Littérature scientifique sur le sujet « Electrification pour réseau ferroviaire »

Les associations de valorisation du patrimoine sont systématiquement à l’origine de la remise en circulation de trains sur des lignes abandonnées du réseau français. Sans elles, le tourisme ferroviaire et la préservation de pans entiers du patrimoine ferroviaire n’existeraient pas. Ces structures pionnières sont pourtant particulièrement fragiles. Elles reposent sur la volonté et les compétences d’un ou quelques hommes seulement. Cette situation est d’autant plus préoccupante que les conditions d’exploitation d’un chemin de fer touristique sont de plus en plus complexes et que les enjeux à relever au XXIe siècle paraissent dans bien des cas hors d’atteinte pour la sphère associative, tant pour des raisons économiques (remettre en état des ouvrages d’art monumentaux) que culturelles (accepter les règles de la professionnalisation, prendre en compte l’ensemble du patrimoine ferroviaire). Cet article a pour objectif de démontrer à travers cinq cas d’études développés dans le Massif central combien l’avenir du tourisme ferroviaire associatif semble compromis.

La densification des friches ferroviaires présente un enjeu important pour le développement d’une urbanité durable. La relation symbiotique entre un réseau ferroviaire performant et une densification ciblée amarrée autour des gares est une solution dont la valeur est clairement identifiée mais qui se heurte à de nombreux facteurs de résistance. Comprendre dans ce contexte quels mécanismes et quelles stratégies concrètes proposer pour ces sites constitue les axes principaux d’une étude menée dans le cadre du Projet national de recherche 54 par le Laboratoire d’architecture et de mobilité urbaine et le Laboratoire de sociologie urbaine de l’EPFL en partenariat avec CFF Immobilier.

L’International North-South Transport Corridor (INSTC) est un vaste réseau de transport en extension, qui connecte l’Inde, l’Iran, l’Azerbaïdjan, la Russie, l’Asie centrale et l’Europe par le biais de voies maritimes, ferroviaires et routières. Bien que les premières discussions aient débuté dans les années 1990, l’INSTC n’a progressé que récemment en raison de l’alignement des intérêts nationaux des pays partenaires. Cet article se focalise sur les motivations de l’Iran pour ce projet, tout en prenant en considération les perspectives de l’Azerbaïdjan et de l’Arménie. Chacun de ces pays voit dans l’INSTC une opportunité de renforcer son rôle régional, de stimuler son économie et de faire face à des défis géopolitiques particuliers.

Résumé Grâce à une documentation variée, constituée principalement de documents épiscopaux, d'articles de press et de journaux personnels, cet article s'intéresse aux rapports entre la religion et la technologie. Plus précisément, il vise à cerner certains des effets de la révolution des transports sur la gestion des diocèses, l'encadrement clérical et la sociabilité religieuse. En facilitant et en accélérant la circulation des idées, des marchandises et des personnes, l'essor de la navigation à vapeur et le développement du réseau ferroviaire bouleversent la vie paroissiale. Face à ces changements, l'attitude de l'Église consiste, d'une part, à essayer de contrôler les usages qui pourraient être faits du vapeur et du rail, et, d'autre part, à en tirer parti pour centraliser les pouvoirs, uniformiser la gestion des paroisses et organiser de grands rassemblements religieux, tels les bénédictions et les pèlerinages qui soulignent la dimension collective et le caractère rassembleur du catholicisme québécois. Pour les prêtres, comme pour les fidèles, ces manifestations d'envergure deviennent des occasions de rencontre et de divertissement qui échappent en partie aux efforts des évêques pour encadrer et contrôler la sociabilité.

