Le but de ce rapport est de présenter une méthode globale de développement à partir de spécifications informelles, depuis la modélisation graphique des exigences temporelles d'un système ferroviaire critique jusqu'à une implantation systématique au moyen de méthodes formelles. Nous proposons d'utiliser ici les réseaux de Petri temporels pour décrire le comportement attendu du logiciel de contrôle-commande à construire.Tout d'abord nous construisons un modèle des exigences p-temporel prenant en compte toutes les contraintes que doit vérifier le système. Nous proposons des outils et des méthodes capables de valider et de vérifier ce modèle. Ensuite, il s'agit de construire un modèle de processus solution en réseau de Petri t-temporel. Ce modèle illustre des exigences techniques relatives à un choix technologique ou architectural. L'objectif est double : tout d'abord il est nécessaire de vérifier la traçabilité des exigences ; ensuite, il faut vérifier que l'ensemble des exigences sources sont bien implémentées dans la solution préconisée et dans sa mise en oeuvre. Enfin, nous proposons une approche visant à transformer de façon systématique le modèle de processus en machine abstraite $B$ afin de poursuivre une procédure formelle $B$ classique. Finalement, le cas d'étude du passage à niveau, composant critique dans le domaine de la sécurité ferroviaire est décrit

Dans les années 90, la commission européenne a sollicité la mise au point d'un système de contrôle commande et de signalisation ferroviaire commun à tous les réseaux des états membres : le système ERTMS " European Railway Traffic Management System ". Il s'agit d'un système réparti complexe dont le déploiement complet est long et coûteux. L'objectif global consiste à diminuer les coûts de validation et de certification liés à la mise en œuvre de ce nouveau système en Europe. La problématique scientifique réside dans la modélisation formelle de la spécification afin de permettre la génération automatique des scénarios de test. Les verrous scientifiques, traités dans cette thèse, sont liés d'une part à la transformation de modèle semi-formel en modèle formel en préservant les propriétés structurelles et fonctionnelles des constituants réactifs du système réparti, et d'autre part à la couverture des tests générés automatiquement. Les constituants sont sous la forme de boîte noire. L'objectif consiste à tester ces derniers à travers la spécification ERTMS. Nous avons développé une approche de modélisation basée sur le couplage de modèles semi-formels (UML) et de modèles formels (Réseaux de Petri). Ce couplage se fait à travers une technique de transformation de modèles. Nous avons développé ensuite une méthode de génération automatique de scénarios de test de conformité à partir des modèles en réseaux de Petri. Les scénarios de test ont été considérés comme une séquence de franchissement filtrée puis réduite du réseau de Petri interprété représentant la spécification. Ces scénarios ont été exécutés sur notre plateforme de simulation ERTMS

La conception d'un système électrique est une tâche très complexe qui relève d'expertises dans différents domaines de compétence. Dans un contexte compétitif où l'avance technologique est un facteur déterminant, l'industrie cherche à réduire les temps d'étude et à fiabiliser les solutions trouvées par une approche méthodologique rigoureuse fournissant une solution optimale systémique.Il est alors nécessaire de construire des modèles et de mettre au point des méthodes d'optimisation compatibles avec ces préoccupations. En effet, l'optimisation unitaire de sous-systèmes sans prendre en compte les interactions ne permet pas d'obtenir un système optimal. Plus le système est complexe plus le travail est difficile et le temps de développement est important car il est difficile pour le concepteur d'appréhender le système dans toute sa globalité. Il est donc nécessaire d'intégrer la conception des composants dans une démarche systémique et globale qui prenne en compte à la fois les spécificités d'un composant et ses relations avec le système qui l'emploie.Analytical Target Cascading est une méthode d'optimisation multi niveaux de systèmes complexes. Cette approche hiérarchique consiste à décomposer un système complexe en sous-systèmes, jusqu'au niveau composant dont la conception relève d'algorithmes d'optimisation classiques. La solution optimale est alors trouvée par une technique de coordination qui assure la cohérence de tous les sous-systèmes. Une première partie est consacrée à l'optimisation de composants électriques. L'optimisation multi niveaux de systèmes complexes est étudiée dans la deuxième partie où une chaîne de traction électrique est choisie comme exemple

