During the 20th century, transportation programs were focused on the development of the basic infrastructure for the transportation networks. In the 21st century, the focus has shifted to management and operations of these networks. Transportation network reliability measure plays an important role in judging the performance of the transportation system and in evaluating the impact of new Intelligent Transportation Systems (ITS) deployment. The measurement of transportation network travel time reliability is imperative for providing travelers with accurate route guidance information. It can be applied to generate the shortest path (or alternative paths) connecting the origins and destinations especially under conditions of varying demands and limited capacities. The measurement of transportation network reliability is a complex issue because it involves both the infrastructure and the behavioral responses of the users. Also, this subject is challenging because there is no single agreed-upon reliability measure. This dissertation developed a new method for estimating the effect of travel demand variation and link capacity degradation on the reliability of a roadway network. The method is applied to a hypothetical roadway network and the results show that both travel time reliability and capacity reliability are consistent measures for reliability of the road network, but each may have a different use. The capacity reliability measure is of special interest to transportation network planners and engineers because it addresses the issue of whether the available network capacity relative to the present or forecast demand is sufficient, whereas travel time reliability is especially interesting for network users. The new travel time reliability method is sensitive to the users' perspective since it reflects that an increase in segment travel time should always result in less travel time reliability. And, it is an indicator of the operational consistency of a facility over an extended period of time. This initial theoretical effort and basic research was followed by applying the new method to the I-4 corridor in Orlando, Florida. This dissertation utilized a real life transportation data warehouse to estimate travel time reliability of the I-4 corridor. Four different travel time stochastic models: Weibull, Exponential, Lognormal, and Normal were tested. Lognormal was the best-fit model. Unlike the mechanical equipments, it is unrealistic that any freeway segment can be traversed in zero seconds no matter how fast the vehicles are. So, an adjustment of the developed best-fit statistical model (Lognormal) location parameter was needed to accurately estimate the travel time reliability. The adjusted model can be used to compute and predict travel time reliability of freeway corridors and report this information in real time to the public through traffic management centers. Compared to existing Florida Method and California Buffer Time Method, the new reliability method showed higher sensitivity to geographical locations, which reflects the level of congestion and bottlenecks. The major advantages/benefits of this new method to practitioners and researchers over the existing methods are its ability to estimate travel time reliability as a function of departure time, and that it treats travel time as a continuous variable that captures the variability experienced by individual travelers over an extended period of time. As such, the new method developed in this dissertation could be utilized in transportation planning and freeway operations for estimating the important travel time reliability measure of performance. Then, the segment length impacts on travel time reliability calculations were investigated utilizing the wealth of data available in the I-4 data warehouse. The developed travel time reliability models showed significant evidence of the relationship between the segment length and the results accuracy. The longer the segment, the less accurate were the travel time reliability estimates. Accordingly, long segments (e.g., 25 miles) are more appropriate for planning purposes as a macroscopic performance measure of the freeway corridor. Short segments (e.g., 5 miles) are more appropriate for the evaluation of freeway operations as a microscopic performance measure. Further, this dissertation has explored the impact of relaxing an important assumption in reliability analysis: Link independency. In real life, assuming that link failures on a road network are statistically independent is dubious. The failure of a link in one particular area does not necessarily result in the complete failure of the neighboring link, but may lead to deterioration of its performance. The "Cause-Based Multimode Model" (CBMM) has been used to address link dependency in communication networks. However, the transferability of this model to transportation networks has not been tested and this approach has not been considered before in the calculation of transportation networks' reliability. This dissertation presented the CBMM and applied it to predict transportation networks' travel time reliability that an origin demand can reach a specified destination under multimodal dependency link failure conditions. The new model studied the multi-state system reliability analysis of transportation networks for which one cannot formulate an "all or nothing" type of failure criterion and in which dependent link failures are considered. The results demonstrated that the newly developed method has true potential and can be easily extended to large-scale networks as long as the data is available. More specifically, the analysis of a hypothetical network showed that the dependency assumption is very important to obtain more reasonable travel time reliability estimates of links, paths, and the entire network. The results showed large discrepancy between the dependency and independency analysis scenarios. Realistic scenarios that considered the dependency assumption were on the safe side, this is important for transportation network decision makers. Also, this could aid travelers in making better choices. In contrast, deceptive information caused by the independency assumption could add to the travelers' anxiety associated with the unknown length of delay. This normally reflects negatively on highway agencies and management of taxpayers' resources.

