Chaire Mobilité Territoriale :
Rapport d’activités 2022 et Projet d’activités 2023 –   Fabien LEURENT et al. ([1]) 20 avril 2023

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).

Le présent document constitue le rapport d‘activité de la Chaire pour l’année 2022 ; il trace aussi les activités prévues en 2023. 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.

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, au 1^er janvier 2021 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.

La célébration des 50 ans du CIRED par une manifestation scientifique internationale du 29 au 31 mars 2023 a été l’occasion de communiquer, sous forme de Posters scientifiques, quatre projets de recherche de la Chaire, comme pièces intégrantes représentant la Mobilité urbaine dans un ensemble qui couvre aussi la Modélisation urbaine (économie et environnement), l’agriculture et l’alimentation, la biodiversité, l’énergie et le climat, et la Simulation prospective intégrée Economie-énergie-environnement.

Les 4 posters sont incorporés dans le présent rapport. Ils attestent du positionnement volontariste de la Chaire en économie de la mobilité (Sylvain Daou, Mariana Rocha, Edwin Rualès), et ce dans une perspective dynamique, sensible aux enjeux et ouverte à la prospective (Kang Liang). La contribution de Rémy Le Boënnec au co-encadrement des recherches des jeunes chercheurs, au côté du directeur de la Chaire qui en assure la direction scientifique, renforce sensiblement le dispositif. Celui-ci profite également de collaborations avec le LVMT en les personnes de Biao Yin (PhD, CR) et d’Alexis Poulhès (IR).

Le corps du rapport conserve l’organisation en cinq parties de ses prédécesseurs :

1. L’analyse statistique et la prospective de la demande de mobilité.
2. Connaissance et prospective de l’offre de mobilité : modélisation technico-économique de services partagés, économie du transport public sous la bannière du MaaS.
3. Economie systémique de la mobilité : la qualification de « systémique » démarque cette partie de la précédente, nous l’attribuons à (i) la caractérisation multi-enjeux des performances des divers modes de transport, (ii) la gestion de la mobilité par un système de permis, (iii) l’économie couplée entre système de transport, emplois urbains et localisations résidentielles et professionnelles.
4. La simulation offre-demande de la mobilité : récapitulation des modèles portés par la Chaire, signalement de deux thèses soutenues début 2023, et discussion des nouvelles formes de modélisation : ABMs & MFGs.

En complément, la dernière section mentionne les implications de la Chaire dans la formation et la diffusion des connaissances. En particulier, l’équipe de recherche a créé deux nouveaux cours dans le parcours M2 « Economie des Transports et des Mobilités » du MEEET : l’un en Simulation et optimisation des systèmes de mobilité, l’autre en Mobilité servicielle, plateformes de mobilité.

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

Synthèse graphique du programme scientifique de la Chaire.

1/ Analyse statistique et prospective de la demande de mobilité

1.1 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.

1.2 Analyse statistique des usages et de la demande

Le rapport d’activité de 2020 a mis en exergue l’analyse statistique de la demande de mobilité des personnes, renouvelée par des méthodes statistiques modernes et des observations par traçage massif, appliquées à l’Ile-de-France. Pour mémoire, les recherches signalées en 2020 ont été publiées en 2021 et 2022 :

· Typologie de mobilité individuelle à l’échelle de la journée pour des automobilistes, publiée dans la revue TRR (Sun et al, 2021).

· Egalement publiée dans TRR (Yin & Leurent, 2021), une typologie des individus selon la réitération durant deux semaines des schémas logistiques journaliers, à partir de traces de smartphones.

· typologie des journées mobiles vécues par des individus franciliens à partir de l’enquête mobilité des ménages EGT 2018, publiée dans Transportation (Yin & Leurent, 2022a).

· Egalement à partir de l’EGT 2018, les déplacements en transport collectif enchaînant plusieurs moyens modaux ont fait l’objet d’un modèle de régression afin d’estimer les temps moyens d’attente, les temps moyens de correspondance et les vitesses moyennes de circulation, selon le sous-mode (autobus, métro, train) et la couronne dans la région. L’article associé a été publié fin 2022 dans Future Transportation (Yin & Leurent, 2022b).

Des prolongements annoncés dans le rapport d’activité de 2021 ont été menés à bien :

· une reprise de la typologie des schémas logistiques journaliers et de la typologie des individus selon leurs pratiques sur période multi-journée, d’après la base de traçage smartphone VisioPulse (données couvrant environ 5% de la population française), mise à disposition par la société Hove (ex Kisio consulting). Un projet de communication a été soumis au congrès EWGT 2023 (Yin et al, 2023) pour comparer les schémas journaliers entre la base VisioPulse et l’EGT de 2018. La base VisioPulse est exploitée pour 4 mois différents en 2020 couvrant différentes situations relativement à la pandémie du Covid : confinement, déconfinement, entre-deux « ordinaire ».

· étude de la mobilité des personnes en zone peu dense pour identifier des itinéraires privilégiés de covoiturage. En appui sur une littérature académique assez fournie, une méthodologie raisonnée en 5 étapes a été constituée. Elle a été appliquée aux déplacements concernant le pays de Montereau-Font-Yonne (en échange ou en transit), à partir de traces VisioPulse et de traces automobiles (source Coyote). La communication présentée au congrès 2023 du TRB a été acceptée pour publication dans la revue TRR (Sun & Leurent, 2023).

1.3 Prospective de la mobilité des personnes en Ile-de-France

Kang Liang a entrepris à l’automne 2021 une thèse de doctorat dédiée à la « prospective 2050 d’une mobilité bas carbone pour les personnes vivant en Ile-de-France » : thèse dirigée par F. Leurent et co-encadrée par R. Le Boënnec.

Activité de 2022

Au fil des mois, la thèse s’est concentrée spécifiquement sur les relations domicile-travail concernant l’Ile-de-France, moteur économique du pays, concentrant près d’un quart de l’emploi national. Parmi les 5.8 M d’actifs impliqués, près de 400 mille vivent en dehors de la région, avec à la clef des parcours longs et des trafics importants. Ces 7% des actifs génèrent des parcours en voiture et en train dont les kilométrages sont grosso modo équivalents à ceux des 93% d’actifs résidant dans la région. Les enjeux sont donc considérables en termes d’émissions de gaz à effet de serre, mais aussi d’occupation de la capacité des grandes infrastructures de transport, autoroutes et lignes à grande vitesse. L’encadré B ci-après expose cette phase de recherche.

Prolongements 2023-2024

La thèse étudie la mobilité des actifs « outsiders » en la relativisant à l’aune de la mobilité réalisée en Ile-de-France. Elle mobilise les données du Recensement général de population (base MobPro) et celles de l’EMP 2019, en renfort des données de l’EGT 2020. La thèse modélisera comme une population synthétique les actifs outsiders et leur mobilité spécifique. Cette population sera adjointe à une population synthétique « résidente » issue de l’EGT afin de les simuler conjointement en mode multi-agent, et de tester des scénarios bas carbone.

2/ Offre de mobilité et prospective des services

2.1. 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. De telles combinaisons peuvent profiter de ce que les deux roues sont faciles à garer, et même à embarquer dans le cas des trottinettes privatives.

