La gestion du trafic aerien (air-traffic management, ATM) consiste en une composante predictive (planification du trafic) et en une composante adaptative (controle du trafic). Le but de la composante predictive est de trouver un equilibre entre la demande de l'espace et la capacite disponible. Une fois que les avions ont decolle, la composante adaptative doit les guider en toute securite vers leurs destinations. Des incertitudes, telles que retards ou defaillances techniques, creent des phenomenes d'ecarts entre la composante predictive et adaptative. Cela entraine des problemes de securite ainsi qu'une utilisation sous-optimale de capacite. Meme si les causes majeures des incertitudes sont connues (incertitude de demande, incertitude de capacite, incertitude de gestion de flux), les mecanismes perturbateurs restent inconnus. L'approche de cette these est d'analyser des donnees d'ecoulement de trafic afin d'engendrer de nouvelles hypotheses sur les mecanismes qui causent des ecarts entre la composante predictive et adaptative dans l'ATM. C'est un premier pas pragmatique dans l'analyse d'un phenomene physique. Il est fonde sur le calcul des probabilites et plus precisement sur l'interpretation frequentiste des probabilites. On utilise des techniques d'analyse de donnees multi-variees et des processus ponctuels stochastiques afin d'inferer de nouvelles connaissances sur le phenomene. Nos resultats principaux sont: (i) des ecarts systematiques existent dans tous les secteurs evalues. Leur taille peut etre caracterisee par des distributions de Poisson et on constate une tendance systematique a supprimer le trafic sur des niveaux eleves de planification. C'est un resultat contre-intuitif car l'on s'attend a ce que les differents facteurs d'incertitude s'annullent en moyenne. Ensuite on montre que des perturbations aleatoires d'un processus d'arrivee causent des ecarts systematiques dans deux classes de plan de vol. On conclut que meme si toutes les incertitudes controlables etaient eliminees, des ecarts systematiques entre le nombre planifie et observe de vols apparaisseraient. Ce resultat est utile pour la planification tactique des flux. De nouvelles contraintes pour le probleme de l'allocation de creneaux peuvent etre formulees en identifiant des plans de vol qui sont robustes aux perturbations aleatoires. (ii) on montre que les ecarts se propagent uniquement le long des routes aeriennes. Aucune propagation non-attendue n'est identifiee. Cela indique que les controlleurs aeriens n'utilisent pas systematiquement le re-routage pour compenser les ecarts. On remarque egalement des probabilites de queue elevees et on propose deux (nouveaux) modeles de series chronologiques qui decrivent les caracteristiques du processus de perturbation des plans de vol. Cela indique que les perturbations sont d'une nature heterogene et non-independante. Le resultat est empirique et on affirme que le comportement observe est du a des dependances entre les avions intervenant sur un long-terme. Comme travaux futurs on propose de continuer l'identification des ordonnancements de vol qui absorbent l'impact des incertitudes non-controlables et de developper des modeles statistiques qui expliquent les echantillons long-terme de congestion. Ceci constitue une base pour la quantifiaction de l'impact des decisions locales sur la performance globale du reseau de transport.

