Rapport d’activités 2020

Chaire Mobilité Territoriale :
Rapport d’activités 2020 et Projet d’activités 2021 – Fabien LEURENT et al. ([1]) 7 avril 2021

Introduction

La Chaire « Mobilité territoriale » est un partenariat de recherche entre l’Ecole des Ponts ParisTech (ENPC) et Ile-de-France Mobilités (IDFM, l’autorité organisatrice des mobilités durables en région Ile-de-France).

Dans sa première phase de 2010 à 2019, la Chaire a privilégié la modélisation du trafic des usagers et des véhicules sur un réseau de transports collectifs.

Pour sa deuxième phase de 2020 à 2025, la Chaire met l’accent sur l’économie du transport public et la prospective du système de mobilité. Afin de traiter au mieux ces questions de recherche, fin 2020 la Chaire a été installée au CIRED, laboratoire d’économie appliquée spécialisé en prospective environnementale de long terme (particulièrement pour les enjeux de carbone et d’énergie), porteur d’une forte culture scientifique en modélisation technique et économique.

Le présent document constitue le rapport d‘activité de la Chaire pour l’année 2020 ; il trace aussi les activités prévues en 2021.

Le rapport est destiné aux membres du Conseil d’Orientation et d’Evaluation de la Chaire : l’évaluation de l’activité de l’année passée, l’orientation pour l’année en cours et à plus long terme.

Le corps du document est organisé en cinq sections. Les quatre premières traitent chacune un volet du programme de recherche, respectivement :

L’offre de mobilité : connaissance et prospective,
La demande de mobilité : connaissance statistique et prospective,
Economie de la mobilité : entre budgets des ménages et permis de mobilité,
La simulation offre-demande.

La dernière section traite des coopérations de la Chaire et de la diffusion des connaissances.

En annexe figure la liste des publications et documents de travail.

Table des matières

Synthèse graphique du programme scientifique de la Chaire.

1/ Offre de mobilité et prospective des services

1.1. Contexte et objectif

Dans la décennie 2010-2020, la connectivité et la géolocalisation se sont généralisées pour les individus comme pour les véhicules, favorisant l’essor de services en plateforme pour la mobilité partagée : taxis et VTC, transport à la demande, covoiturage, systèmes de véhicules partagés basés sur des voitures ou des deux-roues (vélos, trottinettes, scooters). L’essor conjoint de la motorisation électrique renforce l’efficacité et l’attractivité des deux-roues.

La Chaire s’intéresse aux solutions modales devenues possibles : les services de mobilité partagée étendent l’offre de transport public, de manière directe en tant qu’options modales de plein pied, et aussi de manière indirecte par des combinaisons intermodales avec les lignes de transport collectif. Et ce d’autant plus que les deux-roues sont faciles à garer ou à emporter, spécialement les trottinettes.

Deux actions de recherche sont menées spécifiquement :

A1/ l’observation du développement des services partagés en Ile-de-France : insertion dans l’espace régional, développement quantitatif des flottes et de l’usage, place dans le système de mobilité ;

A2/ la modélisation technico-économique de services partagés, afin de prospecter des conditions techniques et économiques de rentabilisation. Cf. Leurent (2020a), Poulhès et Berrada (2019, 2021a,b).

La question centrale de ces recherches est le modèle économique de ces services : leur rentabilisation au plan financier en considération de leur impact environnemental. Une des clefs est le positionnement face à la demande, en termes d’espace d’implantation et de formule tarifaire.

1.2. Activité de 2020-2021

Pour l’action A1 : la thèse d’Anna Voskoboynykova analyse 20 ans de développement des services partagés basés sur des automobiles, pour non seulement l’Ile-de-France mais encore Londres, Moscou et Helsinki, dans une approche comparative. Cf. encadré A. De plus, des exploitations statistiques de l’EGT de 2019 ont montré que l’usage de tels services partagés demeure très modeste dans l’ensemble de la mobilité territoriale.

ENCADRE A. Les Services de Mobilité Partagée basés sur des automobiles, chronique francilienne sur deux décennies. La thèse montre la dynamique rapide tant d’éclosion que de développement ou de disparition des SMP. En Ile-de-France, le système Autolib de voitures en libre-service dans le cœur de l’agglomération parisienne, mis en service en 2011, a subi de plein fouet une double concurrence : d’une part la révolution du taxi et du VTC sous l’impulsion de Uber et suiveurs, qui capture la clientèle « haut de gamme », et d’autre part l’essor des deux roues en libre-service, entre Vélib motorisés, trottinettes électriques en free-floating et scooters électriques. En zone diffuse le transport à la demande a trouvé récemment un nouvel essor sous l’impulsion d’IDFM, avec notamment les services de Padam. Le covoiturage urbain et périurbain dégage peu à peu des formes plus efficaces, notamment autour du concept de lignes.

La deuxième action A2 est traitée avec d’une part une analyse bibliographique au plan international, et d’autre part le développement de modèles d’analyse spécifiques, En supposant une forme d’anneau pour la circulation des véhicules, nous pouvons mettre en rapport de manière théorique les aspects techniques du service ainsi que l’économie de l’offre et de la demande. Cf. le chapitre Leurent (2020a).

En cours de modélisation : la technico-économie d’un service de deux roues partagés, dont la forme en anneau assurerait automatiquement le repositionnement des véhicules, et faciliterait la recharge en énergie. Pour des véhicules motorisés, la dissociation entre véhicule et batterie permet de distinguer les cycles de vie respectifs et de mieux les optimiser conjointement.

De manière connexe, une étude prospective de stratégies de mobilité motorisée en Ile-de-France a été achevée et publiée en 2020 (Leurent et Li, 2020).

