Les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer des méthodes de calcul d’itinéraires adaptés aux cyclistes à l’échelle d’une agglomération. Plusieurs critères sont considérés, comme la distance, la sécurité et l’effort. La difficulté est de calculer des chemins de compromis sous une contrainte de temps de quelques secondes pour pouvoir intégrer ce calculateur à un site web. Deux approches ont été abordées pour résoudre ce problème. L’approche a posteriori dans laquelle l’ensemble des solutions de compromis est calculé et l’approche a priori dans laquelle les préférences de l’utilisateur sont prises en compte et permettent d’orienter la recherche pour privilégier les chemins les plus prometteurs. Enfin, nous proposons de modéliser le réseau routier sous la forme d’un graphe adjoint pour pouvoir prendre en compte de nouveaux critères nécessitant, par exemple, des coûts sur les enchaînements d’arcs. L’ensemble de ce travail a permis de développer le service Géovélo qui est un calculateur d’itinéraires multiobjectif adaptés au vélo. Le service est disponible sous la forme d’un site web et d’applications mobiles. / The work presented in this thesis aims at proposing methods for computing bicycle paths across a metropolitan. Several criteria such as distance, safety and effort must be considered in the path computation. The difficulty is to compute paths under a time constraint of a few seconds, in order to integrate the computation in the respond-time of a web page.Two approaches were discussed to solve this problem. The first one is an a posteriori approach where all compromise solutions are computed and the second approach is an a priori method that takes user preferences into account to guide the search by the selection of the most promising sub-paths first. Finally, we propose to model the road network as a line graph to take into account new criteria,requiring costs on arc sequences for example. All this work was necessary to develop the service Géovélo, which is a multiobjective route planner adapted to bicycle. The service is available on a website and as mobile applications.

La multimodalité désigne un usage différencié dans l'espace et dans le temps des différents modes de transport (en particulier transports en commun et véhicules individuels). Elle apparaît aujourd'hui comme une des solutions aux problèmes de congestion et aux difficultés de déplacement dans les grandes agglomérations. Elle ne peut toutefois se développer que si : (1) il existe une offre de transport attractive en alternative à la voiture individuelle, (2) les opérations de transfert d'un mode vers l'autre sont facilitées, notamment grâce à un jalonnement et une tarification intégrée, (3) les usagers sont informés sur l'offre de transport multimodale. Ce travail s'intéresse au troisième point puisqu'il vise à définir des méthodes d'optimisation d'itinéraires multimodaux afin d'alimenter un service d'information des usagers. L'indicateur retenu pour évaluer la qualité d'un itinéraire multimodal est le temps de parcours car sa connaissance permet à l'usager une comparaison objective des itinéraires et des modes et donc une rationalisation de ses choix. Dans la mesure où les données nécessaires sont disponibles, le temps de parcours est estimé de manière dynamique, afin de tenir compte des variations du niveau de service au cours du temps sur les différents réseaux. Nous nous intéressons dans un premier temps à l'optimisation d'un itinéraire routier monomodal, avec prise en compte des délais et interdictions portant sur les mouvements directionnels. Nous proposons une formulation originale pour ce problème, que nous comparons à une formulation de la littérature. Les méthodes d'étiquetage sont étendues pour traiter les problèmes de chemin de temps de parcours minimum qui en résultent. Nous étudions ensuite une généralisation de ce problème : l'optimisation d'un itinéraire multimodal. Les déplacements étant structurés en fonction de chaînes d'activités réalisées par les usagers sur l'ensemble de la journée, nous considérons par la suite le problème d'optimisation d'une chaîne multimodale de déplacements. La résolution de ce problème apporte une aide à la décision à l'usager dont l'objectif est de minimiser le temps total passé dans les transports sur une série de déplacements successifs. Un schéma d'optimisation global de la chaîne de déplacements est proposé. La dernière partie de la thèse traite de la mise en oeuvre opérationnelle des algorithmes de calcul d'itinéraire proposés. Ces algorithmes sont intégrés au sein d'un démonstrateur alimenté par des estimations dynamiques de temps de parcours. Leur utilisation opérationnelle est envisagée dans le cadre de deux applications complémentaires : l'information des usagers avant le déplacement et une seconde au cours du déplacement.