Le travail de thèse présenté dans le manuscrit s’articule autours de plusieurs éléments d’études concernant les modèles macroscopiques de flux de trafic routier à savoir la modélisation, la simulation et la commande. L’objectif de l’étude consiste à atteindre ou à maintenir une circulation automobile fluide sur des voies rapides. Il s’agit donc de s’assurer que le processus de flux de trafic routier reste dans des limites de stabilité et tout en offrant les meilleures performances et qualités de service aux usagers. L’étude repose sur l’analyse de la solution analytique d’une équation dynamique d’évolution du processus afin d’obtenir une fonction de transfert (TF). Le modèle retenu est un modèle macroscopique de flux de trafic du premier ordre du type LWR. L’objectif est d’obtenir une modélisation analytique conforme au modèle du réseau routier, qui dans le cas applicatif retenu est constitué d’un segment en aval d’un péage routier. Une commande du flux de trafic reposant sur le choix d’une stratégie qui satisfait les besoins des usagers sur les autoroutes au niveau des péages a été étudiée. Mettre en place une gestion des axes routier est une nécessité due à la croissance des flux qui ont pour conséquence de provoquer une saturation des voies de circulation. Les congestions apparaissent généralement aux heures de pointe, lors de travaux ou d’incidents. Elles provoquent des retards dans les déplacements des usagers et ont donc des répercutions socio-économiques et sur l’environnement. Il est donc nécessaire de garantir la fluidité du trafic routier par la conception et l’implémentation de stratégies de commande efficaces permettant d’annuler, de réduire, ou de retarder l’apparition des congestions. Une boucle de correction robuste de type CRONE est introduite dans le système de flux de trafic afin de satisfaire les objectifs de qualité requises du réseau routier face aux aléas de circulation et en assurant une circulation fluide, par le contrôle des barrières de péage.La variable de commande proposée est la densité du tronçon en amont du péage. Le résultat obtenu représente un retard pur pour le modèle de trafic comme un système à paramètres distribués. La commande étudiée est une commande robuste d’ordre non-entier associée à un prédicteur de Smith et une compensation du retard. Toutes les études ont été menées en simulation sous Matlab/Simulink. L’étude des réponses temporelles et harmoniques du système de flux de trafic a été réalisée. La stabilité du système et de ses performances ont pu ainsi être abordées. De même l’étude harmonique permet d’assurer que le système présente une marge de stabilité suffisante dans le domaine de variation des paramètres. / This thesis presents research carried out to several elements of the macroscopic traffic flow as the model, the control and the simulation of his control system. The main aims of the realized studies consist to keep the circulation on the high-ways fluid. That means that we must to assure some quality of the process regarding the stability of this process. More over to offer best performances and quality of the traffic services for the users on the ways networks.In our study we use the analytical solution method of the dynamic equation presenting the LWR traffic flow model process, for which we look to obtain transfer function. Our objective is to obtain a conform result to a toll plaza. Furthermore we look to make a choice of appropriate control algorithm to satisfy the traffic network and users’ needs. The traffic flow management needs results from the increasingly of the flows. As consequence of this we can obtain saturation in some places in the road network wildly known as a traffic jam usually in the rush hours, by reason of accident or repairs works. All this provoke a delay of the transportation flow and important environmental after-effect. Therefore it’s very important to assure the fluidity of the traffic using control strategies which will cancel, reduce or delay the traffic jam appearances. Because of all the reasons above, we have proposed a system with non-integer order control algorithm for maintain the traffic fluid by the control of the pikes in the toll plaza. The control variable is the upstream density which will influence on the downstream one. After the analytical solution of the toll plaza model we obtain a delay function which presents the plant in our distributed parameter system. For this system we apply a Smith prediction non-integer control algorithm and moreover we ameliorate this system with a Dead time non-integer order compensator.

Depuis 2001, le codage réseau a devenu une technique de communication qui permet des meilleures performances réseaux. Au lieu de relayer les paquets séparément, le codage réseau permet aux noeuds réseaux de combiner plusieurs paquets natifs en un seul paquet codé. Le réseau peut réduire le nombre de transmissions, réduire le temps de transfert et augmenter le débit de transmission. Le codage réseau ne suit pas l'hypothèse dans laquelle l'information reste séparée et invariable dans chaque paquet de la source à la destination. Dans le codage réseau, les informations transportées dans les paquets ne doivent pas être endommagées mais elles peuvent être mixées et transformées. Dans le contexte de cette thèse, nous contribuons dans deux directions: l'augmentation de la capacité du réseau et la fiabilité de la transmission contre les erreurs aléatoires. Pour augmenter la capacité du réseau, nous avons défini des nouvelles conditions de codage dans le codage réseau inter-flux. Pour fournir la fiabilité de la transmission, nous avons proposé de nouveaux protocoles de codage réseau. Les résultats de simulations via NS-2 ont montré les améliorations importantes des performances.

