Phase d affectation : mise en forme du réseau de routier sur l Aire Urbaine de Lyon

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1 Rapport du Laboratoire d Économie des Transports Pour le compte de la DRAST (Ministère de l Équipement) et de l ADEME dans le cadre du groupe 11 du PREDIT Phase d affectation : mise en forme du réseau de routier sur l Aire Urbaine de Lyon Rapport intermédiaire n 8 du projet Simbad Simuler les MoBilités pour une Agglomération Durable Décembre 2008 Auteur : Cécile GODINOT et Patrick BONNEL Sous la direction de Jean-Pierre NICOLAS et Patrick BONNEL

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3 SOMMAIRE SOMMAIRE... II LISTE DES ABREVIATIONS... IV I. INTRODUCTION GENERALE... 1 II. CODIFICATION DES RESEAUX ROUTIERS : METHODES ET PRINCIPES 3 1 METHODOLOGIE DE LA CODIFICATION DES RESEAUX ROUTIERS CODIFICATION AU SEIN DE DAVISUM PRINCIPES DE CODIFICATION RETENUS POUR LE PROJET SIMBAD III. LA CODIFICATION DU RESEAU DE VOIRIE PREAMBULES A LA CODIFICATION TYPOLOGIE DES TRONÇONS DE VOIRIE MISE EN PLACE D UNE TYPOLOGIE DES NŒUDS LES MOUVEMENTS TOURNANTS AUX CARREFOURS ET LEURS PENALITES IV. LES COURBES DEBIT-VITESSE CHOIX DES COURBES DEBIT-VITESSE CHOIX DES COEFFICIENTS V. LA CODIFICATION DES CONNECTEURS LA DEMANDE DE DEPLACEMENTS AU CENTROÏDE D IRIS CONSTITUTION DES CONNECTEURS ENTRE LES CENTRES DES IRIS ET LE RESEAU CREATION DE CONNECTEURS SPECIFIQUES REPARTITION DES DEPLACEMENTS DE CHACUNE DES O-D ENTRE DIFFERENTS CONNECTEURS : LIBRE OU PROPORTIONELLE? VI. CONSTITUTION DE LA MATRICE DES DEPLACEMENTS POUR LA PHASE DE CALAGE DU RESEAU CHOIX ET HYPOTHESES METHODOLOGIQUES CONSTITUTION DE LA MATRICE DE CALAGE VII. CALAGE DU RESEAU VIAIRE CADRAGE METHODOLOGIQUE PRISE EN COMPTE DES PEAGES AUTOROUTIERS PRISE EN COMPTE DES CHANGEMENTS DE COMPORTEMENT DANS LES VITESSES DE CONDUITE ANALYSE DU CALAGE CONCLUSION VIII. PROJETS DE DEVELOPPEMENT DES INFRASTRUCTURES DE TRANSPORT ET SCENARIOS D EVOLUTION CADRAGE ET CHOIX METHODOLOGIQUES COMMUNS AUX DIFFERENTS PROJETS PRESENTATION DE L ETAT DE LA MODELISATION DES PROJETS AUTOROUTIERS ET VRU PRESENTATION DE L ETAT DE LA MODELISATION DES PROJETS ROUTIERS MISE EN PLACE DES AXES DE TC EN SITE PROPRE RECAPITULATIF DES PROJETS EN HYPOTHESES HAUTE ET BASSE II

4 6 DIFFERENTS SCENARIOS TRANSPORT A TESTER SOUS DAVISUM ANNEXES ANNEXE N 1 : RECONSTITUTION DE LA HIERARCHIE DES TRONÇONS ANNEXE N 2 : COEFFICIENTS DE PASSAGE ENTRE DIFFERENTES DONNEES DE COMPTAGES ET TAUX DE CROISSANCE DU TRAFIC A APPLIQUER ANNEXE N 3 : TYPOLOGIE DES TRONÇONS ARRETEE POUR LE CALAGE ANNEXE N 4 : COMPARAISON DES 3 NIVEAUX GEOROUTE ET DAVISUM ANNEXE N 5 : DONNEES COMPTAGES DISPONIBLES ANNEXE N 6 : METHODOLOGIE D ELABORATION DES COEFFICIENTS DE PASSAGE DES ZONAGES EM ET IRIS POUR 1995 ET ANNEXE N 7 : COEFFICIENTS DE PASSAGE ZONAGE ENQUETE MENAGES DEPLACEMENTS - ZONAGE IRIS ANNEXE N 8 : COEFFICIENTS DE PASSAGE DU ZONAGE COMMUNAL DE L ENQUETE CORDON AU ZONAGE IRIS ANNEXE N 9 : CALCULS DES TARIFS AUTOROUTIERS KILOMETRIQUES DE ANNEXE N 10 : FONCTION DE TEMPS GENERALISE ET PRISE EN COMPTE DES PEAGES AUTOROUTIERS ANNEXE N 11 : INDICE GEH ANNEXE N 12 : ATTRIBUTS UTILISATEURS DES TRONÇONS ANNEXE N 13 : MODELISATION DU BARREAU D IRIGNY ANNEXE N 14 : TABLEAU RECAPITULATIF DES DIFFERENTS PROJETS LISTE DES FIGURES LISTE DES FORMULES LISTE DES TABLEAUX BIBLIOGRAPHIE TABLE DES MATIERES III

5 LISTE DES ABREVIATIONS AUL BUE BUS COL EC EMD HPM HPS IGN IRIS LB OD PL PNL SIG SIMBAD TC TEO TMJA TMJO TOP UVP VdT VL VP VRU Aire Urbaine de Lyon Boulevard Urbain Est Boulevard Urbain Sud Contournement Ouest Lyonnais Enquête Cordon Enquête Ménage Déplacement Heure de Pointe du Matin Heure de Pointe du Soir Institut Géographique National Ilots Regroupés pour l Information Statistique Laurent Bonnevay Origine Destination Poids-Lourds Périphérique Nord de Lyon. Par abus de langage, cet axe est encore nommé TEO (Transversale Est-Ouest) dans certaines cartes du présent rapport Systèmes d Informations Géographiques Simuler les MoBilités pour une Agglomération Durable Transport collectif Transversale Est-Ouest : Périphérique Nord de Lyon. Par abus de langage, cet axe est encore nommé TEO dans certaines cartes du présent rapport Trafic Moyen Journalier Annuel Trafic Moyen des Jours Ouvrables Tronçon Ouest Périphérique Unité de Véhicule Particulier Valeur du Temps Véhicule Léger Voiture Particulière Voie Rapide Urbaine IV