L’augmentation de la fréquence et de l’intensité des événements de grande ampleur est unanime. En France, l’État impose à l’échelle communale, de se préparer à de tels événements en établissant un Plan Communal de Sauvegarde. Cependant les instances décisionnaires à ce niveau ne disposent pas d’outils leurs permettant au préalable de connaitre la capacité de fonctionnement de leur organisation. Ces travaux de recherche proposent une méthode d’évaluation a priori de l’organisation locale d’urgence pour permettre aux instances décisionnaires, d’identifier des points vulnérables dans leur organisation et ainsi leur fournir une aide à la décision. Cette méthode d’évaluation repose sur le formalisme d’une méthode de modélisation établie, permettant d’une part d’appréhender la complexité des éléments mis en jeux dans l’organisation de gestion d’événements et d’autre part sert de base pour les mécanismes d’évaluation. Ces derniers sont quant à eux supportés par le formalisme des arbres de défaillance. Cependant, ce formalisme est limitant, car il ne propose qu’une évaluation de la défaillance à deux états discrets (complètement nulle ou complètement avérée). C’est pourquoi, ces travaux se sont intéressés à la conception d’une méthode d’évaluation à base d’arbre de défaillance multi-États. Cela se traduit par une nouvelle définition des événements et des portes pour les arbres utilisés dans la méthode de modélisation retenue. Un questionnaire a été créé pour collecter auprès des gestionnaires, les informations sur les états de défaillance. Les résultats de l’évaluation sont présentés sous forme de tableaux de bord et permettent ainsi de guider le choix des actions d’amélioration. / The increase in frequency and intensity of major disasters make a consensus. In France, the state imposes to local administrations to be prepared to face such events by describing their local organizations in a Local Emergency Response Plan (LERP). However, there are no existing tools for decision-Makers at this authority scale to a priori assess functioning capacity of the organization described in their plans. This research work proposes an a priori assessment method of Local Emergency Response Plans, to allow local authorities to identify organizational vulnerabilities of their plans, and thus giving to them an aid to decision-Making. This assessment method is laid on an established formalism of modelling methods. This allows, in one hand, to catch the complexity of elements’ stakes in emergency management and in another hand to lay assessment mechanisms for this one. These mechanisms are supported by Fault-Tree formalism. However, this is restricting because the failure of modelled elements can only be assessed on two discrete levels: complete functioning or complete dysfunctioning. This is why this work aims to build an assessment method based on Multi-Level Fault-Tree. This means that new gates have to be described according to the assessed object (LERP). Furthermore, modelled elements have to be improved to take into account Multi-Level considerations in the chosen modelling method. According to that, a questionnaire has been developed to collect information from local authorities about failure states of modelled elements. The results of this assessment are presented in a dashboard format. The purpose is first, to guide local authorities by having a quick overview of the overall organization system represented in the LERP. Secondly, it helps them to plan the vulnerabilities reductions in a management program.

Face au défi des entreprises pour le maintien de leurs équipements au maximum de leur fiabilité, de leur disponibilité, de leur rentabilité et de leur sécurité au coût de maintenance minimum, des stratégies de maintenance telles que le CBM et le PHM ont été développées. Pour mettre en œuvre ces stratégies, comme pour la planification des activités de production il est nécessaire de connaître l’aptitude des systèmes à réaliser les futures tâches afin de réaliser le séquencement des opérations de production et de maintenance. Cette thèse présente les éléments d'une fonction générique qui évalue la capacité des systèmes techniques multi-composants à exécuter les tâches de production de biens ou de services assignées. Ce manuscrit présente une proposition de modélisation de systèmes techniques multi-composants représentant les différentes entités qui les composent, leurs états et leurs relations. Plusieurs types d’entités ont été identifiés. Pour chacun d’eux, des inférences sont proposées pour définir à l’intérieur du système l’aptitude de l’entité à accomplir les futures tâches de production à partir des évaluations de son état présent et futur et des évaluations des états présents et futurs des autres entités avec lesquelles elle est en relation. Ces évaluations des états présents et futurs sont basées sur l’exploitation de pronostics locaux des composants. Ces pronostics sont des prévisions qui intrinsèquement comportent des incertitudes pouvant être aléatoires ou épistémiques. La fonction proposée et les inférences prennent en compte ces deux formes d’incertitudes. Pour cela, les traitements et la fonction proposée exploite des éléments de la théorie de Dempster-Shafer. La modélisation des systèmes multi-composants pouvant être représentée sous la forme de graphes dont les états des nœuds dépendent de données comportant des incertitudes, des éléments des réseaux bayésiens sont également utilisés. Cette fonction fournit des indicateurs, sur l’aptitude de chaque entité du système à accomplir les futures tâches de production mais aussi indique les composants nécessitant une intervention afin d’améliorer cette aptitude. Ainsi, ces indicateurs constituent les éléments d'aide à la décision pour la planification des opérations de maintenance de façon conditionnelle et préventive, mais aussi pour la planification des opérations de production. / One major challenge of companies consists in maintaining their technical production resources at the maximum level of reliability, availability, profitability and safety for a minimum maintenance cost, maintenance strategies such as CBM and PHM have been developed. To implement these strategies, as with production activity planning, it is necessary to know the ability of systems to perform future tasks to order production and maintenance operations. This thesis presents the generic function that evaluates the ability of multi-component technical systems to perform the production tasks of goods or services. This manuscript presents a proposal for the modelling of multi-component technical systems representing the different entities that compose them, their states and their relationships. Several types of entities have been identified. For each of them, inferences are proposed to define within the system the entity's ability to perform future production tasks based on its own assessment of its present and future state and the assessments of the present and future states of the other entities with which it is involved. These assessments of present and future states are based on the use of local prognoses of components. These prognoses are predictions that inherently involve uncertainties that may be aleatory or epistemic. The proposed function and inferences take into account these two kinds of uncertainty. To do this, the inferences and the proposed function uses elements of the Dempster-Shafer theory. Since the modelling of multi-component systems can be represented in the form of graphs whose node states depend on data with uncertainties, elements of Bayesian networks are also used. This function provides indicators on the ability of each system entity to perform future production tasks but also indicates the components that require maintenance to improve this ability. Thus, these indicators constitute the elements of decision support for the planning of maintenance operations in a conditional and preventive way, but also for the planning of production tasks.

