Le but de la thèse est de déterminer l’historique de chargement d’une pièce rompue ou fissurée en service, par analyse des surfaces de fissuration. Pour les analyses de défaillances, les enjeux sont de définir le rôle du chargement dans la défaillance et de déterminer la fraction de durée de vie atteinte lors de la détection de la fissure. Un enjeu complémentaire est d’enrichir la base de données de chargements en service. L’organe choisi pour cette étude est l’essieu-axe ferroviaire. Ainsi, la sollicitation étudiée est en flexion rotative et les matériaux considérés sont les aciers A4T (25CrMo4) et A1N (C40). Suite à une revue bibliographique, quatre méthodes d’analyse quantitative des surfaces de fissuration ont été ciblées et testées, deux ont été retenues et développées. La première est basée sur la quantification des faciès de rupture (stries de fatigue, cupules, fissures secondaires…). La seconde s’appuie sur l’analyse des contraintes résiduelles (fractographie X) en profondeur pour déterminer l’épaisseur de matériau plastifié sous la surface de rupture. Cette profondeur correspond au sillage plastique induit par la propagation de la fissure et est fonction du chargement recherché. / The aim of the thesis is to determine the loading history of a broken or cracked piece in service, by analysing the cracking surfaces. For failure analyses, the issues are to define the role of the loading in the failure and to determine the fraction of lifespan reached when the crack is detected. An additional issue is to expand the in-service loadings database. The component chosen for this study is the railway axle. Thus, the studied stress is in alternate bending and the considered materials are the steels A4T (25CrMo4) and A1N (C40). Following a bibliographic review, four methods for quantitative analysis of cracking surfaces were targeted and tested, two of which were selected and developed. The first one is based on the quantification of fractographic features (fatigue striations, dimples, secondary cracks...). The second is based on the in-depth analysis of the residual stresses (X-ray fractography) to determine the thickness of plasticized material below the fracture surface. This depth corresponds to the plastic wake induced by the crack propagation and is a function of the sought loading.

Le secteur des transports ferroviaires en France est marqué par un dynamisme lié notamment à l'essor du réseau à grande vitesse et à la réimplantation du tramway dans de nombreuses agglomérations. Dans ce contexte, la réduction des nuisances sonores apparaît comme un enjeu majeur pour son développement. Afin d'agir efficacement à la source, il est indispensable d'identifier et d'étudier précisément les sources responsables de ces nuisances au passage des véhicules. Parmi les approches possibles, les antennes microphoniques et les traitements associés sont particulièrement adaptés à la caractérisation des sources ponctuelles mobiles, omnidirectionnelles et décorrélées.Pour les vitesses inférieures à 300 km/h, le bruit de roulement constitue la source principale du bruit ferroviaire ; il résulte du rayonnement acoustique des éléments tels que les roues, le rail et les traverses. Le rail, dont la contribution au bruit de roulement est prépondérante aux moyennes fréquences (entre 500 He et 1000 Hz environ), est une source étendue et cohérente pour laquelle les principes classiques de traitement d'antenne ne sont pas adaptés.La méthode de caractérisation proposée dans cette thèse est une méthode inverse d'optimisation paramétrique utilisant les signaux acoustiques issus d'une antenne microphonique. Les paramètres inconnus d'un modèle vibro-acoustique sont estimés par minimisation d'un critère des moindres carrés sur les matrices spectrales mesurée et modélisée au niveau de l'antenne. Dans le modèle vibro-acoustique, le rail est assimilé à un monopôle cylindrique dont la distribution longitudinale d'amplitude est liée à celle des vitesses vibratoires. Pour le calcul de ces vitesses, les différents modèles proposés mettent en évidence des ondes vibratoires se propageant dans le rail de part et d'autre de chaque excitation. Chacune de ces ondes est caractérisée par une amplitude au niveau de l'excitation, un nombre d'onde structural réel et une atténuation. Ces paramètres sont estimés par minimisation du critère, puis utilisés pour reconstruire le champ acoustique.Dans un premier temps, des simulations sont réalisées pour juger des performances de la méthode proposée, dans le cas d'excitations ponctuelles verticales. En particulier, sa robustesse est testée en présence de bruit ou d'incertitudes sur les paramètres