Activité engagée en 2021 :

taxonomie théorique des services de mobilité partagée. On distinguera plusieurs degrés d’implication des clients ou du public dans la production du service, en particulier pour la gestion de la recharge en énergie.
simulation multi-agents du transport à la demande en grande couronne francilienne : en miroir du service PADAM, afin d’en comprendre les conditions techniques et économiques. Alexis Poulhès (LVMT) dirige à ce sujet la mission de master d’Aude Nourrisson.

2/ Connaissance et prospective de la demande de mobilité

2.1 Contexte et objectifs

Dans un territoire, les individus constituent la « demande de mobilité » : par leurs présences et activités dans les lieux, comme par leurs déplacements entre les lieux d’activité. Les activités humaines motivent les séjours dans les lieux et les déplacements : domicile, travail, étude, achats, accès à différents services, accompagnement, loisirs, promenade…

La Chaire s’intéresse à la demande de mobilité des individus, pour la modéliser statistiquement de manière descriptive et aussi explicative (selon des théories comportementales). En effet, le modèle statistique de demande est fondamental pour simuler l’usage de l’offre de mobilité, donc pour simuler le service rendu et pour évaluer les performances des plans et projets de transport.

Classiquement, la modélisation de la demande met en relation des caractéristiques démographiques (âge, genre, situation de famille), socio-économiques (CSP, emploi, revenu) et spatiales (ancrages résidentiels et professionnels) des individus, avec des caractéristiques de l’urbanisation du territoire (localisation des domiciles et des emplois), pour les confronter à l’offre multimodale de transport et en déduire des indicateurs d’usage : notamment (1) des émissions de déplacements par individu et par période, (2) la structure spatiale des déplacements selon les lieux d’origine et de destination, (3) la répartition des déplacements entre les modes de transport, (4) les itinéraires empruntés et donc les flux sur les réseaux.

Plus récemment, les conditions d’usage sont devenues observables de manière massive, grâce aux traces digitales de mobilité liées notamment aux smartphones (signaux GSM, GPS, wifi, bluetooth) et aux systèmes de billettique (ex. validations Navigo). Ainsi une voie alternative s’est ouverte pour caractériser les individus selon leurs usages, et aussi pour caractériser les conditions de trafic selon les modes, les lieux et les périodes.

2.2 Activités de 2020-2021

La Chaire développe :

B1/ la modélisation statistique classique des comportements de mobilité : modélisation de choix discret, combinant des attributs individuels et des caractéristiques d’offre. En 2020, Mallory Trouvé a soutenu sa thèse de doctorat au sujet de l’équipement des individus en « moyens de mobilité » (véhicules, permis, abonnements) et de l’utilisation de ces moyens, particulièrement pour l’intermodalité entre voiture et transport collectif ferré : avec des applications économétriques à l’le-de-France en situation de 2010 (source EGT 2009).

B2/ des analyses statistiques des usages : typologie des pratiques journalières de mobilité, typologie des individus selon leurs pratiques durant un ensemble de jours. En 2020-2021, plusieurs travaux à ce sujet, à partir de différents types de traces digitales : GPS Coyote embarqués dans des automobiles (Sun et al. 2020, 2021a,b), application Geo4Cast sur smartphone (Yin & Leu 2021a, Leu et al. 2021), du système VisioPulse de Kisio et aussi de l’EGT de 2019 (Yin & Leu, 2021b).

C’est cette ligne de recherche que la Chaire met en exergue au titre de l’année 2020. Nous avons caractérisé les usages de mobilité au plan individuel, durant des périodes de deux semaines. Le traçage continu a permis d’associer à chaque individu l’ensemble des lieux où il réalise des séjours, et de caractériser ces lieux selon leur niveau de fréquentation par l’individu durant les deux semaines (cf. encadré). L’indice de fréquentation du lieu constitue alors un attribut supplémentaire pour chaque séjour local, en substitut au motif d’activité (bien établi dans les enquêtes de mobilité auprès des ménages). Puis, nous avons décrit les différents séjours en termes de durée propre, de distance au domicile et d’indice de fréquentation : leur population statistique spécifique a été synthétisée (clusterisée) en cinq types d’activité (hors domicile), dont l’un correspond au travail / études régulier. A partir de cette typologie de premier niveau, nous avons décrit chaque journée tracée selon la distance parcourue, le premier horaire de sortie du domicile et les nombres d’activités réalisées dans chaque catégorie typique. Cette population de journées a été à son tour synthétisée (clusterisée) en six journées typiques, dont l’une passée au domicile, une autre qui enchaîne plusieurs activités courtes, et quatre routines plus particulières dans l’espace et le temps. Revenant enfin aux individus, nous avons décrit chacun d’eux par les nombres de journées réalisées dans chacune des catégories au cours des deux semaines. La population des individus ainsi caractérisés a été synthétisée (clusterisée) en six types contrastés : si l’un alterne les différentes formes journalières (et ce manière assez équilibrée), en revanche chacun des autres privilégie l’une des formes journalières typiques, qui constitue ainsi la routine quotidienne pour les individus de ce type : cf. Encadré C.

B3/ des modèles des conditions de trafic et de comportements d’usage : en 2020-2021, étude de la congestion en montée et en descente des trains sur un quai de gare, et du positionnement longitudinal des usagers à quai et à bord de leur train (Leu et al. 2021, Leu & Jasmin 2019, Leu & Xie 2018) : cf. Encadré B. Ces études mobilisent à la fois des données de Smart cards (traces Navigo, source IDFM) et des données de géolocalisation des trains (source RATP).

B4/ des modèles d’apprentissage statistique en combinant des enquêtes fines de mobilité (type EGT) et des bases massives mais moins détaillées (validations de Smart cards), pour inférer les motifs de déplacement (Xie et al 2020), ou encore les moyens modaux pour accéder aux gares ferroviaires (Xie et al. 2021).

