En 1991, pour rendre les transports ferroviaires efficaces et compétitifs par rapport aux autres modes de transport, le Conseil européen a approuvé la directive 91/440. Cette directive prévoit essentiellement 4 grands principes : l'indépendance des chemins de fer sur le plan de la gestion, la séparation entre la gestion de l'infrastructure et les opérations de transport, l'amélioration de la situation financière des chemins de fer nationaux, la liberté d'accès à l'infrastructure ferroviaire. Dans ce contexte, cette thèse s'organise autour d'une question centrale : quelles sont les nouvelles conditions organisationnelles, techniques, économiques et réglementaires dans lesquelles doit désormais évoluer le transport ferroviaire européen ? L'étude se base sur une analyse multicritère. Cette analyse traite les réformes produites dans 3 pays de l'Europe communautaire : l'Allemagne, la France et la Grande-Bretagne. Elle est complétée par l’étude de la réforme suédoise et celle de la restructuration japonaise.

Cette thèse porte sur l'ordonnancement des trains dans les gares complexes en forte densité de circulation. L'objet se situe à la réalisation d'un outil pour aider les managers de la gare à générer un tableau des horaires sans-conflits dans un journée. Le management des circulations ferroviaires dans la gare demande l'ordonnancement soigneux pour adapter les ressources limités, en évitant les conflits entre les trains et satisfaisant l'objectif et les politiques économiques et de la sécurité en même temps. D'après les méthodes appliquées en recherche opérationnelle et les expériences professionnelles, une modèle mathématique applicable aux gares différentes est construit pour formaliser le problème de l'ordonnancement des trains contenant la topologie de la gare, activités des trains, contraintes de planification et objectives. Comme un problème à grande échelle, l'ordonnancement des trains dans un journée est décomposé en sous-problèmes traitables dans l'ordre du temps par sliding window algorithme accumulé. Chaque sous-problème est résolu par branch-and-bound de CPLEX. Afin d'accélérer le calcul des sous-problèmes, tri-level optimisation méthode est construit pour offrir une solution optimale locale dans un temps de calcul assez court. Cette solution est donnée à branch-and-bound comme une solution initiale.Ce système consiste à vérifier la faisabilité des horaires donnés à la gare. Les trains avec les conflits insolvables sont retournés à l'origine de ces trains avec les modifications des heures proposées. Déviations des trains commerciaux sont minimisées pour diminuer la propagation du délai dans le réseau ferroviaire. / This thesis focuses on the trains platforming problem within busy and complex railway stations and aims to develop a computerized dispatching support tool for railway station dispatchers to generate a full-day conflict-free timetable. The management of rail traffic in stations requires careful scheduling to fit to the existing infrastructure, while avoiding conflicts between large numbers of trains and satisfying safety or business policy and objectives. Based on operations research techniques and professional railway expertise, we design a generalized mathematical model to formalize the trains platforming problem including topology of railway station, trains' activities, dispatching constraints and objectives. As a large-scale problem, full-day platforming problem is decomposed into tractable sub-problems in time order by cumulative sliding window algorithm. Each sub-problem is solved by branch-and-bound algorithm implemented in CPLEX. To accelerate calculation process of sub-problems, tri-level optimization model is designed to provide a local optimal solution in a rather short time. This local optimum is provided to branch-and bound algorithm as an initial solution.This system is able to verify the feasibility of tentative timetable given to railway station. Trains with unsolvable conflicts will return to their original activity managers with suggestions for the modification of arrival and departure times. Time deviations of commercial trains' activities are minimized to reduce the delay propagation within the whole railway networks.

Depuis une vingtaine d'années, les problématiques de transport public en région parisienne sont devenues une préoccupation majeure. Pour les usagers qui consacrent en moyenne environ deux heures quotidiennement à leurs déplacements domicile-travail, la qualité de l'offre de transport est un enjeu majeur.La société nationale des chemins de fer français qui exploitent la majeure partie du réseau ferré dans cette région joue un rôle central dans l'organisation des transports. Mais à l'opposé des attentes qui pèsent sur ce secteur, le trafic ferroviaire rencontrent un certain nombre de dysfonctionnements. En s'inscrivant dans une démarche globale de remise en question des principes d'exploitation ferroviaire en zone dense, cette thèse apporte un regard nouveau sur l'origine des retards qui affectent les trains.Un modèle simple qui permet d'étudier la congestion du trafic ferroviaire sous l'influence de perturbations aléatoires est proposé. En s'inspirant des outils du trafic routier et tout particulièrement du diagramme fondamental de réseau,on définit pour le ferroviaire, le diagramme fondamental de ligne ferroviaire qui permet de représenter le débit en fonction de la concentration sur une portion de ligne ferroviaire. Cet outil est ensuite utilisé pour comparer les résultats issus de notre modèle à un jeu de données mesuré sur deux lignes de chemin de fer de la région parisienne.Cette comparaison montre que notre modèle permet de reproduire qualitativement les phénomènes de congestion du trafic observés sur les cas réels. / Over the last twenty years, public transport issues in the Paris region have become a major concern. The French national railway company, which operates most of the rail network in this region, plays a central role in the organisation of transport. However, in contrast to expectations in this sector, rail traffic is experiencing a number of malfunctions. As part of an overall approach to questioning the principles of rail operation in dense areas, this thesis provides a new look at the origin of delays affecting trains. Drawing on road traffic tools and in particular the basic network diagram, the basic railway line diagram is defined for railways, which makes it possible to represent the flow as a function of concentration on a portion of a railway line. This tool is then used to compare the results from our model with a set of data measured on two railway lines in the Paris region, which shows that our model can qualitatively reproduce the traffic congestion phenomena observed on real cases.(Translated with www.DeepL.com/Translator)