supposés connus du modèle. Les effets de l'utilisation de modèles dégradés sont également étudiés. Concernant l'estimation des amplitudes, les résultats ont montré que la méthode est particulièrement robuste et efficace pour les excitations les plus proches de l'antenne. En revanche, pour l'estimation des autres paramètres, les performances sont supérieures pour les positions d'antenne excentrées. De manière générale, le nombre d'onde est correctement estimé sur l'ensemble des fréquences étudiées. Dans les cas à faible atténuation, un traitement classique par formation de voies en ondes planes suffit. En ce qui concerne l'estimation de l'atténuation, la faible sensibilité du critère limite l'efficacité de la méthode proposée.Enfin, certains résultats obtenus à partir des simulations ont été vérifiés lors de mesures in situ. L'excitation d'un rail expérimental par un marteau de chocs a tout d'abord permis de valider le modèle vibratoire pour la flexion verticale. Pour tester la méthode d'optimisation paramétrique, le rail a également été excité verticalement à l'aide d'un pot vibrant. Les principaux résultats des simulations ont été retrouvés, et des comportements particuliers relatifs à la présence de plusieurs ondes dans le rail ont été observés, ouvrant des perspectives de généralisation du modèle vibratoire utilisé. / In France, railway transport has been boosted by the expansion of the high-speed rail service and the resurgent implantation of tram networks in many city centers. In this context, the reduction of noise pollution becomes a crucial issue for its development. In order to directly act on the source area, it is necessary to precisely identify and study the sources responsible for this nuisance at train pass-by. Among all the potential approaches, microphone arrays and related signal processing techniques are particularly adapted to the characterization of omnidirectional and uncorrelated moving point sources. For speeds up to 300 km/h, rolling noise is the main railway noise source. It arises from the acoustic radiation of various elements such as wheels, rail or sleepers. The rail, which mainly contributes to rolling noise at mid-frequencies (from 500 Hz to 1000 Hz approximately), is an extended coherent source for which classical array processing methods are inappropriate. The characterization method proposed in this thesis is an inverse parametric optimization method that uses the acoustical signals measured by a microphone array. The unknown parameters of a vibro-acoustical model are estimated through the minimization of a least square criterion applied to the entries of the measured and modelled spectral matrices. In this vibro-acoustical model, the rail is considered as a cylindrical monopole whose lengthwise amplitude distribution is obtained from the vibratory velocity one. The different models proposed to obtain this velocity highlight the propagation of vibration waves towards both sides of every forcing point. Each wave is characterized by an amplitude at the forcing point, a real structural wavenumber and a decay rate. These parameters are estimated by the minimization of the least square criterion, and are then used in the vibro-acoustical model to rebuild the acoustical field radiated by the rail. First, simulations are performed in order to appraise the performances of the proposed method, in the case of vertical point excitations. In particular, its robustness to additive noise and to uncertainties in the model parameters that are supposed to be known is tested. The effect of using simplified models is also investigated. Results show that the method is efficient and robust for the amplitude estimation of the nearest contacts to the array. On the other hand, the estimation of the other parameters is improved when the array is shifted away from the contact points. The wavenumber is generally well estimated over the entire frequency range, and when the decay rate is low, a single beamforming technique may be sufficient. Concerning the decay rate estimation, the efficiency of the method is limited by the low sensitivity of the criterion. At last, measurements are performed in order to verify some results obtained from the simulations. The vibratory model is first validated for the vertical flexural waves trough the use of an impact hammer. Then, the parametric optimization method is tested by the vertical excitation of the rail with a modal shaker. The main simulation results are found, and some particular behavior due to other waves existing in the rail can be observed, opening the perspective of a generalized method including more complex vibratory modelings.