Outre la revitalisation du mode Taxi impulsée par Uber & co, les implémentations de services partagés ont encore un caractère expérimental. Ainsi les systèmes de vélos en libre-service urbain, dont Vélib, apparus à partir de 2005, ont été bousculés par l’essor du free-floating depuis 2015, puis chamboulés par le déferlement des trottinettes électriques partagées en 2018-2019. Le système de voitures en libre-service Autolib, lancé à Paris fin 2011, a lui aussi été bousculé par le free-floating, par le développement des deux roues électriques partagés (vélos et scooters), par les services VTC venus amplifier le mode Taxi. Dans ce contexte évolutif, les opérateurs adaptent rapidement leurs solutions : les conditions factuelles rapportées pour une génération technique initiale peuvent changer profondément lors des générations techniques successives, soit tous les six mois pour des opérateurs mondialisés de deux-roues partagés !

2.2. Modélisation technico-économique de services de mobilité

A la charnière entre économie et prospective de l’offre de mobilité, nous développons des modèles technico-économiques pour des services de mobilité partagée, en prospectant des « options de conception » destinées à rendre la mobilité « low cost » ainsi que « low carb ». Chaque modèle traduit par des paramètres les conditions concrètes du territoire (extension, densité), de la demande (population, pouvoir d’achat) et de l’offre de transport. La modélisation analytique permet de concevoir des possibilités de rentabilisation et des stratégies gestionnaires.

A ce but de connaissance : discerner les potentialités des solutions modales face aux enjeux low cost et low carb de la mobilité, s’ajoute un but pragmatique : disposer de modèles-composants pour simuler et optimiser un système multimodal de mobilité à l’échelle d’un territoire.

Un article sur l’économie d’un service de deux-roues partagés à batteries amovibles a été publié (Leurent, 2022a). Il met en évidence la part importante de ce composant dans les coûts de production et l’enjeu de capacités importantes en énergie (de l’ordre du kWh, permettant de rouler 70 ou 80 km entre deux recharges) : cf. encadré C.

Nous avons aussi poursuivi nos investigations sur la forme d’anneau pour des services partagés : la forme d’anneau permet en effet de canaliser le flux, la demande et la disponibilité des véhicules,  avec à la clef une meilleure mutualisation de l’usage des véhicules :

· le service de navettes (Leurent 2017b, 2020) a été transposé à une économie en plateforme, impliquant des agents-coopérateurs (Leurent, 2023a).

· le modèle de navettes sur une ligne en forme d’anneau a été étendu pour servir non seulement des clients « ordinaires » qui montent et descendent le long de l’anneau, mais aussi des clients spéciaux nécessitant des détours particuliers. Une telle hybridation ressort du Semi-Flexible Transit qui a fait l’objet de quelques expériences aux Etats-Unis. Le modèle théorique met en évidence les interactions entre les classes d’usagers et donne des indications pour fixer les tarifs respectifs et pour dimensionner la flotte (Leurent, 2023b-c).

Les documents de travail réalisés seront soumis pour publication à des revues spécialisées en économie des transports. Des « cas territorialisés » ont été étudiés par des élèves-ingénieurs en cours de master, et pourront être partagés avec des autorités organisatrices locales.

Encadré C : What is the Value of Swappable Batteries for a Shared e-Scooter Service?

Swappable batteries have been deployed in several services of dockless shared e-scooters. This article provides an economic theory of swappable batteries in the production of a shared e-scooter service (S3). Explicitly modelled are the operations of battery swapping by “juicing tours”, as well as the wearing law of the electric batteries depending on the depth of discharge (DoD) that triggers the next swap. In the production model, the daily number of refills and the per-refill swapping cost are key variables as they link the field implementation and the swapping logistics functions to the other production functions of battery inventory, scooter inventory, energy charging, fleet maintenance and commercial. Thus the overall “refill strategy” interplays with the respective inventory policies of batteries and of scooters.                
The mathematical optimization of the production cost function is addressed in four stages, by optimizing in turn (i)  the swapping tours, (ii) the target DoD, (iii) the battery energy capacity (BEC), (iv) the scooter body in terms of lifespan and energy consumption rate. Characteristic equations are established for the optimal per-refill cost, DoD, BEC, scooter lifespan and energy consumption rate. Two sets of specifications, namely Constant Elasticity and Affine Linear, are specified for the battery wearing law, the battery price and the scooter price: under either set the model admits an analytical solution. In a numerical study, it is shown that the S3 cost per unit of fed-in energy is one order of magnitude greater than the out-of-the-grid electricity price.

2.3 Mobilité servicielle : le MAAS

L’acronyme MAAS, pour Mobility as a Service (en français : mobilité servicielle), est devenu emblématique pour réinventer le transport public dans les territoires, à partir de plateformes digitales assurant l’information et la commercialisation des parcours, et faisant coopérer les opérateurs des différents services : transports collectifs routiers et ferroviaires, transport à la demande, covoiturage, systèmes de véhicules partagés…

Sylvain Daou a entrepris en 2021 une thèse de doctorat sur l’économie du transport public à l’ère du MAAS : la thèse est dirigée par F. Leurent et co-financée par le cabinet de conseil PMP. Après une revue bibliographique concernant le concept du MaaS, une exploration sur le web d’implémentations MaaS au plan international a débouché sur une typologie en six familles typiques, fortement marquées par la géographie : cf. encadré D ci-contre. Une communication a été présentée au congrès Transportation Research Arena (TRA 2022) à Lisbonne en novembre, et le projet d’article associé (Daou et al. 2023) a été soumis pour publication à la revue ETRR qui comporte une lignée dédiée au MaaS.

Il ressort que les instances d’implémentation ont des portées encore limitées, alors que le concept apparaît bien plus ambitieux, et que des articles de recherches basés sur des simulations font valoir des perspectives très prometteuses. C’est pourquoi une revue critique des modèles de simulation a été réalisée en 2022 : présentée en novembre à la conférence spécialisée ICoMaaS 2022 (International Conference on Mobility as a Service), tenue à Tampere en Finlande. Un projet d’article a été soumis pour publication à Research in transportation economics (Daou & Leurent, 2023).

Ayant ainsi situé le MaaS comme concept et dans les faits, la suite de la thèse abordera les modèles d’affaire respectifs des services concernés afin de discerner les motivations, les freins et les jeux de pouvoir entre les acteurs de l’offre. Une question clef tient à la marchandisation du service : tandis que les services collectifs sont le plus souvent sous-tarifés, des services premium (taxis, ride hailing, véhicules partagés) ont des tarifs nettement plus élevés qui couvrent bien mieux les coûts de production.

3/ Economie systémique de la mobilité

Ainsi l’économie de la mobilité est envisagée comme une relation entre l’offre et la demande non seulement par service, mais aussi par bouquet de services (MAAS). Et la Chaire étend ses recherches à l’ensemble de la mobilité des personnes dans un territoire par trois recherches à caractère systémique marqué : la première sur les performances des modes urbains selon un éventail d’enjeux (§3.1), la seconde sur les permis de mobilité (§3.2), la troisième sur l’interaction entre transport et usage du sol (§3.3).

3.1 Efficience des modes de transport et domaines de pertinence respectifs

Pour la mobilité des personnes en France, l’automobile privée demeure très majoritaire, à l’aune notamment des longueurs parcourues. Cette domination est contestée dans les centres urbains qui subissent une superposition massive des nuisances résidentielles et environnementales : congestion, bruit, pollution atmosphérique. De plus, à l’échelle planétaire, les déplacements automobiles sont fortement émetteurs de gaz à effet de serre, à l’aune des facteurs d’émission par unité de longueur parcourue par une personne. Les grandes métropoles, spécialement l’Ile-de-France, challengent l’usage de l’automobile grâce à des modes moins impactants : modes actifs pour les déplacements à portée courte, transports collectifs sur une large gamme de portées. Leur part de marché repose sur les économies d’échelle, effets de réseau et économies de densité.

