Le transport fluvial de conteneurs constitue une activité économique importante qui suscite un intérêt grandissant de la part de scientifiques. Considéré comme durable et économique, le transport par barge a été identifié comme étant une alternative compétitive pour le transport de marchandises, en complément des modes traditionnels de transport, routier et ferroviaire. Néanmoins, les travaux de recherche en rapport avec la planification et le management du transport par barge, en particulier dans le contexte du transport intermodal, sont encore peu abondants. Le but de cette thèse est d’apporter une contribution dans ce domaine, par la proposition de modèles et de méthodes de planification et gestion avancées, dans le cadre d’un système d’aide à la décision pour le transport de conteneurs par barge développé pour accompagner les opérateurs de transport. La méthodologie proposée fait appel à des concepts et principes de gestion du revenu, des ressources et des services de transport pour la conception de plans de services réguliers avec horaires, au niveau tactique. Les opérateurs de transport peuvent ainsi offrir des plans de transport avec des services plus flexibles pour leurs clients, tout en assurant un meilleur niveau de fiabilité. Plus de demandes de transport pourront ainsi être satisfaites, avec globalement une plus grande satisfaction des chargeurs. Une originalité importante proposée par notre approche est l’utilisation de principes et techniques de gestion du revenu (segmentation du marché, classes tarifaires...) aussi bien au niveau opérationnel de la modélisation qu’au niveau tactique. Les problèmes d’optimisation sont formalisés sous forme de modèles de programmation linéaire mixte en nombres entiers (PLNE), implémentés et testés sous différentes configurations de réseaux de transport et différents scénarios de demandes, et ce pour chaque niveau de décision. Au niveau tactique, une nouvelle approche de résolution, combinant la recherche adaptative à voisinage large (ALNS) et la recherche taboue, est proposée pour résoudre des problèmes PLNE de grande taille. Une plateforme de simulation, qui intègre les niveaux tactique et opérationnel de prise de décision, est proposée pour la validation du système d’aide à la décision sous différentes configurations : différentes topologies du réseau physique, différents paramètres pour la gestion du revenu, différents degrés de précision caractérisant les prévisions de demande. Pour l’analyse des résultats numériques ainsi obtenus, plusieurs types d’indicateurs de performance sont proposés et utilisés. / Barge transportation is an important research topic that started to draw increasing scientific attention in the recent decade. Considered as sustainable, environment-friendly and economical, barge transportation has been identified as a competitive alternative for freight transportation, complementing the traditional road and rail modes. However, contributions related to barge transportation, especially in the context of intermodal transportation, are still scarce. The objective of this thesis is to contribute to fill this gap by proposing a reactive decision support system for freight intermodal barge transportation from the perspective of the carriers. The proposed system incorporates resource and revenue management concepts and principles to build the optimal set of scheduled services plans at the tactical level. Carriers may thus benefit from transportation plans offering increased flexibility and reliability. They could thus serve more demands and better satisfy customers. One novelty of the approach is the application of revenue management considerations (e.g., market segmentation and price differentiation) at both operational and tactical planning levels. The optimization problems are mathematically formalized and mixed integer linear programming (MILP) models are proposed, implemented and tested against various network settings and demand scenarios, for each decision level. At the tactical level, a new solution approach, combining adaptive large neighborhood search (ALNS) and Tabu search is designed to solve large scale MILP problems. An integrated simulation framework, including the tactical and the operational levels jointly, is proposed to validate the decision support system in different settings, in terms of physical network topology, revenue management parameters and accuracy degree of demand forecasts. To analyze the numerical results corresponding to the solutions of the optimization problems, several categories of performance indicators are proposed and used.

La conception de réseaux est un riche sous-domaine de l'optimisation combinatoire ayant de nombreuses applications pratiques. Du point de vue méthodologique, la plupart des problèmes de cette classe sont notoirement difficiles en raison de leur nature combinatoire et de l'interdépendance des décisions qu'ils impliquent. Ce mémoire aborde deux problèmes de conception de réseaux dont les structures respectives posent des défis bien distincts. Tout d'abord, nous examinons un problème déterministe dans lequel un client doit acquérir au prix minimum un certain nombre d'unités d'un produit auprès d'un ensemble de fournisseurs proposant différents coûts fixes et unitaires, et dont les stocks sont limités. Ensuite, nous étudions un problème probabiliste dans lequel une entreprise entrant sur un marché existant cherche, en ouvrant un certain nombre d'installations parmi un ensemble de sites disponibles, à maximiser sa part espérée d'un marché composé de clients maximisant une fonction d'utilité aléatoire. Ces deux problèmes, soit le problème de transport à coût fixe à un puits et le problème d'emplacement d'installations compétitif basé sur les choix, sont étroitement liés au problème du sac à dos et au problème de couverture maximale, respectivement. Nous introduisons de nouvelles reformulations prenant avantage de ces connexions avec des problèmes classiques d'optimisation combinatoire. Dans les deux cas, nous exploitons ces reformulations pour démontrer de nouvelles propriétés théoriques et développer des méthodes de résolution efficaces. Notre nouvel algorithme pour le problème de transport à coûts fixes à un puits domine les meilleurs algorithmes de la littérature, réduisant le temps de résolution des instances de grande taille jusqu'à quatre ordres de grandeur. Une autre contribution notable de ce mémoire est la démonstration que la fonction objectif du problème d'emplacement d'installations compétitif basé sur les choix est sous-modulaire sous n'importe quel modèle de maximisation d’utilité aléatoire. Notre méthode de résolution basée sur la simulation exploite cette propriété et améliore l'état de l'art pour plusieurs groupes d'instances. / Network design is a rich subfield of combinatorial optimization with wide-ranging real-life applications. From a methodological standpoint, most problems in this class are notoriously difficult due to their combinatorial nature and the interdependence of the decisions they involve. This thesis addresses two network design problems whose respective structures pose very distinct challenges. First, we consider a deterministic problem in which a customer must acquire at the minimum price a number of units of a product from a set of vendors offering different fixed and unit costs and whose supply is limited. Second, we study a probabilistic problem in which a firm entering an existing market seeks, by opening a number of facilities from a set of available locations, to maximize its expected share in a market composed of random utility-maximizing customers. These two problems, namely the single-sink fixed-charge-transportation problem and the choice-based competitive facility location problem, are closely related to the knapsack problem and the maximum covering problem, respectively. We introduce novel model reformulations that leverage these connections to classical combinatorial optimization problems. In both cases, we exploit these reformulations to prove new theoretical properties and to develop efficient solution methods. Our novel algorithm for the single-sink fixed-charge-transportation problem dominates the state-of-the-art methods from the literature, reducing the solving time of large instances by up to four orders of magnitude. Another notable contribution of this thesis is the demonstration that the objective function of the choice-based competitive facility location problem is submodular under any random utility maximization model. Our simulation-based method exploits this property and achieves state-of-the-art results for several groups of instances.