Les travaux développés dans cette thèse visent à assister le processus d’ingénierie des exigences temporelles pour les systèmes complexes à contraintes de temps. Nos contributions portent sur trois volets : la spécification des exigences, la modélisation du comportement et la vérification. Pour le volet spécification, une nouvelle classification des exigences temporelles les plus communément utilisées a été proposée. Ensuite, afin de cadrer l’utilisateur durant l’expression des exigences, une grammaire de spécification à base de motifs prédéfinis en langage naturel est développée. Les exigences générées sont syntaxiquement précises et correctes quand elles sont prises individuellement, néanmoins cela ne garantie pas la cohérence de l’ensemble des exigences exprimées. Ainsi, nous avons développé des mécanismes capables de détecter certains types d’incohérences entre les exigences temporelles. Pour le volet modélisation du comportement, nous avons proposé un algorithme de transformation des state-machine avec des annotations temporelles en des automates temporisés. L’idée étant de manipuler une notation assez intuitive et de générer automatiquement des modèles formels qui se prêtent à la vérification. Finalement, pour le volet vérification, nous avons adopté une technique de vérification à base d’observateurs et qui repose sur le model-checking. Concrètement, nous avons élaboré une base de patterns d’observation (ou observateurs) ; chacun des patterns développés est relatif à un type d’exigence temporelle dans la nouvelle classification. Ainsi, la vérification est réduite à une analyse d’accessibilité des états correspondants à la violation de l’exigence associée / The work developed in this thesis aims to assist the engineering process of temporal requirements for time-constrained complex systems. Our contributions concern three phases: the specification, the behaviour modelling and the verification. For the specification of temporal requirements, a new temporal properties typology taking into account all the common requirements one may meet when dealing with requirements specification, is introduced. Then, to facilitate the expression, we have proposed a structured English grammar. Nevertheless, even if each requirement taken individually is correct, we have no guarantee that a set of temporal properties one may express is consistent. Here we have proposed an algorithm based on graph theory techniques to check the consistency of temporal requirements sets. For the behaviour modelling, we have proposed an algorithm for transforming UML State Machine with time annotations into Timed Automata (TA). The idea is to allow the user manipulating a quite intuitive notation (UML SM diagramsduring the modelling phase and thereby, automatically generate formal models (TA) that could be used directly by the verification process. Finally, for the verification phase, we have adopted an observer-based technique. Actually, we have developed a repository of observation patterns where each pattern is relative to a particular temporal requirement class in our classification. Thereby, the verification process is reduced to a reachability analysis of the observers’ KO states relatives to the requirements’ violation

Dans le contexte actuel de globalisation des marchés, le processus classique de conception par essais et erreurs n'est plus capable de répondre aux exigences de plus en plus accrues en termes de délais très courts, réduction des coûts de production, etc. L'outil d'optimisation propose une réponse à ces questions, en accompagnant les ingénieurs dans la tâche de conception optimale.L'objectif de cette thèse est centré sur la conception optimale des systèmes complexes. Deux approches sont abordées dans ce travail: l'optimisation par modèles de substitution et la conception optimale basée sur la décomposition des systèmes complexes.L'utilisation de la conception assistée par ordinateur (CAO) est devenue une pratique régulière dans l’industrie. La démarche d'optimisation basée sur modèles de substitution est destinée à répondre à l'optimisation des dispositifs bénéficiant d’une telle modélisation précise, mais couteuse en temps de calcul.Les chaînes de traction ferroviaire sont trop complexes pour être traités comme un tout. La décomposition de ces systèmes s’impose en vue de simplifier le