Le projet de recherche

La recherche ici évoquée vise à caractériser les performances des modes de transport urbain pour les personnes, en rapport avec les ressources mises en œuvre : argent dépensé, temps passé et inconforts subis par les usagers, bruit, pollution et impact carbone subis par l’environnement, ainsi que l’emprise spatiale et l’impact sur les finances publiques. Ces ressources présentent chacune une rareté : bien que fort diverses, toutes relèvent de l’économie en tant que science de la gestion des ressources rares.

La recherche s’inscrit en grande partie dans le cadre de l’Institut de la Mobilité Durable (IMD), partenariat entre la Fondation Renault et ParisTech, qui finance la thèse d’Edwin Rualès, dirigée par F. Leurent et co-encadrée par R. Le Boënnec. En 2022, la première année de thèse a passé en revue les différents impacts rangés en quatre catégories, et mis en évidence des indicateurs quantitatifs pour mesurer les performances de chaque mode : cf. encadré E ci-contre.

Quelle que soit la nature d’impact, il a été retenu une unité fonctionnelle identique : en personne.km parcouru. Ainsi qu’un principe d’évaluation en cycle de vie, et la considération en système tant technique (énergie, véhicule, infrastructure) qu’économique (circulation des flux de valeurs entre agents dans le territoire). Pour mémoire, le Rapport d’activités de 2021 a relaté l’application des principes à la mesure de l’impact carbone : un chapitre d’ouvrage et un article de revue ont été publiés à ce sujet en 2022 (Leurent & Prié, 2022, Leurent, 2022b).

Il apparaît que les conditions territoriales sont fortement déterminantes : espacement à franchir, régime de circulation, offre de modes et services, quantités d’émissions et sensibilités d’exposition selon les densités d’occupation humaine dans les lieux traversés… C’est pourquoi la suite de la thèse envisagera différentes conditions territoriales, avec des instances en Ile-de-France, pour mesurer par simulation les différents impacts pour différents modes. Elle s’intéressera particulièrement aux « formes servicielles » permettant de partager l’usage des automobiles.

En parallèle, un modèle abstrait de mobilité multimodale dans un territoire urbanisé a été conçu : le modèle HoTer (Leurent, 2022d) pour théoriser le jeu des conditions de mobilité dans l’espace selon des facteurs tels que la géométrie du réseau de voirie, la densité de population, les coûts de revient par unité de longueur etc.

La portée multi-impacts de cette recherche la caractérise comme une approche multi-critère, dans la lignée d’une thèse récente dédiée à l’optimisation de la maintenance des réseaux routiers (De Bortoli et al., 2022a-b).

Complémentairement, l’article (Salihou, Le Boennec, Bulteau, Da Costa, 2022) ([2]) présente un état de l’art des incitations pour reporter l’autosolisme vers d’autres modes de transport plus durables (modes actifs, transports collectifs, mobilité partagée). Sont distinguées les incitations économiques ou non économiques (technologies persuasives, facteurs psychologiques) :

• Les applications indépendantes des deux types de mesures présentent une certaine efficacité mais trouvent des limites. Les incitations économiques, qui limitent la liberté de conduire, requièrent l’acceptabilité sociale des usagers. Effet boomerang et inefficacité dans des contextes culturels et économiques spécifiques sont les limites des incitations non économiques.
• Pour maximiser le report modal vers des solutions de mobilité durable, il convient donc de combiner les incitations économiques et non économiques.

3.2 Permis de mobilité

Un marché de droits (crédits ou permis) est un système de plafonnement quantitatif et d’échange où le niveau de l’activité ciblée (ex. un nombre de déplacements) est traduit sous la forme de droits échangeables afin de limiter la quantité globale d’un impact, pour la réduire en vue d’un enjeu collectif spécifique (par exemple, réduire les émissions ou la congestion du trafic). Parmi les applications connues, citons les droits de pêche et surtout les marchés d’émissions de carbone entre les grands industriels.

La considération de TMR (Tradable Mobility Rights) dans le domaine des transports remonte à la fin des années 1990 dans la littérature académique. Les TMR ont été présentés comme un instrument de management de la mobilité plus acceptable que le péage urbain et autre taxe carbone. Or, en 2022, s’il existe dans le monde des instances de péage urbain, on ne connaît pas d’implémentations de TMR.

Le projet de recherche

La Chaire a engagé en 2022 une recherche exploratoire sur les permis de mobilité : recherche menée par Mariana Rocha, sous la direction de Fabien Leurent et en co-encadrement par Rémy Le Boënnec. Une analyse bibliographique a été menée pour comprendre les tenants et les aboutissants d’un tel dispositif. Les questions d’acceptabilité et de faisabilité ont été explorées par comparaison systématique avec des instances de péage urbain. L’encadré F ci-contre récapitule la première année de recherche : (i) situation des TMR parmi les instruments de management de la mobilité, (ii) caractéristiques théoriques d’un dispositif de TMR, (iii) comparaison au péage urbain en vue d’une mise en œuvre.

Synthèse de l’analyse bibliographique

La littérature académique concernant des TMR pour la mobilité se partage en trois courants : conceptualisation, simulation par modèle et expériences comportementales.

Les premières études ont conceptualisé la notion et les avantages potentiels relativement aux instruments tarifaires ; mais sans traiter les éléments clefs de mise en œuvre tels que la valorisation des crédits, la distribution et la facturation (entre permis alloués ex-ante ou crédits imputés ex-post).

Le deuxième courant de littérature se situe entre théorie économique des transports et simulation du trafic sur un réseau – plus près de cette polarité, en fait. L’idée centrale est de discerner les conséquences d’un rationnement quantitatif sur l’état du système : structure origine-destination des flux, conditions de circulation, impacts divers. Pour cela, un modèle d’affectation du trafic est soumis à une contrainte globale de consommation de la ressource cible. Il en ressort un « shadow price » valorisant chaque unité de ressource consommée par les individus : ce shadow price joue sur le choix d’itinéraire et, selon la spécification du modèle, sur les choix d’horaire de mode de transport et même sur les choix de lieu de destination. Le shadow price est interprété comme la valeur négociable par unité de capacité. Ce courant n’aborde ni la faisabilité, ni le réalisme des adaptations – typiquement, les actifs manquent de flexibilité à court terme pour adapter leur lieu de travail ordinaire.

Le 3^ème courant regroupe des études de comportements visant à anticiper les perceptions et les réponses comportementales à un dispositif de TMR afin d’en estimer l’efficacité potentielle et les effets distributifs. Les premières études dans cette catégorie ont procédé par des enquêtes de préférences déclarées, scénarisant des situations hypothétiques pour y faire choisir des options : il s’agissait de questions statiques et fermées, et les contextes de décision étaient trop abstraits (Tian et al., 2019). Plus récemment ont été menées des expérimentations « en contexte réel », impliquant des échantillons de participants pour « simuler » ([3]) des marchés de permis (Dogterom et al., 2018; Brands et al., 2020 ; Bao & Ng, 2022 ; Hamm et al., 2022).

Prolongements 2023

Le premier semestre 2023 est investi dans la constitution d’un article de synthèse couvrant les trois courants de littérature académique et abordant frontalement la question de faisabilité, par une confrontation systématique avec les implémentations de péage urbain.

Pour le second semestre 2023, nous étudierons le potentiel d’un TMR pour la mobilité des personnes en Ile-de-France. En appui sur l’EGT 2020 pour décrire les situations de mobilité des individus, des reports d’itinéraire et d’horaire seront envisagés, en représentant les consentements à payer des individus selon des règles simples.