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7 Ch1 : Introduction I. Introduction Générale Le thème du développement durable intervient aujourd'hui de manière récurrente dans les discours sur l'avenir des transports et son expression est explicite dans la législation nationale comme dans les réglementations locales régissant ce secteur d activité. La volonté politique de promouvoir un développement des transports respectueux de l environnement, sans pour autant négliger ses aspects économiques et sociaux, est donc désormais clairement affichée. Toutefois, aucun outil permettant d évaluer à cette aune les politiques menées ou envisagées n est actuellement disponible, malgré les besoins croissants manifestés par les acteurs locaux (collectivités locales, départements, régions et services déconcentrés de l Etat). C est pourquoi le développement d un modèle prospectif, conçu à l échelle du bassin de vie d une agglomération (les enjeux de la croissance urbaine dépassent largement le cadre des centre-ville), et rendant compte des dimensions environnementales, économiques et sociales des trafics qui s y réalisent, semble opportun. L objectif du projet SIMBAD (SImuler les MoBilités pour une Agglomération Durable) est de fournir un outil capable de simuler différentes politiques de transport et d urbanisme, afin d anticiper leurs conséquences environnementales, économiques et sociales, de mieux prendre en compte les liens qui existent entre ces trois dimensions, et d offrir in fine un éclairage pertinent sur les impacts de ces politiques, au niveau d une aire urbaine et à un horizon de 20 ans. L architecture finalement retenue pour le projet repose sur six grands modules, qui s agencent selon le schéma suivant : la localisation : o des activités économiques, o des résidences des ménages ; la génération et la répartition des trafics : o de marchandises, o de personnes, o les trafics d'échange et de transit ; l'affectation de l'ensemble sur les différents réseaux, de voirie et de transports collectifs. Le présent rapport s attache au développement du réseau routier à l aide du logiciel DaviSum. Dans le cadre de Simbad, cette phase propose moins d innovation méthodologique que dans d autres. Elle n en demeure pas moins essentielle car les résultats qu elle fournit, traduit en termes d indicateurs d accessibilité, jouent à long terme sur les localisations et affectent le point de départ de la période suivante (figure 1-1). Il est organisé en sept chapitres. Le second chapitre présente les principes de la codification des réseaux routiers, leur traduction au sein du logiciel de planification DAVISUM et les lignes directrices qui ont prévalu lors de la réalisation concrète de ce travail. Le troisième chapitre présente la construction des typologies de tronçons et de nœuds. Le quatrième chapitre aborde le choix des courbes débit-vitesse permettant la prise en compte de la congestion. Le cinquième rend compte de la codification des connecteurs de centroïde permettant de relier la demande incluse dans les connecteurs au réseau de voirie. Le sixième Laboratoire d Economie des Transports 1

8 Ch1 : Introduction présente la construction de la matrice de demande permettant d initier le calage du réseau de référence qui est décrit lors du septième chapitre. Enfin, le huitième chapitre décrit les principaux projets de voirie présents dans les scénarios. Figure 1-1 : L agencement des 6 modules du projet SIMBAD Localisation des Activités Localisations résidentielles Interactions Localisations Marchandises en Ville Interactions génération des déplacements Mobilités Individuelles Echange & Transit Affectations VP et TC Accessibilités t+1 Laboratoire d Economie des Transports 2

9 Ch 2 : Codification : principes et méthodes II. Codification des réseaux routiers : méthodes et principes Nous présentons tout d abord les principes de la codification des réseaux routiers qui sont commun à tous les logiciels de planification des transports. Cette codification permet ensuite de mettre en œuvre les modèles d affectation du trafic routier afin de produire les matrices de temps généralisés qui seront utilisées en entrée des modèles de localisation (figure 1-1). Dans une seconde section, nous présentons leur traduction au sein du logiciel de planification DAVISUM qui a été retenu dans le cadre du projet SIMBAD. La codification concrète des réseaux compte tenu des bases de données utilisées, des incertitudes et des marges de manœuvre inhérentes à ce type de travail, nécessite une grande cohérence dans les choix qui sont effectués. Nous présentons donc dans une troisième section les lignes directrices qui ont prévalu lors de la réalisation de ce travail. 1 Méthodologie de la codification des réseaux routiers Pour cette présentation, nous empruntons largement à (Bonnel, 2004). La codification des réseaux permet de représenter l offre de transport qu elle soit viaire ou de transports collectifs. Elle vise à représenter la performance des différents modes de transport du point de vue des usagers de ces réseaux. Elle permet de calculer la matrice des temps généralisés qui sert de base à la construction des accessibilités. Cette représentation peut s opérer à différents niveaux de précision (section 1.1). La codification s appuie généralement sur la théorie des graphes. Les réseaux sont définis à partir de nœuds et de liens qui possèdent certains attributs (section 1.2). 1.1 Niveau d agrégation Tout comme pour le zonage, l analyste doit spécifier le niveau de précision nécessaire dans la description des réseaux. En théorie plus la précision est grande, plus la pertinence de la représentation des réseaux le sera aussi. Mais comme pour le zonage, une très grande précision de la description des réseaux peut conduire à une pertinence illusoire. Prenons un exemple pour illustrer le propos. Considérons une étude où l on souhaite décrire la totalité du réseau viaire, y compris les rues les plus petites permettant de circuler. Pour être efficiente, cette précision doit être accompagnée d une description réaliste de tous les mouvements aux carrefours. Chaque mouvement tournant doit être doté de caractéristiques traduisant la plus ou moins grande difficulté à l effectuer. Si ce réseau est congestionné en heure de pointe, il faudra être en mesure de simuler les effets de remontée de queues de bouchons sur les infrastructures ou carrefours amonts. Le niveau de précision du réseau doit donc être cohérent avec la précision des attributs le définissant. Par ailleurs, le zonage conduit à définir des centroïdes de zones concentrant la totalité des informations de la zone et des origines et des destinations des déplacements. De ce fait, le trafic interne à une zone ne peut être représenté puisqu il a son origine au centroïde et sa destination au même centroïde. Donc avec ce mode de représentation, il n y a aucun mouvement interne. Ces déplacements occupent pourtant la voirie de la zone sans possibilité de le modéliser finement (il existe toutefois des possibilités d en tenir compte, mais elles ne peuvent s appuyer uniquement sur la description des réseaux). Une description très fine des réseaux combinée à un zonage assez grossier serait donc totalement inutile. Enfin, si l objet de l étude est de simuler le fonctionnement du réseau à un horizon de long terme, il est totalement illusoire de chercher à représenter aussi finement le réseau, car on sera dans l impossibilité de le définir avec le même niveau de précision à l horizon d étude (Bonnel, 2004). Cette présentation devrait nous conduire à privilégier un zonage beaucoup moins fin que celui déjà retenu dans SIMBAD et à être sélectif dans la représentation des réseaux. Nous avons pourtant procédé à un choix inverse comme nous Laboratoire d Economie des Transports 3

