Cette recherche a pour objet le transport ferroviaire interurbain de passagers aux Etats-Unis dans une double acception : les services ferroviaires classiques d’Amtrak et les projets de grande vitesse ferroviaire. Il s’agit de comprendre comment les politiques publiques concernant le mode ferroviaire fonctionnent, ce qu’elles contiennent et la manière dont elles sont élaborées et portées par les différents acteurs. L’originalité de la recherche repose sur son approche multiscalaire avec un aller-retour continu entre les différentes échelles d’analyse et sur son ambition d’analyser la territorialisation des politiques en faveur du mode ferroviaire interurbain grâce à plusieurs études de cas. L’analyse met en évidence le fait que s’impose une approche bottom-up pour le portage des projets, c’est le cas notamment pour le projet californien de GVF californien et la modernisation du corridor des Cascades. Cette logique est même poussée à l’extrême avec la multiplication de ces projets ferroviaires privés qui revendiquent leur indépendance par rapport à la puissance publique tant en termes de prise de décision que de gouvernance ou de financement. Cela semble éloigner définitivement toute tentative de définition d’un schéma national pour la grande vitesse ferroviaire, sur le modèle de ce qui s’est passé dans les pays historiques de la GVF, au-delà des considérations partisanes – c’est-à-dire de l’engagement traditionnellement plus fort du parti démocrate dans les grands investissements fédéraux. Deux conclusions en ressortent : en premier lieu, une uniformisation de cet argumentaire et des préconisations pour encourager de nouvelles politiques ferroviaires – effets structurants, rôle économique de la grande vitesse, lutte contre la congestion, report modal ; en second lieu, un engagement à toutes les échelles, tangible mais à divers degrés, des acteurs publics en faveur du mode ferroviaire. Il n’y a pas de projets, portés par des acteurs publics, de nouvelles lignes exclusivement réservées à la GVF. L’essentiel des corridors à grande vitesse concerne des corridors à vitesse élevée (higher speed rail) dont certains ont vocation à devenir à plus ou moins long terme à grande vitesse comme le corridor Nord-Est. Le projet californien, quant à lui, repose en partie sur la réalisation d’une nouvelle infrastructure mais aussi sur l’utilisation de tronçons existants améliorés. La territorialisation des projets ferroviaires passe par la conception et la mise en œuvre de réseaux de transport davantage intégrés – au moins sur le plan de la desserte et de la connexion physique – selon une véritable logique réticulaire. Après analyse des projets de modernisation de corridors à vitesse élevée et de construction de nouvelles infrastructures, nous constatons l’importance des gares et une mise à l’agenda d’une meilleure coordination entre transports et urbanisme par le soutien aux quartiers de gare. En effet, un projet de corridor ferroviaire, qui se trouve au croisement d’intérêts politiques, économiques, techniques et territoriaux, est bien au centre d’un processus de territorialisation qui inscrit matériellement l’infrastructure dans les espaces urbains, et d’un processus de politisation par une mobilisation des acteurs locaux. Les projets ferroviaires apparaissent comme un instrument permettant l’implantation d’équipements à l’échelle métropolitaine (gares, pôles intermodaux) et la structuration ou la reconfiguration du tissu urbain (quartiers de gare, projets plus vastes de renouvellement d’un quartier) / The subject of this research is intercity passenger rail transportation in the United States, approached from two perspectives: Amtrak’s traditional rail services and high-speed rail projects. The aim is to understand the workings of public rail transportation policies, what they contain, and how they are developed and pursued by the different actors. The originality of the research lies in its multiscale approach, with a constant back-and-forth between the different scales of analysis, and in its use of several case studies to analyze the territorialization of intercity rail transportation policies. The analysis demonstrates the emergence of a bottom-up approach to projects, notably apparent in the Californian HSR project and in the modernization of the Cascades corridor. This process has even gone to the extreme with the proliferation of private rail projects that stress their independence from government, be it in decision-making, governance, or funding. This seems definitively to preclude any attempt to establish a national framework for high-speed rail, like those found elsewhere in the world, regardless