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Autonomous vehicles are predicted to number several millions by 2025. Crucially, these vehicles will be able to communicate and coordinate with vehicles in range, opening up opportunities to mitigate congestion and the risk of accidents. This ability to communicate and coordinate underpins the notion of Connected Autonomous Vehicles (CAVs). This thesis presents a decentralised mechanism for traffic control of CAVs in settings where road intersections have to be managed and optimised. Against this background, we propose a solution based on the distributed constraint optimisation approach (DCOP). We first model the intersection and formulate the regulation problem as a DCOP. Following this, we evaluate the performance of different DCOP algorithms. Thereafter, we opt for an algorithm and adapt it to the traffic regulation problem, in order to improve performance and enhance security. In a multi-intersection setup, we propose an individual priority mechanism allowing road intersections to distribute vehicles while avoiding computational expensive global optimisation, On prévoit que le nombre de véhicules autonomes atteindra plusieurs millions d'ici 2025. Ces véhicules pourront communiquer et se coordonner avec les véhicules à leur portée, ce qui permettra de réduire les encombrements et les risques d'accidents. Cette capacité de communication et de coordination sous-tend la notion de véhicules autonomes connectés (CAVs). Cette thèse présente un mécanisme décentralisé de régulation de traffic pour les CAVs dans des environnements où les intersections doivent être gérées et optimisées. Nous proposons une solution basée sur l'approche d'optimisation sous contraintes distribuée (DCOP). Nous modélisons d'abord l'intersection et formulons le problème de régulation comme un DCOP. Ensuite, nous évaluons les performances de différents algorithmes DCOP. Ensuite, nous optons pour un algorithme et l’adaptons au problème de la régulation du trafic afin d’améliorer les performances et la sécurité. Dans une configuration multi-intersections, nous proposons un mécanisme de priorité individuel permettant aux intersections de répartir les véhicules tout en évitant une optimisation globale coûteuse en calcul

The continuous increase in the number of vehicles has constantly led to innovation to improve the regulation of road traffic. Today, vehicle automation and inter-vehicular communication make possible a new approach: the autonomous and cooperative intersection (ACI) in which autonomous vehicles communicate to negotiate their right of way at the intersection. Theoretically more effective, safer and more economical than traditional approaches, its implementation and deployment constitute a scientific and technological challenge. In this paper, we propose several contributions supporting this development: a longitudinal and lateral vehicle control strategy designed to work with information discrete and suffering from latency (coming from wireless communication or satellite positioning), a preventive solution of the risks of deadlock specific to the ACI, and finally the implementation and testing of a real prototype of ACI with three autonomous vehicles. An exploratory work is then provided to generalize the principles of the ACI, in order to automate and optimize the operations of lane change and insertion., L'augmentation continue du nombre de véhicules a sans cesse conduit à innover pour mieux réguler le trafic routier. Aujourd'hui, l'automatisation des véhicules et la communication inter-véhiculaire rend possible une nouvelle approche : l'intersection autonome et coopérative (IAC) dans laquelle les véhicules autonomes communiquent pour négocier leur droit de passage à l'intersection. Théoriquement plus efficace, plus sûre et plus économique que les approches traditionnelles, son implémentation et son déploiement constituent néanmoins un défi scientifique et technologique. Dans ce mémoire, nous proposons plusieurs contributions soutenant ce développement : une stratégie de contrôle longitudinal et latéral du véhicule conçues pour fonctionner avec des informations discrètes et présentant une latence (provenant de la communication sans-fil ou du positionnement satellite), une solution de prévention des risques d'inter-blocage spécifique à l'IAC, et enfin, l'implémentation et l'expérimentation d'un prototype réel d'IAC avec trois véhicules autonomes. Un travail exploratoire est ensuite fourni pour généraliser les principes de l'IAC, afin d'automatiser et optimiser les opérations de changement de voie et d'insertion.

