Le trafic ferroviaire urbain est quotidiennement sujet à des perturbations qui le dévient de son comportement nominal. Afin de minimiser l'impact de ces perturbations, les opérateurs ferroviaires usent de diverses techniques. Nonobstant leur efficacité, les performances de ces techniques ne sont généralement pas bien étudiées ni sont-elles optimales, car élaborées empiriquement. C'est dans ce cadre-ci que vient cet ouvrage fournir des solutions qui permettent d'évaluer ces techniques de régulation et d'en comparer les performances dans des contextes variés. L’approche proposée se base sur des variantes de réseaux de Petri comme modèles et sur la méthode de Monte-Carlo pour en simuler l’exécution. Cette combinaison a donné naissance à SIMSTORS, un outil de simulation pour les systèmes ferroviaires urbains, et plus généralement, pour les systèmes stochastiques régulés. Additionnellement, nous nous intéressons dans cette thèse à la problématique de la réalisabilité des tables horaires qui pilotent le trafic ferroviaire. Ces tables décrivent le comportement temporel désiré des systèmes pour lesquels elles sont conçues. Or, la construction de ces tables ne garantit pas toujours sa réalisabilité, notamment dans un contexte stochastique. Ainsi, nous proposons ici une méthode permettant de vérifier si une table horaire est bien réalisable avec une probabilité strictement positive. / Urban rail traffic is subject to numerous disrupting events that drift it from its nominal behavior. In order to minimize the impact of these disturbances, rail operators rely on a set of techniques. Despite their efficiency, performances of theses techniques are rarely well studied, nor are they of proven optimality; a direct consequence of them being empirically built. It is in this particular context that comes our work to provide solutions that allow for the evaluation of such techniques and for the comparison of their relative performances in various scenarios. The proposed approach is based on variants of Petri nets as models, and on the Monte-Carlo method for the simulation of their execution. This combination has led to the development of SIMSTORS, a tool for the simulation of urban rail systems, and more generally, stochastic systems under dynamic rescheduling. Additionally, this thesis addresses the question of timetable realizability; that is whether or not a given timetable is indeed realizable by a system for which it was built. Indeed, a timetable is meant to drive the behavior of a system but there is no guarantee as to its realizability. We therefore propose a method for the verification of the realizability of timetables with a strictly positive probability.

Ce travail de thèse est une contribution à l’analyse de santé structurale de la caisse de véhicules militaires terrestres à roues. Appartenant à la gamme 20 - 30 tonnes, de tels véhicules sont déployés dans des contextes opérationnels variés où les conditions de roulage sont sévères et difficilement caractérisables. De plus, faisant face à la concurrence, la fonction mobilité des véhicules est acquise auprès de fournisseurs et n’est plus développée par Nexter Systems. De ce fait, la définition complète de cette fonction n’est plus connue. S’appuyant sur ce contexte, l’objectif principal de la thèse est d’aborder l’état de santé de la structure porteuse par approche probabiliste, afin de maitriser les techniques de calcul permettant la prise en compte de l’aléa intrinsèque des chargements liés à la diversité d’emploi des véhicules militaires terrestres. En particulier, les stratégies les plus pertinentes pour propager les incertitudes de roulage au sein d’un modèle mécanique d’un véhicule terrestre sont définies. Ces travaux décrivent comment il est possible d’exploiter une grandeur d’intérêt au sein du véhicule dans un objectif d’évaluation de la fiabilité par rapport à un critère de dommage donné. Une application sur un démonstrateur entièrement conçu par Nexter Systems illustre l’approche proposée. / This thesis is a contribution to the structural health analysis of the body of ground military vehicles. Belonging to the 20 - 30 tons range, such vehicles are deployed in a variety of operational contexts where driving conditions are severe and difficult to characterize. In addition, due to a growing industrial competition, the mobility function of vehicles is acquired from suppliers and is no longer developed by Nexter Systems. As a result, the complete definition of this function is unknown. Based on this context, the main objective of this thesis is to analyze the health of the vehicle body using a probabilistic approach in order to control the calculation techniques allowing to take into account the random nature of loads related to the use of ground military vehicles. In particular, the most relevant strategies for propagating uncertainties due to the terrain within a vehicle dynamics model are defined. This work describes how it is possible to manage an observation data measured in the vehicle for the purpose of assessing the reliability with respect to a given damage criterion. An application on a demonstrator entirely designed by Nexter Systems illustrates the proposed approach.