10 Ch 2 : Codification : principes et méthodes l illustrons et l expliquons en section 3. En revanche, la conséquence évoquée ci-dessus subsiste. Cela signifie que faute d être en mesure de caler tous les paramètres des réseaux au niveau de représentation retenu, l analyse des résultats ne peut être conduite à ce niveau. Notre objectif est de produire des matrices de temps généralisés qui soient cohérentes avec les données dont nous disposons à un niveau agrégé de découpage spatial. C est donc à ces mêmes niveaux de résolution que les analyses des scénarios devront être conduites malgré l illusion de la précision qui découle du choix d un zonage très fin et de la codification de l ensemble des voieries. 1.2 Caractéristiques des liens et des nœuds La description d un réseau pour les besoins de modélisation nécessite la description de sa structure (définition de ses composants, par exemple des sections de voies, des intersections ), des propriétés de ses composants (longueur, vitesse ) et des relations entre ces éléments et les flux de déplacements (Lamb, Havers, 1970). La description des réseaux s appuie sur la théorie des graphes. Les réseaux sont ainsi composés de liens directionnels et de nœuds. Ces liens et ces nœuds sont de plusieurs sortes (section 1.2.1) et possèdent un certain nombre d attributs (section 1.2.2) Définition des éléments composant un réseau Un réseau comporte des nœuds et des liens. On distingue principalement deux types de nœuds : le centroïde de zone et le nœud de réseau. Il y a également principalement deux types de liens : les connecteurs de centroïde et les liens de réseau. Le centroïde de zone est un nœud fictif qui concentre tous les attributs de la zone dont il constitue en quelque sorte le centre de gravité. Il s agit d un point fictif introduit à des fins de représentation (donc de simplification de la réalité). Il n a pas réellement de position géographique. Souvent, on le situe au centre de gravité de la zone, mais il ne s agit que d une commodité de représentation graphique qui n a pas de sens en termes de distance métrique. Toutes les localisations de la zone (ménages, emplois, origines et destinations des déplacements ) sont en fait concentrées en ce point. A l intérieur de la zone, toutes les distances sont donc considérées comme nulles. Il s agit bien évidemment d une approximation. Et c est pour réduire la portée de cette approximation, que l on introduit le connecteur de centroïde (que nous décrivons ci-dessous). Par définition, il ne peut y avoir qu un seul centroïde par zone. Le nœud de réseau correspond à des intersections entre des liens de réseau. Il permet d assurer la connexité du réseau. Il correspond d une certaine manière au carrefour du réseau viaire, même si dans un réseau simplifié le nœud de réseau n a pas forcément une traduction physique directe (figure 2.1c). Lorsque l on veut prendre en compte le trafic d échange ou de transit, il est fréquent que l on définisse une troisième catégorie de nœuds. Ces nœuds sont appelés nœuds d injection, car ils servent à injecter la demande provenant des zones externes au périmètre d étude. Ces nœuds jouent en quelque sorte un rôle similaire à celui des centroïdes de zones. En principe, ils sont connectés au réseau par des liens de réseau (parfois par des liens fictifs ayant des caractéristiques différentes des liens de réseau, notamment pour avoir un coût généralisé nul ou constant sur ce lien fictif, appelé aussi lien d injection). Ce type de nœud peut être également utilisé pour isoler un générateur ponctuel (par exemple une gare, un aéroport ou un centre commercial) sans pour autant le définir comme une zone. Dans ce cas, la demande générée par ce nœud est en général estimée en dehors du modèle ou bien de manière spécifique (sinon, il suffit d isoler le générateur et de définir une zone ne comprenant que ce Laboratoire d Economie des Transports 4

11 Ch 2 : Codification : principes et méthodes générateur). Ce type de nœud est caractérisé principalement par la demande qu il génère ou attire. Schéma 2.1 : Exemples de codification de réseau a - Exemple de schéma de voiries b exemple de codification détaillée du réseau c exemple de codification agrégée du réseau Le connecteur de centroïde est un lien fictif qui assure la liaison entre le centroïde de zone et le reste du réseau. Sa fonction est d assurer la connexité du graphe de sorte que tous les centroïdes soient reliés au réseau par au moins un connecteur. Il est doté d attributs permettant de déterminer le temps nécessaire pour relier le centroïde au réseau. Un centroïde peut être connecté au réseau par plusieurs connecteurs de centroïde. Le lien de réseau correspond aux infrastructures de transports. La traduction peut être très proche de la réalité du réseau dans le cas d une description fine du réseau (schéma 2.1b) ou s en éloigner pour traduire davantage les fonctionnalités que les caractéristiques physiques Laboratoire d Economie des Transports 5