Cette thèse développe des algorithmes pour des problèmes de transport ferroviaire et est réalisée en partenariat avec l'entreprise Eurotunnel qui exploite le tunnel sous la Manche. Ce partenariat s'est établi sous la forme d'une chaire avec l'École des Ponts où cette thèse a été menée. Nous développons trois sujets dans cette thèse: le premier est un problème opérationnel rencontré par Eurotunnel, les deux autres sont plus prospectifs et théoriques, et sont inspirés des problèmes de transport ferroviaire d'Eurotunnel.Le processus de création de grilles horaires pour le transport ferroviaire se découpe en plusieurs phases (estimation de la demande, détermination du réseau, planification des départs, affectation des trains et du personnel). Nous nous intéressons dans une première partie à la phase de planification des départs des trains sur un intervalle temporel, appliquée au cas spécifique d'Eurotunnel. L'objectif est de calculer les horaires des départs des trains depuis chacune des deux stations (Coquelles en France et Folkestone en Angleterre) en respectant des contraintes d'exploitation (sécurité, chargement, ...) et des accords commerciaux signés avec leurs partenaires (Eurostar, ...). De plus, la prise en compte des retards dès la planification des départs est primordiale pour limiter la propagation des perturbations de train en train sur le réseau. Nous avons développé des algorithmes de planification pour Eurotunnel tenant compte des contraintes du réseau et de la probabilité de retard pour chaque train. Ces algorithmes utilisent des outils standard de la Recherche Opérationnelle pour modéliser et résoudre ces problèmes d'optimisation.La tarification des billets est un enjeu majeur pour les entreprises de transport. Pour les compagnies aériennes, de nombreux algorithmes ont été étudiés pour définir le prix optimal des billets pour différentes classes de passagers. Nous appliquons dans une deuxième partie des méthodes standard de tarification (modèles de choix discrets) afin d'optimiser de manière globale les prix et les horaires des départs pour des entreprises de transport ferroviaire. Des outils classiques de l'optimisation stochastique, des modèles de choix discrets et des heuristiques sont utilisés dans nos algorithmes pour donner les meilleures solutions possibles en un temps de calcul limité.Nous nous intéressons dans une dernière partie à une classe de problèmes de transport, inspirés de ceux rencontrés par Eurotunnel, en donnant des algorithmes efficaces de résolution exacte ou approchée. Ces algorithmes permettent de donner une borne supérieure de la complexité temporelle de ces problèmes. La classe de problèmes étudiés consiste en la planification des départs de navettes sur une ligne fixe, pour transporter d'une station A vers une station B des usagers arrivant de manière continue. Les navettes sont éventuellement autorisées à faire de multiples rotations pour transporter plusieurs vagues d'usagers. L'objectif est de limiter le temps d'attente des passagers avant le départ de leur navette. Des combinaisons originales de l'optimisation convexe et de la théorie des graphes (problèmes de plus court chemin) sont utilisées dans nos algorithmes / This thesis develops algorithms for rail transportation problems, conducted in relationship with the company Eurotunnel which operates the tunnel under the Channel. This partnership is a scientific chair with the École des Ponts et Chaussées, where this thesis was realized. We study three topics throughout the thesis: the first one is an operational problem faced by Eurotunnel, whereas the two other ones are prospective and theoretical problems inspired by their process.The planning process for rail transportation can be divided into several phases (demand estimation, line planning, scheduling of the departure times, rolling stock and crew planning). In a first part, we focus on the scheduling phase on a time interval, applied to the specific case of Eurotunnel. The objective is to compute the departure times of the trains for each of the two stations (Calais in France and Folkestone in England), satisfying operation constraints (security, loading, ...) and commercial agreements with their partners (Eurostar, ...). Moreover, taking into account the delays in the scheduling phase is essential to limit the propagation of the disturbances from train to train in the network. We develop scheduling algorithms for Eurotunnel taking into account the operation and commercial constraints, and the random distributions of the delays for each train. These algorithms use standard tools of Operations Research to model and solve these optimization problems.Pricing is a main issue for transportation companies. Many algorithms have been proposed to help airline companies to define optimized prices of the plane tickets for different classes of passengers. In a second part, we apply some standard pricing frameworks (discrete choice models) in order to optimize in a global way the prices and the departure times of the trains for rail transportation companies. Standard tools of stochastic optimization, discrete choice models, and some heuristics are used in our algorithms to compute the best possible solutions in a limited computation time.We focus in a last part on a class of transportation problems, inspired form Eurotunnel. We give efficient algorithms to solve exactly or to approximate the optimal solutions of these problems. These algorithms give an upper bound of the time complexity of this class of problems. The problems studied consist in scheduling the departure times of shuttles on a fixed trip, to transport passengers, arriving continuously at an initial station, to a given destination. The shuttles are potentially allowed to perform several rotations to transport several groups of passengers. The objective is to minimize the waiting time of the passengers before the depart of their shuttle. Original combinations of convex optimization and graph theory (shortest path problems) are used in our algorithms