Cet article traduit la volonté de deux maîtres d’ouvrages (ayant une compétence interne d’ingénierie conseils en géophysique), que sont SNCF Réseau et EDF, de mettre en commun leurs retours d’expériences pour améliorer la gestion des risques liés à l’aléa cavités souterraines sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire ou hydraulique. Cette coopération a permis de valider plusieurs méthodes de diagnostic, par reconnaissance et auscultation, afin de détecter des cavités souterraines et de suivre leur évolution : dans deux contextes géologiques distincts (craie et marnes à gypse), les méthodes sismiques actives et passives basées sur les ondes de surface ont confirmé leurs performances théoriques, aussi bien pour des reconnaissances que de la surveillance en continu : (1) dans un contexte de cavités anthropiques dans la craie et hors nappe, les exemples présentés valident l’intérêt de certaines méthodes industrielles de reconnaissance (DCOS®, ParSeis®) et laissent espérer une industrialisation prochaine de plusieurs autres (SI active et passive), (2) dans le contexte de dissolution de gypse, ces mêmes méthodes utilisant le signal généré par les circulations ferroviaires se sont avérées très pertinentes pour assurer une surveillance en continu, via un monitoring 4D, du sol support de la plateforme ferroviaire. Le résultat de ce développement permettra de s’inscrire dans une démarche de maintenance prédictive vis-à-vis du risque fontis ; dans le contexte de dissolution de gypse, la mesure de déformation par fibre optique en place dans un remblai a démontré sa pertinence pour capter l’amorce de remontée d’un fontis, avant même l’apparition d’indice en surface. Enfin, il faut noter que les méthodes de reconnaissance et d’auscultation, présentées dans les deux premiers cas d’étude, pourraient favorablement être réalisées en utilisant une fibre optique comme celle exploitée dans le troisième cas d’étude, mais il faudrait un interrogateur optique différent de type DAS. Ceci est une perspective à laquelle s’intéressent les deux maîtres d’ouvrages.

L'étude de faisabilité et la conception optimale d'un système énergétique hybride pour fournir de l'énergie électrique à un site éloigné de M'Sila est examinée dans ce papier. Le but de ce document est de concevoir et de simuler un mini-réseau hybride PV/batterie optimal qui fonctionne d'une manière fiable, afin d'assurer une alimentation électrique ininterrompue. En raison de la nature intermittente des ressources renouvelables, un générateur diesel y est ajouté. Afin de réaliser l'étude de faisabilité du système hybride, la conception optimale du système est basée sur un modèle de simulation développé par le logiciel Homer®. Le logiciel est utilisé pour l'évaluation technique, économique et environnementale. Le concept de la probabilité de perte d’énergie (LPSP) est supposé nul (DPSP = 0 % signifie que la charge est toujours satisfaite), avec un coût net actuel total (TNPC) et un coût énergétique (LCOE) minimal. Dans ce contexte, un profil de charge pratique du site est utilisé avec des données météorologiques réelles. Les résultats de l'optimisation catégorisée montrent que, dans le cas d’une consommation de 9.8 kWh/jour, le système hybride PV/DG/Batterie peut être considéré économique dans le cas où le prix du diesel ne fluctue pas. Le système optimal est composé d'un module PV de 3 kW, d'un générateur diesel de 1 kW, d'un convertisseur de 2 kW et de 4 batteries modèle Hoppecke. D'après les résultats obtenues, la configuration est économique avec un coût en capital de 5.656 $, un coût d'exploitation annuel de 431 $/an, un coût net actuel de 11.159 $/an et un coût unitaire d'énergie de 0.244 $/kWh avec une fraction d'énergie renouvelable de 86 % et une réduction plus de 90.79% dans les émissions.

Le développement du chemin de fer au Cameroun s’inscrit au cœur de nombreux enjeux multiscalaires. À l’échelle du continent africain, la lutte d’influence entre la Chine, l’Europe et les États-Unis implique de nouveaux choix d’investissement. À l’échelle régionale, la présence de Boko Haram dans l’extrême nord et la crise anglophone dans l’ouest du Cameroun influent sur le développement du réseau ferroviaire et l’accessibilité des territoires. Au niveau national, le chemin de fer, puissant levier d’unification au lendemain de l’indépendance, demeure essentiel en tant qu’outil politique, social et économique, en dépit de la concurrence du mode routier et d’une architecture institutionnelle et contractuelle critiquée par les pouvoirs et l’opinion publique. Ce cadre général complexe interroge par conséquent les acteurs mobilisés et les choix techniques pour la réalisation du réseau, hérité de l’époque coloniale. Le modèle de gouvernance, instauré voire imposé par les bailleurs de fonds et les actionnaires privés, répond-il au principe d’une gestion économique efficace en faveur des intérêts socio-économiques des territoires traversés et des populations desservies ? Cet article apporte une réponse à cette question, en analysant le rôle des bailleurs des fonds dans les logiques géopolitiques actuelles, au regard de la nouvelle politique chinoise des routes de la soie (Belt and Road Initiative), ainsi que de la politique européenne Global Gateway , en faveur du développement des corridors de transport en Afrique.

