February 2, 2026 at 2:30 PM (INRIA Lille)
Les activités du secteur des transports figurent parmi les principales sources d’émissions de carbone. Dans ce contexte, les véhicules électriques (EV) se présentent comme une alternative plus écologique aux véhicules thermiques, en raison de leur caractère zéro émission à l’usage. Cependant, la croissance rapide de leur adoption pose un défi majeur quant à la capacité du réseau électrique à répondre à la demande croissante d’énergie. Cette thèse s’attaque à ce défi en reconnaissant la coexistence de deux niveaux de décision interdépendants : stratégique et opérationnel, formant un dilemme de type « poule et œuf ». Le premier concerne le déploiement de l’infrastructure de recharge (emplacement et capacité des stations), tandis que le second porte sur l’affectation des EV aux bornes pour un prix d’énergie donné. Chaque niveau dépend de la configuration de l’autre, et plusieurs parties prenantes interviennent, notamment les usagers des EV et les exploitants des stations de recharge (CFOs). Nous modélisons cette interaction comme un processus décisionnel bi-niveau, où le CFO (leader) anticipe la réaction des usagers (suiveurs) dans son optimisation. Formellement, cette dynamique est représentée par un problème d’optimisation à deux niveaux. Malgré l’intérêt croissant pour cette approche, la littérature demeure fragmentée. Cette thèse apporte trois contributions majeures afin de traiter ce dilemme de manière cohérente. Premièrement, nous présentons une revue exhaustive des travaux utilisant des modèles bi-niveau pour l’exploitation des infrastructures de recharge. Nous y proposons une taxonomie structurant ce champ de recherche et identifions des extensions prometteuses. Cette analyse montre que, dans les contextes urbains, la coordination de l’approvisionnement énergétique constitue un enjeu plus critique que la disponibilité des bornes elles-mêmes. Deuxièmement, nous introduisons le textit{Charging Facility Location-and-Operation Problem} (CFLOP), destiné aux réseaux interurbains où la conception des stations est souvent inadéquate. Ce modèle bi-niveau intègre une nouvelle approche d’augmentation de réseau, appelée textit{wind-flow-chain} (WFC), permettant de représenter à la fois le comportement de conduite et l’affectation des usagers aux bornes. Le problème inférieur modélise le choix de trajet minimisant un coût généralisé (temps, attente, recharge et coût d’énergie), tandis que le problème supérieur détermine la localisation et la capacité des stations sous contraintes budgétaires, afin de maximiser les revenus du CFO. Nous démontrons les conditions d’existence d’un équilibre basé sur un prix d’énergie d’interaction, et proposons trois reformulations classiques à un seul niveau, selon différentes hypothèses de rationalité. Des expériences numériques confirment la pertinence du modèle pour soutenir la planification stratégique et opérationnelle. Troisièmement, afin de réduire la complexité computationnelle du CFLOP, nous développons une approche de décomposition de Benders fondée sur la reformulation à un seul niveau via la forte dualité. La partition retenue conduit à un sous-problème de faisabilité intégrant les multiplicateurs duaux du problème inférieur, décomposable par usager. Cette structure permet une génération multi-coupe efficace. Les résultats numériques montrent que la décomposition de Benders surpasse la résolution directe par solveur de programmation mixte en nombres entiers, atteignant de faibles écarts d’optimalité en des temps de calcul considérablement réduits. En somme, cette thèse propose une méthodologie unifiée combinant modélisation bi-niveau et décomposition de Benders pour analyser la planification et l’exploitation d’infrastructures de recharge dans un contexte de transition énergétique, offrant ainsi un cadre robuste d’aide à la décision pour les acteurs du secteur.
Mme Luce BROTCORNE Directrice de recherche Université de Lille Directrice de thèse, Mme Ivana LJUBIC Full professor ESSEC Business School Rapporteure, M. Michel GENDREAU Full professor Polytechnique Montréal Co-directeur de thèse, M. David REY Full professor SKEMA Business School Rapporteur, Mme Hanane DAGDOUGUI Full professor Polytechnique Montréal Examinatrice, M. Walter REI Full professor Université du Québec à Montréal Examinateur, M. Miguel F. ANJOS University of Edinburgh Invité.
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