Encadré B : Modélisation du temps de sortie pour une gare ferroviaire

En une gare de mass transit ferroviaire, la sortie des passagers à la descente d’un train peut engendrer des files d’attente sur le quai, en raison du nombre des piétons concernés et de la simultanéité des descentes. Une telle congestion se superpose à la dispersion statistique « native » des temps de parcours entre sortie du train et sortie de la station, dispersion native qui elle provient de la distribution des vitesses de marche et surtout de la distribution statistique des longueurs marchées selon la longueur du train. Nous avons modélisé les temps de parcours piétons comme une variable aléatoire composée à partir de distributions spécifiques pour les vitesses et les longueurs de marche, d’une part en régime fluide et d’autre part en ajoutant l’influence de la congestion. A partir de l’observation des temps de parcours, le modèle probabiliste permet d’estimer par maximum de vraisemblance la distribution des longueurs de marche et donc la distribution longitudinale des usagers le long du train, pour ceux qui en descendent à cette station. Pour démontrer la faisabilité de la méthode, nous avons étudié le cas de la gare de Noisy-Champs sur la ligne A du RER francilien (données de février 2020, avant tout effet de la COVID).

Encadré C : Typologie des individus selon leurs usages quotidiens de mobilité durant deux semaines

Cette recherche s’intéresse à la mobilité individuelle pour la décrire en profondeur et dégager des régularités statistiques. Les notions fondamentales sont (i) l’individu comme entité physique mobile, usager du temps et de l’espace, (ii) la journée vécue par un individu, comme cadre dans lequel l‘individu compose ses séjours localisés et les déplacements de transition entre les lieux, (iii) l’espace utilisé par un individu comme un ensemble particulier de lieux de séjour, avec différents niveaux de fréquentation au fil des journées.

L’étude s’appuie sur une base de données de 600 individus en Ile-de-France en 2018, avec pour chacun 15 jours de traçage fin dans l’espace (GPS de smartphones) et ce de manière continue au fil du temps (source Geo4Cast).

L’étude se compose de deux parties : l’une au niveau individuel, l’autre pour traiter collectivement les individus. Au niveau individuel, le « fil de présence » (timeline) a été décomposé en séjours localisés et en transitions ; les lieux des séjours ont été identifiés et caractérisés selon la fréquence de visite et la durée totale au cours de la période. Il en ressort le domicile comme ancrage spatial primordial, ainsi qu’un second point d’ancrage à fréquence forte, interprété comme un lieu de travail régulier ou d’étude. Les autres lieux fréquentés sont en nombre réduit pour chaque individu, hormis un grand nombre de visites uniques.

L’étude au plan collectif a construit une caractérisation statistique à trois étages : (i) les séjours localisés, (ii) les usages journaliers, (iii) les profils des individus en fonction de leurs usages journaliers au cours des deux semaines. A chaque étage, des types statistiques ont été révélés par une clusterisation ad hoc (algorithme k-means ++). L’ensemble des séjours effectués par les individus, décrits chacun en termes de distance au domicile, de durée propre et d’indice de fréquentation du lieu par l’individu, a été synthétisé en cinq types d’activités (hors domicile) : un type spécial pour le second ancrage spatial et quatre types distingués selon la durée de séjour (1-2 h contre 5-7 h) et la distance au domicile.

Puis, nous avons décrit chacune des journées vécues par les individus en termes d’horaire initial de sortie du domicile, de distance totale parcourue et les nombres de séjours réalisés selon chacun des cinq types. Cet ensemble de journées a été à son tour synthétisé en six journées typiques : (0) entièrement au domicile, (i) sortie uniquement le soir, (ii) travail en un lieu régulier, (iii) travail en lieux diversifiés, (iv) projections lointaines courtes et alternées, (v) enchaînement de séjours courts multiples.

Finalement nous avons décrit chaque individu par ses usages journaliers, mesurés par les nombres de journées dans chacun des six jours-types. Parmi les six types d’individus mobiles qui en résultent après clusterisation, un seul type mélange fortement les logistiques journalières, tandis que les cinq autres présentent une organisation logistique dominante : (1) travail dans un lieu régulier, (2) séjours longs en lieux diversifiés à distance moyenne, (3) travail combinant un poste fixe et des visites à longue portée, (4) réalisation le soir d’activité hors domicile, (5) enchaînement de multiples séjours courts. Autrement dit, pour les individus appartenant à ces cinq catégories, les journées vécues se ressemblent entre elles, elles présentent une « homogénéité intra-individuelle » ; c’est entre les types d’individus qu’apparaît nettement l’hétérogénéité des logistiques du quotidien.

Cette recherche a fait l’objet d’une communication au congrès 2021 du TRB à Washington (janvier).

En 2021, la Chaire poursuivra les caractérisations statistiques des usages de mobilité :

soumission à publication des récentes caractérisations statistiques,
confrontation des typologies d’usage journalier issues respectivement de l’EGT 2019 et du traçage par smartphone,
approfondissement du traçage par smartphone : à partir de la base VisioPulse de KISION, on utilisera la détection des modes de déplacement afin de prendre en compte l’usage des modes dans les typologies des usages journaliers et des profils individuels de mobilité.

La Chaire réalisera une revue bibliographique des méthodes pour synthétiser une population territoriale et sa mobilité, et situera les modèles de demande du CIRED relativement aux modèles bien établis de planification des transports franciliens (modèles ANTONIN d’IDFM, MODUS de la DRIEA, GLOBAL de la RATP et ARES de SNCF-Transilien).

Cette revue bibliographique participera à la préparation d’un sujet de thèse doctorale pour modéliser une « population synthétique en situation territoriale ». Il s’agira de décrire la situation d’un individu dans le territoire, en termes de ménage et de logement, de mobilité (équipements et usages) et plus largement de rapport à l’espace (usage des lieux pour différents motifs d’activité, exposition aux conditions ambiantes), de rapport à l’emploi et aux revenus. Une population ainsi modélisée permettra d’étudier de manière désagrégée des « paquets politiques » multisectoriels (logement et mobilité notamment) afin de prospecter les possibilités de réduction drastique des émissions de carbone.

