• Dates de l’étude : de 2009 à 2012

• Laboratoire : Laboratoire Ville Mobilité Transport – Ecole des Ponts ParisTech

• Responsable : Fabien Leurent

• Chargé de l’étude : Sheng Li

Description du sujet
Contexte : Une agglomération urbaine est une concentration de personnes qui interagissent dans leurs diverses activités, et sont amenées à se déplacer entre les lieux d’activité. Plus l’agglomération est étendue, plus les distances de déplacement sont grandes. Et plus l’agglomération est massive en population et en emplois, plus les flux de déplacements sont forts. C’est pourquoi une agglomération très étendue et très massive donne lieu à des trafics de voyageurs très élevés (en distance parcourue). Pour acheminer de tels trafics de manière performante en termes économiques et aussi environnementaux, les transports collectifs (TC) de voyageurs constituent par essence donc en principe, le mode de transport à privilégier, sous les conditions suivantes :
- de desservir les relations origine-destination pour les usagers-clients considérés individuellement
- de concentrer des flux d’amplitude suffisante pour dégager les économies d’échelle que l’on attend des TC – sans quoi les coûts d’investissement et de fonctionnement risquent d’excéder ceux associés à des modes individuels de déplacement, tels que l’automobile
- d’offrir une qualité de service compétitive, pour un usager-client considéré individuellement. Les divers modes de TC urbain de voyageurs : de l’autobus jusqu’au train régional, constituent un éventail de solutions techniques pour satisfaire ces conditions en fonction du contexte local.

Problématique : Le principe de massifier les flux de déplacements grâce aux TC subit deux limitations :
- par le bas, dans le cas de flux trop faibles qui ne justifieraient pas un « concentrateur »
- par le haut, quand des moyens de TC à très forte capacité ont été développés en lien avec des flux de forte dimension, et que ces flux saturent la capacité, dont l’accroissement nécessiterait alors des investissements supplémentaires très considérables. Les travaux interrogeront ces deux limites, en considérant les divers moyens de TC et les coûts afférents à leur développement. Seront considérés également, dans la perspective de la collectivité, les effets externes des modes de déplacement, et particulièrement les différentiels d’impacts externes en cas de report de trafic entre un mode public et un mode privé de déplacement. Enfin on interrogera le coût marginal de développer le réseau de TC pour une agglomération de taille donnée, et corollairement l’effet d’échelle (économie ou déséconomie) d’un développement urbain marginal sur le système de transport.

Objectifs : Deux courants de travaux seront complémentaires. Primo des travaux de théorie économique afin d’expliciter les effets d’échelle, la situation des divers modes de déplacement collectifs et individuels dans une agglomération urbaine selon sa masse et sa forme, et pour appréhender clairement leurs domaines de pertinence respectifs. On interrogera la sensibilité de ces domaines à certaines conditions territoriales, à certaines conditions technologiques, à diverses valorisations des impacts écologiques. Ces travaux se référeront au modèle monocentrique qui est classique en théorie économique urbaine ; des adaptations spécifiques seront développées. Secundo, des travaux de modélisation technico-économique spatialisée, pour un système de transport collectif en milieu urbain. Il s’agit de développer les modèles d’affectation du trafic aux réseaux de TC, afin d’expliciter les phénomènes de congestion et de révéler les limites de capacité. Ces limites contraignent le développement de l’offre de TC (1) et aussi sa capacité à servir les déplacements de voyageurs.

Approche : La modélisation technico-économique spatialisée des déplacements sur un réseau de TC est une modélisation mathématique destinée à la simulation. Après avoir explicité les phénomènes de congestion, on en donnera une expression mathématique sous la forme d’un système de conditions (égalité ou inégalités) qui intègre :
- les moyens de transport,
- leur usage dans tel déplacement en constituant un itinéraire d’origine à destination,
- la sélection d’itinéraires au niveau individuel de l’usager,
- la superposition des déplacements individuels et la formation des flux de trafic ; et ce, par moyen élémentaire de transport.
- la relation entre la charge (flux) d’un moyen élémentaire et sa capacité spécifique, et les conséquences sur les conditions de déplacement (notamment en temps de trajet). Un simulateur informatique sera développé, pour intégrer au minimum la modélisation statique avec contraintes de capacité sur la charge des véhicules de TC. Le simulateur sera appliqué à l’agglomération parisienne, pour la période d’heure de pointe du matin en jour ouvrable hors été, pour une année de référence à fixer dans la décennie 2000. On examinera le taux de saturation au niveau local (ratio entre débit et capacité).

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(1) Soit directement ce qui fait l’objet d’un coût marginal « simple » de développement, soit indirectement par un enchaînement de goulots d’étranglement