Public authorities of several metropolises in southern countries do not participate in the management of the collective transports. In this context of lack of centralization, alternative solutions appear. They are based on individual initiatives. In other words, independent individuals develop offers of collective transport. In the case of Brazzaville, the system presents a huge stability through time and space. Its structure rest upon a spatial emergence phenomenon linked to the combination of non-concerted individual strategies. With the aim of characterizing the processes at stake, we propose to apprehend this system with an individual-based approach, inspired from self-organization theories. An agent-based model was built on surveys'data. It allows analyzing the impacts of individual strategies on spatial structures of the system, coupled with several variables. The different configurations lead to the emergence of more or less fragmented, diversified and efficient structures. Multiscalar and dynamic relations are characterized by the identification of thresholds. MOTS-CLES :transports collectifs artisanaux, systèmes multi-agents, auto-organisation
1. Les transports collectifs artisanaux : gestion individuelle de la mobilité collective
Les pouvoirs publics de certaines grandes métropoles du Sud n’interviennent pas
dans la gestion des transports en commun. Dans ce contexte, des solutions
alternatives apparaissent. La mobilité quotidienne de plusieurs millions de citadins
repose aujourd’hui sur des systèmes entièrement privés et fragmentés
Ce secteur d’activité est la plupart du temps composé de micro-entreprises «
artisanales », dans le sens où elles se composent d’une seule personne ou d’un petit
groupe
Au-delà du manque de lisibilité important, les transports artisanaux fonctionnent
: l’activité est rentable et pourvoyeuse d’emplois
Dans une perspective de développement, les pouvoirs publics tentent de mettre
en place des systèmes centralisés, notamment à travers des systèmes en site propre,
appelés bus rapid transit
Nous avons étudié la mobilité urbaine de Brazzaville, capitale de la République du Congo. Dans un contexte de choix modal restreint, la seule alternative motorisée au véhicule personnel est le transport collectif artisanal. Le système émergent montre une grande stabilité, à la fois dans l’espace et le temps.
Copyright © by the paper’s authors. Copying permitted for private and academic purposes. Proceedings of the Spatial Analysis and GEOmatics conference, SAGEO 2015. Dans une démarche explicative, nous proposons une approche de modélisation individu centrée spatialisée, à travers la construction d’un système multi-agent. L’objectif est de caractériser les processus qui sous tendent les structures et les dynamiques spatiales de ce système. Afin d’identifier des variables structurantes, nous testons l’impact de différentes configurations sur les structures spatiales émergentes.
Brazzaville est la capitale de la République du Congo. Fondée au XIX° par les
colons français, elle a une structure urbaine particulière : les densités de population
sont plus importantes en périphérie qu’au centre de l’agglomération. Cette
répartition trouve son origine dans la planification coloniale de la ville qui réservait
le centre aux colons et attribuait une parcelle à chaque famille en périphérie
Ce cadre urbain génère des déplacements quotidiens polarisés sur la partie
centrale de l’agglomération. Le taux de motorisation des ménages est entre 10 et
20% dans les villes africaines
Le système de transport collectif brazzavillois repose uniquement sur l’initiative individuelle. Chaque véhicule est occupé par un crieur et un chauffeur que nous appelons « opérateurs ». Ils sont au coeur du système puisque ce sont les seuls à être au contact de la demande (Schéma 1). Ils doivent payer la location de leur véhicule et les différentes taxes et droits de circulations. Les pouvoirs publics contrôlent uniquement les papiers des chauffeurs grâce à des agents de contrôle. Il n’y a aucune centralisation technique : c'est-à-dire que personne ne coordonne les itinéraires ou les fréquences de circulation des bus. Schéma 1 : Les acteurs de l’offre de transport collectif (Léa Wester – 2015) Cette absence de centralisation technique laisse les opérateurs libres de choisir leurs itinéraires et leurs fréquences de circulation. Afin de dégager suffisamment de bénéfices pour payer leurs frais et leurs salaires, ils mettent en place des stratégies particulières pour être le plus rentable possible.
Ces stratégies reposent sur une construction progressive des itinéraires. En arrivant à un arrêt de bus, le crieur annonce une destination et jauge la réaction des usagers qui attendent. Il recommence son annonce jusqu’à trouver la destination la plus rentable. Autrement dit, il cherche la destination la plus demandée mais également celle qui sera la moins embouteillée et si possible à une distance raisonnable. Le crieur recommence ce processus à chaque fois que son bus se vide.