problème et de repartir la charge de calcul. Des stratégies appropries à la résolution de telles structures ont été analysées dans ce travail. Ces approches permettent à chaque équipe de spécialistes de travailler de façon autonome à l'objet de leur expertise.Les approches d'optimisation développées au sein de ce travail ont été appliquées pour résoudre plusieurs problèmes d'optimisation électromagnétiques, ainsi que la conception optimale d’un système de traction ferroviaire de la Société Alstom / Within a globalized market context, the classical trial-and-error design process is no longer capable of answering to the ever-growing demands in terms of short deadlines, reduced production costs, etc. The optimization tool presents itself as an answer to these issues, accompanying the engineers in the optimal design task.The focus of this thesis is centered on the optimal design of complex systems. Two main optimization approaches are addressed within this work: the metamodel-based design optimization and the decomposition-based complex systems optimal design.The use of computer-aided design/engineering (CAD/CAE) software has become a regular practice in the engineering design process. The metamodel-based optimization approach is intended to address the optimization of devices represented by such accurate but computationally expensive simulation models, as the finite element analysis (FEA) in electromagnetics.Engineering systems such as railway traction systems are too complex to be addressed as a whole. The decomposition-based optimization strategies are intended to address the optimal design of such systems. The decomposition of such systems is required in order to simplify the problem and to distribute the computational burden across the decomposed structure. Appropriate multi-level strategies have been identified and analyzed within this work. Such approaches allow each team of specialists to work independently at the object of their expertise.The optimization approaches developed within this work are applied for solving several electromagnetic optimization problems and a railway traction system optimal design problem of the Alstom Company

Cette thèse s'intéresse à l'étude des problèmes de diagnostic des fautes sur les systèmes à événements discrets en utilisant les modèles réseau de Petri. Des techniques d'exploration incrémentale et à-la-volée sont développées pour combattre le problème de l'explosion de l'état lors de l'analyse de la diagnosticabilité. Dans le contexte atemporel, la diagnosticabilité de modèles RdP-L est abordée par l'analyse d'une série de problèmes K-diagnosticabilité. L'analyse de la diagnosticabilité est effectuée sur la base de deux modèles nommés respectivement FM-graph et FM-set tree qui sont développés à-la-volée. Un diagnostiqueur peut être dérivé à partir du FM-set tree pour le diagnostic en ligne. Dans le contexte temporel, les techniques de fractionnement des intervalles de temps sont élaborées pour développer représentation de l'espace d'état des RdP-LT pour laquelle des techniques d'analyse de la diagnosticabilité peuvent être utilisées. Sur cette base, les conditions nécessaires et suffisantes pour la diagnosticabilité de RdP-LT ont été déterminées. En pratique, l'analyse de la diagnosticabilité est effectuée sur la base de la construction à-la-volée d'une structure nommée ASG et qui contient des informations relatives à l'occurrence de fautes. D'une manière générale, l'analyse effectuée sur la base des techniques à-la-volée et incrémentale permet de construire et explorer seulement une partie de l'espace d'état, même lorsque le système est diagnosticable. Les résultats des simulations effectuées sur certains benchmarks montrent l'efficacité de ces techniques en termes de temps et de mémoire par rapport aux approches traditionnelles basées sur l'énumération des états / This PhD thesis deals with fault diagnosis of discrete event systems using Petri net models. Some on-the-fly and incremental techniques are developed to reduce the state explosion problem while analyzing diagnosability. In the untimed context, an algebraic representation for labeled Petri nets (LPNs) is developed for featuring system behavior. The diagnosability of LPN models is tackled by analyzing a series of K-diagnosability problems. Two models called respectively FM-graph