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Les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer des méthodes de calcul d'itinéraires adaptés aux cyclistes à l'échelle d'une agglomération. Plusieurs critères sont considérés, comme la distance, la sécurité et l'effort. La difficulté est de calculer des chemins de compromis sous une contrainte de temps de quelques secondes pour pouvoir intégrer ce calculateur à un site web. Deux approches ont été abordées pour résoudre ce problème. L'approche a posteriori dans laquelle l'ensemble des solutions de compromis est calculé et l'approche a priori dans laquelle les préférences de l'utilisateur sont prises en compte et permettent d'orienter la recherche pour privilégier les chemins les plus prometteurs. Enfin, nous proposons de modéliser le réseau routier sous la forme d'un graphe adjoint pour pouvoir prendre en compte de nouveaux critères nécessitant, par exemple, des coûts sur les enchaînements d'arcs. L'ensemble de ce travail a permis de développer le service Géovélo qui est un calculateur d'itinéraires multiobjectif adaptés au vélo. Le service est disponible sous la forme d'un site web et d'applications mobiles.

Les travaux effectués dans cette thèse industrielle concernent l'amélioration du calculateur d'itinéraire de Cityway, société spécialisée dans les technologies de l’information appliquées à la mobilité.Nous avons d'abord établi un état de l'art exhaustif, accompagné d'une mise en perspective de l'existant Cityway avec celui-ci. Cela nous a permis d'aider l'entreprise à prendre du recul sur son produit et de justifier les axes de recherche choisis pour nos travaux.Nous nous sommes ensuite intéressés à l'aspect multicritère du problème. En effet, le calculateur, basé sur l'algorithme de Dijkstra, permet de trouver des trajets minimisant une somme pondérée de critères. Nous avons développé un algorithme multilabel permettant de conserver et étendre plusieurs labels au même nœud. Malgré une légère augmentation des temps de calculs, des résultats satisfaisants ont été obtenus dans une application bicritère de ce nouvel algorithme.Nous avons également travaillé sur la génération et la sélection de trajets alternatifs. La génération s'appuie sur les algorithmes monolabel ou multilabel. La sélection s'appuie quant à elle sur la définition d'une distance entre les solutions et des méthodes de regroupement.Enfin, nous nous sommes intéressés à l'optimisation du calcul du critère lexicographique de durée minimale dans le cas bicritère. Pour qu'un trajet soit intéressant, il faut qu'il soit optimal sur les critères usuels, mais aussi qu'il dure le moins longtemps possible. L'utilisation de certaines propriétés sur ce critère permet de réduire des temps de calcul initialement trop longs. / The work carried out in this industrial PhD aims at improving the route planner of Cityway, a company specialized in information technologies applied to mobility. We first established an exhaustive state of the art, and compared it to the existing Cityway product. This allowed us to help the company take a step back from its urgent needs, and justify the research guidelines chosen for our work.We then looked at the multi-criteria aspect of the problem. Indeed, the trip planner, based on the Dijkstra algorithm, makes it possible to find paths minimizing a weighted sum of criteria. We have developed a multilabel algorithm to maintain and extend multiple labels at the same node. Despite a slight increase in computation time, satisfactory results were obtained in a bicriteria application of this new algorithm.We also worked on the generation and selection of alternative routes. The generation algorithm relies on the existing monolabel or newly developed multilabel algorithms. The selection algorithm is based on the definition of a distance between trips and adaptations of existing clustering algorithms to this specific case.Finally, we were interested in what we called the lexicographic criterion. For a trip to be interesting, it must be optimal on the usual criterion of earliest arrival, and, for trips arriving at the same time, on the latest departure criterion. The use of certain properties on this criterion makes it possible to reduce computation times on the bicriteria case.