12 Ch 2 : Codification : principes et méthodes dans le cas d un réseau plus agrégé (schéma 2.1c). Le lien est doté d un certain nombre d attributs permettant de traduire la fonctionnalité de la partie de réseau qu il représente. En particulier, ces attributs doivent permettre de calculer le coût, ou temps généralisé, nécessaire pour parcourir le lien Attributs des liens Les liens de réseau sont dotés d attributs permettant de calculer le coût, ou temps généralisé, nécessaire pour parcourir les infrastructures que le lien représente. Généralement, on trouve les attributs suivants : la longueur du lien ; la vitesse à vide du lien (c est-à-dire la vitesse en l absence de toute circulation sur le lien). Cette information est parfois remplacée par le temps de parcours à vide, puisque la vitesse sert en fait à calculer le temps de parcours à partir de la longueur du lien ; la capacité du lien, cette capacité est généralement fournie en nombre d unités de voitures particulières par heure (l Unité de Voiture Particulière ou UVP est un indicateur permettant d agréger différents types de véhicules pour tenir compte de leur occupation différenciée de l espace de voirie. Par exemple, un poids lourds équivaut souvent à 2 à 3 UVP selon sa taille). Il s agit de la capacité maximale pouvant être absorbée par le lien ; la tarification du lien qui permet de prendre en compte le péage. Le coût d usage est, en revanche, généralement kilométrique et n est donc pas défini au niveau du lien, lorsque la longueur du lien est disponible. Selon les besoins et les objectifs de la modélisation, les attributs suivants peuvent être également définis : le type de voies : autoroutes, voies rapides, voies d intérêt local, voies de desserte fine Cette définition permet d alléger le processus de description des attributs en donnant des attributs communs à l ensemble des liens incluent dans un même type. La courbe débit-vitesse fait souvent partie de ces attributs. Elle est généralement identique pour l ensemble des liens inclus dans un même type, mais différenciée selon le type de voies ; les mouvements possibles entre les liens connectés à chaque extrémité du lien. Cette information permet par exemple de représenter des interdictions de tourner à droite ou à gauche ; la nature du carrefour à chaque extrémité du lien : carrefour à feux, priorité à droite, stop Dans ce cas, l information est généralement complétée par un certain nombre d attributs permettant de calculer le temps nécessaire pour traverser le carrefour, par exemple durée de cycle du feux et temps de vert disponible, lois d écoulement pour un stop. Lorsque l on souhaite avoir une représentation très détaillée du carrefour, on peut être conduit à retenir une représentation ne comportant pas un seul nœud, mais un ensemble de liens et de nœuds traduisant chacun des mouvements possibles (figure 2.2) ; une loi de stockage de queue dans le cas d une prise en compte assez fine des effets de la congestion sur l écoulement des flux ; les véhicules autorisés à circuler. Cette information permet de spécialiser certaines infrastructures (voies réservées au bus, pistes cyclables ) ou d interdire l accès à certains types de véhicules (poids lourds, deux roues ) Laboratoire d Economie des Transports 6

13 Ch 2 : Codification : principes et méthodes. Dans certains logiciels, les attributs relatifs au carrefour ne sont pas traités au niveau du lien, mais au niveau du nœud. Le principe de codification reste toutefois identique. Figure 2.2 : Exemples de codification d un carrefour a - traitement simple d'un carrefour b - traitement du carrefour avec identification de l ensemble des flux directionnels 2 Codification au sein de DAVISUM Pour cette présentation, nous reprenons en très grande partie la documentation du logiciel DAVISUM, même si nous n utilisons pas les guillemets pour ne pas alourdir le texte. 2.1 Modèle de réseau Un modèle de réseau représentant le système de transport doit décrire la structure spatiale et temporelle de l offre de transport. Pour cette raison, le modèle de réseau est constitué de nombreux éléments contenant toutes les données significatives relatives au réseau routier, aux lignes et horaires de TC et aux zones de trafic : Les zones sont des éléments ponctuels qui représentent des aires caractérisées par des activités ayant lieu dans celles-ci et par leur localisation dans le réseau (par ex. : zones résidentielles, zones industrielles, centres commerciaux, écoles). Elles sont l origine et la destination des déplacements et sont reliées au réseau de transport par des connecteurs. Les nœuds sont des éléments ponctuels qui définissent la localisation des carrefours et aiguillages. Ce sont les extrémités des tronçons. Les tronçons dans la terminologie DAVISUM (qui sont plus souvent appelés arcs ou liens) relient les nœuds et matérialisent ainsi l infrastructure routière et de transports collectifs. Un tronçon est une arête orientée avec une direction donnée ; des tronçons de direction opposée sont donc deux éléments distincts du réseau. Les mouvements au nœud indiquent les mouvements tournants autorisés aux nœuds et le supplément de temps nécessaire au mouvement tournant. Laboratoire d Economie des Transports 7

14 Ch 2 : Codification : principes et méthodes Les connecteurs relient les zones au réseau de transport. Ils correspondent aux chemins de rabattement et d accès (entrée et sortie) entre le centre de gravité de la zone (centroïde) et les nœuds. Chacun de ces éléments de réseau est décrit à l aide d attributs. On distingue : les attributs d entrée, par ex. longueur ou numéro de tronçon, et les attributs calculés, par ex. voyageurs montant à un arrêt, nombre de véhicules affectés. En outre, il est possible de spécifier des attributs dits définis par l utilisateur pour toutes les classes d éléments de réseau. Ils peuvent contenir des informations complémentaires ou des valeurs temporaires et peuvent être sélectionnés à l instar des attributs prédéfinis pour les représentations graphiques et tabulaires, les filtres et le calcul. Le modèle de réseau intégré distingue les systèmes de transport du type individuel TI et ceux du type collectif TC. 2.2 Nœuds Les nœuds déterminent la localisation des carrefours du réseau routier. Ce sont les extrémités des tronçons. Pour chaque nœud, on peut définir un flux principal indiquant la direction de circulation du flux prioritaire. Celui-ci peut être déterminé automatiquement par DAVISUM à partir du rang des tronçons qui se coupent au nœud. On peut regrouper plusieurs nœuds en un macronœud. Attributs d entrée L élément de réseau nœud est défini par les attributs d entrée suivants : numéro de nœud sans équivoque, code du nœud (8 caractères), nom du nœud (50 caractères), type de nœud (00-99), utilisé pour la classification des nœuds (par ex. carrefours à feux, carrefours avec priorité à droite), abscisse, ordonnée, coordonnée Z, numéros des tronçons du flux principal. 2.3 Tronçons Les tronçons matérialisent l infrastructure routière et de transports collectifs. Ils relient les nœuds, c est-à-dire les carrefours ou les arrêts de transports collectifs. Un tronçon est représenté comme une arête orientée et est décrit par les numéros du nœud d origine et du nœud de destination. Les deux directions (aller et retour) d un tronçon sont deux éléments distincts du réseau possédant le même numéro de tronçon. Pour chaque tronçon, les systèmes de transport autorisés à emprunter ce tronçon doivent être définis. Attributs d entrée L élément de réseau tronçon est défini par les attributs d entrée suivants : numéro de tronçon sans équivoque, numéro du nœud d origine du tronçon, numéro du nœud de destination du tronçon, Laboratoire d Economie des Transports 8