of party-political considerations, i.e. the traditionally greater enthusiasm of the Democratic Party for large-scale federal investment. Two conclusions emerge: first, the development of uniform arguments and recommendations to encourage new rail policies, emphasizing the structuring effects and economic role of high-speed rail, congestion reduction, modal shift; second, a tangible though uneven pro-rail position among public actors at all levels. Priority is placed on improving and modernizing existing corridors for the launch of higher-speed services, and then on hybrid networks that combine different types of infrastructures. There are no publicly backed projects for new lines exclusively dedicated to high-speed rail. Most of the high-speed corridors are in fact “higher-speed” corridors, some of which are intended to become high-speed at some time in the future, such as the Northeast corridor. The territorialization of rail projects entails the design and construction of transportation networks that are more integrated – at least in terms of service provision and physical connection – and genuinely interconnected. After analyzing projects for the upgrading of higher-speed corridors and the construction of new infrastructures, we note the importance of stations and the emphasis on the need for better coordination between transportation and urbanism through support for station districts. Indeed, a rail corridor project – situated at the intersection of political, economic, technical, and territorial interests – is the nucleus of a process of territorialization that materially embeds the infrastructure within urban spaces, and of a process of politicization through the involvement of local actors. Rail projects seem to be an instrument that leads to the implantation of metropolitan scale facilities (stations, intermodal hubs) and to the shaping or reshaping of the urban fabric (station districts, larger-scale district regeneration projects)

L’augmentation de la vitesse ferroviaire impose l’amélioration des performances de freinage liés aux matériaux de friction utilisés dans les freins à disques et à semelles. Cependant, l'usure reste un point limitant en terme de performance mais aussi de sécurité. Elle a pour conséquence de détériorer les matériaux (aspects mécano-thermiques) mais aussi de contaminer le contact entre roue et rail par des particules de semelles de frein pouvant isoler électriquement celui-ci (aspects mécano-électriques). Le procédé permettant de localiser les trains, ayant pour principe la conduction électrique entre roue et rail, est alors compromis.Ces problématiques sont gouvernées par les différents contacts (roue/rail, roue/semelle, ...) qui s'inscrivent dans le concept de triplet tribologique. Un triplet est composé des corps en contact (premiers corps), de l'interface (troisième corps) et du mécanisme qui les maintient en contact. Afin de comprendre les phénomènes se produisant au sein des contacts, une analyse multi-physique locale et un découplage des paramètres (mécaniques, thermiques, électriques) s'avèrent nécessaires. Toutefois, cela est difficile à établir expé- rimentalement, une modélisation numérique par éléments discrets est alors pertinente pour palier à ces besoins.L'écoulement dynamique d'un troisième corps constitué de particules de freinage et la dégradation d'un matériau de freinage réel (suite à des méthodes d'imageries) sont modélisés. Les résultats obtenus ont permis d'appréhender les compétitions existant entre paramètres physiques d'une part (mécanique, électrique, thermique) et paramètres d'éch-elles d'autre part (local, global). Ces compétitions tendent à minimiser la résistance élec- trique lorsque les constituants sont en proportion adéquat (meilleure conduction électrique entre roue et rail) mais aussi à équilibrer les débits du circuit tribologique, ce qui conduit à protéger les matériaux (usure contrôlée). En outre, les analyses numériques ont permis de mettre en évidence de nouveaux paramètres liés à ``l'étalement'' du troisième corps et d'appréhender les points clés permettant de se rapprocher d'un contact réel. / The increase of the rail speed imposes the improvement of the braking performances related to the friction materials used in brake pad and brakes shoes. However, wear remains a limiting point in terms of performance but also safety. It has the effect of damaging the materials (mechano-thermal aspects) but also to contaminate the contact between wheel and rail by particles of brake shoes that can electrically isolate it (mechanical-electrical aspects). The method for locating the trains, whose principle is the