L'évolution des critères de confort et d'espace passager dans les véhicules ferroviaires de nouvelle génération impose de regrouper les équipements en toiture. Des éléments dégageant d'importantes quantités de chaleur doivent alors cohabiter avec d'autres nécessitant une alimentation en air frais et ce dans un espace relativement confiné, éventuellement soumis à de fortes perturbations de l'écoulement. Ceci peut entraîner la dégradation des performances générales du véhicule, dont la conception doit donc être reconsidérée. La première phase de l'étude est consacrée aux aspects stationnaires et instationnaires de l'écoulement à l'échelle du train, puis des équipements. Le fonctionnement de ceux-ci est pris en compte lors de simulations numériques et expérimentales portant sur différents types de matériels caractéristiques du parc ferroviaire. Des essais en ligne viennent également valider les résultats numériques obtenus. Ces derniers permettent de définir un nouveau modèle numérique pour les équipements, basé sur une cavité tridimensionnelle. Une étude paramétrique de diverses grandeurs géométriques du modèle met alors en évidence plusieurs structures d'écoulement identifiables. L'influence de celles-ci sur les transferts thermiques locaux est démontrée, en particulier sur le coefficient d'échange moyen en surface du rhéostat de freinage. Une méthodologie de conception est finalement proposée. Alliant simplicité d'utilisation et efficacité, elle est applicable dès l'avant-projet et permet d'améliorer significativement les échanges thermiques en toiture en modifiant le positionnement et les dimensions des équipements.