Encadré D : Modèles CIRED de la demande de mobilité

Au CIRED, la prospective de la demande de mobilité concerne trois lignes de recherche :

L1/ une simulation du potentiel de report modal depuis l’automobile vers les autres modes, pour l’Ile-de-France en situation de 2019 pour l’offre et de 2010 pour la demande (EGT 2009). On suppose qu’une substitution est envisageable quand le mode alternatif offre un temps de déplacement inférieur au temps automobile majoré de plus de 10 min. Il apparaît qu’une moitié des déplacements en automobile seraient reportables, ce qui allégerait d’un quart la circulation routière. Le report se ferait à destination non seulement des transports collectifs mais, aussi massivement, des deux-roues et notamment les vélos à assistance électrique. Les auteurs de cette recherche sont Marion Leroutier et ses co-directeurs de thèse Philippe Quirion et Kathleen Schubert (PSE).

L2/ La modélisation intégrée des transports et de l’usage du sol : modèle NEDUM autour de Vincent Viguié. Une application au Grand Paris Express à l’horizon 2050 a mis en évidence les effets sur la localisation des ménages, sur les valeurs immobilières locales, et par conséquent les effets redistributifs selon les niveaux de revenus. Cf. la thèse de Basile Pfeiffer (achevée en 2019).

L3/ dans la famille IMACLIM de modèles d’évaluation intégrée économie-énergie-environnement, la version IMACLIM-S comporte un modèle désagrégé de demande pour la France. Les ménages sont modélisés comme une population synthétique. Dans une application prospective à l’horizon 2030, un des scénarios vise 30% de part modale pour la mobilité partagée. Cf. la thèse de Simona de Lauretis soutenue en 2017, dirigée par Franck Lecocq et co-encadrée par Frédéric Ghersi.

3/ Economie de la mobilité : entre budgets et permis

3.1 Contexte et objectifs

Le Code des transports établit le droit des personnes à se déplacer librement et à disposer de modes de transports pour ce faire, dans des conditions « raisonnables » pour la collectivité au plan financier et soutenables au plan environnemental. Mais, sur les routes, les déplacements des uns occupent la capacité de flux et gênent les mouvements des autres. La densité du trafic est cause de congestion, de perte de temps pour les usagers, de surconsommation d’énergie et de surémission de polluants.

La théorie économique recommande de tarifer l’usage des transports en fonction de la congestion : cet instrument serait efficace pour atténuer la congestion, de plus il pourrait contribuer au financement du système de transport, mais il est peu accepté par la population, du moins en France. Un autre instrument paraît davantage acceptable : les « permis négociables de mobilité » (en anglais, Tradable Mobility Permits), dont le principe est d’attribuer à chacun une certaine quotité de droits, libre à lui de les échanger, d’en acheter et d’en vendre. A ce sujet, la théorie économique est récente et en développement. La notion d’équité est importante, de même que l’efficacité. Parmi les questions étudiées figurent en particulier (i) l’objet du permis, par déplacement ou par unité de distance, (ii) la négociabilité par période horaire, sur un jour ou pour une longue période, (iii) les coûts de transaction (des temps à investir), (iv) la production d’une recette pour la collectivité afin de financer le service, et (v) les conditions concrètes de l’acceptabilité.

La Chaire veut contribuer à l’étude théorique des permis de mobilité, en s’intéressant particulièrement à la mobilité par les différents modes motorisés : automobile particulière ou partagée, ainsi que les transports collectifs. Elle analyse les correspondances entre les notions de permis de mobilité, de permis carbone et les instruments tarifaires. Elle envisagera notamment l’équité entre les personnes selon la dimension « verticale » du revenu et la dimension « horizontale » des localisations et de l’accès aux modes de transport. Elle confronte les permis de mobilité et les « budgets de mobilité » qui concernent les individus en termes de dépense monétaire mais aussi de temps passé en transport. Concernant l’implémentabilité, elle s’intéresse aux modalités imaginées dans différents territoires de par le monde, et tout particulièrement aux expérimentations, pour en tirer des enseignements et des perspectives.

L’étude théorique sera complétée par une simulation quantitative et prospective de l’implémentation de tels instruments en Région Ile-de-France. On prospectera les conséquences potentielles au plan économique des ménages d’une part et de la collectivité d’autre part, au plan environnemental, et aussi sur l’urbanisme et sur la fréquentation des réseaux de transport.

3.2 Activité de 2020

Sur ce volet, en 2020, la chaire a étudié les budgets temps et distance des individus franciliens à partir de l’EGT 2019 (Yin et Leu, 2021b). Six types d’usage journalier ont été dégagés par clustering, pour des distances parcourues variant de 1 à 7 et des temps passés variant de 1 à 3 – le choix du mode permettant le resserrement. Ces types ont été confrontés aux motifs d’activités, aux moyens de transport utilisés, ainsi qu’aux caractéristiques démographiques et socio-économiques des individus et à leurs localisations résidentielles. Cf. encadré E.

Encadré E : Typologie des mobilités journalières pour les Franciliens en 2019

En Ile-de-France, la mobilité quotidienne des personnes fait l’objet d’enquêtes auprès des ménages (telle que l’Enquête Globale de Transport de 2018-2019), afin de connaître les nombres des déplacements réalisés et leurs motifs, les lieux et les horaires, les temps passés et les distances parcourues, ainsi que les modes de transport utilisés.

