Ce mémoire introduit une nouvelle variante aux problèmes de tournée de véhicules visant à prendre en considération la connaissance et l'expérience des livreurs dans le processus d'affectation aux clients. Ce nouveau type de tournée de véhicules basés sur l'expérience (EB-VRP) est motivé par le gain potentiel que pourrait apporter la familiarité des livreurs avec leur zone de travail, non seulement en termes de coûts de transports, mais également de satisfaction des livreurs. Cette approche pourrait également avoir pour corollaire une consommation ré- duite de carburant ainsi qu'une affectation non biaisée des livreurs aux clients. Pour traiter ce nouveau problème, une méthode de représentation de la connaissance construite à partir d'un historique de livraison est proposée. La résolution est ensuite effectuée par une approche bi-objectif combinée à une heuristique à grand voisinage. Des résultats numériques issus de données réelles viennent corroborer la pertinence de cette méthodologie. / This thesis introduces a new type of vehicle routing problem aiming to take into account the knowledge and experience for the driver-customer affectation process. This new experiencebased problem (EB-VRP) is motivated by the potential gain that could result from the ftting between drivers and their working areas in, in terms of global transportation costs and driver's satisfaction. This approach could also lead to a lower fuel consumption and an unbiased driver-customer affectation. A new methodology had been introduced to address this new problem, featuring a way to model the driver's knowledge based on a delivery's history. A bi-objective approach combines with a large-scale neighborhood heuristic had been used as a solving method. Numerical results from real data support the relevance of our methodology

Ces dernières années, le transport de marchandises est devenu un défi logistique à multiples facettes. L’immense volume de fret a considérablement augmenté le flux de marchandises dans tous les modes de transport. Malgré le rôle vital du transport de marchandises dans le développement économique, il a également des répercussions négatives sur l’environnement et la santé humaine. Dans les zones locales et régionales, une partie importante des livraisons de marchandises est transportée par camions, qui émettent une grande quantité de polluants. Le Transport routier de marchandises est un contributeur majeur aux émissions de gaz à effet de serre (GES) et à la consommation de carburant. Au Canada, les principaux réseaux routiers continuent de faire face à des problèmes de congestion. Pour réduire significativement l’impact des émissions de GES reliées au transport de marchandises sur l’environnement, de nouvelles stratégies de planification directement liées aux opérations de routage sont nécessaires aux niveaux opérationnel, environnemental et temporel. Dans les grandes zones urbaines, les camions doivent voyager à la vitesse imposée par la circulation. Les embouteillages ont des conséquences défavorables sur la vitesse, le temps de déplacement et les émissions de GES, notamment à certaines périodes de la journée. Cette variabilité de la vitesse dans le temps a un impact significatif sur le routage et la planification du transport. Dans une perspective plus large, notre recherche aborde les Problèmes de distribution temporels (Time-Dependent Distribution Problems – TDDP) en considérant des chemins dynamiques dans le temps et les émissions de GES. Considérant que la vitesse d’un véhicule varie en fonction de la congestion dans le temps, l’objectif est de minimiser la fonction de coût de transport total intégrant les coûts des conducteurs et des émissions de GES tout en respectant les contraintes de capacité et les restrictions de temps de service. En outre, les informations géographiques et de trafic peuvent être utilisées pour construire des multigraphes modélisant la flexibilité des chemins sur les grands réseaux routiers, en tant qu’extension du réseau classique des clients. Le réseau physique sous-jacent entre chaque paire de clients pour chaque expédition est explicitement considéré pour trouver des chemins de connexion. Les décisions de sélection de chemins complètent celles de routage, affectant le coût global, les émissions de GES, et le temps de parcours entre les nœuds. Alors que l’espace de recherche augmente, la résolution des Problèmes de distribution temporels prenant en compte les chemins dynamiques et les vitesses variables dans le temps offre une nouvelle possibilité d’améliorer l’efficacité des plans de transport... Mots clés : Routage dépendant du temps; chemins les plus rapides dépendant du temps; congestion; réseau routier; heuristique; émissions de gaz à effet de serre; modèles d’émission; apprentissage supervisé / In recent years, freight transportation has evolved into a multi-faceted logistics challenge. The immense volume of freight has considerably increased the flow of commodities in all transport modes. Despite the vital role of freight transportation in the economic development, it also negatively impacts both the environment and human health. At the local and regional areas, a significant portion of goods delivery is transported by trucks, which emit a large amount of pollutants. Road freight transportation is a major contributor to greenhouse gas (GHG) emissions and to fuel consumption. To reduce the significant impact of freight transportation emissions on environment, new alternative planning and coordination strategies directly related to routing and scheduling operations are required at the operational, environmental and temporal dimensions. In large urban areas, trucks must travel at the speed imposed by traffic, and congestion events have major adverse consequences on speed level, travel time and GHG emissions particularly at certain periods of day. This variability in speed over time has a significant impact on routing and scheduling. From a broader perspective, our research addresses Time-Dependent Distribution Problems (TDDPs) considering dynamic paths and GHG emissions. Considering that vehicle speeds vary according to time-dependent congestion, the goal is to