Pour la construction de ces itinéraires, les opérateurs ont à leur disposition un réseau fortement contraints par l’état de la voierie. La quasi-totalité des routes goudronnées est parcourue par des transports en commun. Les routes parcourues par les transports collectifs sont cependant présentes sur la totalité de la zone urbanisée (Carte 1). Le réseau est structuré par des points de repères qui permettent aux opérateurs et aux usagers de communiquer. Ils constituent les principaux arrêts de la ville.
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Carte 1 : Réseau utilisé par les transports en commun Brazzavillois 3. Du terrain à la modélisation, fondements théoriques : auto-organisation, approche individu centrée, système multi-agents
Comme tout système anthropique, les transports collectifs ont un fort degré de
complexité
Nous tentons de comprendre quels sont les processus liés aux transports
collectifs artisanaux, en caractérisant notamment la relation entre mobilité collective
et initiative individuelle. Dans ses déplacements comme dans ses autres actions,
l’individu est à la fois produit et producteur de la société
Dans le cas de Brazzaville, la desserte en transport collectif présente une
structure stable. Celle-ci repose sur un phénomène d’émergence spatiale lié à la
combinaison de stratégies individuelles non concertées. La non-centralisation et le
caractère multiscalaire du fonctionnement du système nous incite à utiliser les
théories de l’auto-organisation
Afin d’envisager du mieux possible la coévolution des stratégies individuelles et des structures émergentes, nous proposons une approche individu centrée (Daudé 2005). Autrement dit, le point de départ de l’analyse correspond aux particules élémentaires du système, les individus dans notre cas.
Cela se traduit dans notre démarche de modélisation. L’objectif est de donner
aux agents une capacité d’adaptation suffisante pour qu’ils ne répondent pas à des
typologies de stratégies. Leurs comportements doivent résulter d’un dialogue
permanent avec leur environnement
Dans le cas du modèle des transports artisanaux brazzavillois, nous utilisons un
système multi-agents. Il s’agit de programmer des agents dans un environnement
défini. Ces agents ont des interactions entre eux et avec leur environnement en
fonction de règles simples définies par le modélisateur
Nous avons modélisé le système à partir d’un certain nombre de données issues du terrain1. Les agents évoluent dans un environnement (Figure 1) qui correspond au 1Une première série d’entretiens semi-directifs en 2013 a permis de définir les stratégies des opérateurs. La demande a été implémentée à partir d’une enquête origine / destination effectuée en mai 2014. Elle correspond à une estimation de la demande entre 6h et 18h un jour de semaine.
Copyright © by the paper’s authors. Copying permitted for private and academic purposes. Proceedings of the Spatial Analysis and GEOmatics conference, SAGEO 2015. réseau (Carte 1). Il s’agit d’un graphe dont les noeuds sont constitués par les principaux arrêts de bus et les liens correspondent aux routes qui peuvent être parcourues par les opérateurs. Chaque arrêt de bus peut accueillir un certain nombre de bus2. Chaque lien a un temps de parcours et un prix proportionnels à sa longueur3. Les usagers apparaissent heure par heure à leur arrêt de bus d’origine avec un arrêt de destination.
De manière globale, les agents-usagers cherchent un bus pour les conduire à leur destination et les agents-bus cherchent à effectuer les déplacements les plus rentables possibles. Ils construisent leurs itinéraires en fonction de la demande selon une stratégie basée sur l’apprentissage. Les structures et les dynamiques de la desserte émergent à partir de ces stratégies. Les agents bus agissent en ayant pour objectif de maximiser leur profit en s’adaptant aux informations qu’ils peuvent avoir sur leur environnement. Cette information est limitée et propre à chaque agent. Chaque déplacement donne lieu à un bilan qui permet aux agents de donner une note à l’arrêt desservi. 2La capacité de la totalité des arrêts est de 119 bus. Sachant que certains ne comptent que deux places et d’autres une vingtaine. Un travail de terrain en 2014 nous a permis de collecter les données concernant les arrêts de bus. Leur capacité est ici recalculée de façon à rester cohérente avec la demande implémentée. 3Les liens correspondent aux routes goudronnées. Leur coût et leur temps de parcours sont fixés en fonction du prix de l’essence au Congo en 2014 (500 FCFA / Litre), de la consommation moyenne d’un véhicule de type hiace de la fin des années 1990 ou début 2000 (10 Litres / 100km) et d’une vitesse de circulation fixe (40 km/h).
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Les interactions entre les agents créent des structures qui influent sur la rentabilité des arrêts : saturation de certaines zones, demande insuffisante … Les agents-bus font constamment dialoguer la situation de l’environnement et leur mémoire pour construire leurs déplacements. Le système est bien auto-organisé puisque l’émergence de la desserte repose sur l’adaptation des stratégies des agents grâce aux informations limitées dont ils disposent.