La santé du constitue une préoccupation croissante pour les éleveurs, propriétaires, et le grand public, plusieurs rapports ayant récemment souligné les potentiels impacts négatifs des pratiques d'élevage sur la santé des chiens de race (APGAW 2009, Nicholas 2011), au travers de la diffusion d’affections héréditaires par exemple. Ainsi, l’OFA (Orthopedic Foundation for Animals, http://www.offa.org) considère que la dysplasie de la hanche affecte au moins 163 races de chiens, avec des prévalences allant de 1,2 à 72,1%. La mise en œuvre de stratégie d'élevage afin de réduire l'incidence des maladies héréditaires et leur impact sur le bien-être constitue une priorité pour les éleveurs et les organisations d'élevage. L'efficacité de ces stratégies dépend toutefois fortement de facteurs tels que leur déterminisme génétique, la disponibilité de diagnostics cliniques ou génétiques efficaces, ainsi que les conditions spécifiques au contexte (la prévalence, la démographie, l'existence d'autres affections, la coopération des éleveurs ...). Par exemple, il a été montré que pour une maladie monogénique récessive, à fréquence égale, l'impact d’une stratégie sur la variabilité génétique sera extrêmement différent en fonction de la race (Leroy et Rognon 2012). Il est important de souligner également que le contexte et le cadre réglementaire de l'élevage varient beaucoup en fonction des pays. A titre d'exemple, en Suède, la proportion importante d'animaux de compagnie assurés (environ 50%) permet la mise en place d’enquêtes sur la santé des chiens à grande échelle (Bonnett et al., 2005), facilitant l'identification des affections impactant le bien-être. En fonction des pays, des mesures différentes de luttes contre les affections héréditaires ont pu être mises en place, pouvant aller de l’incitation à utiliser des reproducteurs sains, à l’interdiction de reproduction pour des individus atteints d’affection problématiques. Dans le cas de dysplasie de la hanche, un système d'évaluation génétique a été mis en œuvre dans certains pays (Allemagne, Suède, Royaume-Uni) pour quelques races, alors que dans certains autres pays, il est encore en cours de développement. Notons qu’un projet préliminaire à la thèse sera mise en place à l’échelle des kennels clubs nordiques (KNU) pour s’intéresser à la valeur ajoutée des échanges internationaux de données généalogiques et de santé. / Dog health constitutes a major concern for breeders, owners, as well as the general public, all the more since several study and reports have recently underlined potential impacts of breeding practices on dog health and fitness (APGAW 2009, Nicholas 2011). According to Online Mendelian Inheritance in Animals (OMIA, omia.angis.org.au) more than 586 disorders/traits have been reported in dogs, with various prevalence and consequences for canine health (Collins et al. 2011, Nicholas et al. 2011). As an exemple, Orthopedic Foundation for Animals (OFA 2011, http://www.offa.org) consider that Hip Dysplasia, a polygenetic trait affected by environmental factors, with variable impact on welfare, affects at least 163 dog breeds, with prevalence ranging from 1.2 to 72.1%. Implementation of breeding plans in order to reduce incidence of inherited disorders and their impact on welfare should be a priority for breeders and breeding organizations. Efficiency of such strategies is however highly dependant on several factors such as inheritance pattern, availability of efficient clinical/genetic test, and specific context conditions (prevalence, demography, existence of other disorders, cooperation of breeders…). For instance, it has been showed that for a monogenic recessive disorder with the same frequency, impact of a given strategy on genetic diversity will be completely different depending on the breed (Leroy and Rognon 2012). It is also important to underline that breeding context and breeding rules are very different according to countries. As an exemple, in Sweden the large proportion of pets insured (about 50%) allows the settlement of large surveys on dog health (Bonnett et al. 2005), leading to the identification of disorders critical to breed welfare. Depending on countries, the control of inherited disorders is implemented through various measures, from breeding recommandations to mating ban. In the case of hip dysplasia, a genetic evaluation system has been implemented in some countries (Germany, Sweden, UK) for a few breeds, while in some other countries, it is still under development. The fact that for many breeds there is an exchange of breeding animals between several countries with different breeding policies constitutes also a critical point to be taken into account, when settling a breeding strategy. Moreover it has been showed that efficiency of genetic evaluation for a polygenic trait such a hip dysplasia could be improved by joint evaluation between different countries (Fikse et al. 2012). For this purpose, a preliminary project, starting 2013 in Sweden, will investigate the interest of exchanging pedigree and health data within the framework of Nordic Kennel Union. The aim of this project is to provide operational tools to improve breed health in an international context, concerning both genetic evaluation and implementation of breeding policies.