La congestion des autoroutes est un problème qui apparait de façon récurrente et qui a un large impact économique, environnemental et social. Ce problème peut être résolu en augmentant la capacité des autoroutes ou en diminuant la demande de trafic. Ces solutions sont longues à mettre en oeuvre et sont très coûteuses. Une solution accessible à plus court terme consiste à mettre en oeuvre un système de gestion du trafic. Dans cette optique, plusieurs actions et mesures de contrôle ont été développées pour améliorer l’efficacité des autoroutes. Parmi ces actions, on peut citer le contrôle d’accès et la limitation dynamique de la vitesse. Le contrôle d’accès consiste en une régulation du flux de véhicules désirant entrer sur une autoroute à partir d’une rampe. Nous avons développé la stratégie DFC (Différence de Flux Caractérisée par une densité désirée). Elle vise à maintenir sur la chaussée principale, au niveau de la rampe d’entrée,une densité inférieure à une cible déterminée au préalable à l’aide de simulations. Cette nouvelle stratégie a été comparée aux stratégies existantes telles que ALINEA et PI-ALINEA. La stratégie DFC présente l’intérêt de ne pas générer de phénomènes oscillatoires dans les trajectoires du flux et de ne pas nécessiter de paramètres à régler. La limitation dynamique de la vitesse impose sur plusieurs tronçons de la chaussée principale une limitation de vitesse qui dépend des conditions de circulation. L’objectif est d’éviter la congestion au niveau d’un goulot d’étranglement qui se trouve en aval. Nous avons proposé plusieurs stratégies de limitation dynamique de la vitesse. Elles utilisent toutes le modèle de trafic METANET. Deux des méthodes proposées exploitent le terme d’anticipation du modèle METANET et la troisième est basée sur le flux. Enfin, les différentes stratégies de limitation dynamique de la vitesse ont été utilisées en coordinationavec le contrôle d’accès DFC. La coordination permet d’obtenir des résultats meilleurs qu’un contrôle d’accès utilisé seul ou une limitation dynamique de la vitesse utilisée seule. / The highways congestion is a problem which appears in a recurring way and which has a wide economic, environmental and social impact. This problem can be resolved by increasing the highways capacity or by decreasing the traffic demand. These solutions are long to operate and are very expensive. An accessible solution in the shorter run consists in implementing a traffic management system.In this optics, several actions and control measures were developed to improve the efficiency of highways. Among these actions, we can quote the ramp metering control and the dynamic speed limits.The ramp metering consists of a regulation of the vehicles flow wishing to enter on a highway from an on-ramp. We developed the DFC strategy (Différence de Flux Characterisée par une densité désirée). It aims at maintaining on the main road, at the vicinity of the on-ramp, a density lower than a target beforehand determined by means of simulations. This new strategy was compared with the existing strategies such as ALINEA and PI-ALINEA. The DFC strategy presents the interest not to generate oscillatory phenomena in the trajectories of flow and not to require parameters to be adjusted. The dynamic speed limits imposes on several sections of the main road a speed limit which depends on traffic conditions. The objective is to avoid the congestion at a downstream bottleneck. We proposed several strategies of dynamic speed limits. They use quite the METANET model of traffic. Two of the proposed methods exploit the model METANET anticipation term and the third is based on the flow. Finally, the various strategies of dynamic speed limits were used in coordination with the DFC ramp metering. The coordination allows to obtain the results better than ramp metering used only or dynamic speed limits used only.

Depuis 2001, le codage réseau a devenu une technique de communication qui permet des meilleures performances réseaux. Au lieu de relayer les paquets séparément, le codage réseau permet aux noeuds réseaux de combiner plusieurs paquets natifs en un seul paquet codé. Le réseau peut réduire le nombre de transmissions, réduire le temps de transfert et augmenter le débit de transmission. Le codage réseau ne suit pas l'hypothèse dans laquelle l'information reste séparée et invariable dans chaque paquet de la source à la destination. Dans le codage réseau, les informations transportées dans les paquets ne doivent pas être endommagées mais elles peuvent être mixées et transformées. Dans le contexte de cette thèse, nous contribuons dans deux directions: l'augmentation de la capacité du réseau et la fiabilité de la transmission contre les erreurs aléatoires. Pour augmenter la capacité du réseau, nous avons défini des nouvelles conditions de codage dans le codage réseau inter-flux. Pour fournir la fiabilité de la transmission, nous avons proposé de nouveaux protocoles de codage réseau. Les résultats de simulations via NS-2 ont montré les améliorations importantes des performances. / Since its first introduction in 2001, network coding has gained a significant attention from the research communities in the need of improving the way of communication in computer networks. In short, network coding is a technique which allows the nodes to combine several native packets into one coded packet for transmission (i.e, coding packets) instead of simply forwarding packets one by one. With network coding, a network can save the number of transmissions to reduce data transfer time and increase throughput. This breaks the great assumption about keeping information separate and whole. Information must not be tampered but it can be mixed, and transformed. In the scope of the thesis, we focus on two main benefits of network coding: throughput improvement and transmission reliability against random losses. For the throughput improvement, we use inter-flow network coding and extend the coding conditions. For transmission reliability, we use intra-flow network coding and suggest new coding schemes. The obtained results via NS-2 simulations are quite promising.

