Réalisation d'un simulateur évolutif, système multi-agents et approche dirigée par les modèles : application à la simulation électrique ferroviaire

Realization of a scalable simulator, multi-agent system and model-driven architecture : application to electric railway simulation

• Auteur / Autrice : Boris Desjouis
• Direction : Jean Bigeon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel conception et production
• Date : Soutenance le 11/04/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Alain Bouscayrol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Ossart, Stéphane Marie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hubert Piquet, Roger Champagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chemins de fer

Mots clés libres

Simulation

Modélisation

Ferroviaire

Simulation

Modeling

Railway

Résumé

La traction ferroviaire est apparue au XIXème siècle. Son développement est dû au fait qu’elle permet le déploiement de modes de transports de masses, économiques, fiables et sécurisés. Il a été rendu possible par la mise en œuvre de moyens techniques et humains considérables qui doivent perdurer pour assurer son bon fonctionnement. Nous aurions tort de penser qu’il est aisé de faire circuler des trains à grandes vitesses à 3 minutes d’intervalle pour assurer le meilleur service possible tout en garantissant la sureté des voyageurs par exemple. Ceci rend la problématique ferroviaire particulière, et intéressante, car elle se situe à l’interface de différents métiers qui doivent tous être coordonnés.La difficulté d’évaluation des situations ferroviaires a mené au développement d’outils de simulation spécifiques dont il est aujourd’hui impossible de se priver pour entretenir, modifier ou étendre le réseau. Ces travaux se focalisent ainsi sur les outils d’aide au dimensionnement des installations de tractions électrique. Ces dernières constituent le cœur même du système puisque c’est à travers elles que le réseau s’alimente en énergie. Le coût énergétique a toujours été au centre des préoccupations et est à nouveau la raison profonde qui motive ces travaux. En effet, si le réseau n’a jamais cessé d’évoluer avec l’émergence de nouvelles technologies visant à diminuer le coût énergétique, la tendance va aujourd’hui en s’accélérant pour chercher et développer de nouveaux de dispositifs ou mode d’exploitation autorisant des économies substantielles. Se posent alors les problématiques liées à la recherche de telles solutions et à leur déploiement. Les considérations techniques liées à leur intégration au sein du réseau, leur intérêt économique, … doivent être étudié selon des modèles assurant un bon degré de précision. Les outils de simulation doivent donc être en mesure de lier au sein d’une même modélisation, d’un même environnement informatique, des problématiques connexes comme le déplacement des trains sur le réseau et le fonctionnement du réseau d’installations électriques (tels les simulateurs existants) et également considérer des modèles spécifiques permettant l’étude de nouvelles solutions (tel les smart grid, l’élaboration d’un trafic coordonnée optimal du point de vue énergétique …). Nous présentons alors le sujet de cette thèse qui traite de la conception d’un simulateur évolutif dont le modèle est élaboré pour prendre en compte les technologies futures et donc être un système ouvert.Nous avons deux objectifs majeurs. D’une part nous devons être en mesure de réaliser un modèle de réseau électrique ferroviaire qui assure le même degré de finesse du réseau que les modèles déjà en place. Vu les enjeux liés à la qualification des résultats nous nous imposons de réutiliser les modèles existant au maximum. Ceci met bien sur des contraintes supplémentaires de réalisation. D’autre part l’architecture que nous proposons (et le modèle informatique de cette architecture) doit pouvoir évoluer facilement. Afin de pouvoir garantir ces objectifs nous devons dissocier clairement les modèles physiques des problèmes liés à l’architecture logicielle elle-même Nous cherchons donc à proposer un environnement selon une approche originale qui s’inscrit dans une démarche d’ingénierie dirigée par les modèles.

The rail traction appeared in the nineteenth century. Its development is due to the fact that it allows the deployment of mass transport modes, economic, reliable and secure. It was made possible by the implementation of considerable resources - technical and human - that have to perdure in order to ensure proper railway network operation. It would be wrong to think that it is easy to circulate to high speed trains to 3 minutes apart to ensure the best possible service while ensuring the safety of passengers. This makes the railway problematic special and interesting because it lies at the interface of different trades which must be coordinated.The difficulty of assessing situations rail led to the development of specific simulation tools. Now they can't be ignore to maintain, modify or expand the network. Therefore this work will focus on simulation tools that aid to the design of railway power supply installations. These are the very heart of the system since they provides the power through the system. The energy cost has always been a central concern and it is again the underlying reason that motivates this work. Indeed, if the network has continued to evolve with the emergence of new technologies to reduce the energy cost, the trend is accelerating today to seek and develop new devices or operating mode that allow substantial savings. This raises issues related to the search for such solutions and their deployment. The technical considerations related to their integration within the network, their economic interest ... shall be considered as models ensuring a good degree of accuracy. Simulation tools must be able to link in a same model - the same computing environment - related problems such as movement of trains on the network and the operation of the network power supply installations (such existing simulators) and also consider specific models for the study of new solutions (such as the smart grid, the development of an optimal coordinated traffic ...). Then we present this thesis which deals with the design of an evolutionary simulator whose the model is developed to accommodate future technologies and thus must be an open system.We have two major objectives. On the one hand we have to be able to realize a railway simulator that provides the same degree of finesse that models already in place. Given the issues qualifying results we impose reuse existing models to the maximum. This puts additional stress on designing the simulator. On the other hand the architecture we propose (and the computer model of this architecture) must evolve easily. In order to ensure these objectives we must clearly separate the physical models of problems related to software architecture itself. Therefore we offer an environment using an original approach that fits the approach of model driven architecture.