Cette thèse en urbanisme et aménagement analyse les interactions entre les grandes gares historiques et les logiques du marché ferroviaire européen. L'interférence entre les principes du marché et ceux de l'aménagement des lieux de transport invite à mobiliser de nouveaux concepts pour présenter l'évolution des grandes gares historiques dans une perspective contemporaine. Pour ce faire, il est proposé d'utiliser les méthodes de la sociologie économique des marchés et de comparer trois terrains: la gare de St Pancras à Londres, la gare du Nord à Paris et la gare centrale de Milan. Dans un premier temps, la thèse présente les différentes formes d'encastrement des principes concurrentiels (historiques, culturels, institutionnels et sociaux) dans l'aménagement des gares, en prenant le parti d'une analyse diachronique au long cours de chacun des cas. Dans un second temps, la thèse détaille les agencements marchands à l'œuvre - selon le modèle analytique synthétisé par Michel Callon. Trois agencements marchands ont été identifiés qui correspondent à trois formes d'économisation de l'objet-gare: l'agencement de l'infrastructure de transport, l'agencement du bien immobilier, l'agencement de la place marchande. Cette thèse démontre combien la rationalisation économique des gares formate autant qu'elle est formatée par ces infrastructures. In fine, elle invite à considérer les processus d'économisation de l'espace pour en comprendre l'aménagement qui en résulte / This research in urban planning and studies analyses the interaction between major historic railway stations and the logics of the European rail market. Interferences between the market principles and those of the planning and the management of transport places are an issue that requires new concepts to understand how do major historic railway stations evolve in our time. This research applies mehods developed in the field of economic sociology, especially on markets, and compares three cases: London St Pancras, Paris Nord and Milano Centrale stations. The first part of this dissertation presents the different forms of embeddedness (historical, cultural, institutional and social) that implement competition principles into the planning and the management of railway stations. A long-term diachronical approach of each case is presented. The second part of the dissertation uses the theoretical approach of market agencing developed by Michel Callon in the fields of economic sociology and of science and technology studies. Three ways of agencing railway stations are analysed: agencing the essential facility, agencing the real estate asset and agencing the “market square facility” – a new kind of market square especially developed in transit places. This dissertation shows how economic rationalisation frames railway stations as far as those infrastructures frame this economic rationalisation in return. It invites us to consider the process of economisation of space as a key part of planning practices

La planification en France du plan standard en forme d' « U » sera transformée en celle de « L » afin de s'adapter à un nouveau système d'embarquement alors que les ingénieurs japonais, s'intéressent à l'agencement des fonctions. Pour les façades des gares l'expression moderniste s'articule autour du style néoclassique en France tandis qu'au Japon les éléments occidentaux et japonais se mêlent sur une composition d'inspiration occidentale. Les halles métalliques conçues en France suivent le principe de l'élégance et de la légèreté. Quant au Japon, l'abolition de la halle provient d'un choix délibéré des ingénieurs qui connaissent les défauts fonctionnels mais aussi du fait de la pénurie du fer. L'utilisation de la charpente à grande portée est limitée aux cours intérieures des bâtiments publics. Les architectes se préoccupent de l'acquisition de l'architecture classique. La séparation spatiale entre le bâtiment principal et la halle s'accentue nettement dans les gares japonaises.