minimize the total travel cost function incorporating driver and GHG emissions costs while respecting capacity constraints and service time restrictions. Further, geographical and traffic information can be used to construct a multigraph modeling path flexibility on large road networks, as an extension to the classical customers network. The underlying physical sub-network between each pair of customers for each shipment is explicitly considered to find connecting road paths. Path selection decisions complement routing ones, impacting the overall cost, GHG emissions, the travel time between nodes, and thus the set of a feasible time-dependent least cost paths. While the search space increases, solving TDDPs considering dynamic paths and time-varying speeds may provide a new scope for enhancing the effectiveness of route plans. One way to reduce emissions is to consider congestion and being able to route traffic around it. Accounting for and avoiding congested paths is possible as the required traffic data is available and, at the same time, has a great potential for both energy and cost savings. Hence, we perform a large empirical analysis of historical traffic and shipping data. Therefore, we introduce the Time-dependent Quickest Path Problem with Emission Minimization, in which the objective function comprises GHG emissions, driver and congestion costs. Travel costs are impacted by traffic due to changing congestion levels depending on the time of the day, vehicle types and carried load. We also develop time-dependent lower and upper bounds, which are both accurate and fast to compute. Computational experiments are performed on real-life instances that incorporate the variation of traffic throughout the day. We then study the quality of obtained paths considering time-varying speeds over the one based only on fixed speeds... Keywords : Time-dependent routing; time-dependent quickest paths; traffic congestion; road network; heuristic; greenhouse gas emissions; emission models; supervised learning.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'objectif de ce mémoire est d'appliquer la méthodologie du modèle logit mixte dans le cadre de l'estimation de la demande de transport. L'idée de base est de remplacer le modèle logit emboîté, construit par l'équipe de chercheurs de University of Toronto, par un modèle beaucoup plus flexible qui est le logit mixte à erreurs composées. Avant de procéder à l'estimation, un exercice d'identification plutôt complexe doit être effectué étant donnée la structure riche de la matrice des covariances. Le modèle est calibré avec les données provenant du sondage sur les habitudes de déplacements de la grande région de Toronto : Transportation Tomorow Survey (TTS). Les résultats affichent un bon comportement et le modèle est capable de capter une partie de la corrélation recherchée par la structure des facteurs. Le modèle logit mixte emboîté performe mieux que le modèle logit standard au niveau de la vraisemblance maximisée et de la prévision des probabilités de choix.

Cette thèse étudie l’évolution des disparités de mobilité et de la localisation résidentielle de deux groupes potentiellement vulnérables : les familles monoparentales et les aînés. D’une part, les familles monoparentales sont généralement considérées comme l’un des groupes les plus défavorisés de la société. D’autre part, les aînés font face aux défis de mobilité dans des circonstances qui leur sont spécifiques, comme la perte du permis de conduire aggravée parce qu’ils ne considèrent pas ou ne connaissent pas d’autres modes de transport que l’automobile. L’objectif général est d’identifier les facteurs susceptibles de créer des disparités de mobilité pour les membres des groupes ciblés. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous mesurons les disparités entre les groupes analysés et des segments de population comparables (groupes de contrôle) sur la base des différences dans plusieurs facteurs socio-spatiaux, tels que la motorisation du ménage et la centralité résidentielle. La vitesse des déplacements est utilisée pour évaluer les disparités de mobilité parce qu'elle détermine l’espace d’action des individus et conditionne leur accès potentiel aux lieux d'activité à l’extérieur du foyer. Parallèlement, la dispersion résidentielle constitue un facteur qui accroit les problèmes de mobilité des groupes vulnérables. En raison de l’étalement urbain, les personnes des groupes étudiés doivent composer avec des difficultés d’accès aux opportunités et aux activités urbaines. Cette recherche vise à outiller les décideurs pour détecter les risques d’exclusion socio-spatiale liés à l’inefficacité de la mobilité en milieu urbain. Les analyses développées dans cette thèse utilisent les enquêtes origine-destination de la région métropolitaine de Québec (RMQ) pour 1996, 2001 et 2006, ainsi que les recensements de la population pour les mêmes années. La méthodologie repose sur des tests statistiques des différences de moyennes et de proportions ; des régressions par quantiles ; des analyses centrographiques de la distribution spatiale des lieux de résidence, et des tests de randomisation pour mesurer la signification statistique des résultats de l’analyse centrographique. En ce qui concerne les conditions de mobilité et les contraintes rencontrées par les familles monoparentales, les résultats indiquent que les ménages dirigés par les mères sont moins motorisés et que leurs membres présentent des disparités de mobilité par rapport à ceux qui sont dirigés par les pères. Cette situation se traduit par des vitesses de déplacement inférieures parmi les membres des ménages matricentriques. Ces disparités sont particulièrement accentuées pour les déplacements associés à des vitesses élevées. De plus, les résultats des analyses centrographiques validés par des tests de randomisation révèlent une augmentation significative de la dispersion résidentielle des familles monoparentales et des couples retraités de 65 ans et plus (sans enfants à la maison) entre 1996 et 2006 dans la RMQ. Enfin, l’analyse de l’évolution des conditions de mobilité chez les aînés indique une détérioration de la vitesse moyenne de