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La présente recherche pluridisciplinaire a pour objectif principal d'analyser et d'évaluer de nouvelles potentialités de l'amélioration du fonctionnement des réseaux de voies rapides (RVR) avec leur maillage progressif et en particulier avec le développement des systèmes d'information des usagers. Cette recherche s'appuie principalement sur le cas concret du RVR d'Ile-de-France, représentatif par sa complexité structurelle et par les problèmes rencontrés lors de son exploitation et notamment ceux liés à la mise en œuvre opérationnelle du système d'exploitation : SIRIUS. L'examen de l'approche d'exploitation de ce réseau révèle deux problèmes majeurs qui sont au cœur de l'amélioration du fonctionnement des RVR : celui du manque d'outils adaptés et celui de l'organisation des acteurs. Partant de ces deux constats, notre recherche s'est focalisée sur deux axes : - développement, analyse, validation et prospective des outils d'exploitation, - analyse des aspects organisationnels et éléments de réflexion pour la définition de politiques d'exploitation. Cette recherche a consacré beaucoup d'effort au développement des outils et à l'élaboration des procédures pour la maîtrise du recueil automatique des données (RAD). Un enseignement de notre travail est d'avoir montré que, pour les systèmes d'exploitation comme SIRIUS, il s'agit là d'un aspect essentiel. L'approche de la détection automatique des bouchons (DAB) développée permet leur détection systématique et quasi instantanée, avec un taux de fausses alarmes raisonnable. L'application de cette approche de DAB devrait assurer une information fiable sur les encombrements. De manière générale, la maîtrise du RAD ouvre la voie à la prestation de différents niveaux de services dont l'impact en matière d'exploitation routière doit encore faire l'objet d'évaluations complémentaires. Parallèlement, nous démontrons que cette maîtrise - et plus généralement, celle de l'exploitation des RVR - dépend des réponses apportées à certains problèmes d'organisation. Dans un contexte multi-acteurs, il est nécessaire de favoriser au maximum la coopération, mais il faut également tenir compte des exigences d'autonomie de chaque acteur pour améliorer les performances d'ensemble du système socio-technique d'exploitation des RVR. Des propositions concrètes, visant à une approche globale des problèmes d'exploitation des RVR, sont formulées en ce sens.