N° d’ordre : 4023 03 Octobre 2007 UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE THESE POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE Discipline : Génie Civil Présentée par NICAISE SIMPLICE BOUSSOUGOU TITRE : EVALUATION DE L’EFFICACITE DES TRANSPORTS EN COMMUN URBAINS EN SITE PROPRE, ELABORATION D’UN MODELE MATHEMATIQUE D’OPTIMISATION DU DEBIT HORAIRE COMPOSITION DU JURY : M. YVES DELMAS : Président, Professeur à l’Université de Reims M. DIAB YOUSSEF : Rapporteur, Professeur à l’Université Marne La Vallée M. TROALEN J.P : Rapporteur, Professeur à l’Université de Reims M. BUYLE-BODIN F : Examinateur et Directeur de thèse, Professeur à l’Université des Sciences et Technologie de Lille Equipe : Sols, Matériaux, Structures et Ouvrages (UMR, CNRS LML 8107) UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE - U.S.T.L - ECOLE POLYTECHNIQUE UNVERSITAIRE DE LILLE - E.P.U.L - Cité Scientifique, Avenue Paul Langevin 59 655 Villeneuve d’Ascq Cedex Tel : + 33 (0) 320 434 610 – Fax : + 33 (0) 320 767 301 Evaluation de l’efficacité des transports en commun urbains en site propre, élaboration d’un modèle mathématique d’optimisation du débit horaire. Evaluation of the efficiency of the urban public transportation in bus lane, elaboration of a mathematical model of optimization of the hourly flow. Le mal endémique « congestion » dont souffrent nos cités depuis plusieurs décennies est le résultat du développement anarchique de la motorisation réduisant la place de la mobilité des usagers des transports en commun dans un espace viaire « figé » en raison du fait que les infrastructures viaires sont aujourd’hui difficilement extensibles alors que les populations à déplacer augmentent. En se fixant pour objectif, de permettre la mobilité souhaitée par le citoyen à un niveau de qualité équivalent à celui des modes individuels quel que soit le mode de transport collectif utilisé, l’originalité de ce travail est d’élaborer un outil mathématique d’analyse permettant de faire une optimisation technique et économique du débit horaire basée sur les différentes performances techniques des véhicules de modes utilisés, capable de s’appliquer à tout type de ville quelque soit son histoire, son époque, sa forme et à tout type de réseau de transport en commun quelque soit le contexte urbain. The endemic evil "congestion" from which our towns (estates) for several decades suffer from is the result of the anarchy development of the motorization reducing the place of the mobility of the public transport users in a "congealed" space because of the fact that infrastructures are with difficulty stretchable today while the populations to be moved increase. By settling for objective, to allow the mobility wished by the citizen a quality level equivalent to that of the individual modes whatever is the used collective way of transporting, the originality of this work is to elaborate a mathematical tool of analysis allowing to make a technical and economic optimization of the hourly flow based on the various technical performances of the vehicles of used modes, of capable of applying to any city type about either its history, its time, its shape and in any type of transport network in common about or the urban context. Mots clefs : Débit horaire, Vitesse inter station, Vitesse commerciale, Temps inter station, Temps d’arrêt en station. Keywords : Hourly flow, Speed inter station, Commercial speed, Time inter station, Pause in station. THESE DE DOCTORAT TITRE : EVALUATION DE L’EFFICACITE DES TRANSPORTS EN COMMUN URBAINS EN SITE PROPRE, ELABORATION D’UN MODELE MATHEMATIQUE D’OPTIMISATION DU DEBIT HORAIRE 1 Remerciements Le présent mémoire reflète quatre années de recherche effectuées au sein de l’équipe « Sols et Ouvrages en Sites Urbains » du LML - Laboratoire de Mécanique de Lille - équipe située dans les murs de l’U.S.T.L – Université des Sciences et Technologies de Lille – , E.PU.L – Ecole Polytechnique Universitaire de Lille. Je désire tout d’abord remercier toutes les personnes que j’ai pu côtoyer durant ces quatre années et qui ont, de près ou de loin, participé à leur bon déroulement, tant au niveau scientifique, qu’amical ou encore personnel. Une certaine émotion accompagnant inévitablement la fin d’une telle aventure, que des éventuels oubliés de ces remerciements me pardonnent. J’adresse donc mes tous premiers et sincères remerciements à mon directeur de thèse monsieur le professeur François BUYLE-BODIN qui a mis à ma disposition son entière disponibilité, son expérience, ses compétences, son apport scientifique et surtout sa patience notamment dans les moments les plus difficiles de ma thèse et que je considère aujourd’hui comme un ami personnel pour la vie. J'adresse également mes remerciements à tout le personnel