15 Ch 2 : Codification : principes et méthodes type de tronçon, longueur du tronçon, liste des systèmes de transport autorisés, capacité TI, vitesse à vide autorisée v0-ti, montant du péage pour chaque système de transport. Types de tronçons Les types de tronçons 00 à 99 servent à la hiérarchisation du réseau et permettent l attribution de valeurs par défaut pour chaque type pour les systèmes de transport autorisés, la capacité TI, la vitesse à vide v0-ti, la vitesse maximale autorisée vmax-systr pour chaque système de transport, Systèmes de transport autorisés Les systèmes de transport autorisés définissent la configuration d un tronçon. Un tronçon peut être, par exemple : une simple route que peuvent emprunter les véhicules individuels et les véhicules TC utilisant le réseau routier, des rails ne pouvant être empruntés que par les trains ou rames (train, métro), une route avec des rails de tramway, une rue à sens unique qui ne peut être empruntée que dans un seul sens, une liaison piétonne entre arrêts TC. Le nombre de voies d un tronçon est spécifié sous forme d attribut dont il faut tenir compte pour la capacité. Les deux directions d un tronçon existent toujours. Pour définir une voie à sens unique, il faut interdire les systèmes de transport pour la direction opposée. Capacité, vitesse et temps de parcours Dans un réseau non chargé, le temps de parcours t0 pour un tronçon est déterminé à partir de la longueur du tronçon et de la vitesse à vide v0. La vitesse à vide v0-systr des véhicules d un système de transport donné peut être inférieure à la vitesse à vide v0 d un tronçon en raison de l application de limitations de vitesse spécifiques à ces véhicules ou parce que ces véhicules ne peuvent pas rouler plus vite. La vitesse maximale autorisée d un système de transport individuel, vmax-systr, est un attribut du type de tronçons. Une vitesse v0-systr ou un temps de parcours t0-systr se calculent d après les règles suivantes : v0-systr = MIN (v0, vmax-systr) t0-systr = L 3,6 / v0-systr Dans un réseau chargé, le temps de parcours sur un tronçon est déterminé à partir d une fonction de débit-vitesse (ou débit-temps si l on considère le temps au lieu de la vitesse) qui Laboratoire d Economie des Transports 9

16 Ch 2 : Codification : principes et méthodes décrit la relation entre la charge de trafic actuelle q et la capacité qmax. Cette fonction permet de calculer le temps de parcours actuel dans le réseau chargé tchg : Entrée : temps de parcours à vide t0 [s] Entrée : charge q [UVP/intervalle de temps] Entrée : capacité qmax [UVP/intervalle de temps] Entrée : fonction débit-vitesse, par ex. fonction BPR du Traffic Assignment Manual Résultat : temps de parcours actuel dans le réseau chargé, par ex. 2.4 Mouvements aux nœuds Les mouvements aux nœuds indiquent quels mouvements tournants sont autorisés au nœud et quel supplément de temps doit être pris en considération pour les systèmes de transport individuels. Un supplément de temps et une capacité peuvent être définis pour chaque mouvement afin de décrire l impact du carrefour sur la performance du réseau. Les attributs des mouvements au nœud sont considérés lors de l affectation pour les systèmes de transport. Lorsqu un tronçon est inséré, DAVISUM génère tous les mouvements théoriquement possibles aux deux extrémités du tronçon. Une intersection de quatre voies, par exemple, génère au total 16 mouvements au nœud (4 tournes à droite, 4 tout droit, 4 tournes à gauche et 4 demi-tours). Chaque mouvement est décrit par : une liste des systèmes de transport autorisés/interdits, une capacité et un supplément de temps. Pour chaque mouvement, tous les systèmes de transport autorisés pour celui-ci doivent être précisés. Attributs d entrée Un mouvement au nœud est défini par les attributs d entrée suivants : numéro du nœud d origine, numéro du nœud intermédiaire (ViaNoeud), numéro du nœud de destination, liste des systèmes de transport autorisés, direction du mouvement 0 à 9, supplément de temps pour le mouvement t0, capacité. Direction d un mouvement DAVISUM distingue 10 directions différentes (types 0 à 9), parmi lesquelles les directions 0 à 4 sont prédéfinies : 0 non spécifié 1 tourne à droite 2 tout droit Laboratoire d Economie des Transports 10

