Modélisation et optimisation de mouvement des conteneurs au niveau du terminal à conteneurs BMT

Promotion : 2022/2023

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Abderrahmane Mira de Béjaia
Faculté des Sciences Exactes

Département de Recherche Opérationnelle

Projet de fin d'étude

En vue de l'obtention du diplôme de Master en Mathématiques Appliquées
Option : Modélisation mathématique et évaluation des performances des réseaux

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Modélisation et Optimisation de Mouvement des Conteneurs au

niveau du Terminal à Conteneurs BMT ?

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Réalisé par : M^r. YAICHE Hichem

Soutenu le 03 / 07 / 2023, devant le jury composé de :
Président:	M^r. ASLI Larbi	MCA	Université de Béjaia
Promoteur:	M^r. KABYL Kamal	MCB	Université de Béjaia
Examinatrice:	M^lle. AOUDIA Zohra	MAA	Université de Béjaia
Remerciements

I

Avant tout, je remercie le bon dieu de m'avoir donné la santé, la volonté,le courage et la patience nécessaire pour la réalisation de ce travail.

Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à mon promoteur Dr. KABYL Kamal pour son encadrement, son soutien et ses conseils précieux tout au long de ce projet. Son expertise et sa disponibilité ont grandement contribué à la réussite de ce travail. Je tiens à exprimer ma reconnaissance envers les membres de mon jury de mémoire, et les remercier pour leur temps et leur engagement à évaluer mon travail et à me donner des commentaires constructifs. Leurs contributions ont aidé à améliorer la qualité de ce mémoire.

Je remercie également Mr. BOUMERZOUG Moussa chef du service informatique au sein de BMT, pour son accueil chaleureux, son écoute et ses conseils pertinents et le personnel de la Direction des Opérations, ils ont veillé à me fournir un bon environnement de travail, qui m'a permis d'atteindre ces résultats.

Enfin, je suis très reconnaissant envers ma famille pour leur soutien indéfectible et leur encouragement tout au long de mes études. Leurs encouragements m'ont aidé à persévérer et à atteindre mes objectifs académiques.

Encore une fois, je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribué à ce projet de mémoire et qui ont rendu cette réalisation possible.

Dédicaces

Je dédie ce travail avec une profonde gratitude et une immense affection à ma famille, qui m'a soutenu tout au long de ce parcours, en particulier à mes parents pour leur amour inconditionnel, leur soutien financier et leur encouragement constant. Je leur suis reconnaissant de m'avoir donné les ailes pour atteindre mes rêves.

Je dédie également ce mémoire à mon promoteur Dr. KABYL Kamal qui m'a guidé avec sagesse, expertise et bienveillance, et à tous mes enseignants qui m'ont accompagné tout au long de mon cursus académique.

Enfin, je tiens à exprimer ma gratitude à tous mes camarades, qui ont été présents à mes côtés, m'ont encouragé, soutenu et inspiré. Ce mémoire est également dédié à vous tous.

II

YAICHE Hichem

Table des matières

III

Liste des figures V

Liste des tableaux VI

Introduction générale 1

1 Présentation de l'organisme d'accueil 4

Introduction 4

1.1 Définition de Bejaia Mediterranean Terminal (BMT) 4

1.2 Situation géographique 5

1.3 Structure organisationnelle de BMT 5

1.4 Le terminal à conteneurs 6

1.4.1 La zone de quai 7

1.4.2 La zone terrestre 7

1.5 Les outils de gestion du terminal 9

1.5.1 Système de gestion de terminal à conteneurs (CTMS) 9

1.6 Les Équipements de manutention de BMT 9

1.7 Les opérations de BMT 10

1.7.1 Les planifications 10

1.7.2 La manutention 10

1.7.3 L'acconage 11

1.8 Les procédures import / export de BMT 11

1.8.1 À l'import 11

-Page IV-

Table des matières

			IV
	1.8.2 À l'export 1.9 Les objectifs de BMT 1.10 Les atouts de l'entreprise 1.11 Position du problème Conclusion		12 13 13 14 14
2	Revue de littérature		15
	Introduction		15
	2.1	Historique du conteneur	15
	2.2	Travaux de recherche liés au problème traité	16
	2.3	tableau récapitulatif des travaux de recherche liés au problème traité . . .	21
	Conclusion		22
3	Optimisation combinatoire : Concepts de base		23
	Introduction		23
	3.1	Qu'est ce que l'optimisation combinatoire?	23
	3.2	Problème d'optimisation combinatoire (POC)	24
	3.3	Outils de modélisation	24
		3.3.1 La théorie des graphes	25
		3.3.2 La programmation linéaire (PL)	25
		3.3.3 La programmation linéaire mixte (PLM)	26
		3.3.4 La programmation linéaire en nombres entiers (PLNE)	26
	3.4	Théorie de la complexité	27
		3.4.1 Classes des problèmes d'optimisation combinatoire	27
	3.5	Quelques problèmes classiques d'optimisation combinatoire	28
		3.5.1 Problème de transport	28
		3.5.2 Problème d'affectation	29
		3.5.3 Problème d'ordonnancement	30
		3.5.4 Problème du voyageur de commerce	32
	3.6	Méthodes de résolution	34
		3.6.1 Méthodes exactes	34
		3.6.2 Méthodes approchées	37
	Conclusion		38