Disposant d’un jeu de données sur des infections nosocomiales, nous utilisons des techniques de vraisemblance empirique pour construire des bandes de confiance pour certaines quantité d’intérêt. Cette étude nous amène à renforcer les outils déjà existants afin qu’ils s’adaptent à notre cadre. Nous présentons dans une première partie les outils mathématiques issus de la littérature que nous utilisons dans ce travail de thèse. Nous les appliquons ensuite à diverses situations et donnons de nouvelles démonstrations lorsque cela est nécessaire. Nous conduisons aussi des simulations et obtenons des résultats concrets concernant notre jeu de données. Enfin, nous détaillons les algorithmes utilisés. / The starting point of this thesis is a data set of nosocomial infectionsin an intensive care unit of a French hostipal. We focused our attention onbuilding confidence bands for some parameters of interest using empiricallikelihood techniques. In order to do so, we had to adapt and develop somealready existing methods so that they fit our setup.We begin by giving a state of the art of the different theories we use.We then apply them to different setups and demonstrate new results whenneeded. Finally, we conduct simulations and describe our algorithms.

Catalytic amination reactions are a powerful tool in organic synthesis. They aim to introduce nitrogen atom to alkane, alkene or thioether moieties, giving rise to amine products that have various medical and industrial applications. The Lebel group has developed catalytic amination reactions in the presence of rhodium dimers using N-sulfonyloxycarbamates as nitrene precursors. In the presence of a base, N-sulfonyloxycarbamates presumably afforded rhodium nitrenes which underwent C-H insertions, C=C additions or reactions with the sulfur atom of thioethers resulting in acyclic and cyclic carbamates, aziridines and sulfilimines respectively. In addition, good diastereoselectivities were observed in the presence of a chiral N-sulfonyloxycarbamate reagent and a chiral rhodium dimer for all three reactions. In this dissertation, we are interested in the mechanistic aspects of these amination reactions. Given the absence of experimental proofs of in-situ generated rhodium nitrene species, playing the role of the amination agent, nor of its precomplex, the rhodium nitrenoid, the different amination reactions mechanisms remain uncertain. Our approach is based on the scan of the potential energy surfaces of different mechanistic paths, for each of the amination reactions, well established on the experimental level, by resorting to the Functional Theory of Density (DFT). The Ernzerhof research group is expert on the development of exchange-correlation functionals, therefore relevant strict criteria have been considered when choosing and validating the theoretical model used during the mechanistic studies. The correlation exchange functional developed by Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) was established as the best to study reactions involving rhodium dimers where the electronic correlation is strong. We studied the formation and reactivity of rhodium nitrene species considering their two lower energy spin states. Singlet rhodium nitrenes appeared to be the most reactive intermediates for the C-H amination reaction. In addition, singlet rhodium nitrenes were shown responsible for the formation of secondary products such as carbonyls and primary carbamates derived from the corresponding N-mesyloxycarbamates. In sharp contrast, in the aziridination reaction, both singlet and triplet rhodium nitrene species acted as aminating agents in a process involving an intersystem spin crossover. To further rationalize the asymmetric induction of catalytic aziridination reactions, we have undertaken the calculation of the diastereoselectivity ratios in the presence of the chiral catalyst Rh2[(S)-nttl]4. An exhaustive study was performed and it revealed that the asymmetric induction was due to a reactive conformation of rhodium nitrene species in which the ligand adopts C4 symmetry. Up to now, no mechanistic study involving DFT calculations have been reported in the literature for the amination of thioethers, no matter what catalytic system is used. To study catalytic sulfimidation reactions, we calculated the different mechanistic paths of rhodium catalyzed thioanisole imidation with and without DMAP and bis(DMAP)CH2Cl2 additives. The study showed a 