electrical conduction between wheel and rail, is then compromised.These issues are governed by the different contacts (wheel/rail, wheel/shoes, ...) that fit into the concept of tribological triplets. These are composed of the bodies in contact (first bodies), the interface (third body) and the mechanism that keeps them in contact. In order to understand the phenomena occurring within the contacts, a local multi-physics analysis and a decoupling of the parameters (mechanical, thermal, electrical) are necessary. However, this is difficult to establish experimentally, numerical modeling by discrete elements method is then relevant for these needs.The dynamic flow of a third body consisting of braking particles and the degradation of a real braking material (following imaging methods) are modeled. The results obtained made it possible to understand the competitions existing between physical parameters on the one hand (mechanical, electrical, thermal) and scale parameters on the other hand (local, global). These competitions tend to minimize the electrical resistance when the constituents are in adequate proportion (better electrical conduction between wheel and rail) but also to balance the flows of the tribological track, which leads to protect the materials (controlled wear). In addition, the numerical analyzes made it possible to highlight new parameters related to "spreading" of the third body and to apprehend the key points making it possible to approach a real contact.

Les principaux objectifs des opérateurs ferroviaires visent à accroître la sécurité, réduire les coûts d’exploitation et de maintenance et augmenter l’attractivité et les bénéfices du transport ferroviaire en offrant de nouveaux services aux passagers. Ceci ne pourra être atteint que grâce à la multiplication des échanges de données entre les différents acteurs du monde ferroviaire. L’interopérabilité, l’efficacité spectrale, l’optimisation de l’usage des ressources radio et l’amélioration de la fiabilité des communications sont des exigences fortes pour les applications de télécommunication ferroviaires. Les recherches dans le domaine de la radio cognitive ont vu le jour afin de répondre aux besoins de communication de l’armée ainsi qu’aux besoins dans les secteurs de la sécurité publique. Ces domaines partagent souvent les mêmes exigences que les chemins de fers. Ainsi, la radio cognitive a montré un potentiel prometteur pour répondre aux besoins listés précédemment. Une des principales fonctionnalités d’un dispositif de radio cognitive est de prendre conscience de son environnement radioélectrique et de détecter les bandes disponibles. Trois principaux éléments définissent l’environnement de la radio cognitive : l’utilisateur, les règles d’accès au spectre radio et les domaines radio. Cette thèse met en avant plusieurs contributions relatives à la reconnaissance de l’environnement radiofréquence et la détection de bandes libres. Plus spécifiquement, ces contributions portent sur la reconnaissance par la radio cognitive de l’occupation du spectre et de la modulation des signaux présents dans les bandes analysées. Ces fonctions ont été conçues pour le contexte ferroviaire, c’est-à-dire la grande vitesse et un environnement électromagnétique difficile en présence de bruit impulsif. / An essential goal of railway operators is to increase safety, reduce operation and maintenance costs, and increase attraction and profit by offering new services to passengers. These objectives will be reached thanks to a huge increase of data fluxes exchanges between railways stakeholders and infrastructures.Interoperability, spectral efficiency, optimization of radio resource usages, and improvement of communications reliability are of significant interest for railway applications. The Cognitive Radio (CR) research has been successfully applied to meet the communication needs of the military as well as the public-safety sectors, which share many of the same needs as railway. CRs have shown significant promise to answer all of the previously listed requirements. One of the main capabilities of a CR device is to sense and finally become aware of its environment. Three major domains define the environment of the CR, namely, the user, policy, and radio domains. This thesis highlights several contributions to radio environment awareness of a CR device. More specifically, these contributions lie in the spectrum awareness and waveform awareness functions of the CR. We designed these functions for the railways context, that is, a high speed vehicular context, besides difficult electromagnetic environments resulting a heavy-tailed impulsive noise.