La libéralisation des marchés impose aux chemins de fer une révolution économique. Elle remet en cause l'organisation monopolistique au profit du développement de nouveaux marchés. L'analyse des défaillances du marché (notamment évaluation des économies d'échelle) et celle des différentes formes de réglementation justifient le recours à une régulation incitative des marchés ferroviaires. A ce titre, la concurrence par comparaison paraît intéressante : la comparaison des performances d'entreprises semblables permet de réduire les contraintes informationnelles de la régulation classique. Malgré quelques limites théoriques, les mises en œuvre de mécanismes comparatifs sont nombreuses, comme, par exemple, dans les chemins de fer Japonais. L'application proposée de la concurrence par comparaison aux TER français doit en améliorer la performance. En effet, l'estimation d'une frontière de coût révèle d'importantes disparités d'efforts entre les régions (représentant plus de 100 millions d'euros par an), que le mécanisme comparatif proposé peut réduire.

Les travaux développés dans cette thèse visent à assister le processus d'ingénierie des exigences temporelles pour les systèmes complexes à contraintes de temps. Nos contributions portent sur trois volets : la spécification des exigences, la modélisation du comportement et la vérification. Pour le volet spécification, une nouvelle classification des exigences temporelles les plus communément utilisées a été proposée. Ensuite, afin de cadrer l'utilisateur durant l'expression des exigences, une grammaire de spécification à base de motifs prédéfinis en langage naturel est développée. Les exigences générées sont syntaxiquement précises et correctes quand elles sont prises individuellement, néanmoins cela ne garantie pas la cohérence de l'ensemble des exigences exprimées. Ainsi, nous avons développé des mécanismes capables de détecter certains types d'incohérences entre les exigences temporelles. Pour le volet modélisation du comportement, nous avons proposé un algorithme de transformation des state-machine avec des annotations temporelles en des automates temporisés. L'idée étant de manipuler une notation assez intuitive et de générer automatiquement des modèles formels qui se prêtent à la vérification. Finalement, pour le volet vérification, nous avons adopté une technique de vérification à base d'observateurs et qui repose sur le model-checking. Concrètement, nous avons élaboré une base de patterns d'observation (ou observateurs) ; chacun des patterns développés est relatif à un type d'exigence temporelle dans la nouvelle classification. Ainsi, la vérification est réduite à une analyse d'accessibilité des états correspondants à la violation de l'exigence associée

Le présent travail étudie le comportement couplé hydromécanique de la couche intermédiaire des plates-formes ferroviaires anciennes. L'objectif principal est de vérifier le fonctionnement des plates-formes sans drainage et d'optimiser les travaux de modernisation de voies anciennes en déblai. Premièrement, les essais d'identification ont été réalisés sur les matériaux prélevés sur le site de Sénissiat. Les résultats ont montré que le sol de la couche intermédiaire de ce site présente une granulométrie bien étalée de 0 à 63 mm et une densité très élevée (d = 2,39 Mg/m3). Deuxièmement, une nouvelle colonne d'infiltration et un moule de compression de 300 mm de diamètre ont été développés permettant d'étudier le comportement hydraulique de la couche intermédiaire. Une faible perméabilité (ks  2,2.10-7 m/s) de cette couche a été estimée à partir des résultats expérimentaux. Troisièmement, une étude expérimentale sur le comportement mécanique de la couche intermédiaire a été réalisée. Cette étude a mis en évidence l'influence marquée de la teneur en eau sur le comportement mécanique de la couche intermédiaire. Un modèle de fatigue avec prise en compte de l'influence du nombre de cycles, du niveau de contrainte appliqué et de l'état hydrique a été élaboré en se basant sur les résultats expérimentaux. Finalement, les mesures de succion, de température et de paramètres météorologiques ont été réalisées sur les plates-formes en déblai sans drainage du site de Moulin Blanc pour compléter l'étude du comportement des plates-formes sans drainage. Une analyse globale des résultats obtenus au laboratoire avec les mesures in-situ a montré que la décision de ne pas mettre en place un dispositif de drainage devra être assortie de justificatifs permettant de s'assurer de la limitation de la teneur en eau de la couche intermédiaire, en se basant sur une étude approfondie sur le cycle d'eau pour chaque site concerné

La consommation d'espace engendrée par l'étalement urbain doit être limitée dans le cadre d'un développement urbain durable. Cet étalement urbain est entretenu, pour partie, par la dépendance automobile. Il convient donc de s'interroger sur les possibilités de reconfigurer les réseaux et l'espace pour développer un renouveau urbain. La densification et l'urbanisme orienté vers le rail, et plus largement les transports collectifs, apparaissent comme des solutions pertinentes pour répondre à ces enjeux, notamment en mobilisant le potentiel représenté par les friches ferroviaires. Cet objectif demande une coordination des transports et de l'usage du sol, qui doit s'appuyer sur une observation croisée foncier/transports. C'est dans cette optique qu'ont été développés des outils d'aide à la décision pour les acteurs de l'aménagement, en vue de favoriser le développement d'un urbanisme orienté vers le rail, notamment dans le cadre du projet franco allemand BahnVille 2.