Dans le cadre de la réhabilitation des lignes ferroviaires classiques (vitesse ≤ 220 km/h), SNCF Réseau propose d’intégrer l’utilisation de géogrilles afin d’optimiser et adapter le dimensionnement des structures d’assises à l’évolution du trafic. Ainsi, plusieurs expérimentations ont été mises en place pour étudier le comportement de géogrilles sous conditions opérationnelles et quantifier leurs apports en termes d’amélioration de portance et de limitation de tassements différentiels. Ces expérimentations in situ comprennent la rénovation, l’instrumentation et le suivi de sections de voies. Elles fournissent des données sur le comportement réel des structures d’assises en ce qui concerne des facteurs tels que le chargement dynamique, le confinement latéral, les variations saisonnières, etc. Cet article présente la mise en place et les premiers résultats d’une telle expérimentation. Les premiers résultats indiquent que l’installation de géogrilles a un impact positif net, notamment grâce à une meilleure répartition de la contrainte dans la structure d’assise. Une mobilisation des géogrilles a été observée par des mesures de déformations de leurs brins transversaux, confirmant ainsi que les granulats sont confinés latéralement par l’enchevêtrement des grains dans les ouvertures de la géogrille. Malgré ces résultats encourageants, ce projet de recherche n’en est encore qu’à ses débuts. Les expérimentations sur le terrain nécessiteront encore plusieurs années de suivi avant que l’on puisse se prononcer définitivement sur l’apport quantitatif des géogrilles dans ce cas d’application.

With the highest attractivity in Europe (50 rail trips per capita, per annum or three times the European average), the Swiss rail System offers a dense, frequent and reliable service. The rail network is tightly interconnected with all urban, regional and alpine public transport systems as well as with two international air-ports at Zurich and Geneva. The current RAIL + BUS 2000 development program aims at doubling the rail service on all major trunk lines. The system will be supplemented by two high performance transalpine lines to substantially increase passenger and freight traffic capacities. Withstanding environmental and financial difficulties, the Swiss transport policy will proceed with the implementation of high quality rail services to supplement the non-expandable freeway System. The most interesting feature of the Swiss rail model is the systematic development of a fully interconnected public transport system at all levels: international, national, regional and urban. Avec le taux d'usage le plus élevé d'Europe (50 trajets par habitant et par année, soit trois fois la moyenne européenne), le réseau ferroviaire suisse offre un service cadencé, fréquent, fiable, à maillage territorial dense et à très forte interconnexion avec l'ensemble des transports publics urbains, régionaux et alpins ainsi qu'avec les aéroports de Zurich et Genève. L'offre ferroviaire sera substantiellement amplifiée grâce au projet RAIL + BUS 2000 qui vise à doubler la cadence ferroviaire sur le réseau principal. Ce système sera complété par deux nouvelles lignes transalpines à haute performance pour le trafic de transit voyageurs et marchandises. Malgré les difficultés environnementales et financières, la politique suisse des transports continuera à miser sur un renforcement massif de la desserte ferroviaire nationale en complémentarité avec un réseau autoroutier non extensible en raison des contraintes environnementales jugées insurmontables. Si l'on cherche des éléments à valeur de modèle, c'est probablement le développement systématique d'un réseau de transport public interconnecté à tous les niveaux de desserte internationale, nationale, régionale et urbaine que la Suisse peut servir d'exemple.