Les marges de progression pour le système ferroviaire français et européen restent nombreuses tant du point de vue de la gouvernance que de la compétitivité. C’est la conclusion à laquelle tend ce travail. Les résultats du consortium de recherche Enerdata-LET (2014) montrent que dans le respect du facteur 4 à horizon 2050, le report de la demande en transport vers le ferroviaire pourrait être massif. Face à cela, la situation de la LGV Paris-Lyon, déjà à la limite de la saturation, interroge sur la capacité du système à accueillir de nouveaux trafics. Deux écoles s’affrontent sur cette question. D’un côté, les tenants du SNIT proposent un quasi doublement du réseau LGV pour répondre aux futurs besoins tandis que la commission « Mobilité 21 » privilégie la recherche de rendements croissants à partir de l’existant. Sans prétendre résoudre le débat, ce travail tente d’apporter des éléments de compréhension sur l’interaction entre demande et offre dans le ferroviaire.L’étude de la concordance entre augmentation de la demande et offre ferroviaire nous mène à poser la question de la performance. Elle sous-entend d’être en premier lieu capable de définir la capacité d’une infrastructure ferroviaire. En second lieu, la mise en évidence de limites conduit à interroger le phénomène de saturation ou congestion. Enfin, interroger la notion de saturation mène inévitablement à mettre en perspective la relativité des limites et à poser la question de leur dépassement.L’objectif de cette recherche est d’appliquer cette problématique au système ferroviaire en tenant compte de ses spécificités. On tient compte de sa constitution en tant qu’industrie de réseau et de monopole naturel dans le cas de l’infrastructure (gestionnaire d’infrastructure). Sans prétendre trancher le débat sur le mode de gouvernance, on considère que cette particularité peut influencer le comportement des acteurs et indirectement la performance du système. On considère également l’évolution législative du système au niveau européen. On ne peut aborder la question de la performance sans resituer le secteur dans son contexte juridique. Enfin, l’essentiel de l’analyse repose sur l’étude de la saturation de la LGV Paris-Lyon. On considère cette LGV représentative de la performance souhaitée pour le réseau ferroviaire français. Elle concentre à la fois les défis techniques et économiques de la capacité qui constituent le cœur de notre réflexion sur la performance, ses conditions et les marges de progression du réseau français. / There is still much progress to make concerning the French and the European railway networks, both from governance and competitiveness standpoints. This is the conclusion this work lead to. The results from the Enerdata-LET research consortium (2014) illustrate that, considering factor 4 for horizon 2050, the modal shift of demand in transport towards railway could be massive. Regarding this, the situation of Paris-Lyon high-speed line, already up to its saturation level, addresses the issue of the capacity a system possesses to bear new traffics. Two schools oppose there. On one side, the supporters of the SNIT suggest a quasi-doubling of the high-speed railway network, in order to cope with futures needs, whereas on the other side, the “Mobilité 21” commission gives priority to the search of increasing returns from the existing infrastructure. Without claiming to solve the issue, this work attempts to bring up comprehension elements on the interaction between demand and offer in the railway sector.Studying the accordance between an increase in railway demand and offer leads us to question performance. It means being able to define capacity of the railway infrastructure, first. But it also means questioning its limits, which addresses the phenomenon of saturation, also called congestion. Eventually, this all inevitably leads to put into perspective the relativeness of these limits and to question the ways to overcome them. The objective of this research is to apply this issue to the railway system, accounting its specificities. We consider its constitution as a network industry and as a natural monopoly, when considering the infrastructure (infrastructure manager). Without pretending to conclude the debate on governance, we consider that this particularity might influence actors and, thus, performance. We also consider the legal framework at the European scale. One can’t question performance without framing the railway sector within its legal context. Then, the main purpose of the analysis stands in the study of saturation of the Paris-Lyon high-speed line. We consider the line as representative of the expected performance level of the whole French railway network. It challenges both technical and economic capacities that are in the core of our rationale on performance, its requirements and the opportunities of the French network.