De nos jours, le degré de complexité des systèmes de transport notamment ferroviaires est important et grandissant. En effet, les nouvelles technologies et besoins des grandes métropoles contraignent les concepteurs de ces systèmes à toujours intégrer de plus en plus de fonctionnalités. Cette complexité rend obsolète les méthodes de conception traditionnelles qui reposent sur l'expertise d'ingénieurs. La conception du système est définie sur plusieurs documents de spécification, de centaines de pages chacun. Ces derniers comprennent généralement la description des différentes exigences, fonctionnalités et sous-systèmes, ils sont rédigés en langage naturel. Ceci est source d'erreurs et ambigüités lors des différentes phases de conception et de validation sécuritaire. De ce fait, l'ingénierie système basée sur les modèles propose des solutions outillées afin de structurer et spécifier de manière systématique le fonctionnement du système. Dans cette thèse, nous proposons une approche de rétro-ingénierie de ces spécifications système. Cette approche nous permet de définir une méthodologie orientée-scénarios pour la formalisation et analyse de spécifications système. Elle est basée sur le langage de modélisation semi-formel ScOLa (Scénarios Oriented Language) et un modèle d'exécution formel basé sur le langage AltaRica 3.0. Nous proposons, á partir de ScOLa, des techniques contribuant aux analyses de sûreté fonctionnelles du système. Ces techniques permettent de clarifier, structurer et analyser / As of today, the complexity of transportation systems and especially railways is continuously growing. Indeed, new technologies and needs of major metropolitan areas constrain system designers to integrate more and more functionalities. Traditional methods for the design of systems are mainly based on the knowledge of experts. Systems are specified in several documents, of hundreds of pages each. These documents provide a general description of the requirements, functionalities and sub-systems, and are written in a natural language. This is error-prone and source of ambiguities. Model-based systems engineering proposes systematic solutions to structure and specify systems architectures. In this thesis, we propose a reverse engineering approach that is able to capture systems concepts. This leads us to propose ScOLa, a scenario-oriented modeling language for systems specifications with the following features:- A scenario-oriented approach to provide a more contextual view of the system, at several abstraction levels.- A co-construction of the architecture and behavior of the system in the same model.- The use of ScOLa for a seamless integration of system specification and safety analysis. We propose ascenario-oriented methodology for safety analysis, implemented using AltaRica 3.0.

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.