Soutenance de thèse de Arun Kumar Kantheti (département automatique)

Des études récentes montrent que les systèmes de métro souterrains présentent des concentrations élevées d’émissions particulaires, principalement générées par les systèmes de freinage, constituant un risque important pour la santé publique. Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet BREAQ, vise à réduire ces émissions en optimisant les profils de conduite des trains.

Les travaux de recherche portent sur le développement de stratégies de commande optimale des trains en utilisant des méthodes indirectes afin de minimiser les émissions liées au freinage.

Tout d’abord, pour gérer efficacement les contraintes dans les problèmes de commande optimale, une procédure de continuation numérique est mise en œuvre, permettant une intégration itérative des contraintes. Deux techniques d’initialisation sont proposées pour résoudre le problème bien connu de l’initialisation des solveurs de problèmes aux deux bouts (Boundary Value Problems). L’efficacité de ces outils est démontrée à l’aide d’exemples numériques avant d’être appliquée aux problématiques principales de cette thèse.

En s’appuyant sur ces développements méthodologiques, la thèse aborde d’abord le problème classique de l’éco-conduite en intégrant un modèle d’efficacité énergétique non linéaire. Les résultats indiquent que cette approche surpasse ceux obtenus avec des modèles affine. De plus, l’analyse des compromis entre la durée du trajet et la consommation d’énergie met en évidence le potentiel de cette approche pour les opérateurs ferroviaires.

Ensuite, un problème de commande optimale multi-objectifs, tenant compte simultanément d’un critère énergétique et de l’usure des freins, est formulé afin de minimiser les émissions de freinage. Les résultats montrent que, pour une durée de trajet donnée, il existe un compromis entre les émissions et l’augmentation de la consommation d’énergie. Cette méthode offre aux opérateurs ferroviaires un outil pratique leur permettant d’adapter les profils de conduite en fonction des priorités opérationnelles, en équilibrant efficacité énergétique et réduction de l’usure. Une telle approche pourrait être particulièrement bénéfique pour la réduction des émissions de freinage dans les réseaux de métro souterrains.

Enfin, une étude expérimentale préliminaire est réalisée sur un banc d’essai de freinage à échelle réduite afin de mieux comprendre la dynamique de la température de freinage et des émissions particulaires. Des modèles préliminaires de température des freins et d’émissions de particules sont proposés. Ces résultats constituent une base pour le développement de modèles plus précis dans les recherches futures.

Rapporteurs :

• Mme. Lydie NOUVELIÈRE, Maître de Conférence HDR, Université Evry Paris-Saclay, France
• M. Antonio SCIARRETTA , Dr. HDR, ASN, IFP Energies Nouvelles, France

Examinateurs :

• M. Michel BASSET, Professeur des Universités, Université Haute-Alsace, France
• M. Guillaume COLIN, Professeur des Universités, PRISME/ECM-Polytech Orléans, France

Directeur de these :

• M. Sébastien DELPRAT, Professeur des Universités, Université Polytechnique Hauts-de-France, France

Co-encadrant :

• M. Denis BERDJAG, Maître de Conférences, Université Polytechnique Hauts-de-France, France

Membres invités :

• Mme. Karine PAJOT, Air Quality Manager, Alstom Transport SA, France
• M. Aamir KAMRAN, Brakes and Air Supply System Engineer, Alstom Transport SA, France