Les résultats de ces simulations seront portées à la connaissance de responsables des transports et de la mobilité en Ile-de-France, afin d’envisager des possibilités d’expérimentation.

3.3 Economie urbaine et territoriale

L’incorporation de Rémy Le Boënnec, docteur en économie urbaine, à l’équipe de la Chaire, permet d’y mener des recherches sur l’aménagement en relation avec les transports.

Etudes empiriques sur la satisfaction résidentielle et l’accessibilité aux transports

Deux articles en co-autorat ont pu être publiés en 2022 pour finaliser des travaux antérieurs de Rémy. L’article (Le Boënnec & Lucas, 2022) rapporte une étude empirique des conditions d’acceptation de la densité de bâti par les habitants de Loire-Atlantique, et plus largement de la satisfaction résidentielle. A partir d’une enquête originale réalisée en 2015 (1134 répondants), trois résultats principaux ont été obtenus :

• Globalement, les données ne révèlent pas de relation claire entre la densité perçue de l’environnement bâti et la satisfaction résidentielle ;
• L’étude révèle toutefois d’autres formes de perceptions positives du voisinage contribuant à la satisfaction résidentielle, comme la tranquillité ;
• Les variables d’accessibilité quotidienne « certaine » (à l’alimentation et aux établissements d’enseignement) n’apparaissent pas liées à la satisfaction résidentielle, contrairement à d’autres variables telles que l’accessibilité aux soins.

L’article (Le Boennec et al., 2022) étudie la proximité des gares ferroviaires de voyageurs comme potentiel facteur de valorisation foncière dans le Département de Loire-Atlantique. L’article se fonde sur l’analyse des données de la base de transactions Perval des terrains (année 2012, 826 observations). Il révèle l’existence d’hétérogénéité spatiale dans l’accessibilité aux gares ferroviaires de voyageurs :

• Dans le périurbain proche du Nord de Nantes, la proximité est perçue positivement et les acheteurs de terrains valorisent un meilleur accès au réseau de transport urbain, parmi d’autres facteurs ;
• Dans l’Ouest du Département depuis le Croisic et la Baule, hors de l’aire d’attraction de Nantes, la valeur des terrains résidentiels est également positivement associée à la proximité d’une gare ferroviaire de voyageurs : navetteurs et touristes peuvent bénéficier du service de TGV en direction de Nantes, et au-delà ;
• Dans la partie sud-ouest du département de Loire-Atlantique, depuis Pornic (également hors zone d’attraction de Nantes), la qualité du service ferroviaire était considérée comme médiocre par les usagers potentiels au moment de l’étude, et une meilleure accessibilité à une gare ferroviaire de voyageurs n’est pas capitalisée dans le prix des terrains résidentiels.

Modèle d’économie urbaine avec télétravail (recherche menée par R. Le Boënnec)

Si la question du télétravail n’est pas nouvelle, l’amplification des pratiques, sans être universelle, est réelle depuis le début de la pandémie de Covid-19. La réduction du nombre de déplacements domicile-travail sur une période donnée (typiquement, la semaine), allège la contrainte budgétaire des ménages actifs. Dans un cadre théorique d’économie urbaine, une hypothèse intuitive est de considérer que les économies réalisées sur les déplacements domicile-travail (tant en temps qu’en argent) sont allouées à une relocalisation résidentielle plus éloignée du lieu de travail. Pour les entreprises localisées dans un quartier d’affaires, le gain est constitué par l’opportunité d’une moindre consommation de surfaces de sol, qui sont transférées aux domiciles des salariés pour l’exercice des activités de télétravail. L’effet provoqué par l’amplification des pratiques de télétravail est ainsi double et peut impliquer, pour le décideur public, une difficulté accrue à contenir l’étalement urbain en maintenant des villes compactes.

Des travaux récents vérifient l’hypothèse de relocalisation résidentielle des ménages en présence de télétravail, dans des cadres analytiques proches de celui présenté ici (Delventhal et al., 2022 ; Marz et Sen, 2022). Nous y ajoutons une hypothèse originale : dans un modèle d’économie urbaine à centre endogène où les acteurs (ménages et entreprises) choisissent librement leurs surfaces de sol, nous supposons que ce sont les employeurs qui prennent en charge les coûts additionnels liés aux plus grandes surfaces de logement rendues nécessaires pour l’exercice des activités de télétravail à domicile. La prise en charge peut être totale ou partielle, fondée alors sur les seules heures télétravaillées. Cette hypothèse modifie favorablement la contrainte budgétaire du ménage, qui n’a plus à supporter le coût des surfaces additionnelles de logement en présence de télétravail; elle intervient au contraire défavorablement dans la fonction de profit de la firme, qui supporte désormais cette charge. Le ménage maximise à présent son utilité sur la surface totale de logement mise à sa disposition (y compris la surface désormais financées par la firme qui l’emploie) ; la firme fait désormais entrer dans sa fonction de production la totalité des surfaces dédiées aux activités productives (y compris les surfaces transférées aux domiciles des salariés).

La résolution analytique du modèle révèle des valeurs seuils de coût unitaire de déplacement telles qu’une augmentation de la part de télétravail accordée aux salariés reste compatible avec une maîtrise de l’étalement urbain. Les décideurs publics devraient ainsi adapter leur action sur le coût de déplacement, par exemple en ajustant à la hausse la tarification routière par rapport au cas de référence du modèle monocentrique sans télétravail. Des simulations numériques viendront confirmer en 2023 le réalisme des valeurs d’équilibre des variables endogènes : surfaces de sol d’équilibre consommées respectivement par les ménages et les firmes, frontière de la ville, limite du quartier central des affaires.

Une communication à ce sujet a été présentée à la conférence internationale Urban Economics Association (UEA), Milan, 5-6 mai 2023. Complémentairement, un article scientifique correspondant sera soumis pour publication dans une revue à comité de lecture.

Vers une maquette monocentrique pour l’Ile-de-France

Le modèle monocentrique de ville est la pierre angulaire de la théorie économique urbaine : pour figurer la concentration des emplois, la distribution spatiale des logements et des établissements productifs, l’économie immobilière et foncière, les conditions de transport, la localisation des aménités et leur accessibilité, ainsi que différents impacts environnementaux. Par-delà la représentation stylisée, le modèle est soumis à des limitations fortes : hyperliquidité de l’équilibre urbain, hyperfluidité de l’immobilier (reconfigurable sans frais ni délais), homogénéité des ménages, polarisation de l’emploi, isotropie de l’espace, monomodalité du transport… Des solutions partielles existent, et des représentations améliorées se révèlent utiles pour des applications spécifiques : par exemple le modèle Nedum du Cired (Vincent Viguié et alii) pour figurer l’occupation de l’espace géographique par une population vivant en agglomération et son évolution au long cours.

Au printemps 2023, Maxime Darras réalise une mission de master 1 pour constituer une maquette monocentrique de l’Ile-de-France. Des indicateurs statistiques permettront de représenter approximativement :

• L’occupation de l’espace par les établissements résidentiels et productifs,
• Les localisations résidentielles des populations, selon les tailles de ménages et les positions d’activité professionnelle,
• La localisation des emplois et les distributions des salaires,
• Les valeurs immobilières et foncières,
• La mobilité pour motif domicile-travail,
• La structure des réseaux de transport, entre infrastructures viaire et ferroviaires et offre de services.

Il s’agit de caractériser chaque aspect par des indicateurs, d’en estimer des valeurs récentes à partir de bases de données, de mettre en cohérence les différents aspects et le jeu de leurs indicateurs respectifs (ex. budget mensuel d’un ménage) et, par aspect, de mesurer le gradient centre-périphérie.