17 Ch 2 : Codification : principes et méthodes 3 tourne à gauche 4 demi-tour 5 à 9 libres pour la définition de cas particuliers La direction peut être calculée automatiquement à partir de la géométrie du mouvement. Mouvements par défaut Les mouvements par défaut servent à la hiérarchisation automatique des attributs supplément de temps et capacité. Des valeurs par défaut pour ces attributs sont définies dans la table MVTNOESTANDARD du fichier réseau. On peut ainsi distinguer : le type de nœud que traverse le mouvement, la direction du mouvement (à droite, tout droit, à gauche), les règles de priorité valables pour le mouvement : Code Signification ++ flux principal vers flux principal +- flux principal vers flux secondaire -+ flux secondaire vers flux principal -- flux secondaire vers flux secondaire Capacité et suppléments d un mouvement au nœud Pour les mouvements au nœud, le rapport entre le temps de parcours et la capacité est en substance le même que pour les tronçons. La seule différence réside dans le fait qu un mouvement au nœud n a pas de longueur et que le temps de parcours t0 provient du supplément de temps. Le temps dans le réseau chargé tchg est donc calculé à partir de la fonction débit-temps sélectionnée et de la relation entre la charge de trafic actuelle q et la capacité qmax : Pour modéliser des suppléments aux nœuds indépendants de la capacité, il faut choisir une fonction débit-vitesse constante. 2.5 Modèle usager DAVISUM propose sept procédures d affectation, les cinq premières étant des procédures d affectation statiques sans modélisation explicite du temps et la sixième une procédure d affectation dynamique faisant intervenir un modèle dynamique des flux de trafic : L affectation par tranches divise la matrice O-D proportionnellement en plusieurs matrices partielles. Ces matrices partielles sont ensuite affectées successivement sur le réseau, en tenant compte, pour la recherche d itinéraires, du temps généralisé résultant de la charge de trafic de l étape précédente. L affectation à l équilibre répartit la demande conformément au premier principe de Wardrop : Chaque usager choisit son itinéraire de manière à ce que son temps de parcours soit identique à ceux sur les autres itinéraires alternatifs, sachant que chaque changement d itinéraire augmente son temps de parcours personnel. L état d équilibre est atteint par un calcul itératif en retenant une affectation par tranches en tant que solution initiale. Laboratoire d Economie des Transports 11

18 Ch 2 : Codification : principes et méthodes La méthode d apprentissage modélise le processus d apprentissage de l usager dans le réseau. A partir d une affectation tout ou rien, les conducteurs tiennent compte des informations obtenues lors de leur dernier déplacement pour la nouvelle recherche d itinéraires. La méthode TRIBUT, mise au point par l INRETS, est une procédure d affectation adaptée à la modélisation de péages. Contrairement aux procédures classiques qui suppose une valeur du temps constante (value of time), TRIBUT utilise une valeur du temps distribuée de manière aléatoire. Lors de la recherche d itinéraires, une méthode à double critère tenant compte des critères temps et coût est employée. Dans DAVISUM, le montant de péage est modélisé comme valeur de péage spécifique à chaque système de transport soit pour chaque tronçon du réseau soit pour des successions de tronçons entre des nœuds définis par l utilisateur (systèmes de péage non linéaires). L affectation stochastique tient compte du fait que les indicateurs des différents itinéraires (temps de parcours, distance, coût) significatifs pour le comportement de choix d itinéraire sont perçus subjectivement par les usagers, en partie en raison de l information incomplète dont ils disposent. Par ailleurs, le choix d itinéraire dépend des préférences individuelles des usagers qui ne sont pas reproduites dans le modèle. La combinaison de ces deux effets conduit à ce que dans la pratique, les usagers empruntent également des itinéraires qui ne seraient pas chargés dans le cas d une application stricte du premier principe de Wardrop parce qu ils sont sous-optimaux en ce qui concerne les indicateurs objectifs. Dans l affectation stochastique, DAVISUM détermine donc dans un premier temps un ensemble d alternatives d itinéraires et répartit la demande sur les différentes alternatives conformément à un modèle de répartition (par ex. Logit). L équilibre utilisateur dynamique est une procédure d affectation dynamique développée en coopération avec l Université de Rome. L algorithme contient un modèle d encombrement, peut traiter des capacités et péages variables dans le temps et dispose d un modèle de choix de l heure de départ. L affectation stochastique dynamique se distingue de toutes les procédures nommées auparavant par la modélisation explicite de l axe temporel. L intervalle d affectation est divisé en tranches temporelles individuelles et la charge et le temps généralisé sont déterminés séparément pour chacune de ces tranches temporelles. Pour chaque intervalle de temps de départ, la demande est répartie sur les liaisons (= itinéraire + heure de départ) disponibles conformément à un modèle de répartition comme pour l affectation stochastique. Cette modélisation permet de représenter des états de saturation provisoires dans le réseau, il en résulte une variation du choix d itinéraire selon les heures de la journée et un décalage de l heure de départ réelle par rapport à l heure de départ souhaitée le cas échéant. Pour chacune des procédures mentionnées ci-dessus, il existe deux variantes : L affectation simple : une seule matrice O-D (= segment de la demande) d un seul système de transport individuel, par exemple VP, est affectée. L affectation multi-classes (affectation simultanée) : plusieurs matrices O-D, contenant la demande de déplacements pour un ou plusieurs systèmes de transport individuel, par exemple une matrice VP et une matrice PL, sont affectées simultanément. Laboratoire d Economie des Transports 12

19 Ch 2 : Codification : principes et méthodes 2.6 Fonction temps généralisé Le choix des itinéraires par les usagers dépend de facteurs objectifs et subjectifs. Les indicateurs qui influent sur le choix des itinéraires sont en particulier le temps de déplacement probable pour l itinéraire, la longueur de l itinéraire, les péages éventuels. Par ailleurs, une multitude d autres facteurs peuvent avoir une influence sur le choix d itinéraire. On peut imaginer, par exemple, que les usagers qui connaissent bien la région vont emprunter des itinéraires différents de ceux qui la connaissent mal et qui s orientent grâce aux itinéraires jalonnés du réseau principal. Temps de parcours Les temps de déplacement pour le trafic individuel motorisé sont déterminés par la saturation des tronçons et des mouvements au nœud qui résulte de la charge de trafic et de la capacité de ces éléments de réseau. Pour cette raison, les temps de déplacement varient, et peuvent seulement être prévus avec une certaine probabilité avant le début du déplacement. Le temps de déplacement sur un itinéraire entre deux zones se compose des temps de rabattement et d accès à destination, du temps de parcours sur les tronçons, des suppléments de temps de mouvement au nœud. Dans le réseau à vide, le temps de parcours t0 sur un tronçon est déterminé à partir de la longueur du tronçon et de la vitesse autorisée sur ce tronçon v0. Pour les mouvements tournants à une intersection, le supplément de temps t0 est affiché directement. Dans le réseau chargé, le temps de parcours sur le tronçon et le supplément de temps de mouvement tournant sont calculés au moyen d une fonction débit-vitesse (fonction D-V). Cette fonction de restriction de capacité décrit la corrélation entre la charge de trafic actuelle q et la capacité qmax. Elle permet de déterminer le temps de parcours dans le réseau chargé tchg. DAVISUM propose plusieurs types de fonctions débit-vitesse. Dans ce rapport, nous nous limitons aux courbes Inrets et BPR (chapitre 4). Temps généralisé Le temps généralisé d un itinéraire entre deux zones significatif pour la recherche d itinéraires se compose : du temps généralisé des connecteurs, du temps généralisé des tronçons, du temps généralisé des mouvements au nœud. Le temps généralisé d un tronçon est une fonction définie par l utilisateur pour chaque système de transport et qui peut par défaut dépendre des variables suivantes : temps de parcours dans le réseau chargé spécifique au système de transport tchg [s], longueur du tronçon [m], péage spécifique au système de transport [unités monétaires], ValAdd définies par l utilisateur, facteur de type de tronçon [-]. Laboratoire d Economie des Transports 13

