Optimisation combinatoire intégrée de la gestion du matériel roulant et de la circulation ferroviaire dans les gares de passagers

Railway stations that concentrate starts and ends of train journeys structure most of the passenger lines operations. Indeed, rolling stock preparation operations (cleaning, trains coupling...) which are called shunting are scheduled there. These operations are essential to ensure service quality. These operations require train movement and parking. The thesis tackles an integration of shunting operation planning and capacity management in railway stations. The Generalized Train Unit Shunting Problem (G-TUSP) is introduced to consider this integration. In the G-TUSP we assign trains which arrive in a railway station to departures and parking tracks and we schedule their maintenance operations and their movements. These decisions are made to minimize departure delays, coupling and uncoupling operations and maintenance or departure cancellations. The G-TUSP has constraints due to rolling stock and infrastructure characteristics or related the nature of the operations carried out. The G-TUSP includes four sub-problems, often considered independently in literature. The thesis proposes optimization algorithms as decision support tool for shunting planners. A mixed integer linear programming formulation which considers a detailed representation of G-TUSP aspects is set. The formulation is tested on instances representing traffic at Metz-Ville station. Relevant results are obtained within an hour of computation. Then, we propose algorithms in which we consider different combinations for the integrated or sequential solutions of the G-TUSP sub-problems. In a thorough experimental analysis, based on Metz-Ville station instances, we study the contribution of each sub-problem to the difficulty of the G-TUSP, and we identify the best algorithm. This algorithm returns very satisfying results in less than 20 minutes.; Les gares ferroviaires concentrant les fins et les débuts de trajets des trains structurent l'essentiel de l'exploitation de lignes pour passagers. En effet, on y programme des opérations de préparation du matériel roulant (nettoyage, accouplement des trains. . . ) dites de « produit train » indispensables à la qualité de service. Ces opérations imposent des manoeuvres et nécessitent de garer des trains. Cette thèse aborde de manière intégrée la planification des opérations de produit train et la gestion de la capacité en gare. Elle introduit pour cela le Generalized Train Unit Shunting Problem (G-TUSP). Il s'agit plus précisément d'affecter des trains arrivant dans une gare à des départs et des voies de garage et d'ordonnancer leur maintenance et leurs manoeuvres. Ces décisions sont prises afin de minimiser les retards au départ, les accouplements et désacouplements de trains et les annulations de départ ou de maintenance. Le G-TUSP possède des contraintes liées à des caractéristiques techniques du matériel roulant et de l'infrastructure ainsi qu'à la nature des opérations réalisées. Le G-TUSP comporte quatre sous-problèmes, souvent traités indépendamment dans la littérature. Cette thèse propose des algorithmes d'optimisation comme outils d'aide à la décision pour les planificateurs du produit train. Une formulation en programme linéaire à variables mixtes est établie en considérant une représentation détaillée des aspects du G-TUSP. La formulation est testée sur des instances réelles de la gare Metz-Ville et des résultats pertinents sont obtenus en une heure de calcul. Nous proposons ensuite des algorithmes dans lesquels nous considérons différentes combinaisons d'approches séquentielles ou intégrées pour les sous-problèmes du G-TUSP. Dans une analyse expérimentale détaillée basée sur des instances de la gare de Metz-Ville, nous étudions la contribution de chaque sous-problème à la diffculté du G-TUSP et nous identifions le meilleur algorithme. Cet algorithme donne des résultats très satisfaisants en moins de vingt minutes.