La construction par chaque agent d’une représentation de son environnement est basée sur son expérience à travers deux axes principaux : le prix du kilomètre parcouru et le prix du pas de temps écoulé. La rentabilité associée aux zones à desservir confronte à la fois les recettes générées par les usagers desservis et les coûts associés à la distance, aux temps d’attente et de parcours. Cette démarche basée sur une fonction d’utilité permet aux agents-bus de chercher la meilleure rentabilité. Dans le cas où aucun déplacement n’est rentable, ils effectuent celui où ils perdent le moins d’argent. Cette configuration permet de rester dans un processus de choix réaliste : les déplacements ne sont pas toujours exclusivement rentables au cours d’une journée. Le diagramme d’activité suivant représente l’enchaînement des procédures (Schéma 2). Ces processus se déroulent dans un contexte temporel et spatial défini par le coût du kilomètre parcouru3 et celui de la minute écoulée4.
Schéma 1 : Diagramme d’activité es agents-bus (Léa Wester – 2015)5 4Les taxes payées par les opérateurs ont été estimées sur le terrain et ramenées à la minute. Ainsi les temps de parcours entre les arrêts et la saturation des arrêts ont une incidence sur la rentabilité pour nos agents. 5En arrivant à un arrêt, l’agent-bus liste les destinations les plus demandées. Il utilise ensuite sa mémoire des précédents déplacements pour choisir celle qui a été la plus rentable par le passé. Il définit ensuite l’itinéraire à parcourir et embarque les usagers intéressés. Quand le Copyright © by the paper’s authors. Copying permitted for private and academic purposes. Proceedings of the Spatial Analysis and GEOmatics conference, SAGEO 2015.
Une série de tests a été effectuée afin de vérifier la cohérence du modèle. La
validation du modèle dépend des hypothèses testées
La confrontation des sorties du modèle avec les des données d’enquête permet de
s’assurer de la cohérence externe du modèle. En considérant la configuration la plus
proche de la réalité6, nous avons confronté les capitaux accumulés par nos agents
avec les revenus des chauffeurs brazzavillois
Afin de définir les variables structurantes des transports collectifs artisanaux, nous testons plusieurs types de variables. Nous étudions ici l’augmentation du nombre de bus. Les aspects économiques et spatiaux du réseau restent fixes. Seule la variable étudiée varie. Un tel choix nous permet de considérer l’impact des relations entre l’offre, la demande et le réseau. En faisant varier le nombre de bus nous jouons à la fois sur le nombre d’usagers qui pourraient être embarqués et sur la saturation du réseau.
Ainsi, les simulations s’effectuent dans un contexte où le système peut accueillir
119 bus sur la totalité de ses arrêts et génère 10 660 usagers au total sur la journée
(Tableau 1). Pour l’aspect économique, le kilomètre parcouru et le pas-de-temps
écoulé coûtent 50 CFA chacun. Chaque passager transporté rapporte 150 CFA. Afin
de ne pas avoir de biais induit par la situation initiale, les agents bus sont répartis au
départ de manière homogène sur le réseau.
bus a embarqué suffisamment de passagers, il se rend à l’arrêt suivant. Une fois arrivé, il doit
attendre qu’une place se libère pour pouvoir débarquer ses usagers et recommencer le
processus.
6Les proportions réelles se situent aux alentours de 1000 véhicules pour 500 000 voyages
effectués chaque jours. Nous pouvons donc considérer nos simulations avec 21 agents-bus
pour 10 660 agents-usagers (équivalents à 1 voyage) comme la configuration la plus proche
des proportions réelles (à 1,5% près).
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Les simulations effectuées montrent que l’augmentation du nombre de bus a un impact sur l’efficacité du système. En termes de nombres d’usagers desservis à la fin de la simulation (Graphiques 1), la configuration où le nombre d’usagers desservis est le plus important compte 21 bus. L’augmentation du nombre de bus n’a pas pour effet d’augmenter le nombre d’usagers desservis comme on aurait pu le penser.
De la même manière, les temps d’attente moyens des usagers desservis dans nos simulations sont moins importants pour les configurations avec 21 et 42 bus (Graphique 2). L’augmentation du nombre de bus fait augmenter les temps d’attente. La configuration les configurations les plus efficaces semblent donc être celles qui comptent 21 et 42 bus.
3000 2500 2000 1500 1000 500 Graphique 2 : Moyenne des temps d’attente – Variation du rapport usagers / bus
Ce phénomène est en partie expliqué par la saturation du réseau. L’augmentation du nombre de véhicules crée des embouteillages. D’autre part, le déséquilibre entre le nombre de véhicules et la demande ralenti la circulation : les bus ne circulent que s’ils ont un nombre suffisant de passagers. L’impératif de rentabilité les oblige à attendre l’arrivée d’usagers supplémentaires.