20 Ch 2 : Codification : principes et méthodes Depuis DAVISUM 9.4, on peut définir les fonctions temps généralisé de manière détaillée. Il est pour cela possible de sélectionner tous les attributs numériques (in)directs de l élément de réseau (tronçon, mouvement au nœud, connecteur). Les variables ayant des unités différentes (secondes, mètres, unités monétaires), on ne peut donner d unité universelle au temps généralisé. Pour une combinaison des variables temps de parcours et péage, il est par exemple pratique d exprimer le temps généralisé en unités monétaires, c est-à-dire que les temps de parcours sont convertis en unités monétaires par l intermédiaire d un facteur de valeur du temps. Contrairement au temps généralisé des tronçons, le temps généralisé des mouvements au nœud et connecteurs ne dépend par défaut que de la variable tchg et le cas échéant d une ValAdd. Le temps généralisé d un connecteur ne dépendant pas de la capacité, on a pour les temps généralisés de rabattement et pour les temps généralisés d accès à destination tchg = t0. La répartition proportionnelle de la demande de déplacements sur les différents connecteurs est néanmoins obtenue grâce à une capacité virtuelle, de telle façon que tchg > t0 puisse aussi s appliquer aux connecteurs : la capacité virtuelle respective (100%) est recalculée pour chaque affectation à partir de la somme des charges déterminées auparavant et de la demande à affecter dans l affectation actuelle, par ex. Chg(VP-Fonction) + Chg(VP- Privé) + Demande(PL) = 100% capacité du connecteur. Charge initiale Lors de la détermination des temps généralisés, il est possible de tenir compte d une charge initiale. Cette charge initiale peut soit être définie par l utilisateur comme valeur additionnelle soit provenir de l affectation d une autre matrice O-D. 3 Principes de codification retenus pour le projet SIMBAD 3.1 Un zonage fin et une représentation détaillée des réseaux Contrairement à notre présentation théorique de la section 1, nous avons retenu un zonage très fin et une codification très fine du réseau routier malgré un objectif de simulation agrégée de long terme. Notre objectif n est absolument pas de simuler la charge ou le fonctionnement d infrastructure particulière ou de simuler de nouveaux projets routiers. Il se «limite» à la production d indicateurs permettant d évaluer des politiques de transports à l aune du développement durable à l échelle de l agglomération. Il peut sembler dès lors inutile de déployer un zonage aussi fin et d avoir une représentation très détaillée des réseaux. Ce choix découle en fait de notre volonté de tenter de traiter les réseaux de la manière la plus automatique possible à partir des bases de données existantes comme nous l illustrons ciaprès. Nous ne souhaitons pas avoir à traiter des agrégations de liens aux caractéristiques différentes qui nécessitent toujours un traitement particulier dont l automaticité sera forcément limitée. En conservant la totalité du réseau, nous décrivons chacun des liens à partir des informations disponibles sur les infrastructures correspondantes. Toutefois, si la représentation est très détaillée, au sens que nous représentons l ensemble des voieries y compris les plus fines de desserte locale disponibles dans les bases de données de réseau, elle ne l est pas du tout au niveau de la mesure des attributs des nœuds et des liens permettant de représenter ces infrastructures. Nous ne cherchons pas à codifier précisément chacun des attributs des liens du réseau pas plus que nous cherchons à modéliser précisément chacun des nœuds de réseau, car cela nécessiterait un temps de codification et de calage dont nous ne disposons pas au niveau de ce projet. De ce fait, la précision que nous avons est largement illusoire. Elle justifie notre réserve au niveau de l analyse des résultats. Ainsi, nous estimons que l analyse des résultats doit se limiter à une analyse macro à l échelle de Laboratoire d Economie des Transports 14