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 and Pivano (2021), Berrada and Poulhès (2021), Schanzenbächer et al. (2020), Boulet et al. (2021).

4.2 Les modèles spatialisés de la Chaire

La Chaire dispose d’un stock de modèles destinés à des simulations spatialisées de mobilité. La représentation de l’espace est « concrète », détaillée, dans les modèles suivants :

• Logiciel VISUM de simulation multimodale des transports dans un territoire, utilisé dans le cours MASYT (licence ENPC de l’éditeur PTV).
• Logiciel CAPTA développé dans la 1^ère phase de la Chaire pour simuler le trafic des voyageurs sur un réseau de transports collectifs, en intégrant plusieurs phénomènes de congestion au niveau des voyageurs et au niveau des véhicules : cf. le rapport d’activités de 2021.
• Le Simulateur multi-agents de Transport à la demande développé par Alexis Poulhès et Jaafar Berrada : cf. rapport d’activités de 2021. Ce modèle et les simulations associées sont au cœur de la thèse de doctorat « sur travaux » soutenue par Alexis le 19 janvier 2023 (cf. encadré).
• Simulateur multi-agents MATSIM, développé en Open source par une communauté autour des équipes fondatrices de Kay Axhausen (ETHZ) et de Kai Nagel (TU Berlin).

Ce dernier simulateur a été complété en 2018 par Sebastian Hörl (SystemX, ex-ETHZ) par le « pipeline Eqasim » qui automatise la constitution de données d’applications pour l’Ile-de-France :

• Codage du réseau routier à partir de la base ouverte OSM (Open Street Map),
• Codage du réseau ferré et des services de transport collectif à partir de la base GTFS des transports collectifs franciliens (source IDFM),
• Codage de la demande de mobilité à partir du Recensement général de la population et de l’Enquête nationale de mobilité des personnes, ou de l’Enquête de mobilité des ménages (EGT). Il s’ensuit une « population synthétique » destinée à la simulation de la mobilité.

Sebastian Hörl a modélisé la mobilité pour l’Ile-de-France en situation 2008-2009. Cette configuration est utilisée notamment par l’équipe de Nicolas Coulombel au LVMT, en particulier par Tatiana Sérégina et Biao Yin. Dans le cadre de la Chaire, début 2022 Kang Liang s’est initié au maniment de MATSIM-Eqasim et à la constitution de deux populations synthétiques, l’une à partir de RGP & ENTD 2008, l’autre de RGP & EGT 2009. Pour la 3^ème partie de sa thèse (cf. §1.3), il actualisera la population synthétique « francilienne » sur la base du RGP et de l’EGT 2020, en complément à la constitution d’une population synthétique spécifique pour les actifs-outsiders et leur mobilité concernant l’Ile-de-France.

4.3 Les modèles « abstraits » de la Chaire

La Chaire développe aussi des modèles où l’espace est figuré abstraitement :

• Modèle probabiliste ToPoLo pour des déplacements en TC enchaînant une phase d’accès initial en la station d’origine, une phase d’attente à quai, une phase de trajet à bord du véhicule, une phase d’accès terminal en la station de destination. L’article (Leurent & Li, 2022) a modélisé les positions longitudinales des voyageurs à bord des trains, leurs effets sur les temps de sortie des voyageurs, et l’éventuelle formation d’une file d’attente altérant ces temps selon un modèle de goulot. En 2022 nous avons traité à nouveau la congestion à l’embarquement des  trains du RER A (cf. encadré).
• Modèles probabilistes et technico-économiques pour des services de mobilité partagée en forme d’anneau, cf. §3.1.
• Modèle monocentrique d’économie urbaine, cf. §3.3.

4.4 Excel files, ABMs & MFGs

Cette dernière partie met en perspective les différentes formes de modélisation auxquelles la Chaire s’intéresse, en les pratiquant et même en les développant, ou simplement en tant qu’observatrice.

Excel files

Les modèles « spatialement abstraits » du §4.3 peuvent tous se traiter par un classeur Excel ; certains sont aussi programmés en langage python (ToPoLo) ou Mathématica (modèle d’économie urbaine de Rémy Le Boënnec).

Simulations du trafic sur un réseau discrétisé

La simulation détaillée dans l’espace requiert des logiciels spécialisés. Les simulateurs traditionnels de trafic, tels que VISUM ou CUBE, mettent en œuvre principalement un traitement agrégé de la demande, sous la forme de flux macroscopiques par relation origine-destination, par élément de réseau et par itinéraire. La représentation macroscopique s’accorde bien avec la modélisation mathématique d’un réseau comme un graphe au sens mathématique, c’est-à-dire un couple de deux ensembles l’un de sommets (nœuds) et l’autre d’arcs (liens), sans détailler les positions intermédiaires le long d’un arc.

Les positions longitudinales constituent un niveau supérieur de détail spatial, qui amène naturellement à désagréger les entités mobiles constitutives du flux. On arrive ainsi à une représentation microscopique du trafic, mise en œuvre en particulier dans les simulateurs VISSIM et AIMSUN. Ce dernier traite à présent un ensemble large de modes de transport : automobile, transport collectif, piéton et vélo : il est utilisé dans les études de trafic sur voirie commanditées par la Ville de Paris. La société éditrice éponyme, Aimsun, a récemment mis en chantier la simulation du stationnement. De même le simulateur VISSIM de trafic routier distingue les différents modes présents sur la voirie routière : il complète naturellement le simulateur VISUM. Mais ces micro-simulateurs de trafic n’explicitent pas les services de mobilité partagée, ni l’économie des services de transport public.

Sur un réseau de voirie parcouru par des automobiles, des autobus et des vélos, par tronçon la dimension longitudinale est la plus importante : c’est pourquoi la figuration de l’espace est essentiellement monodimensionnelle dans les micro-simulateurs de trafic cités, en la complétant par l’explicitation des files de circulation.

ABMs: Agent-Based Models

Mais pour la microsimulation du trafic piéton, il est important de considérer deux dimensions d’espace : places en voirie, espaces piétons dans les gares – notamment les quais mais aussi les couloirs. En 2D les interactions entre entités mobiles ou fixes sont plus complexes : on les traite en simulation multi-agent (SMA = ABM). Le simulateur VISWALK complète à cet effet les outils VISSIM et VISUM dans l’offre logicielle de la société PTV. D’autres outils existent : cf. la revue bibliographique dans la thèse de Caroline-Marin Dubroca-Voisin. Cette thèse a été réalisée au Mass Transit Lab de SNCF-Transilien en coopération avec la Chaire, sous la direction de F. Leurent. Elle a été brillamment soutenue le 30 janvier 2023 devant un jury assemblant cinq disciplines académiques : ingénierie de système, modélisation du trafic, mathématiques appliquées, design industriel et architecture.

Ainsi la SMA sert pour simuler le trafic autant que pour simuler la demande et les usages de mobilité (cf. MATSIM). Mais la simulation totalement multi-agents de l’ensemble de la mobilité dans un territoire complexe nécessite une très grande puissance de calcul – elle n’existe actuellement que sous forme expérimentale dans quelques laboratoires de recherche (Los Alamos national laboratory, U. Cardiff). En pratique on se contente de SMA trafic à l’échelle 1:1 pour des scènes de trafic piéton intensif dans des lieux névralgiques (ex. gare de La Défense), et de SMA de mobilité à l’échelle 1:1000 ou 1:100 pour une métropole. Le taux d’échantillonnage constitue implicitement une agrégation : cette agrégation est manifeste dans la représentation de la congestion routière par tronçon sous MATSIM et équivalents.