and FM-set tree are developed and built on the fly to record the necessary information for diagnosability analysis. Finally, a diagnoser is derived from the FM-set tree for online diagnosis. In the timed context, time interval splitting techniques are developed in order to make it possible to generate a state representation of labeled time Petri net (LTPN) models, for which techniques from the untimed context can be used to analyze diagnosability. Based on this, necessary and sufficient conditions for the diagnosability of LTPN models are determined. Moreover, we provide the solution for the minimum delay ∆ that ensures diagnosability. From a practical point of view, diagnosability analysis is performed on the basis of on-the-fly building of a structure that we call ASG and which holds fault information about the LTPN states. Generally, using on-the-fly analysis and incremental technique makes it possible to build and investigate only a part of the state space, even in the case when the system is diagnosable. Simulation results obtained on some chosen benchmarks show the efficiency in terms of time and memory compared with the traditional approaches using state enumeration

La sécurité est un enjeu majeur dans le cycle de développement des systèmes critiques, notamment dans le secteur du transport ferroviaire. Cette thèse vise la modélisation, la vérification et la validation des règles d'exploitation ferroviaires au regard des exigences de sécurité. Ces règles ont pour but de définir les autorisations de déplacement des trains sur des lignes ferroviaires nationales équipées du système européen de gestion du trafic ferroviaire (ERTMS). De manière analogue, on trouve les concepts liés aux autorisations dans la description des politiques de contrôle d'accès des systèmes d'information. Par conséquent, nos contributions portent sur l'adaptation d'une approche UML/B pour le contrôle d'accès des systèmes d'information afin de modéliser et de valider les règles d'exploitation ferroviaires. Dans un premier temps, nous avons adapté le modèle Role Based Access Control (RBAC) sur une étude de cas ferroviaire extraite des règles d'exploitation appliquées sur la ligne à grande vitesse LGV Est-Européenne en France. La plate-forme B4MSecure nous a permis de modéliser ces règles à l'aide d'un profil UML de RBAC inspiré de SecureUML. Ensuite, ces modèles sont transformés en des spécifications B qui ont été enrichies par des propriétés de sécurité ferroviaire et soumises à des activités de vérification et de validation formelles. Aux concepts du modèle RBAC, le modèle Organization Based Access Control (Or-Bac) introduit la notion d'organisation, au centre de ce modèle, et la notion de contexte. Nous avons donc proposé d’utiliser ce modèle en tant qu’extension du modèle RBAC dans l’optique d’une interopérabilité ferroviaire en ERTMS. / The safety is a major issue in the development cycle of the critical systems, in particular in the rail transportation sector. This thesis aims at the modeling, the verification and at the validation of the railway operating rules with regard to the safety requirements. These rules intend to define the authorizations of trains movement on national railway lines equipped with the European Rail Traffic Management System (ERTMS). In a similar way, we find the concepts of authorizations in the description of access control policies of information systems. Consequently, our contributions concern the adaptation of an UML/B approach for the access control of information systems to model and validate the railway operating rules. At first, we adapted the Role Based Access Control (RBAC) model on a railway case study extracted from the operating rules applied on the LGV-Est-Européenne line in France. The B4MSecure platform enables the modeling of these rules by means of a UML profile of RBAC inspired by SecureUML. Then, these models are transformed into B specifications. which are enhanced by railway safety properties and formally verified and validated. In addition to the concepts of the RBAC model, the Organization Based Access Control (Or-Bac) model introduces the notion of organization, in the center of this model, and the notion of context. We have therefore proposed to use this model as extension of the RBAC model in the context of railway interoperability in ERTMS.