Depuis le début du 20ème siècle, différents systèmes d’électrification ferroviaire en courantcontinu et en courant alternatif ont été développés en Europe. Les systèmes en courant alternatifmonophasé moyenne tension (25 kV-50 Hz ou 15 kV 16,7 Hz) permettent d’utiliser une caténairelégère de faible section de cuivre mais de par leur principe mettent en jeu de la puissancefluctuante et de la puissance réactive qu’il faut compenser par des dispositifs volumineux etcoûteux. Les systèmes d’électrification à courant continu (1,5kV ou 3kV) ne possèdent pas cesinconvénients mais en contrepartie, leur relativement faible niveau de tension implique lacirculation de courants élevés dans la caténaire ce qui s’oppose à toute augmentation de trafic carla section de cuivre ne peut pas être augmentée au-delà de 1000 mm2. Du point de vue dumatériel roulant, les locomotives alimentées en courant alternatif ont une chaine de conversiond’énergie électrique complexe et volumineuse (transformateur abaisseur, redresseur, filtre bassefréquence puis onduleur). En revanche, une chaine de conversion fonctionnant sous caténaire àcourant continu se réduit à un filtre d'entrée et à un onduleur de traction. Aujourd’hui, les progrèstechnologiques réalisés dans le domaine de l'électronique de puissance permettent d’envisager ledéveloppement de réseaux électriques à courant continu moyenne tension pour accompagner latransition énergétique en intégrant plus facilement des sources d’énergies renouvelables et deséléments de stockage d’énergie. Partant de ce constat, l’objectif de ce travail de thèse est deproposer un nouveau système d’électrification ferroviaire à courant continu moyenne tension,d’une part, dans le but de combiner les avantages des systèmes actuels d’électrification et d’autrepart, d’envisager à moyen terme la rénovation des lignes électrifiées à courant continu. Le premierchapitre de cette thèse présente un état de l’art des systèmes d’électrification ferroviaire existantset des chaines de traction associés. Le deuxième chapitre met en évidence l’intérêt d’uneélectrification à courant continu moyenne tension pour la traction ferroviaire. Une méthode decalcul, permettant de déterminer le niveau de tension continue pour un trafic donné, est proposée.Il est ainsi montré que le choix d’un niveau de tension à 9 kV permet d’obtenir des sections decaténaire et un espacement des sous-stations comparables au système 25kV-50 Hz. Dans sapremière partie, le troisième chapitre propose une stratégie permettant de faire évoluer le systèmed’électrification 1,5 kV existant en France vers un système 9 kV. En attendant que le parc d’enginsde traction soit adapté pour fonctionner sous une caténaire à 9 kV, il est possible de préparerl’évolution du système d’électrification en déployant une ligne de transport d’énergie électrique en9 kV (feeder) en parallèle de la caténaire 1,5 kV existante. Au terme de la période de transition, leniveau de tension 1,5 kV est complètement supprimé et la totalité de l’infrastructure ainsi que lesengins de traction fonctionnent alors sous 9 kV. La deuxième partie de ce chapitre est consacréeà l’étude d’une topologie associant des convertisseurs DC/DC isolés et permettant de remplir lafonction de transformateur électronique indispensable pour le renforcement de l’alimentation de lacaténaire 1,5 kV à partir du feeder 9 kV.Le quatrième chapitre présente la réalisation et les essaisd’un convertisseur DC/DC isolé d’une puissance de 300 kW utilisant des modules MOSFET SiC3,3 kV. Une conclusion générale et des perspectives concluent ce mémoire
Since the beginning of the 20th century, various DC and AC rail electrification systems have beendeveloped in Europe. Single-phase, medium-voltage AC systems (25 kV-50 Hz or 15 kV 16.7 Hz)allow the use of a light overhead-line of small copper cross-section but by their principle involvefluctuating power and reactive power that have to be compensated by large and expensivedevices. DC electrification systems (1.5kV or 3kV) do not have these disadvantages but in return,their relatively low voltage level involves the circulation of high currents in the overhead-line whichlimits any increase in traffic because the copper section cannot be increased beyond 1000 mm2.From a rolling stock point of view, AC powered locomotives have a complex and voluminousconversion chain (step-down transformer, rectifier, low-frequency filter and traction inverter). Onthe other hand, a conversion chain operating under direct current catenary is reduced to an inputfilter and a traction inverter. Today, the technological progress made in the field of powerelectronics makes it possible to envisage the development of medium voltage DC grids to supportthe energy transition by integrating more easily renewable energy sources and storage devices.On the basis of this observation, the aim of this thesis is to propose a new medium voltage DCrailway electrification system, on the one hand, with the aim of combining the advantages of thecurrent railway electrification systems and on the other hand, to consider in the medium term therenovation of lines electrified in DC. The first chapter of this thesis presents a state of the art ofexisting railway electrification systems and associated traction chains. The second chapterhighlights the interest of a medium voltage DC electrification for railway traction. A calculationmethod for determining the DC voltage level for a given traffic is proposed. Therefore, it is shownthat the choice of a voltage level at 9 kV makes it possible to obtain an overhead-line cross-section and a substation spacing comparable to the 25 kV-50 Hz system. In its first part, the thirdchapter proposes a strategy to upgrade the existing 1.5 kV French electrification system to a 9 kVsystem. Until the fleet of traction units is adapted to operate at 9 kV, it is possible to prepare theevolution of the electrification system by deploying a transmission line at 9 kV (feed-wire) inparallel with the existing 1.5 kV overhead-line. At the end of the transition period, the 1.5 kVvoltage level is completely removed and the entire infrastructure as well as the traction unitsoperate at 9 kV. The second part of this chapter is dedicated to the study of a topology, based onan association of isolated DC/DC converters, to fulfil the function of solid state transformer whichis essential for the power reinforcement of the 1.5 kV system from the 9 kV feed-wire. The fourthchapter presents the realization and tests of an isolated DC / DC converter with a power level of300 kW using 3.3 kV SiC MOSFET modules. A general conclusion and perspectives conclude thismanuscript

