Analyse et optimisation technico-économiques des nouveaux services de mobilité basés sur l'usage des véhicules autonomes

par Jaâfar Berrada

Thèse de doctorat en Transport

Sous la direction de Fabien Leurent.

Soutenue le 12-02-2019

à Paris Est , dans le cadre de VTT - Ville, Transports et Territoires , en partenariat avec LVMT - Laboratoire Ville Mobilité Transport (laboratoire) et de Laboratoire Ville- Mobilité- Transport / LVMT (laboratoire) .

Le président du jury était Patrice Aknin.

Le jury était composé de Fabien Leurent, Rémi Maniak, Jakob Puchinger, Göknur Sirin-Jubin, Nadège Faul, Zoi Christoforou.

Les rapporteurs étaient Rémi Maniak, Jakob Puchinger.


  • Résumé

    Les véhicules autonomes deviennent de plus en plus une réalité, qui à la fois promet d’améliorer, de manière plus ou moins brutale, les systèmes de transport urbain. En effet, cette technologie présente le potentiel de réduire la consommation d’énergie, le nombre d’accidents, les coûts de déplacement ainsi que l’occupation de l’espace urbain. Cependant, des obstacles à la mise en œuvre et à la pénétration en masse du marché subsistent. Sur le plan économique, les coûts initiaux seront probablement peu abordables. Au niveau social, les utilisateurs pourraient être réticents à changer leurs habitudes de déplacement quotidiennes. Techniquement, les interactions avec les autres composants du système de transport restent incertaines. Les défis en matière de responsabilité, de sécurité, d'éthique et de confidentialité des données doivent aussi être relevés.Cette thèse contribue à l'étude ex-ante des systèmes de mobilité basés sur les véhicules autonomes à travers l'identification, la conception et l'évaluation de modèles d'affaires articulés autour des véhicules autonomes. En particulier, elle propose une analyse systémique des «nouveaux» services de mobilité (notamment les services d'autopartage, de covoiturage et de taxi) pour identifier finalement les taxis autonomes (aTaxis) et les navettes autonomes (aTransit) en tant que deux des formes de services les plus pertinentes qui pourront bénéficier d'une large diffusion. Ensuite, nous nous concentrons sur un service d'aTaxis et nous proposons un cadre stratégique pour la construction d’un modèle microéconomique qui permet d’analyser les décisions stratégiques d’un opérateur de services de taxis autonomes. Le cadre stratégique se compose de trois niveaux (opérationnel, tactique et stratégique) et intègre trois forces de pression (la réglementation, les coûts unitaires et les préférences de la demande). Une application est ensuite réalisée sur une zone stylisée (Orbicity) et un cas réel urbain (Palaiseau, une ville de la région parisienne).Les résultats de la simulation montrent que l’automatisation peut améliorer à la fois les performances de mobilité et l’efficacité économique du système de transport urbain. De plus, les économies de densité de l'offre et de la demande sont évaluées en contrôlant à la fois la taille de la flotte et le nombre d'utilisateurs pour une zone d'étude fixe. En particulier, l'application sur Palaiseau a prouvé que l’utilisation de dix véhicules supplémentaires impliquerait 1 % de plus d'utilisateurs (+15 passagers) et 50 % de moins de profit. Une enquête des préférences déclarées appuie le modèle stratégique et montre que les aTaxis seront probablement utilisés pour les trajets quotidiens de 2 à 5 km par deux profils d’utilisateur: (1) les jeunes utilisateurs non motorisés (âgés de moins de 30 ans) et (2) la population active motorisée âgée de 30 à 50 ans.La thèse adopte une approche interdisciplinaire combinant (1) une analyse qualitative qui commence par une revue des travaux existants appuyée ensuite d’abord par une analyse marketing de Business Models basés sur les véhicules autonomes puis par une analyse systémique d’un service de aTaxis et (2) une analyse quantitative, située à mi-chemin entre la microéconomie et la simulation spatiale.

  • Titre traduit

    Technical-economic analysis of services based on autonomous vehicles


  • Résumé

    Autonomous Vehicles (AV) are becoming more of a reality, promising beneficial yet potentially disrupting changes to our urban transportation systems. This technology presents the potential to reduce energy consumption and crash occurrences, cut travel costs and minimize urban space occupancy for parking purposes. Yet barriers to implementation and mass-market penetration remain. Economically, the upfront costs in the initial stage will likely lack affordability. Socially, users could be reluctant to change their daily travel routines. Technically, the interactions with the other components of the transportation system remain uncertain. There are other challenges regarding liability, security, ethics and data privacy, too.This thesis contributes to the ex-ante study of AV-based mobility systems through the identification, design and assessment of upcoming Business Models (BM) articulated around AVs. In particular, it brings about a systemic analysis of “new” mobility services (especially car-sharing, carpooling and ride-sourcing services) in order to identify autonomous taxis (aTaxis) and autonomous shuttles (aTransit) as two of the most relevant forms of services that may enjoy wide spreading. Then, we focus on a service of aTaxis and we put forward a microeconomic model framework to evaluate strategic setups of aTaxis provider. The model framework comprises three levels (operational, tactical and strategic), and integrates three pressure forces (regulation, unit costs and demand preferences). An application is then conducted on a stylized area (Orbicity) and a real urban case (Palaiseau, a city in Paris area).Simulation results show that automation has the potential to improve both the mobility performances and the economic efficiency of the urban transportation system. Additionally, the density economies of supply and demand are evaluated by controlling both the fleet size and the number of users for a fixed study area. In particular, the framework application on Palaiseau proved that increasing by ten the fleet size of aTaxis involves 1% more users (+15 passengers) yet 50% less of profit. A stated-preference survey supports the model framework and suggests that aTaxis will likely be used for short-distance (2 to 5 km) commuting trips by two user profiles: (1) non-motorized young users (less than 30 years old) and (2) motorized active population between 30 and 50 years old.The thesis takes an interdisciplinary approach combining (1) a qualitative analysis that starts from a review of existing works and adds first a marketing analysis of Business Models based on AVs and second a systemic analysis of an aTaxis service, and (2) a quantitative analysis, situated midway between microeconomics and spatial simulation.


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