Objectifs : Examiner les difficultés psychosociales chez des adolescents exposés, âgés entre 14 et 18 ans, dans les neuf (9) mois suivants la tragédie ferroviaire. Comparer les adolescents qui atteignent le seuil clinique du trouble de stress post-traumatique (TSPT) à ceux qui ne l’atteignent pas, en fonction de la sévérité d’exposition, des symptômes de dépression, d’anxiété et autres problématiques associées. Méthode : Les analyses ont été faites auprès d’un échantillon de convenance de 227 jeunes, dont la moyenne d’âge est de 15,96 ans, des niveaux secondaires III, IV et V et vivant dans le secteur de Lac-Mégantic, en Estrie au Québec. Résultats : Près de la moitié (41,5 %) des adolescents rapportent avoir été sévèrement exposés à l’accident ferroviaire et le tiers (29,6 %) présentent un niveau de sévérité du TSPT atteignant le seuil clinique. Il semble y avoir une tendance où les filles sont proportionnellement plus nombreuses à rapporter des symptômes du TSPT, de dépression et d’anxiété comparativement aux garçons. La majorité des adolescents présentent une consommation non problématique de substances psychoactives (SPA), alors que pour 8 %, celle-ci serait à risque ou problématique. Les actes de délinquance, principalement non violents, sont davantage identifiés chez les garçons. Les adolescents qui atteignent le seuil clinique du TSPT ont été plus sévèrement exposés lors de la tragédie et sont davantage dépressifs et anxieux. Aucune relation significative n’est observée entre le TSPT et la consommation de SPA et le nombre d’actes de délinquance. Conclusions : Suite à l’accident ferroviaire, cette étude démontre la proportion importante des adolescents qui souffrent de symptômes du TSPT et de problèmes de santé mentale associés. / Objectives: To examine the psychosocial difficulties in a group of exposed adolescents aged 14 to 18 nine months after the railway accident. Compare adolescents who reach the clinical level of post-traumatic stress disorder (PTSD) to those who do not, depending on range severity of exposure and on symptoms of depression, anxiety and other related issues. Methods: The analyses were conducted on a suitability sample of 227 young people, with an average age of 15.96 years, in secondary levels III, IV and V, and living in the Mégantic sector of the Eastern Townships in the province of Quebec. Results: Almost half (41.5%) of adolescents report being severely exposed to the railway accident and one third (29.6%) has described severe PTSD symptoms reaching the clinical threshold. In addition, there appears to be a tendency for a higher proportion of girls compared to boys to have PTSD problems and depression and anxiety symptoms. The majority of adolescents report a non-problematic use of psychoactive substances, while 8% are at risk or problematic. Delinquency, mainly non-violent, is more common among boys. Adolescents who reach a clinical threshold of PTSD symptoms have been more severely exposed to the tragedy and report feeling more depressed and anxious. There was no significant relationship between PTSD and externalized behaviours. Conclusion: The results of the study highlight the relationship between a traumatic event such as the railway accident and the presence of PTSD symptoms as well as of internalized behaviours in a group of adolescents.

La sécurité-innocuité est une propriété émergente des systèmes critiques de sécurité (SCS), notamment les systèmes ferroviaires. Cet aspect émergent complexifie leur processus du développement et nécessite un raisonnement judicieux permettant de diminuer les dangers. Cette thèse propose une approche ontologique qui intègre les activités de sécurité dès les premières phases de conception des SCS. Ce cadre structuré offre une harmonisation sémantique entre les domaines impliqués, tels que l'ingénierie de sécurité et l'Ingénierie des Exigences Dirigée par les Buts (IEDB). La logique métier intégrée dans cette approche est validée par des cas d'étude ferroviaires d'accidents réels et d'une mission télé-opérée. Dans un premier temps, nous avons proposé une ontologie d'analyse dysfonctionnelle appelée DAO et fondée sur l'ontologie de haut niveau UFO. DAO considère les aspects sociaux-techniques et environnementaux des SCS et intègre les différents types de fautes et de propriétés cognitives liés respectivement aux défaillances techniques et aux erreurs humaines. Le modèle conceptuel de DAO est exprimé en OntoUML et formalisé en langage OWL afin de fournir un support de raisonnement. Ensuite, un pont sémantique est établi entre les mesures de sécurité, les buts de sécurité et les exigences de sécurité par le développement d'une ontologie de gestion de sécurité orientée-but, appelée GOSMO. La gestion des décisions de sécurité s’appuie sur la réinterprétation du modèle de contrôle d'accès Or-Bac d'un point de vue sécurité-innocuité. Afin d'assurer la cohérence globale des exigences, GOSMO permet de structurer la gestion des évolutions des exigences et leur traçabilité. / Safety is an emergent property of safety critical