliers and clients. The forestry industry moves large quantities of wood from harvest areas to terminals and mills. When many organizations are involved, a collaboration between the suppliers as well as an efficient use of allocations, achieve better solutions. Allocations are typically based on direct flows between supply and demand nodes. However, better solutions can be found when return trip routes are used. These are difficult to find when there are several stakeholders involved, but adding information from harvest production can establish better collaboration between suppliers as well as more efficient plans. The purpose of this project is to define a model that can resolve the delivery from multidepots to multi-customers, in a multi-period of time, minimizing the cost of transport for different types of timber. To propose a novel method for scenarios where the clients only receive products from pre-determined suppliers. Also, it analyzes different methods of transport payment for backhaul routes, in order to establish a mechanism that encourages the transport suppliers to use collaborative transport. We describe results obtained with a pulp and paper company in Quebec, Canada.

L’industrie forestière compte pour une partie importante de l’activité économique québécoise et de nombreuses communautés en dépendent. Dans les forêts naturelles, la grande diversité d’espèces d’arbres et de qualité des tiges accroit la complexité des opérations de triage et de gestion des flux. De plus, l’éloignement de la ressource forestière entraîne des coûts de transport élevés. Par ailleurs, la littérature scientifique démontre que la mutualisation du transport s’avère profitable (Epstein et al. 2007), mais qu’elle est cependant fort complexe à déployer (Frisk et al. 2010). Finalement, la transition de systèmes de production en flux poussés vers des systèmes en flux tirés et les difficultés récentes de cette industrie (déclin du secteur des pâtes et papiers, crise immobilière de 2008-09, etc.) rendent d’autant plus pertinent d’examiner des façons de mieux tirer profit de la ressource forestière. À cet égard, la création de cours de triage et de consolidation qui soient distinctes des sites en forêt et des usines offre de multiples occasions de maximisation de la valeur et de minimisation des coûts. De tels centres représentent cependant un défi important quant à leur gestion quotidienne et à leur insertion dans le réseau logistique déjà en place. Nous posons donc l’hypothèse que certains facteurs économiques, logistiques et environnementaux, permettraient à un centre logistique forestier comprenant une cour de triage et une coordination du transport de créer des économies de coût, notamment par l’entremise de l’utilisation du transport hors norme (Chan et al. 2008a) et de coûts de triage plus bas (tel que nous pouvons le déduire de Favreau 1995). Nous pensons également que le fait d’effectuer des activités de triage au centre procurerait une valeur économique supplémentaire aux entreprises utilisant ses services, en limitant le taux d’erreur dans la classification des billes tel que relevé dans Sessions (2005). Cette thèse vise donc à identifier certains facteurs clés influençant la profitabilité d’un centre logistique forestier régional comportant une cour dédiée au triage et une coordination du transport. Par la suite, nous prenons en comptes ces facteurs lors du développement d’un modèle de maximisation des profits d’un réseau logistique forestier comprenant ou non une cour dédiée au triage ainsi que l’utilisation des retours en charge. Nous avons d’abord appliqué ce modèle à un cas théorique et réaliste et nous avons obtenu des gains potentiels atteignant 0,88$ de profit supplémentaire par m3 disponible à la récolte sur l’ensemble du réseau. Nous avons par la suite utilisé ce modèle pour optimiser un cas d’étude plus complexe et analyser le fonctionnement du réseau y compris en le modifiant. Une analyse de sensibilité révéla que plusieurs facteurs tels que la distance des zones de récolte, le nombre de camions hors norme et le niveau des redevances avaient une influence significative sur la profitabilité du centre projeté. Enfin, dans le cas d’étude, nous avons décelé un effet dynamique entre l’opération d’une cour de triage et l’utilisation des retours en charge. L’ajout d’une cour de triage permet ainsi de réduire la durée moyenne des routes de livraison en scindant en deux les flux de matière entre les forêts et les usines, ce qui facilite le respect des limites de durées de conduite. Surtout, une telle cour fait en sorte qu’un même site peut servir autant comme origine que comme destination, ouvrant la porte à d’importantes réductions du transport à vide. / The forest industry represents an important part of Quebec’s economic activity and many local communities depend on this sector. In natural forests, the great diversity of tree species and quality brings an added complexity for sorting operations and the flow of resources. Furthermore, the remoteness of the resource implies high transportation costs. Scientific literature demonstrates that sharing transportation capacity can result in important cost reductions (Epstein et al. 2007), but is quite complex to put into place (Frisk et al.2010). Finally, the transition from push systems towards pull type supply chains and the recent difficulties for this industry (decline of the pulp and paper sector, housing crisis of 2008-09, etc.) make it all the more relevant to examine how to better use the wood resource. In this regard, the creation of sort yards, distinct from both the harvesting sites and the mills, offers many opportunities for maximizing value and minimizing costs. Such centers however, represent an important challenge in regards to their daily management and their insertion in the pre-existing logistics network. We therefore hypothesize that for certain economic, logistical and environmental factors, a logistics center comprised of a sort yard and transportation coordination, could generate cost savings, especially through the use of oversize trucks (Chan et al. 2008) and lower sorting costs (as can be deduced from Favreau 1995). We also sense that the sorting activities performed in such a center would also procure an added economic value for companies using its services by limiting the error rate in the classification of the logs, as presented in Sessions (2005). The purpose of this thesis is therefore to identify key factors regarding their impact on the profitability of a regional forest logistics center, combining a specific sort yard and the use of backhauling. Following this, we consider these factors in the development of a profit maximization model for a forest logistics network with the option of using such a sort yard and/or backhauling. This model was first applied to a fictitious but realistic case using generated data in order to estimate the magnitude of potential profit improvements which reached up to $ 0.88 per m3 available for harvest. The model was then applied to optimize a real and complex network to analyze its performance as well as slightly modified versions. A sensitivity analysis was also conducted and revealed that many factors such as distances from the harvesting zones, the number of oversize trucks and the level of stumpage fees had a significant influence on the profitability of such a center. In addition, a dynamic effect between the operation of the yard and the use of backhauling was observed for the real case. The addition of a sort yard allows to reduce the average length of delivery routes by breaking in two the flow of material between the harvesting areas and the production mills. This makes it easier to fit delivery routes within the legal driving time limit. Most importantly, such a yard can serve both as an origin and a destination, therefore opening the door to important reductions in deadheading.