Pour accroitre le trafic ferroviaire, la qualité de l’alimentation en énergie électrique est primordiale. Il est nécessaire de garantir d’une part, un niveau de tension satisfaisant pour le bon fonctionnement des engins de traction et d’autre part un prélèvement d’énergie au réseau amont de transport d’électricité satisfaisant les normes de qualités. Pour les lignes électrifiées en 25kV/50Hz, l’augmentation de la puissance consommée ne peut être tolérée par le fournisseur d’énergie électrique qu’à condition que le déséquilibre des tensions, dû au raccordement de la sous-station entre deux phases, soit minime. Pour satisfaire cette contrainte et relever le défi de l’augmentation du trafic sur ses lignes, SNCF-Réseau doit faire appel à des solutions électroniques de puissance.Les systèmes de compensation actuellement utilisés par SNCF-Réseau sont basés sur des onduleurs de tension triphasés. Ceux-ci présentent des pertes élevées et leur maintenance est délicate. C'est dans ce contexte qu’une nouvelle topologie modulaire à faibles pertes a été proposée en 2016 dans le cadre d’un projet ANR porté par le LAPLACE et associant les partenaires industriels SCLE et CIRTEM. Celle-ci est basée sur un circuit de compensation de Steinmetz contrôlée par des gradateurs MLI.Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet « High Voltage Balancing System » (HVBS), financé par le programme France 2030 opéré par l’ADEME. L’objectif de ce projet, débuté en 2019, est le dimensionnement, le développement et la réalisation industrielle d’une nouvelle topologie de compensateur de déséquilibre dédiée aux sous-stations ferroviaires 25kV/50Hz.Cette thèse présente tout d’abord les perspectives d’évolution du trafic ferroviaire puis dresse un l'état de l'art des topologies de compensateurs de déséquilibre. Par la suite, une étude comparative, considérant les pertes dans les semi-conducteurs et les énergies stockées dans les éléments réactifs permet de mettre en avant l'intérêt de la nouvelle solution proposée.Deux outils de dimensionnement, considérant les puissances consommées par les sous-stations, sont ensuite présentés. L’un est dédié aux sous-stations monophasées classiques, l’autre concerne les sous-stations à schéma en « V », utilisées principalement pour l’alimentation des lignes à grande vitesse.Afin de préparer l’installation du compensateur sur le réseau de transport d’électricité, une analyse harmonique du courant absorbé par la sous-station doit être réalisée. Celle-ci est ensuite exploitée dans un modèle de simulation qui permet de vérifier qu’il n’y a pas d’interactions entre le réseau haute tension triphasé, le système de compensation et la sous-station. Ceci démontre la robustesse du compensateur et de son contrôle vis-à-vis des perturbations harmoniques générées par les trains.Enfin, la dernière partie de cette thèse est dédiée à la réalisation et au test d'une branche expérimentale connectée au réseau 20kV et comprenant 54 gradateurs MLI connectés en série. Les résultats expérimentaux obtenus sur la plateforme d’essais de la société SCLE, sont présentés. Ils valident le bon fonctionnement de la solution développée et ouvrent la voie à son installation dans une des sous-stations critiques du réseau ferré national
To increase railway traffic, the quality of the electrical power supply is crucial. On the one hand, it is necessary to guarantee a satisfactory voltage level for the proper operation of traction units and, on the other hand, to ensure that the energy drawn from the upstream electricity transmission network meets quality standards. For 25kV/50Hz electrified lines, the increase in power consumption can only be tolerated by the power supplier if the voltage unbalance, due to the substation connection between two phases, is minimal. To meet this constraint and to meet the challenge of increasing traffic on its lines, SNCF-Réseau has to rely on power electronics solutions.The balancing systems currently used by SNCF-Réseau are based on three-phase voltage inverters. These systems have high losses, and their maintenance is complex. It is against this background that a new low-loss modular topology was proposed in 2016 as part of an ANR project led by LAPLACE and involving industrial partners SCLE and CIRTEM. This solution is based on a Steinmetz compensation circuit controlled by PWM AC choppers.This thesis was carried out as part of the “High Voltage Balancing System” (HVBS) project, funded by the France 2030 program operated by ADEME. The aim of this project, which began in 2019, is the design, development, and industrial realisation of a new unbalance compensator topology dedicated to 25kV/50Hz railway substations.This thesis first presents the future prospects for railway traffic, followed by a state-of-the-art review of unbalance balancing topologies. Subsequently, a comparative study, considering semiconductors losses and the reactive elements stored energies, highlights the advantages of the proposed new solution.Two design tools, considering the power consumed by the substations, are then presented. One is dedicated to conventional single-phase substations, while the other concerns "V" scheme substations, mainly used for the power supply of high-speed lines.To prepare for the installation of the compensator on the power transmission network, a harmonic analysis of the current absorbed by the substation must be carried out. This is then used in a simulation model to check that there are no interactions between the three-phase high-voltage network, the compensation system, and the substation. This demonstrates the robustness of the compensator and its control against harmonic disturbances generated by the trains.Finally, the last part of this thesis is dedicated to the realisation and testing of an experimental branch connected to the 20kV network and comprising 54 PWM AC choppers connected in series. The experimental results obtained on SCLE's test platform are presented. They validate the proper operation of the developed solution and pave the way for its installation in one of the critical substations of the national railway network

