La thèse porte sur l’étude de problèmes réels de transport et de distribution par voie routière. Il s’agit plus précisément de deux problèmes distincts d’optimisation des tournées de véhicules ; la distribution de produits pétroliers et le transfert des conteneurs. La résolution du premier problème, identifié comme le problème de tournées de véhicules avec compartiments multiples et fenêtres de temps ou MCVRP-TW (Multi-Compartment Vehicle Routing Problem with Time Windows), est basée sur une méthode de recherche tabou. Une adaptation de la méthode de résolution a été appliquée à deux autres problématiques annexes, la première intègre des contraintes supplémentaires liées à l’opération de chargement des produits pétroliers dans les compartiments, et la seconde inclut le concept d’ajustement des quantités demandées. Par ailleurs, dans l’optique d’une transition énergétique, nous nous sommes intéressés au problème de transfert des conteneurs par camions électriques dans la zone industrialo-portuaire du Havre. L’optimisation se situe à deux niveaux, un niveau stratégique pour le dimensionnement de l’infrastructure électrique et un niveau opérationnel pour la construction des tournées de véhicules. Seul le niveau stratégique a été abordé dans le cadre d’un projet de recherche grâce à un couplage de l’optimisation et la simulation. / The thesis focuses on the study of real road transportation and distribution pro-blems. The question concerns in particular the optimization of two different vehicle routing problems arising in the distribution of petroleum products and the transfer of containers. The first problem, modelled as an application of the multi-compartment vehicle routing problem with time windows (MCVRPTW), is solved by using a tabu search method. The same method is then applied to two other variants. One introduces additional constraints related to loading operations for petroleum products on the compartments, while the other one includes the ad-justment concept in quantities applied for. Moreover, in the context of an energy transition, we addressed the container transfer problem using a fleet of electric trucks in the industrial port zone of Le Havre. The optimization involves two levels : the strategic level for dimensioning electrical infrastructures and the operational level for constructing the vehicle routes. Only the strategic level is tackled with a research project thanks to a coupling of optimization and simulation.

Cette thèse est une contribution aux travaux de recherche sur l’optimisation des problèmes du transport multimodal. Les principaux concepts clé de la multimodalité dans les réseaux du transport intermodal et l’état de l’art des travaux scientifique du domaine y sont présentés. Le problème de la localisation des terminaux du transport combiné est ensuite étudié. Nous proposons un algorithme génétique à codage mixte pour la résolution de ce problème et nous comparons nos résultats avec ceux de la littérature. Un ensemble de problèmes posés dans le cadre de notre travail sur le projet DCAS (Direct Cargo Axe Seine), porté par le Grand Port Maritime du Havre, y est décrit et modélisé par des outils de programmation mathématique. Ainsi, nous avons étudié le problème du transfert de navettes ferroviaires qui consiste à optimiser le transfert d’un ensemble de conteneurs entre des terminaux maritimes et un terminal multimodal. Ensuite, nous avons modélisé le problème d’ordonnancement des trains de grandes de lignes pour le placement sur les voies de la cour ferroviaire du terminal multimodal du Havre. Ces problèmes sont résolus en utilisant une approche combinée optimisation-simulation. Une première application est basée sur un algorithme génétique couplé avec la simulation multi agents pour l’affectation des voies aux trains. Une deuxième, consiste à optimiser la manutention des conteneurs lors d’un transbordement rail-rail en utilisant un algorithme de colonie de fourmis intégré dans le modèle de simulation et une stratégie de collaboration agents pour minimiser les temps d’attente des portiques et ainsi augmenter leurs productivités. / This thesis is a contribution to research on the optimization of multimodal transport problems. The main key concepts of multimodality in the intermodal transportation networks and the state of the art of scientific works in the field are presented. The intermodal terminal location problem is then studied. We propose a genetic algorithm with mixed encoding for solving this problem and we compare our results with those of literature. A set of problems in the framework of our work on the project DCAS (Direct Cargo Axe Seine), carried by the Grand Port Maritime du Havre, are described and modeled by mathematical programming tools. Thus, we studied the problem of the transfer of rail shuttles which is to optimize the transfer of a set of containers between maritime terminals and a multimodal terminal. We then modeled the scheduling problem of freight trains for placement on rail tracks. These problems are solved by using combined optimization simulation approaches. A first application is based on a genetic algorithm coupled with the multi agent’s simulation. A second is to optimize a rail-rail transshipment of containers using an ant colony algorithm embedded in the simulation model and an agent’s collaboration strategy to minimize waiting times and increase cranes productivity.541 ##‎$a@Optimization of multimodal transportation problems

