Le but de ce travail de thèse réside dans la planification de la distribution urbaine des marchandises dans un système de transport collaboratif. Cette collaboration consiste à échanger les demandes de transport entre transporteurs afin d'améliorer l'efficacité de leurs opérations. Cela revient à minimiser la distance parcourue par les camions et à maximiser le profit collecté des clients, notamment en recourant à des variantes du problème de tournées de véhicules plus adaptées au contexte collaboratif. Le problème opérationnel sous-jacent est donc le problème de tournées de véhicules sélectives dans lequel le service de tous les clients n'est pas obligatoire par contre un "profit" est collecté lors du service d'un client. Dans cette thèse, nous traitons le problème de tournées de véhicules sélectives avec contraintes de temps et de capacité (Capacitated Team Orienteering Problem - CTOP). Nous proposons une métaheuristique qui alterne entre deux espaces de recherche. Des procédures de découpage optimal et de concaténation permettent de passer d'un espace à un autre. D'autre part, en considérant des demandes de collecte et de livraison, nous traitons deux variantes sélectives du problème de collecte et de livraison (Pickup and Delivery Problem - PDP) : le PDP avec fenêtres de temps et demandes obligatoires (PDPTWPR) et le PDPTWPR avec demandes groupées. La première variante consiste à choisir parmi les demandes de transport optionnelles quelles demandes à servir en plus des demandes obligatoires. Nous développons des métaheuristiques pour traiter les cas mono-objectif et multi-objectif du problème. Le PDPTWPR avec demandes groupées prend en considération les demandes de transport qui doivent être servies par un même transporteur. Finalement, nous considérons la variante sélective dans laquelle les marchandises sont distribuées d'un même dépôt vers les clients (Capacitated Profitable Tour Problem - CPTP). L'objectif est de maximiser la différence entre le coût et le profit. Pour résoudre ce problème, nous proposons un algorithme de résolution exacte basé sur la programmation linéaire en nombres entiers à laquelle nous ajoutons plusieurs inégalités valides spécifiques à ce problème. Des expérimentations ont été conduites sur plusieurs classes d'instances afin de montrer l'efficacité de nos approches. / The goal of this thesis is to plan urban freight distribution in a collaborative logistic system. The collaboration consists in exchanging transportation requests between carriers to increase the efficiency of their operations. More precisely, when solving variants of the wellknown vehicle's routing problems in collaborative context, less kilometers can be driven and higher prices can be collected. The underlying operational problem is therefore the selective vehicle routing problem in which not all customers can be served, but a "profit" is gained for each served one. In this thesis, we firstly address the Capacitated Team Orienteering Problem (CTOP), a selective variant of the VRP in which capacity and travel time limitations are imposed to vehicles. We propose a variable space search metaheuristic that alternates between two different search spaces to solve CTOP. Then, we consider pickup and delivery requests to study two variants of the selective pickup and delivery problem: the PDP with Time Windows and Reserved requests (PDPTWPR) and the Clustered PDPTWPR. The first aims to choose suitable selective requests to be transported in addition to reserved ones. Metaheuristics are proposed to deal with the single-objective and the multi-objective sides of the problem. The second takes into consideration groups of requests that must be served by only one carrier. Finally, we consider the Capacitated Profitable Tour Problem (CPTP) in which goods need to be distributed from the depot to customers. We propose an exact method based on Integer Linear Programming to solve this problem. A set of cuts specific to CPTP is proposed in order to speed up the solution process. Experiments were conducted on a variety of instances of different sizes to demonstrate the effectiveness of our solution methods.

La logistique collaborative est récemment devenue un élément important pour beaucoup d'entreprises afin d'améliorer l'efficacité de leur chaîne logistique. Dans cette thèse, nous étudions les possibilités offertes par les problèmes de collectes et livraisons pour améliorer les performances des chaînes logistiques grâce au transport collaboratif. La thèse est inscrite dans un projet européen nommé SCALE (Step Change in Agri-food Logistics Ecosystem). Dans un premier temps, deux métaheuristiques sont proposées et étudiées pour résoudre le problème de collectes et livraisons avec transbordements. Celles-ci sont comparées aux travaux de la littérature et permettent d’améliorer les résultats sur certaines instances. Dans un deuxième temps, un modèle pour un problème de collectes et livraisons (PDVRP) est proposé. Celui-ci est utilisé pour étudier les bénéfices de la collaboration sur le transport. Il est appliqué sur des données générées aléatoirement et sur des données réelles issues du projet SCALE. Enfin troisièmement, un modèle pour un PDVRP particulier est présenté. Dans ce modèle, les marchandises doivent passer par exactement deux points de transbordement entre les points de collecte et les points de livraison. Ce problème est inspiré d'une seconde étude de cas réalisée dans le cadre du projet SCALE. Ceci permet de mettre en évidence l’intérêt de la collaboration et du transbordement dans le domaine du transport de marchandises. / Collaborative logistics have become recently an important element for many companies to improve their supply chains efficiency. In this thesis, we study pickup and delivery problems to improve supply chains efficiency thanks to collaborative transportation. The thesis was part of the European project SCALE (Step Change in Agri-food Logistics Ecosystem). Firstly, two metaheuristics are proposed and studied to solve the Pickup and Delivery Problem with Transshipments. These metaheuristics are compared with literature works and the results of several instances are improved. Secondly, a mathematical model for a pickup and delivery problem (PDVRP) is proposed. This model is used to study the benefits of collaboration on transportation. It is applied on random data and on a case study from SCALE with real data. Finally, a model for a particular PDVRP is presented. In this model, the shipments have to cross exactly two transshipments nodes between their pickup and delivery points. This problem is inspired by a second case study made during the project SCALE. This allows to highlight the importance of collaboration and transshipment in the field of goods transportations.