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception et le dimensionnement de composant magnétique dédié au transfert d'énergie sans contact pour des applications ferroviaires de type tramway. Cette famille de composant présente un comportement fortement inductif. Un convertisseur à double fréquence de résonance est utilisé pour l'alimenter et compenser l'énergie réactive du coupleur. Pour parvenir à dimensionner ce composant et son convertisseur associé, un outil d'aide au dimensionnement a été mis au point. Celui-ci est basé sur des modèles analytiques du composant magnétique et de la structure d'électronique de puissance. Une fois le dimensionnement réalisé, une étude des pertes, dans les bobinages et les circuits magnétiques, est réalisée par simulation numérique en utilisant la méthode d'homogénéisation (représentation macroscopique des éléments avec des propriétés électromagnétiques complexes). Puis, la modélisation du comportement thermique du système est présentée afin de garantir la température de fonctionnement désirée. Afin de valider l'approche de dimensionnement et les outils mis en place, des expérimentations ont été menées sur des prototypes de 1,6 et 100 kW. Les résultats obtenus ont montré la précision et la pertinence de l'approche théorique. Cette étude valide la faisabilité de ce type de système forte puissance
The works presented in this thesis deal with the design and the sizing of magnetic component dedicated to contactless energy transfer for railway application like tramway. This family of component presents a strongly inductive behavior. A double resonance converter is used to supply and compensate reactive energy of transformer. In order to design this component and its associated converter, a design tool has been implemented. This one is based on analytical models of magnetic component and power electronic converter. One time designing realized, a study of losses, in windings and in magnetic cores, is realized by numerical simulation by using homogenization method (macroscopic representation of elements with electromagnetic complex properties). Then, the establishment of a model of thermal behavior of system is presented in order to guarantee desired working temperature. In order to check designing approach and tools, experimentations have been performed on prototypes of 1.6 and 100 kW. Obtained results show the accuracy and relevance of theoretical approach. Moreover, this study confirms the feasibility of this kind of high power system