21 Ch 2 : Codification : principes et méthodes l agglomération. Tout au plus, nous pourrons donner des indications sur les flux et les temps de parcours ou les temps généralisés entre secteurs de l agglomération afin d illustrer le degré de péri-urbanisation ou de périphérisation des flux ou le poids relatif du centre par rapport à des couronnes périphériques. En revanche, il ne sera pas possible de fournir des résultats de charge sur une infrastructure ou sur un projet de transport particulier. 3.2 Une utilisation des bases de données existantes La création d un réseau sur une étendue aussi vaste ex-nihilo représente un temps de travail trop important au regard du temps disponible sur ce projet. Nous souhaitons donc tester la capacité des bases de données existantes à représenter les réseaux tant pour le réseau routier que pour celui de transport collectif. Pour le réseau routier, nous avons donc acquis les deux principales bases existantes que sont les bases GéoRoute et Navteq. Nous avons commencé à travailler avec la base GéoRoute, mais assez rapidement, nous nous sommes rendus compte que son utilisation ne répondait pas suffisamment aux besoins de modélisation d un réseau routier. Si l ensemble des voieries est bien représenté avec une classification hiérarchique, nous ne disposons d aucune information sur les capacités et les vitesses à vide, ni sur les mouvements tournants aux nœuds. De plus, le maintien de cette base dans le futur par l IGN semble compromis alors que nous souhaitons pouvoir assurer l évolution du réseau à partir de l évolution du contenu de ces bases. Ce constat nous a conduits à privilégier l utilisation de la base Navteq, tout en examinant, chaque fois que cela semblait utile, les informations contenues dans la base GéoRoute. La base Navteq contient la totalité du réseau viaire y compris les voies de desserte locale dans la mesure où elle est utilisée par un certains systèmes GPS de guidage. Elle contient un peu plus de liens et près de nœuds. Comme pour tout réseau, une typologie des arcs et des nœuds est indispensable afin d assurer un traitement hiérarchique du réseau et un traitement fonctionnel tenant compte des principales caractéristiques du réseau (le plus souvent capacité et vitesse pour les arcs et la nature du carrefour pour les nœuds). Nous comptions nous appuyer sur la typologie présente dans la base Navteq pour construire notre propre typologie. L analyse de la base, nous a rapidement convaincu de la nécessité d un traitement plus approfondi. Nous avons ainsi été obligé de vérifier la cohérence de la codification pour le réseau routier structurant qui est constitué du réseau des voies rapides, mais également des principaux axes routiers au sein de la tâche urbaine. L analyse de cette cohérence, comme nous le détaillons dans la suite de ce rapport, a principalement conduit à s assurer de la continuité des axes à un même niveau hiérarchique, afin par exemple de s assurer qu une voie rapide ne s interrompt pas sur une centaine de mètres pour laisser place à un arc de desserte d un niveau inférieur. Dans le même esprit, nous souhaitions traiter les carrefours de manière automatique à partir de la hiérarchie des voies en présence et de la définition des mouvements tout droits (la définition des mouvements tout droit permet au logiciel de déterminer de manière automatique les mouvements tournants). De nouveau, nous avons pu observer que la continuité des axes principaux n étaient pas assurée. Dans certains cas le mouvement tout droit était défini non pas comme une continuité de la circulation sur l axe principal en associant les arcs de cette voie principal, mais en associant un lien de l axe principal avec un lien de l axe secondaire (Cf. figure 1.19). Cette définition impacte fortement le calcul des temps de parcours par le jeu des pénalités introduites pour les mouvements tournants par rapport aux mouvements tout droit. Nous avons donc dû retraiter les mouvements tournants. L analyse des nœuds n est toutefois pas envisageable dans le cadre de ce projet. L analyse a donc de nouveau été limitée aux nœuds des axes principaux comme pour le traitement des liens. Laboratoire d Economie des Transports 15

22 Ch 2 : Codification : principes et méthodes Ce contrôle des axes structurants, nous permet ensuite un traitement automatisé de la codification des attributs des liens et des nœuds. Le contrôle de la hiérarchie des arcs et des flux principaux aux nœuds a été limité aux axes principaux. Il est donc plus que probable que la codification du réseau secondaire contient de nombreuses erreurs. Nous pensons toutefois que les conséquences doivent être relativement limitées dans la mesure où pour les flux qui ne sont ne sont pas de proximité, les grands axes structurants sont généralement privilégiés. Dans ce cas, l erreur potentielle concerne uniquement la partie du déplacement effectuée sur le réseau secondaire à savoir le début et la fin du déplacement. 3.3 Un traitement le plus automatique possible des attributs des liens et des nœuds La codification des liens et des nœuds nécessite la mesure d un certain nombre d attributs pour chacun des liens et des nœuds. Parmi ces attributs, nous devons déterminer pour chacun des liens la capacité ou la courbe débit-temps qui permet de calculer le temps de parcours en fonction de la charge sur le lien afin de prendre en compte la congestion. Pour chacun des nœuds, nous devons déterminer les pénalités en temps pour les mouvements tournants Vu le nombre de nœuds et de liens, la mesure précise pour chacun des nœuds et chacun des liens est irréaliste. Une codification automatique s impose donc. Dans une première étape, nous avons utilisé la codification présente dans la base Navteq en corrigeant les problèmes de hiérarchie que nous avons déjà évoqués (Cf. chapitre III, section 2). Nous avons également affiné la segmentation en ville/hors ville présente dans la base Navteq en nous appuyant sur la définition de la tache urbaine de la base GéoRoute qui est apparue nettement plus précise (chapitre III, section 1). Nous avons également utilisé les capacités présentent dans la base Navteq. Ces capacités étant journalières, nous avons estimé à partir des données de comptages disponibles une capacité horaire (chapitre III, section 2.3). Nous avons également conservé les vitesses à vide après quelques corrections sur les voies principales (chapitre III, section 2.3). Le choix des courbes débit-vitesse a été effectué à partir de la typologie des liens et des vitesses à vide (chapitre IV). La codification des nœuds a été réalisée selon les mêmes principes si ce n est que la base Navteq ne propose pas de typologie des nœuds. Nous avons donc utilisé la typologie présente dans la base GéoRoute en distinguant les nœuds de la tache urbaine des nœuds hors tache urbaine (Chapitre III, section 3). Cette codification des nœuds sert à définir les pénalités aux carrefours. Cette pénalité est incluse dans le calcul des temps généralisés afin de tenir compte du temps nécessaire au franchissement de chacun des carrefours en fonction de la nature du carrefour, de la hiérarchie des voies en présence et de la nature du mouvement tout-droit / à gauche / à droite / demi-tour au niveau du carrefour (chapitre III, section 4). 3.4 Une génération la plus automatisée possible des connecteurs Le réseau ainsi constitué contient tous les arcs et tous les nœuds du réseau routier, mais il n est pas connecté aux centroïdes de zones. Il reste donc à générer les connecteurs. De nouveau, nous avons cherché à construire une procédure nous permettant de générer automatiquement un ou plusieurs connecteurs par zone (chapitre V). La codification des connecteurs suppose tout d abord de positionner le centroïde. Ce positionnement n a théoriquement pas beaucoup de signification dans la mesure où le centroïde concentre en fait la totalité de la zone. Toutefois la génération automatique des Laboratoire d Economie des Transports 16