Table des matières V

4 Modélisation et résolution du problème 39

Introduction 39

4.1 Les hypothèses du modèle 39

4.2 Les paramètres du modèle 40

4.2.1 Les ensembles 40

4.2.2 Les indices et les paramètres utilisés dans le modèle : 40

4.3 Les variables de décision du modèle 42

4.4 Formulation mathématique 43

4.4.1 L'objectif 43

4.4.2 Les contraintes 43

4.5 Le modèle mathématique 46

4.6 Complexité du problème 47

4.7 Exemple numérique 47

4.8 Implémentation et résolution du problème 49

4.8.1 Description de l'outil informatique 50

4.8.2 Rapport de la solution 50

4.8.3 Interprétation des résultats 52

Conclusion 52

Conclusion générale 53

Annexe 55

Bibliographie 61

-Page V-

Table des figures

VI

1.1

	Jointe venture création de BMT.	5
1.2	Situation géographique de BMT	5
1.3	Structure organisationnelle de BMT	6
1.4	Plan du terminal à conteneurs	7
1.5	Les équipements de manutention de BMT	11
3.1	Graphe simple -G-	25
5	Schéma de modèle	60
6	Nouvel assistant de fichier	60
Liste des tableaux

VII

1.1

	Les caractéristiques du quai.	7
1.2	Les caractéristiques des équipements de manutention de BMT	10
2.1	tableau résumant des travaux de recherche liés au problème traité.	21
2.2	tableau résumant des travaux de recherche liés au problème traité (suite). . .	22
4.1	Données d'ordre général.	47
4.2	Le temps de manutention des RTGs	48
4.3	Le temps de transport ti vers la destination sur le quai des conteneurs. . . .	48
4.4	Le temps de transport à vide tvqa des camions du quai vers différentes baies	48
4.5	Les localisations des conteneurs dans la zone de stockage	49
6	Tableau des faits saillants d'AMPL	55
Introduction générale

1

Après la Seconde Guerre mondiale, le transport maritime est devenu un secteur primordial de l'économie mondiale. Il joue un rôle crucial dans la chaîne logistique globale car il représente aujourd'hui l'un des principaux modes de transport pour les échanges internationaux de marchandises. En effet, d'après La Conférence des Nations Unies sur le Commerce et le Développement (UNCTAD), 11 milliards de tonnes est le volume total de marchandises qui ont été transportés par voie maritime en 2021 [23], ce qui est équivalant à Plus de 90% du commerce mondial s'effectue par mer.

L'apparition et le développement de la conteneurisation a joué un rôle majeur dans l'es-sor du transport maritime. La conteneurisation est un concept révolutionnaire qui consiste à utiliser des conteneurs standardisés pour emballer, transporter et stocker les marchandises de manière efficace et sécurisée. Ce concept n'est apparu qu'au 19^ème (années 50), mais depuis lors il est devenu un élément indispensable dans le domaine du transport. le système du conteneur se répand à travers le monde car il permet, en plus de l'optimisation de l'espace à bord des navires, un gain de temps incroyable aux opérations de manutentions. Se met alors en place une normalisation internationale des conteneurs; 20 pieds (6m) et 40 pieds (12m) comme dimensions standard des conteneurs.

Les terminaux maritimes à conteneurs jouent un rôle essentiel dans le système de transport maritime conteneurisé, Ce sont des infrastructures portuaires spécialement conçus pour le traitement efficace des conteneurs lors de leur chargement, déchargement, stockage et transfert entre les différents modes de transport (maritime, terrestre et ferroviaire). Un terminal maritime à conteneurs se décompose en deux grandes zones, chacune étant

Introduction générale 2

-Page 2-

caractérisée par ses propres opérations de manutention et ses équipements. En effet, dans la partie quai, les navires sont chargés/déchargés par des portiques de quai. Tandis que dans la partie terrestre, appelée encore la zone d'entreposage, cette zone possède comme équipements les portiques de cour. Un autre équipement, qui est le véhicule de transport (ce sont généralement des camions portuaires), ils assurent le transport des conteneurs du quai vers la zone d'entreposage et vice-versa.