MFGs: Mean Field Games

Même si le mode Multi-agents domine actuellement la recherche en modélisation du trafic, suggérant une transition définitive vers un traitement totalement désagrégé des entités mobiles, la modélisation macroscopique n’a pas dit son dernier mot. Les traitements mathématiques par « passage à la limite » sur des grands nombres sont utiles :

• Pour simuler la circulation des véhicules le long de lignes de transport constituant des cycles de service, en traitant des événements d’interaction entre véhicules consécutifs et avec leur environnement. Le calcul événementiel dans l’algèbre max-plus est un courant de recherche vivace en génie industriel, il s’applique au trafic du métro, cf. la thèse de Florian Schanzenbächer évoquée dans le rapport d’activités de 2020.
• Pour des interactions entre agents en nombre N, par exemple des piétons en interaction physique dans un espace dédié : le passage à la limite de N est au cœur de la théorie des « Jeux à champ moyen », en anglais « Mean field games ».

Cette théorie mathématique a été inventée en France en 2007 par J-M Lasry et P-L Lions et parallèlement au Canada : elle se diffuse progressivement dans les domaines mettant en œuvre la théorie des jeux – économie, énergie, transport puisque l’équilibre de Wardrop est un équilibre de Nash au sens de la théorie des jeux. Des équipes françaises de mathématiques appliquées sont en pointe au niveau mondial sur les MFGs : à U.Dauphine pour des applications à la finance, à U.Diderot pour des applications à l’économie du développement, à l’économie urbaine et à la simulation du trafic piéton, autour du professeur Yves Achdou. Des pistes de coopération sont en cours de discussion, faisant écho à la journée « Maths et mobilité » co-organisée en novembre 2021.

Le « champ moyen » en question est la résultante des actions simultanées des agents. Par exemple, la superposition des présences d’entités mobiles dans un espace d’une certaine forme produit un « champ moyen » de trafic : moyen car il s’impose à tous à un instant donné. Autre instanciation en économie urbaine : la distribution spatiale des prix immobiliers est un « champ moyen »résultant de la superposition des enchères immobilières d’un ensemble de ménages. Le « champ moyen » peut être stationnaire dans le temps, ou présenter une dynamique qui peut être lente ou rapide.

Un atout important de cette théorie est la combinaison entre comportements individuels « particulaires » et traitement générique de l’espace au cours du temps, typiquement selon un maillage d’espace 2D par discrétisation en éléments finis. Le formalisme mathématique (théorie de la mesure) est plus puissant que celui des modèles de trafic traditionnels, avec à la clef la possibilité d’établir non seulement l’existence d’états d’équilibre (notamment dynamiques) mais aussi leur unicité – propriété qui paraissait hors d’atteinte dans les applications des micro-simulateurs de trafic routier, mais aussi dans les études théoriques de l’équilibre du trafic dans les modèles dynamiques macroscopiques traditionnels.

5/ Formation et diffusion des connaissances

5.1 Implication de la Chaire dans la formation d’élève-ingénieur de l’ENPC

Pour l’année universitaire 2022-2023, l’équipe de la Chaire assure les enseignements suivants en formation d’élève-ingénieur à l’ENPC :

• Dans le cours 1A en « Simulation Multi-Agents de la Mobilité » assuré par Tatiana Sérégina (ENPC-LVMT) : interventions d’Alexis Poulhès, Biao Yin et Justine Dorsz.
• De plus Danyang Sun et Fabien Leurent pilotent (1^er semestre 2023) le projet d’initiation à la recherche lié au cours : trois élèves-ingénieurs modélisent la génération de la mobilité dans Paris à partir de traces mobiles fournies par la société EchoAnalytics.
• Cours de 2^ème année « Méthodes d’analyse des systèmes territoriaux », par Alexis Poulhès.
• Cours de 3^ème année « Mobilité connectée », par Alexis Poulhès.
• Le « Projet Transit Lab » est un parcours de formation à mi-temps tout au long d’un semestre : le premier semestre d’année M2 de la filière Transport au département VET.

En 2022-2023 trois élèves (Stephen Fournout, Linghui Li, Junwei Zhang) ont étudié les temps de sortie des voyageurs du RER A aux stations Vincennes et La Défense. Ils ont modélisé les itinéraires piétons entre quais de descentes et zones de validation billettique en sortie de station. En croisant des données AFC de validation billettique avec des données AVL d’horaires d’arrivée et départ des trains, ils ont caractérisé l’influence de la zone de sortie sur la distribution statistique des temps de sortie. De plus, en s’appuyant sur le modèle ToPoLo (cf. §4.3), ils ont modélisé par analyse bayésienne la distribution des positions des usagers le long de leur train de descente. Leur rapport permettra la préparation d’un article en co-autorat avec les enseignants-tuteurs du projet (FL et Justine Dorsz).

L’édition 2023-2024 du « Projet Transit Lab » abordera l’influence de l’âge sur les vitesses piétonnes dans les gares, en s’appuyant sur les titres tarifaires spécifiques (étudiants, actifs, seniors).

5.2 Parcours de M2 « Economie des transports et de la mobilité » du MEEET

Le MEEET, « Master Economie Energie Environnement Transport » est un programme en 2 années co-accrédité par Université Paris-Saclay (qui comprend CentraleSupélec et IFPSchool), l’ENPC et l’université de Nanterre. Il est bien établi depuis une vingtaine d’années et ses parcours de M2 accueillent annuellement environ 150 étudiants dûment sélectionnés.

Un nouveau parcours de M2 spécialisé en « économie des transports et de la mobilité » a été conçu et organisé en 2021-2022. Pour sa première édition en 2022-2023, le parcours a accueilli 20 élèves : deux-tiers d’élèves-ingénieurs centraliens et un tiers d’élèves purement mastériens.

L’équipe de la chaire s’est investie fortement dans le montage du parcours et spécialement dans la préparation de deux nouveaux cours : Simulation et Optimisation des Systèmes de Mobilité (SOMS) et Mobilité servicielle, plateformes de mobilité (MSPM).

Le cours SOMS a pour objectifs de connaissance :

• La représentation physique et économique d’un « système de mobilité » : un service, une scène de trafic, d’un système de transport, d’un « système territorial de mobilité ».
• Formulation mathématique : variables d’état, relations causales
• Traitement algorithmique : schémas de calcul pour la simulation

Le cours est organisé en huit séances de 3 heures, selon le plan en encadré.

Encadré J : Plan du cours SOMS « Simulation & Optimization of Mobility Systems »

1/ Réseau de transport comme système de mobilité. Modèle d’affectation du trafic sur un réseau. Première notion de système. Discussion de la portée et des limitations. Optimisations individuelles et collectives.          
2/ Techniques et services de transport. Techniques modales. Formes de service. Qualité de service : consistance et facteurs. Modélisation technico-économique d’un service.           
3/ Multimodalité et rentabilités. Rentabilisation d’un service : costing, pricing, planning. Rentabilisation par un consommateur: choix de mode, choix d’équipement.       
4/ La demande de mobilité. Population et génération de mobilité. Distribution spatiale des flux. Modèles sophistiqués de demande.                
5/ Conditions territoriales : caractérisation et paramétrage. Conditions d’offre : géométrie des réseaux par échelle spatiale, dimensionnement des moyens. Conditions de demande : densités, configurations. Conséquences sur l’efficience des modes.           
6/ Localisation des agents dans un territoire. Localisation d’un établissement productif : modèles de Weber et de Hotelling. Localisation d’un ménage. Modèles intégrés de mobilité et d’occupation du sol. Développement et valorisation du foncier et de l’immobilier. Notions élémentaires d’économie territoriale.    
7/ Planifier la mobilité et son territoire. Les besoins territoriaux de mobilité. Possibilités d’actions. Les externalités et leur simulation. Management et organisation de la mobilité. Optimisation en théorie et en pratique.                
8/ Dynamique du système de mobilité et prospective. Dynamique de la demande. Dynamique de l’offre. Dynamiques externes. Prospective de l’impact carbone.