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Depuis 2006, à EDF, les études de crues extrêmes sont réalisées avec la méthode SCHADEX (Simulation Climato-Hydrologique pour l'Appréciation des Débits EXtrêmes). Elle s'appuie sur un modèle probabiliste MEWP (distribution saisonnière utilisant une classification par type de temps) pour décrire l'aléa pluie et sur une simulation stochastique croisant l'aléa pluie et l'aléa de saturation du bassin. Les approches par simulation, type SCHADEX, ont montré de bonnes performances pour estimer les distributions de crues extrêmes (projet ANR ExtraFlo , 2013). Cependant, l'utilisation de SCHADEX en l'absence de données (pluie, température, débit) sur le bassin à étudier reste problématique. Cette thèse propose une adaptation de la méthode en site non jaugé en essayant de conserver ses points forts, à savoir: - une structuration spatiale et probabiliste des précipitations conditionnée par les types de temps. - un croisement des aléas pluie et saturation du bassin par simulation stochastique. Ce travail s'est limité au pas de temps journalier afin d'aborder la problématique de régionalisation avec un maximum de données. La démarche s'est alors articulée autour de quatre grands axes: - proposer une méthode de régionalisation des précipitations journalières extrêmes ponctuelles et construire des cartes de pluies aux temps de retour remarquables. Évaluer l'intérêt d'une classification par type de temps pour la régionalisation des distributions de pluies extrêmes et qualifier l'interpolateur de pluie SPAZM pour l'estimation des pluies extrêmes. - s'intéresser à la construction de pluies de bassin (ou pluies spatiales) et en particulier à l'impact des choix de construction de cette pluie sur l'estimation des précipitations extrêmes concernant le bassin. - développer une méthode de simulation stochastique régionale permettant de proposer une distribution de débits journaliers issue d'un croisement des aléas pluies et saturation du bassin. - étudier le passage de la distribution des débits journaliers à la distribution des débits de pointe. Les principaux apports de cette thèse sont les suivants: - la prise en compte des types de temps permet d'améliorer la description des structures spatiales des précipitations extrêmes. - l'information apportée par les pluies SPAZM se révèle être précieuse pour l'estimation des pluies extrêmes en site non jaugé. - une étude de sensibilité du calcul de la pluie spatiale en fonction du nombre de postes utilisés (comparaison des pluies SPAZM et Thiessen) donne une indication sur le biais d'estimation. - le générateur de champs de pluie par bandes tournantes SAMPO permet d'étudier l'abattement sur les précipitations extrêmes et de mettre en place un modèle de correction pour les quantiles élevés des pluies spatiales SPAZM. - une nouvelle méthode de simulation stochastique peu paramétrée mais analogue à la méthode SCHADEX (croisement d'un aléa pluie et d'un aléa de saturation du bassin pour produire une distribution des débits journaliers) est proposée pour l'estimation en site non jaugé. - enfin, un travail préliminaire donne des premiers éléments sur le passage à la distribution des débits de pointe par un générateur d'hydrogrammes s'adaptant à la séquence des débits journaliers simulés. Tous ces développements et conclusions sont détaillés et justifiés dans le mémoire de thèse. / Since 2006, at EDF, extreme flood estimations are computed with the SCHADEX method (Climatic-hydrological simulation of extreme floods). This method relies on a MEWP probabilistic model (seasonal rainfall distribution using a weather pattern concept) and on a stochastic simulation to cross rainy events hazard and catchment saturation states. Simulation approaches, as SCHADEX, have shown good performances to estimate extreme flood distributions. However, the use of SCHADEX method without data for a considered catchment (rain, temperature, runoff) remains a main issue. This thesis suggests an adaptation of the method in ungauged context, trying to keep the key points of the SCHADEX method: - spatial and probabilistic structure of rainfall conditioned by weather patterns. - a cross of rainfall and catchment saturation hazards by stochastic simulation. This work is limited to a daily step to address the issue of regionalization with a maximum of data. The approach is then structured around four main points: - regionalize punctual daily extreme precipitations and construct maps of return period rainfalls. Evaluate the contribution of a weather type classification for the regionalization of extreme rainfall distributions and qualify the SPAZM interpolator for the estimation of extreme rainfall. - wonder about the construction of an areal rainfall and in particular about the impact of its construction choices on the estimation of extreme precipitations. - develop a regional stochastic simulation method to estimate a distribution of daily runoffs which crosses rainy events and catchment saturation hazards. - study the transposition from a daily runoff distribution to a peak flow distribution. The main contributions of this thesis are: - taking into account the weather types improves the description of spatial patterns of extreme precipitations. - information provided by the SPAZM rainfall interpolator proves to be valuable for the estimation of extreme rainfall in ungauged site. - a sensitivity analysis of the calculation of the areal rainfall based on the number of stations used (comparison SPAZM and Thiessen areal rainfalls) gives an indication of the estimation bias. - the SAMPO rainfall generator used to study the areal reduction factor of extreme precipitation and implement a correction model for high quantiles of SPAZM areal rainfall. - a simplified method of stochastic simulation similar to SCHADEX method (cross between a rainfall hazard and a catchment saturation hazard) is developed to produce a distribution of daily flows in ungauged site. - finally, preliminary work provides a way for the transition to the peak flow distribution using a hydrograph generator adapted to the sequence of daily simulated runoffs. All these developments and conclusions are detailed and justified in the thesis.STAR