En pratique, afin d'améliorer l'efficacité des opérations portuaires de manutention à cause des flux plus importants de conteneurs, il est primordial d'identifier et de résoudre une série de problèmes d'optimisation comme : le problème de stockage des conteneurs (PSC), le problème d'allocation des postes à quai, la planification des opérations des portiques de quai, la planification des opérations des portiques de cour, le problème des mouvements improductifs (Rehandle), etc.

Le processus général d'un terminal à conteneurs peut être décrit comme une séquence d'opérations à partir de l'arrivée des porte-conteneurs jusqu'au départ des conteneurs du port ou vice-versa. Les conteneurs destinés à l'exportation arrivent au port par camion, sont répartis entre les blocs et stockés dans une aire de stockage. Après une certaine période de temps, les conteneurs sont retirés des blocs avec les portiques de cour et sont transportés par les véhicules vers les quais où ils sont prélevés par des portiques de quai et chargés sur les navires. Dans la situation d'importation, quand un navire arrive au terminal, les conteneurs importés doivent être déchargés par les portiques de quai. Ensuite, ils sont placés sur des véhicules qui vont les amener jusqu'aux aires de stockage. Après un certain temps, les conteneurs quittent les aires de stockage et ils seront transportés par véhicules.

En termes de gestion, les terminaux à conteneurs font l'objet de l'attention de la communauté scientifique et des professionnels du domaine portuaire, qui ont essayé de proposer des actions d'amélioration des opérations du manutention et d'exploitation des espaces de stockage afin d'améliorer la performance des terminaux portuaires et de faire face à l'aug-mentation du trafic de conteneurs dans les terminaux.

Notre problématique est axée sur la planification des opérations de manutention des conteneurs effectuées par les portiques de cour et les camions. En outre, nous nous focali-

Introduction générale 3

-Page 3-

sons sur la synchronisation des opérations simultanées de manutention entre les portiques de cour et les camions, en tenant compte des éventuelles mouvements non productifs. Ce problème est formulé en programme linéaire mixte puis il est résolu à l'aide de langage AMPL en utilisant le solveur d'optimisation CPLEX dans le but de minimiser le temps de complétion des opérations de manutention des conteneurs destinés à l'exportation.

Organisation du rapport

Pour mener à bien ce travail, nous avons jugé utile de diviser ce mémoire en quatre chapitres :

· Le premier chapitre est consacré à la présentation de l'entreprise BMT, ses structures,ses moyens et ses services, et à la position du problème traité dans ce mémoire.

· Dans le deuxième chapitre, nous citons brièvement quelques travaux de recherche théoriques et expérimentaux sur les problèmes de planification des équipements de manutention dans un terminal maritime

· Dans le troisième chapitre, nous donnons des aspects théoriques de l'optimisation combinatoire tels que : des outils de modélisation, des problèmes classiques d'optimisation, des méthodes de résolution existantes dans la littérature et la complexité algorithmique.

· Le quatrième chapitre quant à lui présente une modélisation de notre problème et en proposant un modèle mathématique d'aide de décision, puis nous donnons un exemple numérique pour comprendre le fonctionnement de notre modèle, ensuite nous allons implémenter le modèle sous le logiciel AMPL et résoudre l'exemple en utilisant le sol-veur d'optimisation CPLEX.

La conclusion de ce travail mettra l'accent sur les recommandations et explorera les perspectives qui en découlent.

4

1

Présentation de l'organisme d'accueil

Introduction

Le transport maritime devient de nos jours, de plus en plus important et représente une alternative crédible et intéressante au transport terrestre et aérien, notamment avec l'évolu-tion du phénomène de conteneurisation.

Dans ce chapitre nous nous intéressons à la présentation du terminal à conteneurs de Bé-jaia (BMT).

1.1 Définition de Bejaia Mediterranean Terminal (BMT)

BMT-SPA (Société Par Actions) est une jointe venture entre l'Entreprise Portuaire de Béjaia (EPB) et Portek Systems and Equipment.EPB est l'autorité portuaire qui gère le port de Béjaia. PORTEK Systems and Equipment,une filiale du Groupe PORTEK qui est un opérateur de Terminaux à conteneurs (Société Singapourienne).

Sa mission principale est de traiter dans les meilleures conditions de délais,de coûts et de sécurité,l'ensemble des opérations qui ont un rapport avec le conteneur. Pour ce faire, elle s'est dotée d'équipements performants et de systèmes informatiques pour le support de la logistique du conteneur afin d'offrir des services de qualité, efficaces et fiables pour assurer une satisfaction totale des clients [3].

BMT veille au développement et à la gestion de son terminal à conteneurs où l'intégrité, la productivité, l'innovation, la courtoisie, et la sécurité sont de rigueur.

La figure (1.1) représente la jointe venture de cet entreprise :

1.3 Structure organisationnelle de BMT 5

-Page 5-

FIGURE 1.1 - Jointe venture création de BMT.