Optimisation intégrée de la localisation des plateformes logistiques et de la conception des flux de transport dans les systèmes multi-échelons en milieu urbain

Agnimo, Viviane (2025). Optimisation intégrée de la localisation des plateformes logistiques et de la conception des flux de transport dans les systèmes multi-échelons en milieu urbain. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'urbanisation croissante, la mondialisation, l'essor du commerce en ligne et l’adoption croissante de la stratégie logistique moderne juste-à-temps, ont entraîné une intensification des livraisons de marchandises dans les zones urbaines. Cette dynamique de croissance du volume des livraisons urbaines est associée à divers effets négatifs tels que l'augmentation de la congestion, la diminution de la mobilité, les nuisances sociales et environnementales (émissions de CO2 et de polluants atmosphériques, bruit, risques pour la sécurité, etc.), qui dégradent les conditions de vie en milieu urbain et constituent une menace pour la performance économique. Par conséquent, avec la configuration actuelle des systèmes de logistique urbaine, une croissance continue des opérations de livraison semble non durable sur le long terme. Cela rend une organisation plus efficace et structurée du transport urbain de marchandises cruciale. Le concept de logistique urbaine introduit ces dernières décennies par les chercheurs et les praticiens, vise à l’atteinte de cet objectif. Il est basé sur la coordination des expéditeurs et des transporteurs pour la mutualisation de leurs expéditions dans des Centres de Distribution Urbaine (CDU), permettant ainsi de rationaliser l'utilisation des capacités des véhicules, de réduire leurs déplacements, les coûts et l'impact environnemental du transport urbain de marchandises, et d’accroître son efficacité globale. Notre thèse vient compléter cet effort pour contribuer à la conception des réseaux de transport urbain efficaces sur les plans économique, opérationnel et environnemental. Les contributions qu’apporte cette thèse sont de trois ordres, et la région du Grand Montréal est prise comme cas d’étude.

La première contribution réside dans l’intégration de la synchronisation temporelle des véhicules et des dépôts multiples dans le problème de localisation-routage capacitaire de véhicules à deux échelons (Two-Echelon Capacitated Location Routing Problem [2E-CLRP]). Un modèle sous la forme d’une programmation linéaire mixte en nombres entiers a été formulé, qui minimise le coût total d’opération du réseau logistique. Les résultats montrent que la synchronisation réduit le temps d’attente des véhicules aux satellites, et que les capacités des satellites et des véhicules influencent fortement les coûts et la performance du système.

La deuxième contribution de cette thèse consiste en la proposition d’une extension du modèle développé dans notre première contribution, en y intégrant une flotte hétérogène au premier échelon et l’approche multi-objectif avec un deuxième objectif de minimisation des émissions de CO2. L’optimisation du modèle réalisée en appliquant la méthode de l’epsilon-contrainte, permet un arbitrage entre les coûts et les émissions de CO2 et d’offrir aux décideurs un outil d’aide à la décision pour la conception de chaînes d’approvisionnement éco-efficaces. Les résultats montrent que l’usage de flottes hétérogènes réduit considérablement les émissions de CO2.

Le 2E-CLRP fait partie de la classe des problèmes NP-difficiles. La complexité de notre problème est en plus accrue par sa nature multi-dépôt et multi-objectif, et par l’intégration de la synchronisation et de la flotte hétérogène. De ce fait, les méthodes exactes ne peuvent résoudre à l’optimalité que les petites instances de notre problème dans des temps d’exécution raisonnables. Par conséquent, la troisième contribution de cette thèse consiste au développement d’une approche de solution algorithmique avancée du modèle formulé dans notre deuxième contribution, permettant de résoudre de façon efficiente, les instances de grande échelle dans des laps de temps acceptables. Une matheuristique itérative à deux étapes est formulée, qui résout itérativement, dans une première étape, un problème d’allocation localisation et, dans la deuxième étape, un algorithme métaheuristique spécialisé pour les problèmes de routage de véhicules capacitaires.

Résumé traduit

The converging trends of growing urbanization, globalization of the economy, the rise of e commerce, and the increasing adoption of modern Just-In-Time (JIT) logistics strategies, have led to an intensification of freight deliveries in urban areas. This dynamic of increasing urban delivery volume is associated to various negative effects such as increased traffic congestion, decreased mobility, and social and environmental nuisances (CO2 and air pollutant emissions, noise, safety risks, etc.), which degrade quality of urban life and pose a latent threat to economic performance. Consequently, with the current configuration of urban logistics systems, a continuous growth in delivery operations appears unsustainable in the long term. This makes a more efficient and structured organization of urban freight transport crucial. In recent decades, the concept of city logistics, introduced by academics and practitioners, aims to achieve this goal. It is based on coordinating shippers and carriers to consolidate their shipment in City Distribution Centers (CDCs), thereby streamlining the use of vehicle capacity, reducing vehicle movements, costs, and the environmental impact of urban freight transport, and increasing its overall efficiency. Our thesis complements this effort by contributing to the design of urban transport networks that are economically, operationally, and environmentally efficient. The contributions of this thesis are threefold, and the Greater Montréal Area is taken as a case study.

The first contribution lies in the integration of vehicle temporal synchronization and multi depots features into the Two-Echelon Capacitated Location Routing Problem (2E-CLRP). A mixed-integer linear programming model was formulated, which minimizes the total operating cost of the logistics network. The results show that synchronization reduces vehicle waiting times at satellites, and that satellite and vehicle capacities have strongly influence the system’s costs and performance.

The second contribution of this thesis consist of proposing an extension of the model developed in our first contribution, by integrating a heterogeneous fleet at the first echelon and a multi objective approach with a second objective of minimizing CO2 emissions. The model optimization, performed using the epsilon-constraint method, allows for a trade-off between costs and CO2 emissions and provides decision-makers with a decision-support tool for designing eco-efficient supply chains. The results show that the use of heterogeneous fleets significantly reduces CO2 emissions.

The 2E-CLRP belongs to the class of NP-hard problem. The complexity of our problem is further increased by its multi-depot and multi-objective nature, and by the integration of synchronization and the heterogeneous fleet. Therefore, exact methods can only solve small sized instances of our problem to optimality within reasonable execution times. Consequently, the third contribution of this thesis consists of developing an advanced algorithmic solution approach to the model formulated in our second contribution, capable of efficiently solving large-scale instances within acceptable time frames. A two-stage iterative matheuristic is formulated, which iteratively solves, in a first stage, an allocation- location problem and, in the second stage, a metaheuristic algorithm specialized for capacitated vehicle routing problems.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du diplôme de doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 181-196).
Mots-clés libres:	logistique urbaine, systèmes de distribution à deux échelons, localisation de satellites, conception de plans de transport, synchronisation, optimisation multi-objectif, émissions de CO2, flotte hétérogène, transport urbain de marchandises durable, dépôts multiples, programmation mixte en nombres entiers, matheuristique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ouhimmou, Mustapha
Codirecteur:	Codirecteur Paquet, Marc
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	25 févr. 2026 20:20
Dernière modification:	25 févr. 2026 20:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3798

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