du Laboratoire de Mécanique de Lille et plus largement de l’Ecole Polytechnique Universitaire de Lille pour sa franche collaboration, puis à monsieur Jean Mesmin IGNOUMBA IGNOUMBA, à monsieur André Sylvain DIKA MABIKA pour leur soutien infaillible. J'exprime ma profonde gratitude à l’équipe de recherche du projet INDUIT (Infrastructure Durable Intégré pour Transport collectif de surface) conduite par monsieur Jean-Pierre CHRISTORY du Ministère de l’Equipement, pour avoir organisé et supervisé plusieurs missions de recherche aussi bien en France comme à l’étranger, à monsieur Philippe EKOUTTE, responsable de l’entretien et de la maintenance des matériels mode lourd à Transpole pour ses visites guidées, à madame Audrey MAIRIE de la Direction de l’Action Commerciale également à Transpole pour son aide documentaire. Mes remerciements vont aussi à l’endroit de mes collègues Thang Anh Long, Fnine Abdelilah, Bal lyes avec qui j’ai partagé le même espace de recherche. 2 Ma reconnaissance s’adresse ensuite aux membres de mon jury : M. Youssef DIAB, professeur à l’Université de Marne la Vallée, rapporteur, M. Jean-Pierre TROALEN, professeur à l’Université de Reims, rapporteur, et M. Yves DELMAS pour avoir accepté de présider mon jury de thèse. 3 Sommaire Glossaire général……………………………………………………………….5 Introduction générale…………………………………..………………………7 Première partie : recherche documentaire……...….……………………..11 • Chapitre 1 : Cadre contextuel de l’étude………...............12 • Chapitre 2 : Les transports en commun urbains………..75 Deuxième partie : étude réalisée……………………...............................161 • Glossaire………………………………………………………162 • Introduction…………………………………………………..164 • Chapitre 3 : Conception d’un modèle d’optimisation du débit horaire d’une ligne de transport en commun en commun en site propre…………………………………….165 • Chapitre 4 : Présentation de quelques réseaux de transports en commun urbains français et calcul du débit horaire………………………………………………….231 • Applications du modèle et résultats……..………………321 Conclusion générale…………………………..……………………….……322 Bibliographie générale…………………..................................................335 4 Glossaire général TERME DEFINITION PMR Personnes à Mobilité Réduite Agenouillement fait de se pencher d'un coté ou d'un autre afin de rabaisser l'accès au véhicule Aire de remisage lieu de parcage des véhicules, en général situé dans un dépôt AOTP Autorité organisatrice des transports publics Arrêt lieu où s'effectue les échanges de voyageurs (montée et/ou descente) Bandeaux plaques métalliques placées de façon amovible sur les flans des voitures sur lesquelles sont indiqués les principaux points desservis par la ligne (RATP) Billettique ensemble des outils permettant la gestion des titres de transport Charge nombre de voyageurs en voiture. Coquille (Uniquement RATP) : matériel roulant ayant un numéro permanent (à vie) de coquille à quatre chiffres. Correspondance fait de faire correspondre les horaires de deux modes de transport pour permettre le transbordement des voyageurs en minimisant les temps d'attente Dépôt point de remisage du matériel et d'attachement du personnel Moteurs Euro 3 moteurs répondant à la Norme 2001 au niveau des émissions de gaz polluant GART Groupement des Autorités Responsables des Transports Girouette dispositif d'affichage d’informations sur le matériel roulant GNV Gaz Naturel pour Véhicule. GPL Gaz de Pétrole liquéfié. Intermodalité connexion de plusieurs modes de transport permettant leur utilisation au cours d’un même déplacement. Multimodal se dit d'un lieu qui accueille plusieurs types de transports : tramways, trains, bus Multimodalité existence de différents modes de transport dans une agglomération, sans qu’ils soient forcément utilisés lors d’un même déplacement. Machiniste nom d'un conducteur de bus Marche lente réduction d'allure du bus. Mise en station fait de positionner une voiture au terminus départ. Palette UFR palette permettant aux poussettes et fauteuils roulants de rentrer ou de sortir du bus sans problème. Parc relais parking de stationnement à proximité des stations de transports publics P+R parkings relais situés à l'entrée des villes PDU Plan de Déplacements Urbains Point d'arrêt point de montée et descente des voyageurs. Point de charge point d'arrêt au départ duquel, pour une direction et une période horaire maximal donnée, la charge à bord des voitures est maximale. Pointe période de la journée où la demande de transport est maximale Relève changement d'un agent sur une voiture. Remisage action de parcage d'un véhicule au dépôt Réseau routier se dit d’un ensemble de routes, autoroutes, réseaux de bus, gares routières, parcs de stationnement. Il peut être en site propre ou partagé 5 Réseau se dit d’un ensemble de lignes de chemins de fer,