L’objectif de ce travail consiste en la modélisation des flux de véhicules d’un grand et dense réseau de transport multimodal. Le travail s’organise en deux parties: un aspect théorique et un aspect développement. L’étude théorique met l’accent sur la façon dont un réseau multimodal peut être modélisé et comment sa performance en termes d’offre peut être optimisée. Pour ce faire, trois études principales sont réalisées: la prévision et la régulation des flux de trafic sur les grands réseaux de surface, la multimodalité véhiculaire dans les grands réseaux de surface prenant en compte les nouvelles formes de mobilité, et enfin l’impact de l’information sur le coût des itinéraires. La partie développement consiste en la conception d’un simulateur de flux de trafic pour réguler le trafic multimodal véhiculaire. Le simulateur développé devrait aider les opérateurs de transport et les collectivités territoriales dans leurs stratégies de gestion des flux de trafic / The objective of this work consists on the modeling of traffic flow of a large multimodaltransportation network. The work is organized in two parts: a theoretical study part anda development part. The theoretical study emphasizes on how a multimodal network canbe model and how its performance in terms of supply can be optimized. To do so, threemain studies are discussed: the traffic flow prediction and regulation on large surface net-works, the vehicular multimodality in big surface networks taking into account new forms ofmobility, and finally the impact of the information on the cost of the itineraries. The devel-opment part consists on the conception of a traffic flow simulator to regulate the vehicularmultimodal traffic. The developed simulator should assist transport operators and territorialcommunities in their traffic flow management strategies

La modélisation du choix d'itinéraire est un sujet de recherche bien étudié avec des implications, par exemple, pour la planification urbaine et l'analyse des flux d'équilibre du trafic. En raison de l'ampleur des effets que ces problèmes peuvent avoir sur les communautés, il n'est pas surprenant que plusieurs domaines de recherche aient tenté de résoudre le même problème. Les défis viennent cependant de la taille des réseaux eux-mêmes, car les grandes villes peuvent avoir des dizaines de milliers de segments de routes reliés par des dizaines de milliers d'intersections. Ainsi, les approches discutées dans cette thèse se concentreront sur la comparaison des performances entre des modèles de deux domaines différents, l'économétrie et l'apprentissage par renforcement inverse (IRL). Tout d'abord, nous fournissons des informations sur le sujet pour que des chercheurs d'un domaine puissent se familiariser avec l'autre domaine. Dans un deuxième temps, nous décrivons les algorithmes utilisés avec une notation commune, ce qui facilite la compréhension entre les domaines. Enfin, nous comparons les performances des modèles sur des ensembles de données du monde réel, à savoir un ensemble de données couvrant des choix d’itinéraire de cyclistes collectés dans un réseau avec 42 000 liens. Nous rapportons nos résultats pour les deux modèles de l'économétrie que nous discutons, mais nous n'avons pas pu générer les mêmes résultats pour les deux modèles IRL. Cela était principalement dû aux instabilités numériques que nous avons rencontrées avec le code que nous avions modifié pour fonctionner avec nos données. Nous proposons une discussion de ces difficultés parallèlement à la communication de nos résultats. / Route choice modeling is a well-studied topic of research with implications, for example, for city planning and traffic equilibrium flow analysis. Due to the scale of effects these problems can have on communities, it is no surprise that diverse fields have attempted solutions to the same problem. The challenges, however, come with the size of networks themselves, as large cities may have tens of thousands of road segments connected by tens of thousands of intersections. Thus, the approaches discussed in this thesis will be focusing on the performance comparison between models from two different fields, econometrics and inverse reinforcement learning (IRL). First, we provide background on the topic to introduce researchers from one field to become acquainted with the other. Secondly, we describe the algorithms used with a common notation to facilitate this building of understanding between the fields. Lastly, we aim to compare the performance of the models on real-world datasets, namely covering bike route choices collected in a network of 42,000 links. We report our results for the two models from econometrics that we discuss, but were unable to generate the same results for the two IRL models. This was primarily due to numerical instabilities we encountered with the code we had modified to work with our data. We provide a discussion of these difficulties alongside the reporting of our results.