En termes de structures spatiales, l’augmentation du nombre de bus fait diminuer la variété des structures observées (Graphique 3). Le système de transport émergent est composé de plus de 10% d’itinéraires en forme de boucle dans les configurations à 21 et 42 bus. Les autres configurations voient augmenter le nombre de navettes audelà des 90%. Les configurations les plus efficaces en termes de nombre d’usagers desservis et de temps d’attente sont donc celles où les structures spatiales des itinéraires sont les plus variées.
D’autre part, l’augmentation du nombre de bus a pour conséquence de faire émerger des structures plus fragmentées. Ainsi les itinéraires qui comportent des structures de plus de 3 arrêts sont moins fréquents quand il y a un grand nombre de véhicules sur le réseau (Graphique 4).
L’efficacité du système semble donc liée aux structures spatiales de la desserte. L’émergence de formes plus fragmentées et moins variées correspond aux simulations où le nombre d’usagers desservis est le moins important.
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Usagers / Bus Graphique 3 : Structures de itinéraires – Variation du rapport usagers / bus
Graphique 4 : Pourcentage des structures de plus de 3 arrêts – Variation du rapport usagers / bus
En parallèle, l’augmentation du nombre de bus entraîne une baisse de la fréquentation de certaines zones au profit d’autres (Graphique 5). La périphérie Nord est desservie plus souvent, au détriment de la périphérie Sud et des arrêts qui servent d’interface entre les différentes zones. Ces deux dernières zones sont constituées d’arrêts plus petits et/ou très fréquentés du fait de leur position sur le réseau. Ils sont plus facilement saturés par les bus en attente d’embarquer des passagers. Les fréquentations les plus réparties entre les zones correspondent aux configurations les plus efficaces.
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Periph_Est 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 508 254 169 127 102 Graphique 5 : Répartition des déplacements des agents-bus – Variation du rapport usagers / bus
Ainsi, la variation du rapport entre le nombre de bus, le nombre d’usagers et la capacité du réseau a des conséquences sur la forme, la répartition et l’efficacité des structures spatiales émergentes. Nos simulations permettent de considérer qu’en dessous de 254 usagers et de 3 places disponibles par bus, le système est moins performant et les structures plus fragmentées et polarisées. Ces seuils ne doivent donc pas être dépassés pour avoir un système qui fonctionne de manière fluide.
A Brazzaville, des données fiables concernant le nombre de bus en circulation sont assez difficiles à obtenir. En croisant les différentes sources, on estime qu’il y a un bus en circulation pour 500 usagers et 6 places disponibles sur le réseau d’arrêts9. Il semblerait donc que le système observé tende vers la meilleure configuration.
L’approche individu centrée est particulièrement adaptée à l’étude des transports collectifs artisanaux. Elle permet de mettre les stratégies et interactions locales au centre du modèle, tout en conservant les interrelations avec l’environnement et les structures émergentes. Une telle démarche de modélisation reste basée sur les théories de l’auto-organisation, notamment à travers un accès limité des agents à l’information. 9Les estimations varient entre les services nationaux qui s’occupent des immatriculations et les services municipaux qui perçoivent des droits de circulation des transports collectifs. Nous avons effectué un comptage sur photo-satellite pour avoir des données plus précises.
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Le modèle ainsi construit met en évidence un premier groupe de variables structurantes. Le rapport entre le nombre de bus, le nombre de places disponibles et le nombre d’usagers par bus joue un rôle important dans le système. La configuration la plus efficace est liée à des structures et des dynamiques particulières. En effet, cette desserte repose sur des structures spatiales mixtes en termes de répartition et de forme. Celle-ci est permise par un certain équilibre entre l’offre, la demande et les contraintes physiques du réseau.
Afin d’étudier les autres variables structurantes, les prochaines étapes de cette recherche s’intéresseront aux variations des paramètres économiques. La modification du prix du kilomètre devrait avoir une influence sur la forme des structures observées, tout comme celle du prix du pas-de-temps. Ainsi, en faisant l’hypothèse d’une augmentation des prix de l’essence ou des taxes de circulation, nous pourrons voir quels impacts structurels auraient ces changements en tenant compte des stratégies utilisées par nos agents-bus. Cette analyse portera sur l’impact des relations entre le prix du kilomètre, celui du temps et du ticket sur les structures et dynamiques du système.
Nous proposons ensuite de comparer ces stratégies de gestion des itinéraires à
des stratégies de gestion du temps, observées à Lima
A plus long terme, cette méthode d’analyse des transports collectifs artisanaux a pour objectif d’analyser la manière dont ces stratégies s’adaptent à différents contextes urbains.