Cette thèse est consacrée à l'étude de deux phases du processus de la livraison e-commerce. La première partie est consacrée aux opérations de préparation des commandes et de leur expédition. Nous proposons un modèle global basé sur la coordination de la préparation et de l'expédition et l'intégration tactique-opérationnelle. La méthode de la résolution proposée repose sur la décomposition du problème en trois phases et il a été démontré qu'elle surpasse significativement le solveur commercial. Ensuite, nous proposons un second modèle basé sur une procédure dynamique à horizon glissant qui prend en compte l'incertitude du nombre des commandes futures. La deuxième partie de la thèse est consacrée à un système de livraison du dernier kilomètre offrant deux familles de services. Nous abordons un problème de tarification des services qui prend en compte le comportement des clients. Les clients sont sensibles au tarif d'un service de livraison, mais aussi à sa qualité. Nous proposons un modèle à deux niveaux où au niveau supérieur, le fournisseur de services contrôle des tarifs. Au niveau inférieur, les clients réagissent en choisissant leur service de livraison selon une fonction d'utilité qui incorpore le tarif du fournisseur et la congestion perçue. Nous modélisons la réaction des clients à l'aide d'un modèle logit imbriqué et calculons l'état de l'équilibre des utilisateurs. Basé sur une recherche locale qui exploite une analyse de sensibilité pour le SUE, un nouvel algorithme heuristique pour le problème de tarification des services à deux niveaux est proposé et comparé à d'autres approches existantes. / All over the world, the growth of e-commerce has led to an increasing importance of the inherent supply chain. This thesis is dedicated to the study of two phases of the e-fulillment process. The first part is dedicated to to the warehouse where picking and shipping operations are conducted at the e-fulfilment process uphill. We propose a global model based on picking and shipping coordination, and tactical-operational integration. The solution method proposed is based on decomposition of the problem in three phases and it was shown to outperform significantly commercial solver. Then we propose, a second model that is based on a dynamic procedure with rolling horizon that takes into account the uncertainty of the future demand. The second part of the thesis is dedicated to last mile delivery system offering two families of services. We address a services pricing problem that takes into account the customers behaviour. Customers are sensitive to the tariff of a delivery service, but also to its quality. We propose a bilevel model where at the upper level, the provider control services tariffs. At the lower level, users react by choosing their delivery service according to a utility function which incorporates the provider tariff and the perceived congestion. We model the customers reaction using a nested logit model and compute the resulting stochastic user equilibrium (SUE). Based on a local search that exploits a sensitivity analysis for the SUE, a new heuristic algorithm for the bilevel services pricing problem is proposed and compared to others existing approaches.

Dans cette thèse nous étudions la problématique d’un fournisseur d’électricité qui souhaite à la fois réguler la demande et créer du revenu dans un environnement potentiellement compétitif (PRMDS). Nous proposons des modèles bi-niveaux pour représenter l’interaction hiérarchique entre le fournisseur d’électricité (le meneur) et ses clients (le suiveur). L’objectif du meneur est de maximiser son revenu en décroissant la valeur de pointe de la demande alors que l’objectif du suiveur est de minimiser la somme des coûts des clients. Nous supposons que les clients résidentiels sont inter-connectés entre eux via un réseau de communication bi-directionnel ce qui permet un pilotage de la demande par rapport aux prix par un agrégateur de réseau intelligent. Dans cette thèse nous avons proposé plusieurs modèles de programmation mathématique à deux niveaux bilinéaire bilinéaire pour le PRMDS. Ces modèles peuvent être reformulés sous forme de problèmes linéaire avec variables mixte (MIP) en utilisant les conditions de KKT. Ces modèles sont résolus de façon exacte sur des instances de taille moyenne via un logiciel commercial. Afin de résoudre des instances de plus grande taille, des heuristiques ont été proposées. Deux d’entre elles ont prouvé leur efficacité en terme de qualité de solution obtenue et de temps de calcul. Finalement nous avons considéré une version robuste du problème de programmation mathématique à deux niveaux. Des propriétés préliminaires ont été prouvées. / This thesis is concerned with revenue optimization of an energy provider. A bilevel programming approach is proposed to model the relationship between the energy provider (leader) and power users (follower). The leader intends to achieve an optimal trade-off between revenue and peak load whereas the follower minimizes total cost of users to achieve system optimality. A smart grid structure that allows two-way communication is assumed to interconnect users and to schedule their demand regarding the prices. Day-ahead real-time prices are read by each customer's smart meter and the response is coordinated. In this thesis, we propose several bilinear bilevel programs that are presented and reformulated as single-level mixed integer problems using the KKT conditions of the follower's problem. These MIPs are solved to optimality for randomly generated instances using a commercial software. Different versions of the models are tested and compared. In order to solve large instances, several heuristics are developed. Two of these methods are shown to be efficient and solve large instances that cannot be solved within a reasonable time interval using exact method. Their outputs are compared to the exact solutions for small instances and their performances are evaluated. Finally, we address the robust bilevel optimization problem, discuss existing approaches, give illustrative examples, and propose avenues for future research.

Nous abordons dans cette thèse une approche à deux niveaux pour un problème de transport longue distance à charge pleine. Dans cette approche, la problématique étant que le produit chargé dans un entrepôt est immédiatement et intégralement livré au client, laissant le véhicule vide pour passage à l’entrepôt du client suivant. Dans cet environnement, nous étudions la situation de deux transporteurs. Le premier, le transporteur B, possède une clientèle qu’il ne peut satisfaire en totalité, et devra se résoudre à sous-traiter une partie à la concurrence. Le deuxième transporteur, le transporteur A, concurrent mais partenaire privilégié du premier, propose des tarifs pour combler les demandes insatisfaites du transporteur B. Nous sommes donc en présence d’un problème séquentiel non coopératif que nous modélisons par une approche de programmation bi-niveau : au premier niveau le transport A représente le meneur, qui a pour objectif de maximiser son revenu en fixant des tarifs attractifs à B. Au second niveau, le transporteur B représente le suiveur qui a pour objectif de satisfaire toutes ses demandes à coût minimal. Le modèle proposé formulé en programme mathématique à deux niveaux en variables mixtes est NP difficile à résoudre en raison de sa complexité intrinsèque. Deux versions du problème sont étudiées : le modèle simplifié mono-objectif et le modèle complet bi- objectif. Nous développons des méthodes exactes pour résoudre les instances de petites tailles et des heuristiques afin d’obtenir de bonnes solutions en des temps raisonnables pour les instances de plus grande taille. / In this thesis, we discuss a bilevel approach for a full-load long-haul problem. In this type of issue, the product, loaded from a warehouse, is immediately and fully delivered to client, leaving the vehicle empty to visit the warehouse of the next customer. In this environnement, we consider the situation for two carriers. The first one, called carrier B, has a customer base that they cannot totally satisfy and they will be compelled to partial outsourcing to competitors. The second one, called carrier A, competitor but also key partner of the first carrier, offers rates to respond to requests unsatisfied by carrier B. We are dealing here with a non-cooperative sequential problem that we model with a bilevel programming approach : at the first level, carrier A is the leader, whose aim is to maximize their incomes by setting attractive prices to B. In the second level, carrier B is the follower whose aim is to respond to all demands at minimal cost. The proposed model is formulated as mathematical program with two levels and mixed variables. It is NP-hard to solve due to inherent complexity. Two versions of the problem are considered : the mono-objective simplified model and the multi-objective complete model. We develop exact method to solve small-scale instances and heuristics to obtain goog solutions within a reasonable amount of time for larger-scale instances.