Cette thèse traite de la gestion du trafic aérien et plus précisément, de l’optimisation globale des plans de vol déposés par les compagnies aériennes sous contrainte du respect de la capacité de l’espace aérien. Une composante importante de ce travail concerne la gestion de l’incertitude entourant les trajectoires des aéronefs. Dans la première partie du travail, nous identifions les principales causes d’incertitude au niveau de la prédiction de trajectoires. Celle-ci est la composante essentielle à l’automatisation des systèmes de gestion du trafic aérien. Nous étudions donc le problème du réglage automatique et en-ligne des paramètres de la prédiction de trajectoires au cours de la phase de montée avec l’algorithme d’optimisation CMA-ES. La principale conclusion, corroborée par d’autres travaux de la littérature, implique que la prédiction de trajectoires des centres de contrôle n’est pas suffisamment précise aujourd’hui pour supporter l’automatisation complète des tâches critiques. Ainsi, un système d’optimisation centralisé de la gestion du traficaérien doit prendre en compte le facteur humain et l’incertitude de façon générale.Par conséquent, la seconde partie traite du développement des modèles et des algorithmes dans une perspective globale. De plus, nous décrivons un modèle stochastique qui capture les incertitudes sur les temps de passage sur des balises de survol pour chaque trajectoire. Ceci nous permet d’inférer l’incertitude engendrée sur l’occupation des secteurs de contrôle par les aéronefs à tout moment.Dans la troisième partie, nous formulons une variante du problème classique du Air Traffic Flow and Capacity Management au cours de la phase tactique. L’intérêt est de renforcer les échanges d’information entre le gestionnaire du réseau et les contrôleurs aériens. Nous définissons donc un problème d’optimisation dont l’objectif est de minimiser conjointement les coûts de retard et de congestion tout en respectant les contraintes de séquencement au cours des phases de décollage et d’attérissage. Pour combattre le nombre de dimensions élevé de ce problème, nous choisissons un algorithme évolutionnaire multiobjectif avec une représentation indirecte du problème en se basant sur des ordonnanceurs gloutons. Enfin, nous étudions les performances et la robustesse de cette approche en utilisant le modèle stochastique défini précédemment. Ce travail est validé à l’aide de problèmes réels obtenus du Central Flow Management Unit en Europe, que l’on a aussi densifiés artificiellement. / In this thesis, we investigate the issue of optimizing the aircraft operators' demand with the airspace capacity by taking into account uncertainty in air traffic management. In the first part of the work, we identify the main causes of uncertainty of the trajectory prediction (TP), the core component underlying automation in ATM systems. We study the problem of online parameter-tuning of the TP during the climbing phase with the optimization algorithm CMA-ES. The main conclusion, corroborated by other works in the literature, is that ground TP is not sufficiently accurate nowadays to support fully automated safety-critical applications. Hence, with the current data sharing limitations, any centralized optimization system in Air Traffic Control should consider the human-in-the-loop factor, as well as other uncertainties. Consequently, in the second part of the thesis, we develop models and algorithms from a network global perspective and we describe a generic uncertainty model that captures flight trajectories uncertainties and infer their impact on the occupancy count of the Air Traffic Control sectors. This usual indicator quantifies coarsely the complexity managed by air traffic controllers in terms of number of flights. In the third part of the thesis, we formulate a variant of the Air Traffic Flow and Capacity Management problem in the tactical phase for bridging the gap between the network manager and air traffic controllers. The optimization problem consists in minimizing jointly the cost of delays and the cost of congestion while meeting sequencing constraints. In order to cope with the high dimensionality of the problem, evolutionary multi-objective optimization algorithms are used with an indirect representation and some greedy schedulers to optimize flight plans. An additional uncertainty model is added on top of the network model, allowing us to study the performances and the robustness of the proposed optimization algorithm when facing noisy context. We validate our approach on real-world and artificially densified instances obtained from the Central Flow Management Unit in Europe.

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