In 2014, as part of the Climate Plan, EU member countries have committed to reduce by 27% their energy consumption. One of the main focal areas consists in increasing the energy efficiency of urban transports. This thesis aims to propose a methodology to reduce the energy consumption of automatic metro lines while integrating traffic disruptions that occur under normal operating conditions. The principle adopted in this work is to maximize the reuse of electrical energy generated during braking of the train, by other trains running on the line. First part is dedicated to the electrical modeling of an automatic metro line and development of methods to calculate power flows between trains and power substations. Then, optimization algorithms are introduced to perform optimization of the most influential operating parameters in an ideal configuration ignoring traffic fluctuations. Finally, a methodology based on learning simulation data is developed in order to achieve optimization of energy consumption integrating traffic disruptions in real time. This last part will thus purchase the objective to provide a decision support to determine optimal dwell times to be carried out by trains in each station, so as to maximize braking energy recovery.; En 2014, dans le cadre du Plan Climat, les pays membres de l’Union Européenne, se sont engagés à réduire de près de 27% leur consommation d’énergie. L’un des axes d’études concerne l’augmentation de l’efficacité énergétique des transports urbains. Cette thèse a pour objectif de proposer une méthodologie afin de réduire la consommation énergétique de lignes de métro automatique tout en intégrant les perturbations de trafic qui se produisent dans des conditions normales d’exploitation. Le principe retenu dans ces travaux est de maximiser la réutilisation de l’énergie générée lors du freinage des trains, par les autres trains présents sur la ligne. Une première partie est dédiée à la modélisation électrique d’une ligne de métro automatique et à la présentation de méthodes permettant de calculer les flux de puissances entre les trains et les sous-stations d’alimentation. Ensuite, des algorithmes d’optimisation sont introduits pour effectuer l’optimisation des paramètres d’exploitation les plus influents dans une configuration idéale n’intégrant pas les aléas de trafic. Enfin, une méthodologie basée sur un apprentissage des données de simulation est développée dans le but de réaliser l’optimisation énergétique de la consommation en temps réel et en intégrant les perturbations de trafic. Cette dernière partie aura ainsi pour objectif de fournir une aide à la décision dans le choix des temps d’arrêts que doivent effectuer chaque train en station afin de maximiser la récupération de l’énergie issue du freinage.

Président du jury : Francis BEAUCIRE, Professeur à l'Université de Paris 1 Panthéon-Sorbonne Membres du jury : Michel GARIEPY, Professeur à l'Université de Montréal Jean-Marc OFFNER, Directeur de Recherche (INRETS LATTS) ENPC Paris Frank SCHERRER, Professeur à l'Université de Lyon II Louis Lumière Olivier SOUBEYRAN, Professeur à l'Université de Grenoble I Joseph Fourier Gabriel DUPUY, Professeur à l'Université de Paris 1 Panthéon-Sorbonne; When examined as a system of players who develop and share knowledge and know-how, French expertise in urban transport planning shows up as a social construction subordinated to community demand (from power-driven means of transport to sustainable ones) and the local context (transport control is being partially transferred from the state and transport companies to local authorities). How is French expertise renewing itself ? This thesis analyses the results of an investigation encompassing a dozen French consulting firms among the most active in urban transport planning in the 1990s. The barriers between means of transport and between planning, design and operating have become less marked. Alongside objectivising skills based on modelling, new quality-oriented, interactive skills turned towards local stakeholders and bringing into play different time and area scales are now making their presence felt. Different national semi-private and public organizations, in particular Certu, still play a leading role in disseminating information about new skills. Software applications from Europe and North America, however, are increasing their influence over modelling skills; much of the expertise concerning non-motorized means of transport is also being elaborated in a “mixed forum” of professionals, local elected representatives and user groups. The situation in Britain and Germany, as well as a tendency towards more open markets, indicate that traditional French system of expertise in transport may well evolve in coming years.; Etudiée comme un système d'acteurs qui partagent et élaborent des connaissances et des savoir-faire, l'expertise française en planification des déplacements urbains est ici considérée comme une construction répondant aux évolutions de la demande sociale (du développement de l'offre motorisée à celui des modes alternatifs à l'automobile) et du contexte institutionnel dans les métropoles urbaines françaises (transfert de l'autorité sur les transports des administrations de l'Etat et des opérateurs de réseaux vers les collectivités locales). Comment l'expertise française innove-t-elle ? Cette thèse présente les résultats d'une enquête auprès de douze bureaux d'études concurrentiels d'envergure nationale ayant participé aux plans de déplacements urbains (Altermodal, Codra, Isis, Iter Conseil, MTI Conseil, Mva, Sareco, Semaly, Setec, Systra, Thalès I&C, Transitec). Les cloisonnements entre modes de transport ainsi qu'entre la planification, la conception et l'exploitation s'estompent. A coté d'une expertise objectivante fondée sur la modélisation des déplacements, apparaît une expertise plus qualitative qui interagit fréquemment avec les acteurs locaux et articule davantage les différentes temporalités et échelles territoriales. Les organismes nationaux de diffusion de l'innovation, notamment le Certu continuent de jouer un rôle prépondérant, cependant l'apport des fournisseurs de logiciels développés en Europe ou en Amérique du Nord formate la modélisation et l'essentiel de l'expertise relative aux modes non motorisés se construit au sein d'un « forum hybride» regroupant professionnels, élus locaux et associations d'usagers. Au vu des situations allemande et britannique et de la mise en concurrence de l'expertise publique, ces évolutions pourraient préfigurer une recomposition du système français d'expertise en transport et mobilité.