'classical' insertion mechanism of rhodium nitrene species into the thioether in absence of bis(DMAP)CH2Cl2. In the presence of the latter, the mechanism diverged to a thioether insertion/salt (bis(DMAP)CH2Cl-OMs) elimination reaction where the rhodium nitrenoid complex was, henceforth, the imidation reagent. / Les réactions d’amination catalytiques sont un outil très efficace en synthèse organique. Elles consistent à introduire un azote sur différents composés organiques, permettant de synthétiser des produits aminés qui peuvent être utilisés pour différentes applications médicales et industrielles. Le groupe de recherche du Pr Lebel a développé des réactions d’amination faisant appel aux dimères de rhodium comme catalyseurs et en utilisant les Nsulfonyloxycarbamates, comme précurseurs de nitrènes métalliques. En effet, en présence d’une base, les N-sulfonyloxycarbamates forment possiblement un intermédiaire de type nitrène de rhodium qui peuvent s’insérer dans un lien C-H, s’additionner sur un lien C=C ou réagir avec un atome de soufre d’un thioéther. On peut ainsi préparer des carbamates cycliques et acycliques, des aziridines et des sulfilimines respectivement. Dans le cas où les réactions d’amination sont catalysées par des dimères de rhodium chiraux, on obtient de bonnes diastéréosélectivités en présence d’un réactif N-sulfonyloxycarbamate chiral. Dans cette dissertation, nous nous sommes intéressés aux aspects mécanistiques de ces réactions d’amination. À défaut de preuves expérimentales solides pour prouver la génération in-situ des espèces nitrènes de rhodium, lesquelles sont les agents d’amination clés, ni de celle du pré-complexe, nitrénoïde de rhodium, des incertitudes subsistaient toujours concernant les mécanismes des différentes réactions d’amination. Notre approche se base sur l’étude des surfaces d’énergies potentielles de différents chemins mécanistiques possibles pour chacune des réactions d’amination, bien établie sur le plan expérimental, en faisant recours à la Théorie des Fonctionnelles de la Densité (DFT). Le groupe de recherche du Pr Ernzerhof est expert dans le développement des fonctionnelles d’échange-corrélation. Pour ce, des critères strictes et pertinents ont été pris en compte lors du choix et de la validation du modèle théorique utilisé dans ces études mécanistiques. La fonctionnelle d’échange corrélation développée par Perdew–Burke– Ernzerhof (PBE) s’est révélé être la meilleure pour décrire ces systèmes réactionnels faisant intervenir les dimères de rhodium dont la corrélation électronique est forte. À l’aide de cette fonctionnelle pure, nous avons étudié la formation et la réactivité des espèces nitrènes de rhodium en fonction de leurs deux états de spin de plus basse énergie. Les nitrènes de rhodium singulet se sont révélés être les intermédiaires les plus réactifs dans l`amination de liens C-H. De plus, les nitrènes de rhodium à l’état singulet sont responsables de la formation des produits secondaires tels que les carbonyles et les carbamates primaires dérivés des Nmésyloxycarbamates correspondants. Dans la réaction d’aziridination, les espèces nitrènes de rhodium à l’état singulet et triplet peuvent toutes les deux agir comme agents d'amination et les processus font intervenir un croisement intersystème de spin. Afin de rationaliser l’induction asymétrique des réactions d’aziridination catalytiques, nous avons entrepris le calcul des ratios de diastéréosélectivités en présence du catalyseur chiral Rh2[(S)-nttl]4. L’étude exhaustive de cette réaction a permis de déterminer que l’induction asymétrique provient d’une conformation réactive de l’espèce nitrène de rhodium de symétrie C4. Aucune étude mécanistique s’appuyant sur la chimie computationnelle n’a été rapportée dans la littérature pour la réaction d’amination de thioéthers et ce peu importe le système catalytique. Afin d’étudier les réactions de sulfimidation catalytiques, nous avons calculé les différents chemins mécanistiques de l’imidation du thioanisole catalysée par un complexe de rhodium avec et sans les additifs DMAP et bis(DMAP)CH2Cl2. L’étude montre que le mécanisme procède via une insertion ‘classique’ des espèces nitrènes de rhodium dans le thioéther en absence de bis(DMAP)CH2Cl2. En présence de ce dernier, le mécanisme diverge vers une réaction d’insertion du thioéther/élimination d’un sel (bis(DMAP)CH2Cl-OMs) où le complexe nitrénoïde de rhodium devient, désormais, l’agent d’imidation.