Les ports maritimes se confrontent à des exigences rigoureuses imposées par l'évolution de la taille de la flotte mondiale des porte-conteneurs et des zones de stockage qui arrivent à des niveaux de saturation élevés. Pour répondre à ces défis, plusieurs ports ont décidé de créer des terminaux multimodaux qui jouent le rôle de méga-hubs pour les terminaux maritimes, en vue de libérer les zones de stockage de ces terminaux, de développer la part du transport massifié de conteneurs et de réduire les émissions des gaz à effet de serre en utilisant des modes alternatifs à la route. Néanmoins, la gestion de ces nouveaux schémas logistiques est laborieuse. Cela s’explique par plusieurs facteurs, entre autres, la nature dynamique et distribuée de ces systèmes, la diversité des opérations et le manque des informations nécessaires au contrôle de flux. La finalité de cette thèse est de développer des approches capables de répondre aux besoins des opérateurs portuaires dans un terminal multimodal, avec prise en compte des différentes sources d’incertitudes. Deux problèmes d'optimisation sont principalement considérés dans cette thèse, à savoir : l'optimisation de tournées de navettes ferroviaires (The Rail Shuttle Routing Problem) et l'ordonnancement de grues de quai (The Quay Crane Scheduling Problem). En vue d'aborder la complexité et l’aspect incertain de ces problèmes, nous proposerons des modélisations mathématiques, ainsi que des approches de résolution basées sur l’optimisation par colonies de fourmis, l’optimisation robuste et le couplage Simulation-Optimisation. Les différents tests numériques effectués ont prouvé l’efficacité des algorithmes proposés et leur robustesse. / Today, seaports face increasingly stringent requirements imposed by the considerable growth of goods transited by sea. Indeed, the organization of the port sector has evolved rapidly and has caused several negative impacts, including pollution and congestion of terminals, which constitute today the major concerns of port operators. To address those challenges, several ports have decided to build multimodal terminals that act as mega-hubs for maritime terminals, in order to free the storage areas on the maritime terminals, to promote the use of consolidated container modes of transfer and to reduce greenhouse gas emissions by using alternative modes to the road. Nevertheless, the management of these new logistic systems is laborious. This is due to several factors, including the dynamic and distributed nature of these systems, the variety of operations, and the lack of information needed to control flow. The aim of this thesis is to develop approaches capable of meeting the needs of port operators in a multimodal terminal, taking into account the different sources of uncertainty. Two optimization problems are mainly considered in this thesis, namely : the Rail Shuttle Routing Problem(RSRP) and the Quay Crane Scheduling Problem(QCSP). To address the complexity and uncertainties of these problems, we propose new mathematical models, as well as some heuristics approaches based on ant colony optimization, robust optimization and Simulation-Optimization. The various numerical tests carried out proved the effectiveness and the robustness of the proposed algorithms.

La politique actuelle des transports répond à la nécessité de trouver une solution logistique, compétitive et durable à l’augmentation des échanges internationaux à travers l’élaboration du concept d’autoroutes de la mer. L’objectif de report modal associé aux autoroutes de la mer ne se retrouve pas au sein des Etats tiers méditerranéens. Dans cette région, les autoroutes de la mer se caractérisent par le développement d’infrastructures portuaires qui permettront d’aspirer les flux de marchandises de certains ports du Nord de l’Europe largement saturés. L’innovation réside dans l’approche systémique adoptée. La chaîne de transport est envisagée dans sa globalité pour un transport porte à porte. Compte tenu du contexte concurrentiel des transports qui a eu pour effet d’entraîner l’arrêt d’un certain nombre de lignes maritimes régulières, on peut être conduit à s’interroger sur les conditions de viabilité de ce concept. Face à cette situation, a priori, quelque peu défavorable, nous avons recherché, au cours de cette étude, quels sont les leviers juridiques qui pérennisent le concept. D’une part, nous avons insisté sur l’élaboration d’un régime juridique des entreprises de transport multimodal. D’autre part, l’étude montre que la viabilité économique du concept est subordonnée à l’existence d’instruments financiers incitatifs. Enfin, la promotion de transports durables tels que les services des autoroutes de la mer, sous la forme juridique d’une allégation environnementale, permettrait utilement d’informer les chargeurs et les professionnels sur les avantages énergétiques propres à ce concept, ce qui ne pourrait que lui être particulièrement favorable. / The current transport policy fulfills the need for a logistical, competitive and sustainable solution to the growth of international trade through the implementation of the Motorways of the sea concept. The Motorways of the sea aim to shift road freight to maritime traffic, and are characterized by their regularity, their frequency and integration into logistics chain. However, the modal shift goal linked to the Motorways of the sea is not the same within the third-Mediterranean States. In this region, the Motorways of the sea are determined by the development of port infrastructures which will allow to draw in the flow of freight from certain saturated northern european ports.The innovation rests in the adoption of a systemic approach. The economical reason driving the euro-mediterranean transport policies as well as the diagnosis of the mediterranean transport system, demonstrate the challenge faced by the mediterranean Motorways of the sea is considerable. Considering the competitive context surrounding the transport sector together with the difficulty to integrate the motorways of the sea within the transports chain, we intend to question the viability of this concept. In view of the situation slightly unfavorable, we have researched, in this study, what are the legal means perpetuating this concept in order to allow its integration to the competitive network of transports. On one hand, we have focused on the implementation of a legal system for a binding to international treaties.On the other hand, the study evidence that the economical viability of this concept is related to the existence of financial incentives which application, sometimes, requires financial engineering to obtain the funds potentially available. Finally, the motorways of the sea could benefit from a legal environmental information, like goods and services, informing loaders, and other professional on the advantages of this concept.