Au-delà des moyennes statistiques pour ces différents indicateurs, notre étude vise à révéler des journées types d’usage de la mobilité par les individus, afin de saisir les différences entre les individus en termes notamment de temps passés et de distances parcourues. Comme les modes de transport déterminent le rapport entre temps et distance, nous avons d’abord établi par clusterisation une typologie des déplacements pour chacun des trois modes principaux (voiture, transport collectif, modes actifs), en cinq classes selon la longueur en temps et en distance et l’horaire dans la journée.

Puis nous avons étudié la composition des journées mobiles en boucles à partir du domicile ou du lieu de travail : les journées simples à une seule boucle visant une seule activité hors du domicile, consomment une heure de temps de transport en moyenne, contre deux heures pour les formes complexes. Ensuite nous avons caractérisé chaque journée mobile par les nombres de déplacements réalisés selon les quinze catégories modales.

A partir des profils journaliers ainsi établis, par clusterisation nous avons obtenu six journées-types qui présentent des emprises contrastées en temps et en distance : les distances journalières varient de 8 km à 50 km en moyenne selon les clusters, et les temps de 1 heure (63’ pour 27% des individus) à 3 heures (pour 5% des individus). N.B. Les journées passées entièrement au domicile ne sont pas intégrées dans la population statistique clusterisée.

Enfin, nous avons mesuré les associations statistiques entre ces clusters et les caractéristiques démographiques et sociales des individus, la localisation résidentielle, les équipements en voitures et en abonnement aux transports collectifs, ainsi que les motifs des boucles d’activités et la complexité logistique de la journée enquêtée. Les associations les plus marquantes sont d’une part le très fort taux d’abonnement aux TC pour deux catégories fortement consommatrices de distance, d’autre part le gradient des consommations en temps et en distance entre le centre et la périphérie ; tandis que les descripteurs démographiques (genre et tranche d’âge) et socioéconomiques (profession, activité, revenu) « traversent » les différents clusters.

3.3 Projet d’activité de 2021

En 2021, l’étude empirique sera poursuivie à partir de données VisioPulse, afin de discerner la régularité des profils journaliers en période longue (un mois) parmi les individus. On étudiera aussi les variations des profils d’usage journaliers et des types individuels selon les différents épisodes de la pandémie du COVID : confinement, déconfinement, reconfinement, par rapport à une situation ordinaire hors COVID.

De plus la Chaire entreprendra une analyse bibliographique concernant les permis de mobilité. Cette revue bibliographique participera à la préparation d’un sujet de thèse doctorale pour prospecter les potentialités (adaptation des usages, formules de tarification et constitution de recettes commerciales) mais aussi les contraintes (usages peu substituables, faible solvabilité) d’un « permis de mobilité » en région Ile-de-Frace à l’ère de la Mobility As A Service, et ce dans une perspective résolument multimodale.

4/ Simulation de la mobilité

4.1 Contexte et objectifs

Un modèle offre-demande de mobilité dans un territoire confronte une représentation exogène de l’offre et de la demande, pour en déduire leur ajustement mutuel, donc l’usage de l’offre par la demande et différents impacts qui en résultent : performance de l’offre, qualité de service, utilité pour la demande, consommations d’énergie, émissions de polluants etc.

Un tel modèle met en jeu des entités de trois grands types : des individus – auteurs et usagers de mobilité, des véhicules – ressources, et des lieux de présence et passage. Par nature d’entité, le niveau d’explicitation de chaque instance, et la « profondeur comportementale », déterminent le réalisme de la simulation. Le développement scientifique des modèles est cumulatif, par raffinement progressif (i) de la représentation topologique des réseaux modaux et de la logistique des services, (ii) des phénomènes de trafic, entre lois physiques macroscopiques et interactions microscopiques, (iii) des comportements de mobilité, avec un approfondissement progressif des situations considérées : organisation logistique individuelle au cours de la journée, détention d’outils de mobilité, attitudes envers les solutions modales.

La Chaire maintient une connaissance experte des méthodes de simulation : tant au plan théorique à travers la littérature académique, qu’au plan applicatif des modèles appliqués en Ile-de-France par différents organismes (planification, opérateurs de transport, ingénierie-conseil) : cf. Trouvé & Leurent (2018). Elle fait apparaître les intersections, les différences et les recouvrements entre les paradigmes de modélisation. Elle diffuse cette expertise dans des conférences publiques associant les porteurs des méthodes.

De plus, la Chaire porte des développements de modèles et des expérimentations de simulation (notamment multi-agents) pour des problèmes spécifiques de trafic et de mobilité. Cf. Poulhès et al (2017), Poulhès (2020), Poulhès et Pivano (2021), Poulhès et Berrada (2019), Schanzenbächer et al. (2020), Boulet et al. (2021).

4.2 Activités de 2020 et 2021

Les modèles portés par la Chaire comprennent :

D1/ le modèle CapTA de simulation du trafic des usagers et des véhicules sur un réseau de transports collectifs. Ce modèle a une architecture à 3 étages : (i) la logistique des voyageurs dans un véhicule le long d’une course de mission, (ii) la logistique des véhicules par ligne de service, (iii) l’état d’ensemble du réseau et les choix d’itinéraire des voyageurs. La version v1 « statique » a été appliquée à toute l’Ile-de-France avec des données d’IDFM. Cette version fait l’objet d’un textbook didactique en cours de préparation ; début 2021 cinq chapitres sur 8 ont été rédigés et le livre devrait être achevé la même année. La version v2 « dynamique » a été développée récemment par Poulhès et al. (2017, 2019, 2021) aux deux niveaux de la course de véhicule et de la ligne de service : cf. encadré F. Une version v3 « affinée en espace » est en cours de conception, en mode bottom-up à partir d’un espace typique :le quai de gare ferroviaire, dont la dimension longitudinale reflète celle des trains, tandis que la dimension latérale est particulière à la gare.