Planifier les horaires des trains qui circulent sur un réseau constitue une tâche complexe. En Europe, elle s'inscrit dans un processus qui voit le gestionnaire d'infrastructure opérer des choix pour répartir une ressource rare, la capacité d'infrastructure, entre des usages concurrents - commerciaux (trains de voyageurs et de marchandises) et de maintenance (travaux) - et des demandeurs multiples. Dans ce travail, nous cherchons à mieux cerner comment s'organise et fonctionne le processus pour le réseau ferré français par le prisme du fret, activité ouverte à la concurrence depuis 2006 mais qui traverse une crise structurelle depuis plusieurs décennies. Les différentes facettes temporelles du processus de répartition des capacités constituent le fil conducteur de notre analyse. A travers une démarche croisant le point de vue du gestionnaire d'infrastructure et celui de ses clients, au premier rang desquels les entreprises ferroviaires, nous montrons que le fret occupe une place singulière dans ce processus qui se structure selon un calendrier spécifique, fruit de dispositions règlementaires européennes et d'héritages et de choix nationaux. La question de la qualité de sillons offerts par le gestionnaire d'infrastructure est appréhendée sous l'angle d'une articulation entre composantes de court et de long termes par rapport à l'échéance de circulation. Activité plurielle, le fret a besoin de flexibilité et de visibilité. Nous nous intéressons enfin aux sillons-catalogue en tant que dispositif participant à garantir de la capacité au fret. Une analyse de la méthode allemande, à travers le projet neXt, est proposée en guise de contrepoint. Nous mettons en évidence que l'équilibre entre des exigences industrielles (standardisation) et commerciales (personnalisation) dans la production des sillons est indispensable mais demeure délicat à établir
Train timetabling on a rail network is a complex task. In Europe, this issue lies within a process for which the infrastructure manager has to consider competing uses - passenger and freight trains as well as maintenance work - and several users of a scarce resource, infrastructure capacity. The aim of this research is to better understand the way this process is organised and works on the French rail network. We have chosen to tackle this issue focusing on freight as an activity which has been opened up to competition since 2006 but has experienced structural difficulties for decades. The various time aspects of the capacity allocation process are the key focus of our analysis. Our approach considers the perspectives of the infrastructure manager and of their customers, foremost among which are train operating companies. We highlight that freight occupies a unique place in this process which is based on a schedule resulting from both European regulations and the legacy of decisions taken at the national level. The issue of the quality of the train paths offered by the infrastructure manager is studied with a focus on the links between short and long term requirements with regard to the train running deadline. In spite of their diversity, we demonstrate that freight operators need flexibility and visibility. Finally, we analyse catalogue paths as a specific offer that aims to guarantee capacity for freight. The German method, through the neXt project, provides an alternative insight into this issue. Accommodating freight train paths into the timetable is essentially a necessary but delicate balance of interests: standardisation vs. customisation

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

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