Réseau Ferré de France et la Société Nationale des Chemins de Fer souhaitent mettre à jour le référentiel technique datant de 1985 régissant l'utilisation des ouvrages de soutènement en sol renforcé rapporté. L'objet de ce travail de thèse est l'étude du comportement des ouvrages en Terre Armée sous sollicitation ferroviaire, notamment en terme de déformation verticale. Dans le cadre de cette recherche, un programme d'essais de grande ampleur a été mis en oeuvre. Il s'appuie essentiellement sur un ouvrage expérimental en vraie grandeur associant un soutènement en Terre Armée et un remblai classique, ce dernier servant de référence. Une large gamme de sollicitations, incluant aussi des chargements statiques supérieurs ou égaux aux états de service, a permis la mise en évidence de l'influence de la fréquence de sollicitation sur la réponse de l'ouvrage et les effets de la fatigue entraînés par sept années de trafic ferroviaire. L'interaction sol - armature a été caractérisée au moyen d'essais d'extraction sous application d'efforts dynamiques. Deux modèles aux éléments finis, l'un, bidimensionnel discret et l'autre, tridimensionnel homogénéisé, ont été développés en tenant compte des enseignements tirés d'un concours de prévisions de la réponse de l'ouvrage soumis à un chargement statique. Un travail spécifique a été mené sur l'interface sol - armature. Enfin, un modèle physique centrifugé et une instrumentation adaptée ont été mis au point pour permettre un approfondissement de ce travail de recherche.

Cette thèse aborde la conception optimale des chaînes de traction par l'exemple d'une chaîne de traction pour métro. Les données d'entrée de la conception d'une chaîne de traction sont la performance attendue et l'encombrement des équipements nécessaires. Pour aider le concepteur, l'outil informatique donne aujourd'hui la possibilité de construire une grande variété de modèles. D'autre part, les algorithmes d'optimisation permettent de trouver les configurations optimales. Ces possibilités ont été exploitées au cours de ce travail. Les modèles développés permettent d'estimer un large nombre de critères. A travers l'exemple de ces modèles, la méthode de conception suivie est détaillée dans le rapport. D'un point de vue technique, la chaîne de traction proposée est détaillée dans le dernier chapitre

Dans les années 90, la commission européenne a sollicité la mise au point d'un système de contrôle commande et de signalisation ferroviaire commun à tous les réseaux des états membres : le système ERTMS " European Railway Traffic Management System ". Il s'agit d'un système réparti complexe dont le déploiement complet est long et coûteux. L'objectif global consiste à diminuer les coûts de validation et de certification liés à la mise en œuvre de ce nouveau système en Europe. La problématique scientifique réside dans la modélisation formelle de la spécification afin de permettre la génération automatique des scénarios de test. Les verrous scientifiques, traités dans cette thèse, sont liés d'une part à la transformation de modèle semi-formel en modèle formel en préservant les propriétés structurelles et fonctionnelles des constituants réactifs du système réparti, et d'autre part à la couverture des tests générés automatiquement. Les constituants sont sous la forme de boîte noire. L'objectif consiste à tester ces derniers à travers la spécification ERTMS. Nous avons développé une approche de modélisation basée sur le couplage de modèles semi-formels (UML) et de modèles formels (Réseaux de Petri). Ce couplage se fait à travers une technique de transformation de modèles. Nous avons développé ensuite une méthode de génération automatique de scénarios de test de conformité à partir des modèles en réseaux de Petri. Les scénarios de test ont été considérés comme une séquence de franchissement filtrée puis réduite du réseau de Petri interprété représentant la spécification. Ces scénarios ont été exécutés sur notre plateforme de simulation ERTMS

Les systèmes complexes ferroviaires étant de plus en plus contraints par des autorités de décision placées à un haut niveau d'abstraction, il devient problématique d'imposer des critères à une autre échelle que fonctionnelle. Ainsi, dès lors que l'on descend plus bas, nous sommes confrontés à des spécificités des systèmes nationaux qui font perdre la généralité du travail des décisionnaires Européens. Le problème est qu'à chaque niveau d'abstraction, des méthodes d'évaluation du risque existent, mais sans être compatibles entre elles. Par ailleurs, la combinaison des couches et la vision fonctionnelle du système ne prennent pas en compte l'impact des fonctions les unes sur les autres, ni le lien entre le niveau global et les composants afin d'allouer la sécurité.Nous proposons donc une démarche harmonisée d'évaluation du risque, capable de répartir les contraintes définies au niveau fonctionnel abstrait sur les entités qui implémentent les systèmes avec leurs spécificités.Notre contribution est méthodologique. Elle part d'un modèle fonctionnel du système ferroviaire constitué en couches. Le but étant de représenter ce système sans dépendance entre les fonctions, il a fallu les traduire indépendamment des autres en faisant apparaître les entrées/sorties comme des places/transitions d'un réseau de Petri. A chaque couche de la décomposition correspond une classe de réseau de Petri. Ainsi, à la couche structurelle, nous associons les réseaux de Petri Temporels; à la couche fonctionnelle les réseaux de Petri stochastiques et à la couche logique les réseaux de Petri Prédicats Transitions