D2/ Un SMA de service de transport à la demande développé par Alexis Poulhès et Jaafar Berrada. Les principes du modèle (Poulhès & Berrada 2019) ont été appliqués pour simuler d’une part le plateau de Saclay, d’autre part un territoire de l’est parisien entre Montreuil et Rosny : les résultats ont été soumis à publication.

D3/ Les modèles d’équipement individuel et de choix modal en situation d’usage développés par Mallory Trouvé (cf. volet Demande).

En 2020, la Chaire a participé à des journées spécialisées sur la simulation de la mobilité. Sa recension des modèles appliqués (Trouvé et Leurent, 2018) a été enrichie par l’expertise de modèle ARES v2 de Transilien par F. Leurent.

En 2021, la priorité de la Chaire pour ce volet est de recruter un ingénieur de recherche spécialisé en développement informatique. Sa mission sera de développer et intégrer informatiquement les simulateurs de la Chaire, afin d’équiper les recherches appliquées et en particulier l’étude prospective de l’offre et de la demande de mobilité.

La modélisation d’une population synthétique pour la mobilité en Ile-de-France, mentionnée pour le second volet, se situe en fait à l’intersection des thèmes 2 et 4.

Encadré F : Dynamic assignment model of trains and users on a congested urban-rail line

Abstract: For the management and planning of urban rail lines, operators can draw upon tools that use train circulation models as well as passenger assignment models. However, these two kinds of simulation models are independent. They do not interact as they do in reality. Yet on certain highly congested lines, high train frequency and large passenger volumes can turn a small incident into a delay on the entire line. Our research presents an integrated model for the simulation of a fixed block urban rail line in interaction with passenger assignment. This operational model introduces new management strategies or rolling stock feature solutions to improve the quality of service on the line. A discrete-event approach simulates the progress of the runs on the line, and the representation of the passengers by origin-destination flow per time step makes it possible to effectively simulate lines with large flows. An application to Line 13 of the Paris metro illustrates the model on a real case of congestion. Sensitivity analyses on the level of demand as well as on service characteristics demonstrate the utility of this integrated approach.

5/ Coopérations et diffusion des connaissances

5.1 Coopérations scientifiques

Avec l’IMD Institut de la Mobilité Durable, partenariat entre Renault et des grandes écoles parisiennes d’ingénieurs (Polytechnique, Télécom, Mines, Ponts) :

thèse d’Anna Voskoboynykova mentionnée en section 1, dirigée par F. Leurent et co-encadrée par Virginie Boutueil (ENPC-LVMT),
rentabilisation des services de mobilité partagée,
pertinence holistique (sociale, environnementale et économique) des différents modes de transport selon les conditions territoriales.

Avec le Lab Recherche Environnement ([2]) qui est un partenariat entre Vinci et 3 écoles de ParisTech (Mines, Agro et Ponts) : coopération à 3 sujets avec l’équipe de Nicolas Coulombel à l’ENPC-LVMT :

caractérisation des usages automobiles d’après des traces GPS : comportements individuels typiques, qualité de service, révélation de configuration territoriale : thèse de Danyang Sun dirigée par F. Leurent et co-encadrée par Xiaoyan Xie (enseignante à l’université de Cergy).
études statistiques de la mobilité à partir du traçage de smartphones (bases Geo4Cast et VisioPulse) : post-doc de Biao Yin à cheval entre les deux chaires,
simulation multi-agents de mobilité : modélisation par MatSim à l’échelle d’un quartier : post-doc de Tatiana Seregina.

Avec le laboratoire GRETTIA de l’Université Gustave Eiffel :

coopération sur la simulation d’une ligne de métro, avec Nadir Farhi : thèse de Florian Schanzenbächer soutenue en 2020,
coopération sur la simulation multi-agents, avec Mahdi Zargayouna : thèse de Xavier Boulet soutenue en 2020 (traitement multi-échelles en espace et en temps en intégrant des simulateurs par un « intergiciel » coordinateur), et pré-doc de Kang Liang en 2020-2021 au sujet de la simulation de mobilité piétonne.

La modélisation des piétons en gare et particulièrement à quai fait l’objet de discussions suivies avec le CERMICS (Virginie Ehrlacher), le LJLL de l’U. Paris Diderot (Yves Achdou) et l’ENS Paris-Saclay (Bertrand Maury).

5.2 Diffusion des connaissances

Bertrand Maury (ENS Paris-Saclay) et F. Leurent co-organisent une journée spécialisée « Maths et transports : réinventer la mobilité » à tenir en présentiel, si possible à l’automne 2021. Le principe étant de faire se rencontrer des chercheurs en mathématiques appliquées et des chercheurs et ingénieurs en transport et mobilité.

Lien : https://www.sciencesmaths-paris.fr/fr/horizon-maths-2020-1020.htm .

Durant la décennie 2010, la Chaire a organisé régulièrement des conférences spécialisées sur ses thèmes. Ces événements ont trouvé un public assez nombreux : plus d’une centaine de personnes, chercheurs, ingénieurs-conseil en modélisation et en analyse de la mobilité, ingénierie d’exploitation et de planification… Pour 2021, il est prévu de tenir en fin d’année une conférence spécialisée sur la caractérisation statistique de la mobilité à partir de traces mobiles, afin de diffuser les résultats obtenus à partir de l’EGT 2019, de la base Geo4Cast de 2018, du traçage Coyote d’automobiles et du traçage Navigo. Cette conférence sera co-organisée par Nicolas Coulombel (ENPC-LVMT, Lab Recherche Environnement) et F. Leurent.