déplacement avec le vieillissement entre 1996 et 2006. De plus, une comparaison entre 2006 et 1996, basée sur des groupes d'âge et des cohortes d'âge, indique une amélioration modeste au fil du temps des vitesses associées aux trajets à vitesse basse et modérée et une diminution notable des vitesses liées aux déplacements plus susceptibles d'impliquer la conduite d’une voiture sur un réseau autoroutier. On note également que la part modale des trajets à pied s’accroit avec le vieillissement et que le transport en commun figure rarement parmi les options de transport privilégiées par les aînés. Par ailleurs, le niveau d’accès à la voiture est l’un des principaux déterminants de la mobilité des aînés dans la RMQ. Les résultats obtenus montrent la nécessité d’une approche holistique pour aider les familles monoparentales et les aînés à surmonter leurs défis de mobilité. Ces initiatives devraient inclure (mais ne devraient pas être limitées à) : le développement de quartiers « amicaux » où les membres de ces groupes trouvent les services dont ils ont besoin ; l’amélioration de l’accès au transport privé en encourageant le covoiturage et l’autopartage ; et des solutions flexibles de transport collectif. Les études futures qui aspirent à poursuivre les pistes de recherches de cette thèse pourraient utiliser les estimations de vitesse pour générer des indices d’accessibilité cumulatifs et pourraient également identifier les ménages avec un accès très restreint à la voiture afin de détecter les groupes à risque de subir une dynamique d’exclusion socio-spatiale. Mots clés : Mobilité, accessibilité, dispersion résidentielle, monoparentalité, genre, couples retraités, aînés, tests des différences de moyennes et de proportions, régression par quantile, analyse centrographique, tests de randomisation, exclusion socio-spatiale, dépendance à l'automobile. / This doctoral thesis studies the changes in mobility conditions and in residential location of two potentially vulnerable groups: lone-parent families and elderly people. On the one hand, lone-parent families are generally considered one of the most disadvantaged groups in society. On the other hand, seniors face mobility challenges when they eventually lose their driving rights and because they do not consider or are unfamiliar with alternative transport options. The main objective is to identify factors that may create mobility disparities among members of the groups under study. Thus, in this thesis, the mobility disparities between the groups analyzed and comparable population segments (control groups) are measured based on differences in several socio-spatial factors, such as household motorization and residential centrality. The travel speed is used to evaluate mobility disparities because it determines people's activity space and conditions their potential access to opportunities, services and urban amenities outside home. Meanwhile, residential dispersion likely compounds the mobility challenges of vulnerable groups by increasing urban sprawl, which adds to the effort required to reach urban opportunities and activities. This research aims at providing decision makers with tools to assess risks of socio-spatial exclusion in urban areas and to promote policies capable of counteracting the reproduction of spatial injustice dynamics. The analyses developed in this thesis use information from origin-destination surveys of the Quebec City Metropolitan Area (QCMA) for 1996, 2001 and 2006 together with data from population censuses for the same years. The methodology is based on statistical tests of differences in means and proportions; quantile regressions; centrographic analyses of the spatial distribution of places of residence, and randomization tests to assess the significance of findings from the centrographic analysis. Regarding the mobility conditions and constraints faced by lone-parent families, the results indicate that households headed by mothers are less motorized and their members have a mobility gap compared to those led by fathers, which is reflected in lower travel speeds among the members of the former. The observed mobility disparities are particularly strong within trips performed at high travel speeds. Moreover, the centrographic analyses complemented by randomization tests reveal a significant increase in the residential dispersion of lone-parent families and retired couples aged 65 and over (without children at home) in the QCMA between 1996 and 2006. Lastly, the analysis of changes in mobility among elderly people indicates a deterioration in the average travel speed with aging in 1996 and 2006. Additionally, a comparison between 2006 and 1996, based on age cohorts and age groups, indicates a moderate improvement over time in travel speeds of trips associated with low and intermediate speeds, and a clear decline in travel speeds of trips more likely to involve driving a car on a motorway network. The analysis also reveals that the modal share of travel by foot increases with aging and that public transit is seldom used as a transport alternative by the elderly in the QCMA. Furthermore, the level of car access is one of the main determinants of older people’s mobility. The results obtained show the need for a holistic approach to help lone-parents and seniors to overcome their mobility challenges. These initiatives should include (but should not be limited to): developing “friendly” neighborhoods with ready access to urban services and amenities; increasing access to private transport by promoting car-sharing and ride-sharing; and tailoring flexible public transit solutions. Future research looking to expand the findings of this thesis could use the average travel speed estimations to generate cumulative accessibility measures and could also identify households with very restricted car access to detect groups potentially at risk to suffer a socio-spatial exclusion dynamic. Key words: mobility, accessibility, residential dispersion, lone parents, gender, retired couples, seniors, tests of differences of means and proportions, quantile regression, centrographic analysis, randomization tests, socio-spatial exclusion, car dependency.