systems (SCS), including railway systems. This emergent aspect exacerbates their development process and requires a thorough reasoning to reduce hazards. This thesis proposes an ontological approach that integrates safety activities from the early design stages of SCS. This structured framework provides a semantic harmonization between the involved domains, such as safety engineering and Goal Oriented Requirements Engineering (GORE). The business logic integrated in this approach is validated by real rail accident scenarios and a remotely operated task. At first, we proposed a dysfunctional analysis ontology called DAO and based on the high-level ontology UFO. DAO considers the socio-technical and environmental aspects of SCS and integrates the different types of faults and cognitive properties that are respectively related to technical failures and human errors. The DAO conceptual model is expressed in OntoUML and formalized in OWL language in order to provide a reasoning support. Then, a semantic bridge is established between safety measures, safety goals and safety requirements through the development of a goal-oriented security management ontology, called GOSMO. The management of safety decisions is based on the reinterpretation of the Or-Bac access control model from a safety point of view. In order to ensure the overall consistency of requirements, GOSMO allows structuring the management of requirements changes and their traceability

La qualité d'alimentation électrique d'un réseau ferroviaire peut être fortement affectée par l'indisponibilité d'un équipement électrique, que ce soit suite à un incident technique ou une opération de maintenance. Il est alors nécessaire de réduire le trafic prévu en ajustant les grilles horaires et les profils de vitesse, tout en conservant des performances d'exploitation optimales. Le but du travail présenté dans ce mémoire est de développer un outil d'aide à la décision pour assister les agents en charge de la réorganisation du trafic lors d'un incident sur infrastructure électrique. Le système étudié est complexe et son analyse repose sur des simulations coûteuses. Nous avons donc proposé une démarche en deux phases. Dans un premier temps, une analyse de sensibilité permet de détecter de manière efficace les variables d’ajustement du trafic les plus influentes. Après une analyse comparative entre différentes techniques, nous avons retenu l’analyse de sensibilité régionale par filtrage de Monte Carlo et test de KS, car cela permet de prendre en compte les contraintes opérationnelles, comme les niveaux de tension en ligne. La deuxième phase consiste à optimiser la solution en travaillant dans un espace de recherche de dimension réduite. Un ensemble de solutions Pareto optimales sont générées afin d’évaluer le meilleur compromis entre le critère principal qui est la densité de trafic et d’autres critères tels que les pertes ou les échauffements. Les techniques mises en œuvre ont abouti à la réalisation d’un prototype. Cet outil permet à l’ingénieur de définir les variables d’ajustement et les critères de performance du trafic. Il analyse ensuite l’influence des différentes variables d’ajustement et optimise le trafic par rapport aux critères définis. L’outil a été testé sur quatre cas d’étude correspondant à des portions de réseaux et à des trafics ferroviaires réels. / The power supply quality of a railway network can be strongly affected by the unavailability of electrical equipment, whether due to a technical incident or a maintenance operation. It is then necessary to reduce the expected traffic by adjusting the time schedules and speed profiles, while maintaining optimal operating performance. The purpose of the work presented in this thesis is to develop a decision support tool to assist the agents in charge of the reorganization of traffic during an incident on electrical infrastructure. The studied system is complex and its analysis is based on costly simulations. We therefore proposed a two-phase approach. As a first step, a sensitivity analysis can effectively detect the most influential traffic adjustment variables. After a comparative analysis between different techniques, we selected the regional sensitivity analysis by Monte Carlo filtering and KS test, because it allows us to take into account the operational constraints, like the tension levels in line. The second phase consists in optimizing the solution by working in a small research area. A set of Pareto-Optimal solutions are generated to evaluate the best trade-off between the main criterion "traffic density" and other criteria such as losses or overheating. The techniques implemented led to the production of a prototype. The tool allows the engineer to define traffic adjustment variables and traffic performance criteria. Then it analyzes the influence of the various adjustment variables and optimizes the traffic according to the defined criteria. The tool was tested on four case studies proposed by SNCF Réseau and corresponding to network segments and actual rail traffic.