Le cours MPSM « Mobility as a Service, plateformes multifaces » traite des enjeux et des mécanismes économiques des services de mobilité basés sur des plateformes multifaces. Il adopte une approche économique et managériale : facteurs de la demande, facteurs de l’offre, conditions de rentabilité. L’effet plateforme est analysé en tenant compte de la demande, d’une part, et de l’offre, d’autre part. Des effets systémiques spécifiques sont mis en évidence.

A l’issue du module, les étudiants doivent avoir acquis les compétences suivantes :

• Analyser les enjeux économiques, sociaux, environnementaux, climatiques et énergétiques spécifiques aux services de mobilité en plateforme;

• Analyser la fonction de production, et les effets de plateforme, modéliser les coûts de production ;

• Analyser la demande potentielle en situation territoriale, les effets de plateforme ;

• Comprendre les facteurs de succès ou d’échec d’une implantation locale, identifier les territoires et services de mobilité pertinents.

Les connaissances sont évaluées sur la base d’un dossier individuel pour concevoir un service de mobilité partagée par navettes dans une ville par l’élève, en considération des conditions urbaines, d’un itinéraire en forme d’anneau à tracer sur le plan de voirie, du potentiel local de demande et du régime de régulation du service (dimensionnement de flotte et fixation du tarif).

Ce module est composé de sept séances selon le plan en encadré.

Encadré K : Plan du cours MPSM « Mobility as a Service, plateformes multifaces »

1/ Introduction du cours ;
2/ Economie de la production d’un service de plateforme de mobilité : moyens, processus, coûts.
3/ Démonstration des services Ecov, plateformes physiques et numériques ; Comment développer la demande et l’offre ; Questions de masse critique. (par J-B. Ray, ECOV).
4/ Analyse de la demande pour un service de mobilité ;
5/ Multimodalité, concurrence vs intégration des services de mobilité ;
6/ Coordination des modes ; MaaS comme super plateforme ;
7/ Conclusion du cours et perspectives.

5.3 Diffusion des connaissances

Séminaire du 6 juillet 2022 sur les traces de mobilité

La Chaire et le Lab Recherche-Environnement Vinci-ParisTech ont tenu conjointement une demi-journée de diffusion scientifique sur l’analyse de la mobilité à partir de traces mobiles : le 6 juillet matin, au Jardin d’Agronomie Tropicale de Paris (site du CIRED), avec 52 participants présents (experts des sujets de mobilité : académiques, institutionnels et acteurs du monde socio-économique).

Le thème d’invitation : « La géolocalisation dynamique est désormais embarquée tant dans nos véhicules que dans nos smartphones. Les trajectoires collectées constituent un matériau précieux pour connaître la mobilité des individus. Le séminaire restitue des recherches destinées à révéler des types statistiques au niveau des déplacements, des lieux d’activités, des journées vécues et des individus. Ces projets sont basés sur des traces numériques associées à des véhicules et à des smartphones, ainsi que sur les trajectoires décrites dans les enquêtes de mobilité auprès des ménages. Des méthodes d’intelligence artificielle permettent ensuite d’éclairer les comportements de mobilité en Île-de-France. »

Au programme du séminaire, deux présentations de recherches récemment publiées, suivies d’une table ronde:

• Biao YIN, chercheur post-doc ENPC : « Statistical characterization of human mobility in Île-de-France based on the Enquête Globale Transport 2018 (EGT) and mobile phone data»

• Danyang SUN, chercheur post-doc ENPC: « Analyses of spatial-temporal mobility patterns based on Floating Car Data mining ».

• La table ronde a traité de « Comment observer les mobilités aujourd’hui et demain ? Quelles places pour les différents dispositifs de suivi (enquêtes, traces numériques…) ? », grâce aux contributions d’intervenants d’IDFM, de KISIO, de Mobiliscope et de l’Institut Paris Région.

Co-organisation du forum THNS avec l’université de Tongji

Comme en 2021, la Chaire Mobilité Territoriale a participé au comité scientifique de la conférence « THNS Forum- International Symposium on the Sustainable Development of Urban Transport Systems » qui s’est tenue en ligne du 15 au 18 novembre 2022. Cette conférence internationale a été créée en 2008 à l’initiative de l’École des Ponts ParisTech, de l’Université de Tongji (Chine) et du Ministère de l’Environnement. Plus récemment, sa co-organisation scientifique a été inscrite dans l’accord de coopération stratégique renouvelé en avril 2022.

Les thèmes de la conférence ont largement couvert le champ des transports : économie et management de la mobilité, accessibilité des transports et aménagement du territoire, mobilités autonomes, partagées et à faibles émissions, sécurité dans les transports. Plusieurs prix, catégories Doctorants et Chercheurs confirmés, ont été remis en décembre 2022 aux auteurs des communications remarquables particulièrement appréciées par le comité scientifique.

Près de 40 communications ont été présentées à la conférence lors de 9 sessions thématiques, ainsi que 7 keynotes. Trois chercheurs de la Chaire Mobilité Territoriale ont présenté une communication dans une session thématique de la conférence : Justine Dorsz, Rémy Le Boennec et Biao Yin.

5.4 Coopérations académiques

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 dans le rapport d’activités de 2021, dirigée par F. Leurent et co-encadrée par Virginie Boutueil (ENPC-LVMT) : la soutenance se tiendra à l’automne 2023,
• 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 ([4]) 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 (base VisioPulse) : à cheval entre les deux chaires, post-doc de Danyang Sun supervisé par F. Leurent sur la prospection d’itinéraires propices au covoiturage, et recherches de Biao Yin sur les variations de la mobilité selon les épisodes relatifs à la COVID (confinement et déconfinement).
• simulation multi-agents de mobilité : modélisation par MatSim à l’échelle d’un quartier : recherches de Tatiana Seregina et de Biao Yin supervisées par Nicolas Coulombel.

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.

Les échanges avec le professeur Yves Achdou du LJLL de l’U. Paris Diderot sur la modélisation des piétons en gare et particulièrement à quai, ont été élargis à la modélisation urbaine et environnementale, en lien avec la thèse récente de Quentin Lepetit à ces sujets.

5.5 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.

Voici les autres coopérations actives en 2022 et 2023 :

• avec le cabinet de conseil PMP : thèse de Sylvain Daou sur la mobilité servicielle (MAAS), cf. section 2.2.
• 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 EchoAnalytics, data broker en données de mobilité dont traces numériques de présence, des Points of Interest etc. La société a recruté mi-2022 Danyang Sun, jeune docteur formé par l’équipe de la chaire (et financée par le Lab Recherche Environnement) à l’analyse de la mobilité à partir de traces numériques. Danyang continue d’intervenir dans les cours de l’ENPC.
• 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.