Pour mémoire, N. Coulombel et F. Leurent ont partagé avec Laurent Jardinier et Catia Rennesson (Céréma) la coordination éditoriale d’un dossier consacré à la « Mobilité décarbonée » par le média social Construction 21. L’éditorial a été vu plus de 3000 fois (au bout de 3 semaines). Le dossier est composé d’une trentaine d’articles, rangés en quatre parties :

Enjeu climatique et solutions énergétiques : entre considérations physiques, système énergétique, relations institutionnelles.
Solutions modales : entre innovations et réinvention » : ici, chaque article traite d’une solution particulière pour un mode de transport routier ou ferroviaire, ou un service de mobilité partagée.
Organiser la multi-modalité et partager la voirie » : là, les solutions modales telles que la marche, le vélo ou les services partagés, sont envisagées en contexte multimodal, en vue d’affermir leur place sur la voirie.
(é)co-concevoir la mobilité pour planifier le territoire » : pour coordonner les choix, décliner les orientations stratégiques en options tactiques, sont proposés là des repères de performance (écoconception) ainsi que des méthodes pour forger ensemble le diagnostic et les projets (co-conception).

Mentionnons des articles qui traitent en particulier de la mobilité en Ile-de-France :

Christian Bitaud (FMGP) : Retour sur la consultation internationale « Les Routes du Futur du Grand Paris ».
Anne de Bortoli (Eurovia & Enpc) Micromobilité et environnement : to share or not to share ?
Marion Leroutier et Philippe Quirion (CIRED) : Connaître et réduire les émissions polluantes dues au transport routier en Ile-de-France.

5.3 Coopérations avec des acteurs économiques

Les partenariats de recherche signalés avec le Lab Recherche Environnement (ENPC-LVMT) et l’Institut de la Mobilité Durable (LVMT & CIRED) ressortent du mécénat, l’un du groupe Vinci, l’autre du groupe Renault. Le dialogue avec les sponsors est destiné à éclairer les recherches en situant clairement les enjeux du monde économique et les stratégies des acteurs économiques.

D’autres coopérations ont un caractère plus opérationnel :

Avec la société PTV, éditrice de logiciels de simulation des transports et de la mobilité : Cyril Pivano, ancien de la Chaire, y est ingénieur chargé d’affaires, tout en restant chercheur associé au LVMT, où il collabore avec Alexis Poulhès.
avec la société GeoTwin, start-up en simulation multi-agents de la mobilité, qui développe une plateforme inspirée de MatSim mais conçue à la fois plus ergonomique et plus puissante.
avec l’entreprise Aleia qui a absorbé la start-up Geo4Cast, coopération en « Mobility Analytics » à l’usage des acteurs territoriaux, en particulier exploitation de traces mobiles pour caractériser les temps de parcours, pour estimer des matrices origine-destination de flux et pour simuler le trafic automobile sur un réseau viaire.
avec la société Kisio Consulting, qui développe et exploite la solution VisioPulse : rassemblement massif de traces de smartphones (issues de diverses applications publicitaires) pour étudier la mobilité : diagnostic d’usage de sous-systèmes de transport.
avec le cabinet de conseil Artimon : thèse CIFRE sur l’organisation et l’économie de la mobilité, pour modéliser la circulation des flux de valeurs dans la production intersectorielle (matrice input-output) et co-concevoir avec des acteurs sectoriels un nouveau circuit associé à une mobilité « décarbonée en profondeur ».
avec le cabinet de conseil PMP : thèse CIFRE sur la mobilité servicielle (MAAS), comme vecteur multimodal pour satisfaire la demande de mobilité tout en atteignant des objectifs financiers et environnementaux.

Annexe : publications, communications, documents de travail

Les publications: Articles en revues scientifiques, Communications en conférence internationale avec actes, Chapitres d’ouvrage, Documents de travail, Mémoires de thèse de doctorat.

a/ Articles en revues scientifiques

Sun, D., Leurent, F. & Xie, X. (2021b) Mining Vehicle Trajectories to Discover Individual Significant Places: Case Study Using Floating Car Data in the Paris Region. Accepted in Transportation Research Record.

Boulet X., Zargayouna M.*, Scemama G. & Leurent F. (2021) A Middleware-based Approach for Multi-scale Mobility Simulation. Future Internet 2021, 13, 22. https://doi.org/10.3390/ﬁ13020022

Leurent, F. & Li, S. (2020) Between Pricing and Investment, What Mobility Policies Would Be Advantageous for Île-de-France? Journal of Advanced Transportation, vol. 2020, Article ID 8859913, https://www.hindawi.com/journals/jat/2020/8859913/

Sun, D., Leurent, F. & Xie, X. (2020) Discovering vehicle usage patterns on the basis of daily mobility profiles derived from Floating Car Data. Transportation Letters, DOI: 10.1080/19427867.2020.1861505

Schanzenbächer F., Farhi N., Leurent F. and Gabriel G. (2020) Feedback control for metro lines with a junction. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. DOI: 10.1109/TITS.2020.2974342

Poulhès, A. (2020) Dynamic assignment model of trains and users on a congested urban-rail line. Journal of Rail Transport Planning & Management. https://doi.org/10.1016/j.jrtpm.2020.100178

Poulhès A., Berrada J. (2019) Single vehicle network versus dispatcher: user assignment in an agent-based model. Transportmetrica A: Transport Science, 1-23. ⟨hal-02042955⟩

b/ Conférences internationales avec actes

Poulhès, A. & Pivano C. (2021) Minimising the travel time on congested urban rail lines with a dynamic bi-modelling of trains and users. Transportation Research Procedia, 52-2021: 131-138, https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.01.093.

Sun D., Leurent F., Xie X. (2021a) Uncovering mobility typologies of territorial zones based on Floating Car Data mining. Transportation Research Procedia, Volume 52-2021: 708-715, https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.01.085

Xie X., Leurent F., Zhu Y. (2021) Mining passenger’s regional intermodal mobility from smartcard data, Transportation Research Procedia, Volume 52-2021: 724-731, ISSN 2352-1465, https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.01.087.

Yin, B. & Leurent, F. (2021b) Exploring Individual Mobility Patterns Based on Geolocation Data from Mobile Phones. Paper TRB#21-01547 presented to the TRB Annual Meeting.