La mobilité est un aspect important des sociétés modernes. Par conséquent, il y a une demande croissante pour des solutions informatiques de calcul d'itinéraire. Dans cette thèse, le routage multimodal et le système Dial-a-Ride sont étudiés. Ils contribuent à une utilisation plus efficace de l'infrastructure de transport disponible, élément déterminant dans la perspective d'un développement durable. La planification d'itinéraires multimodaux est rendus complexe en raison des différents modes de transport qui doivent être combinés. Une généralisation de l'algorithme de Dijkstra peut être utilisée pour trouver les chemins les plus courts sur un réseau multimodal. Cependant, sa performance n'est pas suffisante pour les applications industrielles. De ce fait, cette thèse introduit un nouvel algorithme appelé SDALT. Il s'agit d'une adaptation de la technique d'accélération ALT. Pour évaluer la performance de SDALT, un graphe a été construit à partir d'un réseau multimodal réel basé sur les données de transport de la région française Ile-de-France. Il inclut la marche, les transports en commun, la voiture, la bicyclette ainsi que des informations relative aux horaires les horaires et les conditions de circulation. Les tests de performance montrent que SDALT fonctionne bien, avec un temps de calcul réduit d'un facteur compris entre 1,5 et 60 par rapport à l'algorithme de base. Dans un contexte multimodal autre la question de la détermination du chemin le plus court, se pose celle de trouver un chemin aller-retour multimodal optimal entre un point de départ et un point d'arrivée. Un véhicule privé (voiture ou bicyclette) utilisé pour une première partie du trajet aller doit être récupéré au cours du trajet retour pour être ramené au point de départ. Pour cette raison, le parking doit être choisi de manière à optimiser les temps de déplacement du trajet aller et du trajet retour combinés. L'algorithme qui est proposé ici résout ce problème plus rapidement que les techniques actuelles. Le système Dial-a-Ride offre aux passagers le confort et la flexibilité des voitures privées et des taxis à un moindre coût et avec plus d'éco-efficacité car il regroupe les demandes de transport similaires. Il fonctionne de la manière suivante: les passagers demandent le service en appelant un opérateur. Ils communiquent leur point de départ, leur point de destination, le nombre de passagers, et quelques précisions sur les horaires de service. Un algorithme calcule ensuite les itinéraires et les horaires des véhicules. Cette thèse propose une nouvelle heuristique efficace et rapide de type Granular Tabu Search, capable de produire de bonnes solutions dans des délais courts (jusqu'à 3 minutes). Comparativement aux autres méthodes, et au regard des instances de test de la littérature, cet algorithme donne de bons résultats.