5.5 Expertises

R. Le Boënnec a continué à contribuer en 2022 à des activités d’expertise démarrées en 2019 pour le compte du Comité Scientifique de France Mobilités. Il a coordonné un rapport relatif aux mobilités post-Covid (présentation des enseignements tirés trois ans après le début de la pandémie). Les résultats mis en avant concernent la mobilité selon les axes suivants : réalité des pratiques de télétravail, nouvelles pratiques de consommation, évolution des stratégies de relocalisation des acteurs (ménages et entreprises), et enfin évolution des pratiques de mobilité proprement dites (trafic routier, fréquentation des transports collectifs, essor du vélo, comportements de démobilité). Le rapport d’expertise (32 pages) a été publié en mars 2023. Il est consultable en accès libre sur la page Internet du Comité Scientifique France Mobilités.

F. Leurent, membre du comité scientifique de l’Association Transport-Environnement-Circulation (ATEC – ITS France) participe à l’élaboration du programme du congrès annuel « Rencontres de la Mobilité Intelligente », à la sélection des propositions de communication et à la cohérence du programme final.

Annexe : publications, communications, documents de travail

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

a/ Articles en revues scientifiques

DE BORTOLI Anne, FERAILLE Adélaïde, LEURENT Fabien (2022a) Towards Road Sustainability — Part I: Principles and Holistic Assessment Method for Pavement Maintenance Policies. Sustainability. 2022; 14(3):1513. https://doi.org/10.3390/su14031513

DE BORTOLI Anne, FERAILLE Adélaïde, LEURENT Fabien (2022b) Towards Road Sustainability — Part II: Applied Holistic Assessment and Lessons Learned from French Highway Resurfacing Strategies. Sustainability 2022, 14, 7336. https://doi.org/10.3390/su14127336

LE BOENNEC, R., BULTEAU, J., & FEUILLET, T. (2022). The role of commuter rail accessibility in the formation of residential land values: exploring spatial heterogeneity in peri-urban and remote areas. The Annals of Regional Science, 69(1), 163-186.

LE BOENNEC, R., & LUCAS, S. (2022). Is neighborhood satisfaction related to density perception? Promoting liveable and sustainable land use planning. Journal of Environmental Planning and Management, 65(11), 2081-2098.

LE BOENNEC, R., & SALLADARE, F. (2022). How do you commute? Investigating the use of privately-owned micromobility modes for commuting trips in four European countries (No. hal-03860815).

LEURENT Fabien (2022a), What is the value of swappable batteries for a shared e-scooter service? Research in Transportation Business & Management, 2022, https://doi.org/10.1016/j.rtbm.2022.100843

LEURENT Fabien (2022b), From Food to Foot: The Energy and Carbon Flows of the Human Body at Walking and Cycling. Journal of Energy and Power Technology 2022; 4(3): 025; doi:10.21926/jept.2203025. http://lidsen.com/journals/jept/jept-04-03-025

LEURENT Fabien (2022c). Used (Lived) versus Offered (Plain) Densities of Human Settlement in space: An instance of the probabilistic consumption model. International Journal of Population Studies, 8(2):34-50. https://doi.org/10.36922/ijps.v8i2.297

LEURENT Fabien & LIANG Kang (2022) How Do Individual Walk Lengths and Speeds, Together with Alighting Flow, Determine the Platform Egress Times of Train Users? Journal of Advanced Transportation, https://doi.org/10.1155/2022/3633293

SALIHOU, F., LE BOENNEC, R., BULTEAU, J., & DA COSTA, P. (2022). Incentives for modal shift to sustainable mobility solutions: a review, Revue d’Economie Industrielle, 178-179(2),199-246.

YIN Biao, LEURENT Fabien (2022a). What are the multimodal patterns of individual mobility at the day level in the Paris region? A two-stage data-driven approach based on the 2018 Household Travel Survey. Transportation https://doi.org/10.1007/s11116-022-10285-w

YIN Biao, LEURENT Fabien (2022b). Estimation of transfer time from multimodal transit services in the Paris region. Future Transportation 2(4): 886-901; https://doi.org/10.3390/futuretransp2040049.

SUN Danyang & LEURENT Fabien (2023) Identification of Common Paths for Rideshare Routing by Mining Vehicle Trajectories. Accepted in Transportation Research Record.

b/ Projets d’articles soumis

DAOU Sylvain, LEURENT Fabien & PAPET Laura (2023) « The MaaS concept in the field as of 2021: typology of implementations based on an international panorama”. Submitted to European Transport Research Review.

DAOU Sylvain & LEURENT Fabien (2023) Modeling Mobility as a Service : a literature review. Submitted to Research in transportation economics.

c/ Conférences internationales avec actes

LEURENT Fabien (2022) Quel est le vrai coût de l’énergie pour une trottinette partagée ? Communication au congrès RDMI -ATEC-ITS, Montrouge, Janvier.

DAOU Sylvain, LEURENT Fabien & PAPET Laura, « The MaaS concept in the field as of 2021: typology of implementations based on an international panorama”. Poster presentation to Transportation Research Arena 2022 (TRA 2022) in Lisbon, Portugal, November 2022.

DAOU Sylvain & LEURENT Fabien, Modeling Mobility as a Service : a literature review. Podium presentation to International Conference on Mobility as a Service (ICoMaaS 2022), Tampere, Finland, November 2022.

SUN Danyang & LEURENT Fabien (2023) Identification of Common Paths for Rideshare Routing by Mining Vehicle Trajectories. Paper TRB#22-01123 presented to Annual Meeting of the Transportation Research Record, Washington, January 2023.

d/ Chapitres d’ouvrage

Fabien LEURENT & Enguerrand PRIE (2022) Bilan carbone des modes de transport terrestre : Quelles places des infrastructures ? Chapitre 4 dans Dominique Bureau (coord) : Le Grand Paris Express : les enjeux pour l’Environnement, éditions Economica, pp. 101-158.

e/ Thèses de doctorat

Danyang SUN (2022) Floating Car Data Mining to Feature out Mobility Patterns: Individual-centered and Place-based Analyses. ENPC PhD thesis defended on January 27^th. https://www.theses.fr/2022ENPC0004

Alexis POULHES (2023) La modélisation multi-agents pour l’optimisation et l’évaluation de services de transport. Thèse de doctorat de l’Université Gustave Eiffel soutenue le 19 janvier 2023. https://www.theses.fr/s321247

Capucine-Marin DUBROCA-VOISIN (2023) Gérer les flux de voyageurs en gare : de l’observation au contrôle en passant par la simulation Thèse de doctorat de l’ENPC soutenue le 30 janvier 2023. https://www.theses.fr/s167245

f/ Working papers

Fabien LEURENT (2022d). On the ratios of urban mobility, Part 1: the HoTer model of travel demand and network flows. 2022. ⟨hal-03805030⟩

Fabien LEURENT (2023a) Ring-shaped Collective Cab Service under platform economy, 13 p.

Fabien LEURENT (2023b) Collective cabs as rolling chains for ring-shaped Semi-Flexible Transit, 22 p.

Fabien LEURENT (2023c) Ring-shaped Collective Cab Service with multiple customer classes: Traffic Process & Service Economics. 50 p.

Fabien LEURENT & Justine DORSZ (2023) Estimation model of delayed boarding probability by train run from automated data, 41 p.

g/ Références au long cours

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.

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

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/

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.

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⟩

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[1] Rémy Le Boënnec, Sylvain Daou, Kang Liang, Mariana Rocha, Edwin Ruales, Alexis Poulhès & Biao Yin

[2] thèse de F. Salihou à VEDECOM et CentraleSupélec, co-encadrée par R. Le Boënnec

[3] « Simulation » en considérant que le groupe de participants constitue un échantillon statistique de la population

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