This research was performed in the field of railway traffic regulation. We aimed to identify and to describe cognitive strategies of the operators in charge of the management of the incidents occurring on a subway line. We analyzed with an ergonomic approach the activity of two types of regulators (operators in charge of traffic regulation and incidents managers).; Ce travail de recherche a été réalisé dans le cadre du transport ferroviaire. Il concerne l'analyse de l'activité de régulation du métro et s'appuie sur les apports théoriques de la psychologie et de l'ergonomie dans les domaines de la gestion d'environnements dynamiques, de l'approche instrumentale et des conceptualisations pragmatiques. Deux métiers de régulation ont été observés (chef de régulation au PCC et chef de départ en terminus) en utilisant la vidéo et l'autoconfrontation pour comprendre les stratégies, les instruments et la structuration de l'activité des opérateurs en situation perturbée.

This research was performed in the field of railway traffic regulation. We aimed to identify and to describe cognitive strategies of the operators in charge of the management of the incidents occurring on a subway line. We analyzed with an ergonomic approach the activity of two types of regulators (operators in charge of traffic regulation and incidents managers)., Ce travail de recherche a été réalisé dans le cadre du transport ferroviaire. Il concerne l'analyse de l'activité de régulation du métro et s'appuie sur les apports théoriques de la psychologie et de l'ergonomie dans les domaines de la gestion d'environnements dynamiques, de l'approche instrumentale et des conceptualisations pragmatiques. Deux métiers de régulation ont été observés (chef de régulation au PCC et chef de départ en terminus) en utilisant la vidéo et l'autoconfrontation pour comprendre les stratégies, les instruments et la structuration de l'activité des opérateurs en situation perturbée.

La situation générale de la circulation routière en Suisse rend indispensable la recherche de nouvelles solutions, basées sur les récentes évolutions technologiques en matière d'information routière et de régulation de trafic. Ces solutions ont des multiples objectifs dont les principaux sont: la minimisation des temps de parcours, la réduction en nombre et en taille des congestions, la diminution de la pollution, l'amélioration de la sécurité des usagers. Au délà de ces technologies dites "télématiques", il est nécessaire de développer en Suisse des méthodologies et des outils permettant de rendre ces solutions opérationnelles, de les évaluer et de les implémenter, à l'instar de ce qui se fait en Europe, aux Etats-Unis et au Japon. La combinaison de la télématique de pointe et des outils pour la mise en oeuvre et l'évaluation de solutions constitue les Systèmes de Transports Intelligents (ITS en anglais). A l'heure actuelle, les panneaux à messages variables (PMV) ainsi que les panneaux de limitations de vitesse variables sont des outils fréquemment utilisés pour la gestion du trafic, notamment sur les autoroutes urbaines. L'autoroute de contournement de la ville de Lausanne est partiellement équipée de ces installations et devrait, dans un futur proche, être complétement équipée. Cette étude entre donc dans le cadre de l'évaluation des effets que peut engendrer l'utilisation de tels systèmes de régulation, que ce soit sur la performance du réseau ou la sécurité des usagers.