Ce travail de thèse a pour contexte la surveillance des systèmes homme-machine, où l'opérateur est le conducteur d'un système de transport ferroviaire. Notre objectif est d'améliorer la sécurité du système en prévenant et en évitant les facteurs pouvant augmenter le risque d'une erreur humaine. Deux verrous majeurs sont identifiés : l'aspect caractérisation, ou comment déterminer les phases indicatives et discernables de l'activité de conduite et l'aspect représentation, ou comment décrire et codifier les actions de conduite de l'opérateur et leurs répercussions sur le système ferroviaire dans un formalisme mathématique permettant une analyse sans équivoque. Pour solutionner ces verrous, nous proposons en premier lieu un modèle comportemental de l'opérateur humain permettant de représenter son comportement de contrôle en temps continu. Afin de tenir compte des différences inter- et intra-individuelles des opérateurs humains, ainsi des changements de situations, nous proposons une transformation du modèle comportemental initialement présenté, dans un nouveau espace de représentation. Cette transformation est basée sur la théorie des chaines cachées de Markov, et sur l'adaptation d'une technique particulière de reconnaissance de formes. Par la suite, nous définissons une modélisation comportementale en temps discret de l'opérateur humain, permettant en même temps de représenter ses actions et de tenir compte des erreurs et des évènements inattendus dans l'environnement de travail. Cette modélisation est inspirée des modèles cognitifs d’opérateur. Les deux aspects permettent d'interpréter les observables par rapport à des situations de référence. Afin de caractériser l'état global de l'opérateur humain, différentes informations sont prises en considération ; ces informations sont hétérogènes et entachées d’incertitudes de mesure, nécessitant une procédure de fusion de données robuste qui est effectuée à l'aide d'un réseau Bayésien. Au final, les méthodologies de modélisation et de fusion proposées sont exploitées pour la conception d'un système de vigilance fiable et non-intrusif. Ce système permet d'interpréter les comportements de conduite et de détecter les états à risque du conducteur (ex. l'hypovigilance). L'étude théorique a été testée en simulation pour vérifier sa validité. Puis, une étude de faisabilité a été menée sur des données expérimentales obtenues lors des expériences sur la plate-forme de conduite ferroviaire COR&GEST du laboratoire LAMIH. Ces résultats ont permis de planifier et de mettre en place les expérimentations à mener sur le futur simulateur de conduite multimodal "PSCHITT-PMR". / The scope of the thesis is the monitoring of human-machine systems, where the operator is the driver of rail-based transportation system. Our objective is to improve the security of the system preventing and avoiding factors that increase the risk of a human error. Two major problems are identified: characterization, or how to determine indicative and discernible phases of driver's activity and representation, or how to describe and codify driver's actions and its repercussions on the rail system in a mathematical formalism that will allow unequivocal analysis. In order to bring a solution to those problems, we propose, first-of-all, a behavioral model of the human operator representing his control behavior in continuous-time. To consider inter- and intra-individual differences of human operators and situation changes, we propose a transformation of the latter behavioral model in a new space of representation. This transformation is based on the theory of Hidden Markov Models, and on an adaptation of a special pattern recognition technique. Then, we propose a discrete-time behavioral modeling of the human operator, which represents his actions and takes account of errors and unexpected events in work environment. This model is inspired by cognitive models of human operators. These two aspects allow us to interpret observables with respect to reference situations in order to characterize the overall human operator state. Different information sources are considered; as a result the data are heterogeneous and subject to measuring uncertainties, needing a robust data fusion approach that is performed using a Bayesian Network. Finally, the proposed modeling and fusion methodologies are used to design a reliable and unintrusive vigilance system. This system can interpret driving behaviors and to detect driver’s risky states in order to prevent drowsiness. The theoretical study was tested in simulation to check the validity. Then, a feasibility study was conducted using data obtained during experiments on the LAMIH laboratory railroad platform “COR&GEST”. These results allowed us to plan and implement experiments to be conducted on the future multimodal driving simulator “PSCHITT-PMR”.