Le besoin de se déplacer est un besoin fondamental dans la vie de tous les jours. Avec l’extension continue des zones urbaines, l’augmentation de la population et l’amélioration du niveau de vie des citoyens, le nombre de voitures ne cesse d’augmenter. Ceci étant, la plupart des transports publics proposés aujourd’hui obéissent à des règles qui manquent de souplesse et qui incluent rarement le caractère dynamique, en temps et en espace, de la demande. Cela réduit ainsi l’attractivité de ces services et les rendant même parfois difficilement supportables. De ce fait, la majorité des usagers utilisent encore leur propre véhicule. Ce grand nombre de véhicules, qui est en augmentation continue sur les réseaux routiers, provoque de nombreux phénomènes de congestion induisant une surconsommation de carburant, des émissions inutiles de gaz à effet de serre et une perte de temps importante. Pour y remédier, nous proposons dans cette thèse de nouveaux systèmes de déplacement des usagers avec différents modèles d’optimisation pour la mobilité partagée (covoiturage et taxis-partagés) ainsi que la combinaison de la mobilité partagée avec les transports publics. Les expérimentations sont réalisées sur de vrais réseaux routiers ainsi que sur des données réelles. Ces nouveaux systèmes améliorent considérablement la qualité de service des systèmes classiques existants en termes de coût et de flexibilité tout en ayant un temps de calcul raisonnable. / The travelling is a fundamental part of everyday life. The continuous expansion of urban areas combined with the population increasing and the improvement of life standards increases the need of mobility and the use of private cars. Furthermore, the majority of public transportations are subject to rules lacking of flexibility and rarely taking into account the dynamic context. The attractiveness of public transportation is therefore reduced and, as a consequence, its financial support, resulting in a further deterioration of the public services quality and flexibility. Therefore, the majority of users still use their own vehicles. The number of vehicles is continuously increasing on road networks causing important phenomena of congestion, high fuel consumption and emissions of greenhouse gases, time loss. This unpleasant situation forces communities to consider alternative solutions for the mobility such as ride-sharing, an interesting alternative to solo car use. The overall objective of this thesis is to propose new travel systems for users through the introduction of optimization models for shared mobility (ride-sharing and taxi-sharing) and the combination of shared mobility and public transportation. The computational experiments are carried out on real road networks and real data. Our numerical results show the effectiveness of our approach, which improves the quality of service compared to the traditional systems in terms of cost and flexibility. The running time remains reasonable to allow using our framework in real-time transportation applications.

L'objectif de cette thèse est le développement d'algorithmes et de modèles permettant l'optimisation d'itinéraires dans les réseaux routiers. Dans un premier temps, ce travail de recherche étudie le problème de l'interception d'un mobile dans un graphe. Dans ce contexte, l'objectif est de calculer un itinéraire optimal permettant de rejoindre une cible mobile dont la trajectoire est connue. Cette problématique est traitée pour plusieurs situations (un poursuivant/un objectif et plusieurs poursuivants/plusieurs objectifs) et pour plusieurs types de graphes (graphes statiques et graphes FIFO). Pour chaque cas, un algorithme de résolution est proposé et l'optimalité du résultat qu'il retourne est démontrée. De plus, un ensemble de simulations est réalisé afin de vérifier l'efficacité des algorithmes en termes de temps de calcul. Dans un deuxième temps, une nouvelle classe de graphes dynamiques est définie : les graphes dynamiques avec intervalles. La particularité de ces graphes est que le poids de chaque arc dépende du temps et qu'il est représenté par un intervalle. Pour ce nouveau type de graphes, le problème du plus court chemin est étudié. Ce problème peut être vu soit en tant que problème d'optimisation monocritère soit en tant que problème d'optimisation multicritère. Pour chaque cas, le problème est formulé et des approches pour la résolution sont proposées.

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Cette thèse développe une méthodologie pour résoudre les problèmes d'ordonnancement de programmes conditionnels où savoir si une tâche doit être exécutée n'est pas connue à l'avance mais dynamiquement. Le modèle utilisé est à base d'automates temporisés représentant l'espace d'états à explorer. Le problème est donc formulé comme le calcul d'une stratégie gagnante (pire cas optimale) dans un jeu contre l'environnement. Dans un premier temps nous étudions le problème d'ordonnancement sur graphes de tâches déterministe puis nous étendons l'étude au problème d'ordonnancement avec incertitude conditionnelle. Pour les deux problèmes nous étudions différentes classes d'ordonnancements et de stratégies pour réduire l'espace d'états, des décompositions en chaînes pour réduire sa taille, puis nous investiguons plusieurs classes d'algorithmes exactes pour en évaluer l'efficacité et à partir desquels nous dérivons de bonnes heuristiques. Des résultats expérimentaux sur plusieurs exemples de benchmarks sont présentés afin de montrer l'efficacité de chaque algorithme et la précision des heuristiques proposées, puis des bornes théoriques sont déduites pour prouver la garantie de performance pire cas de chaque heuristique.