La promotion du transport ferroviaire de marchandises permet d'améliorer l'impact environnemental du transport de marchandises, à travers la réduction de la part modale de la route, qui est responsable d'environ un quart des émissions européennes de CO2. L'objet de cette thèse est d'analyser les flux de marchandises afin de proposer des solutions opérationnelles qui permettraient d'augmenter la part de marché du transport de fret ferroviaire, notamment grâce à une meilleure utilisation des terminaux intermodaux. La première partie de la thèse fournit une synthèse des principales modèles théoriques concernant l'analyse de la demande et de l'offre de transport de marchandises, afin d'analyser le lien entre activité économique et transport de marchandises. Une analyse détaillée des sources statistiques disponibles au niveau européen, national et régional, est aussi fournie. Dans la deuxième partie, une application au cas des chantiers de transbordement rail-route en France est présentée, et une comparaison avec d'autres pays européens est réalisée. L'objectif de cette analyse est d'estimer la demande potentielle de transport combiné, d'évaluer la productivité des terminaux intermodaux et d'étudier l'impact socio-économique et financier des investissements dans les terminaux intermodaux, en évaluant également la possibilité des nouveaux montages financiers (PPP). Les résultats de l'analyse montrent un large potentiel pour le transport combiné, en particulier en lien avec l'activité des ports maritimes, et une productivité faible dans les terminaux existants. En conséquence, cette analyse suggèrerait de concentrer les investissements sur un nombre limité de sites à haut potentiel, afin d'attirer des investissements privés et optimiser l'utilisation des fonds publics. Les implications politiques de cette analyse sont multiples : elles concernent d'abord le gestionnaire d'infrastructure et les opérateurs ferroviaires, qui doivent mieux planifier les investissements en fonction de la demande commerciale. Elles concernent aussi l'Etat et les collectivités locales, qui doivent optimiser l'utilisation des fonds publics en favorisant les localisations à haut potentiel.

Le développement important ces dernières années du secteur du transport s'est accompagné d'une inquiétude accrue pour le respect de l'environnement. Bien que le transport ferroviaire présente une efficacité énergétique élevée, il n'en est pas pour autant dénué de nuisances environnementales. L'intégration du développement durable lors de la conception optimale de machines électriques devient alors indéniable. Cela impose de tenir compte simultanément d'un grand nombre de phénomènes physiques. Cette thèse a alors pour objectif de mettre en avant une méthodologie de conception en accord avec la volonté actuelle d'optimisation économique et écologique. Un modèle multi-physique a alors été développé dans le but de représenter les phénomènes électromagnétiques, vibro-acoustiques et aérothermiques dans un moteur asynchrone fermé auto-ventilé dédié à la traction ferroviaire. Ce modèle est en fait composé de plusieurs modèles, analytiques ou semi-analytiques, interagissant entre eux. Chaque modèle représente des phénomènes physiques spécifiques. Un intérêt particulier a été porté au modèle aérothermique et au modèle de pertes, notamment pour la modélisation des pertes au sein du circuit magnétique. Bien qu'ils soient tous deux analytiques, le développement de ces deux modèles a fait appel à des études numériques préalables. L'efficacité du modèle multi-physique et son respect des tendances d'évolution ont pu être mis en évidence par une comparaison avec des résultats d'essais expérimentaux sur moteur réel et par une analyse de l'influence des incertitudes.

La tendance actuelle des équipements électriques ferroviaires est une concentration de matériels dans des volumes de plus en plus faibles et pour des puissances de plus en plus élevées. Ce progrès est permis par des composants à fort rendement (IGBT) qui ont la caractéristique de générer des pertes harmoniques importantes dans les composants magnétiques, provoquant du bruit à forte composante tonale. En conséquence, les cahiers des charges deviennent de plus en plus drastiques et augmente la difficulté de conception optimale des transformateurs. C'est pourquoi il est nécessaire de développer des modèles multi-physiques afin d'intégrer les différents phénomènes tels que la thermique, le bruit ou les effets de la PWM. Cette thèse porte plus précisément sur le dimensionnement optimal des transformateurs et inductances présent dans les convertisseurs auxiliaires ferroviaires. L'intérêt de la mise en place une boucle d'optimisation sur un modèle multi-physique est montrée. Pour cela il est important de développer des modèles comportent un bon compromis entre le temps de calcul et la précision. Dans cette thèse seule les composants magnétiques refroidis par une ventilation forcée sont étudiés. Un modèle thermique 3D semi-analytique couplé avec un modèle électromagnétique est utilisé. Le choix de l'optimiseur s'est porté sur l'algorithme NSGA-II permettant d'effectuer des optimisations multi-objectifs (poids et pertes) en incluant des contraintes thermiques. Pour finir une étude de sensibilité est effectuée grâce à une méthode de plan d'expérience afin de juger de la robustesse des solutions optimales