Yin, B. & Leurent, F. (2021a) Identifying Individual Activity Patterns from Mobile Phone Tracking Data. Paper accepted for presentation at the CICTP2021 conference.

Leurent, F. & Li, S. (2020) Les grandeurs de la mobilité en Ile-de-France : une prospective des impacts potentiels de plusieurs stratégies gestionnaires.Congrès annuel ATEC-ITS : RDMI 2020, Jan 2020, 92120 MONTROUGE, France. Texte hal-02461720 , Exposé hal-02461723

Leurent, F. (2020) Vers une mobilité partagée en forme olympique ? Communication au congrès RDMI 2020, Atelier A3 : Mobilité partagée. Congrès annuel ATEC-ITS : RDMI 2020, Jan 2020, 92120 MONTROUGE, France. Texte hal-02461695/ , Exposé hal-02461701

Leurent, F. (2020) Véhicules Autonomes en Situation de Service : modèle systémique et application aux expérimentations du programme EVRA. Communication au congrès RDMI 2020, atelier C3. Congrès annuel ATEC-ITS : RDMI 2020, Jan 2020, 92120 MONTROUGE, France. Texte hal-02460977 , Exposé hal-02460984

Xie X., Leurent F., Zhou Y. (2020) Activités des voyageurs d’après des traçages multi-sources de la mobilité en Ile-de-France. Communication au congrès ATEC-ITS 2020 « Rencontres de la Mobilité Intelligente », janvier. ⟨hal-02955672⟩

Dubroca-Voisin, M., Kabalan, B. and Leurent, F. (2019) On pedestrian traffic management in railway stations: simulation needs and model assessment. Transportation Research Procedia, 37: 3-10. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352146518305143

Leurent, F. & Jasmin, T. (2019) A Probabilistic Traffic Model to Estimate Fail-to-Board Probabilities in Transit Lines on the basis of AFC and AVL data. Communication to TransitData 2019 conference, Paris, June. hal-02462453

Trouve, M., Leurent, F. (2018). Modeling Urban Mobility at a Metropolitan Scale: a Comparison of Paris Transportation Models. Presented to Transport Research Arena 2018, TRA 2018, 16-19 April 2018, Vienna. ⟨hal-01939140⟩

Poulhès A., Pivano C., Leurent F. (2017) Hybrid Modeling of Passenger and Vehicle Traffic along a Transit Line: a sub-model ready for inclusion in a model of traffic assignment to a capacitated transit network. Transportation Research Procedia, 27-2017: 164-171. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2017.12.079.

c/ Working papers

Leurent, F., Liang K., Iida A., Tamura S., Yamashita Y., Zhang J. (2021) The platform egress times of train passengers: probabilistic analysis with application to the inference of alighting positions Working paper in progress.

Leurent F., Millot T., Xie X., Yin B., Baalal A.S. et al. (2021) The ways of the days: individual profiles of daily mobility according to stay place, time and visit frequency. Paper submitted to conference CASPT21-TransitData2021.

Yin, B. & Leurent, F. (2021b) Exploring multimodal individual profiles from the household travel survey in the Paris region. Working paper in progress.

d/ Mémoires de thèse de doctorat

Trouvé M. (2020) Mobility tools holding and intermodality modelling in Paris.

Boulet, X. (2020) Articulation d’échelles en simulation de déplacements multimodaux.

Morize, X. (2020) Contributions à une approche patrimoniale pour la voie ferrée de tramway.

Schanzenbächer, F. (2020) Max-plus modeling of traﬃc on passenger railway lines with a junction: fundamental diagram and dynamic control.

Berrada, J. (2019) Business models for shared mobility services using self-driving cars.

e/ Chapitres d’ouvrage récents

Leurent, F. (2020a) Towards Shared Mobility Services in Ring Shape. Chapter in De Lucas, S. (ed), « Transportation Systems for Smart, Sustainable, Inclusive and Secure Cities ». DOI: 10.5772/intechopen.94410

De Bortoli A., Feraille A. and Leurent F. (2020) Lifecycle assessment of transport systems. Chapter 3 in Peuportier B., Leurent F. and Roger-Estrade J. (coord.) « Ecodesign of structures and infrastructures, 2^nd volume ». Taylor & Francis, pp. 61-86.

Kotelnikova-Weiler N., Leurent F. and Poulhès A. (2020) Spatial Refinement to Better Evaluate Mobility and its Environmental Impacts. Chapter 4 in Peuportier B., Leurent F. and Roger-Estrade J. (coord.) « Ecodesign of structures and infrastructure, 2^nd volume ». Taylor & Francis, pp. 97-113.

Leurent F., Li S. and Badia H. (2020) Structural Design of a Hierarchical Urban Transport Network. Chapter 13 in Peuportier B., Leurent F. and Roger-Estrade J. (coord.) « Ecodesign of structures and infrastructure, 2^nd volume ». Taylor & Francis, pp. 271-286.

Leurent F., Haxaire O. and Lesteven G. (2020) Smart Mobility: A Landscape Under Development. Chapter 21 in Peuportier B., Leurent F. and Roger-Estrade J. (coord.) « Ecodesign of structures and infrastructure, 2^nd volume ». Taylor & Francis, pp. 451-498.

Chrétien J., Le Néchet F., Leurent F. & Yin B. (2018) Using mobile phone data to observe and understand mobility behaviour, territories and transport usage. Chapter 3 in Aguiléra A. & Boutueil V. (eds), Urban Mobility and the Smartphone. Elsevier. PP 79-141. eBook ISBN: 9780128126486 – Paperback ISBN: 9780128126479

[1] Alexis Poulhès, Biao Yin, Xiaoyan Xie, et quelques autres

[2] appelé précédemment « chaire Ecoconception des ensembles bâtis et des infrastructures »