Rail capacity constraints : an economic approach

par Maria Perez Herrero

Thèse de doctorat en Sciences économiques

Sous la direction de Yves Crozet.

Soutenue le 12-12-2016

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences économiques et gestion (Lyon) , en partenariat avec Université Lumière (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire Aménagement Économie Transports / LAET (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Ayong Le Kama.

Le jury était composé de Grégoire Marlot, Julien Brunel.

Les rapporteurs étaient Chris Nash, Erik T. Verhoef.

  • Titre traduit

    Les contraintes de capacité ferroviaires : une approche économique


  • Résumé

    Cette thèse décrit de façon précise les éléments techniques et les fondements économiques qui permettent de caractériser la problématique de la contrainte de capacité ferroviaire dans son ensemble. Jusqu’à présent, la question de la contrainte de capacité ferroviaire a principalement été étudiée d’un point de vue ingénierie, dans un univers monopolistique où la répartition de la capacité et les ajustements en cas de conflit étaient gérés par des processus internes. Néanmoins, compte tenu d’une ouverture progressive à la concurrence du monde ferroviaire, analyser économiquement cette question devient un enjeu clé pour le gestionnaire d’infrastructure, dans un contexte de plus en plus régulé.Ce manuscrit aborde dans un premier temps, la définition de la contrainte de capacité selon la perspective de l’ingénieur, à travers la conception de l’horaire, un élément majeur de la rencontre entre l’offre et la demande pour les transports programmés. Une meilleure connaissance des méthodes de construction horaire a permis de mettre en évidence les arbitrages implicites entre la capacité offerte et la qualité de service en termes de fiabilité. La vision technique de l’ingénieur combinée à la vision économique développée dans les autres modes de transport, nous a permis d’élaborer dans un second temps, un modèle microéconomique du coût généralisé de l’usager, considérant les spécificités ferroviaires de la construction horaire. Cette modélisation a mis en évidence le double effet d’une fréquence ferroviaire supplémentaire, d’une part sur le coût de « deshorage » (effet Mohring) et d’autre part sur l’espérance du coût du retard, lié à un usage intensif du réseau. Une fois la fonction de coût généralisé spécifique au ferroviaire déterminée, nous avons construit un modèle d’équilibre offre-demande, en considérant le comportement des usagers ainsi que les coûts des opérateurs. Ce modèle décrit les interactions entre l’offre et la demande selon les différentes structures de marché. L’analyse développée démontre que sous certaines conditions, le régulateur peut être amené à valider une tarification de la contrainte de capacité, afin d’internaliser les effets externes générés et d’envoyer les bons signaux-prix aux agents économiques. Néanmoins, dans certains cas, une fréquence additionnelle génère une externalité positive (effet Mohring), justifiant ainsi une subvention pour intensifier l’usage de la ligne et non une tarification complémentaire.


  • Résumé

    This PhD dissertation addresses the foundations of a detailed characterisation of rail capacity constraints from an economic perspective.Traditionally, railway capacity has been studied from the standpoint of engineering in a monopolistic world where capacity choices were considered as an organisational issue and set out in internal procedures. However, there is now a growing interest in analysing this issue from an economic perspective, specially regarding the ongoing deregulation tendency.Firstly, the definition of railway capacity constraints is presented from an engineering perspective via timetable design, a key element in matching supply and demand for planned transport services. A better understanding of timetable construction methods led to highlighting the implicit trade-offs between the capacity supplied and service quality in terms of reliability in the current graphic timetable construction processes in European infrastructure managers. Secondly, this technical vision of the engineer is combined with the economic vision developed for other modes of transport. It allows us to formulate a microeconomic model of the consumer generalized cost function, specific to the railway services. This model highlights the dual effects for the users of a higher frequency of rail traffic. It impacts the expected scheduled delay cost (Mohring effect) on the one hand, and a congestion effect linked to the intensive use of the network on the other. Once the detailed generalised cost function for train users has been determined, we develop an equilibrium model, by considering users’ behavior, operators’ costs and by describing how supply and demand interact under different market conditions. We analyse the interactions between demand and supply and show that, under some conditions, it is optimal from a welfare point of view to charge the cost of capacity constraints in order to internalize the negative external effects generated, and send the right price signals to economic operators. Nevertheless, in certain cases, an additional frequency generates a positive externality (Mohring effect), thereby justifying a subsidy to encourage using the railway line rather than increases access charges.


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