Optimisations Des Tournée D'inspections Des Voies Ferrées

L’ONCF utilise L’engins SPI8 spécialisés pour ausculter les fissures internes du rail. La fréquence d’auscultation de chaque rail est fonction du tonnage cumulé qui passe dessus. La programmation des engins d’auscultations ultrasonores est aujourd’hui décentralisée.

Dans le cadre d’une étude de réorganisation, l’ONCF souhaite étudier la faisabilité de l’optimisation de certaines tournées d’inspection. Dans le cadre de ce sujet l’optimisation de la programmation des engins d’auscultation à ultrasons est étudiée.

Une modélisation sous forme de problème de tournées sur arcs généralisant

Plusieurs problèmes académiques est proposées. Une méthode de résolution exacte,remerciment La SNCF a été pour moi un formidable environnement de travail et de développement. Je remercie

très chaleureusement, David de Almeida, Nicolas Marcos, Philippe Pouligny et Christian

Weber de m’avoir fait confiance et de m’avoir offert la possibilité de continuer ma formation

en optimisation combinatoire sur un sujet aussi passionnant et complexe. Merci aussi à Philippe

Mercier, Philippe Lemarchand et François Pincemaille pour m’avoir aussi bien décrit leur

métier.

Merci à Mathilde Carlier-Clairouin, Caroline Desprez, François Ramond et Francis Sourd

d’animer avec tant de générosité le département d’optimisation de la SNCF.

Enfin, je remercie Jeanne de m’avoir soutenue et d’avoir facilité la tâche des correcteurs en

filtrant les erreurs de ce mémoire.

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tel-00595070Introduction

Ce mémoire de thèse de doctorat traite de la modélisation mathématique et de la résolution

d’un problème d’optimisation de tournées d’inspection du réseau ferroviaire.

Des trains spécialisés sont utilisés pour vérifier l’état des composants de l’infrastructure (rails,

caténaires, nivellement, ponts) ou pour les entretenir (désherbage, taille des haies). Ils servent à

inspecter le réseau ferroviaire pour vérifier sa conformité avec les standards de sécurité. Le problème

d’optimisation des tournées d’inspection que nous proposons est assez générique pour

pouvoir être adapté facilement à différents types d’engins. Dans le cadre de ce mémoire, seule

l’application aux engins d’auscultation à ultrasons est présentée. Ces engins de mesures détectent

les fissures internes du rail. Ces informations sont importantes pour l’exploitation du

réseau ferroviaire car elles permettent de prévenir les ruptures de rail en déclenchant des maintenances

correctives. Bien que la majorité de ces ruptures ne fassent pas dérailler les trains 1, elles

peuvent perturber très sérieusement le trafic. Les fissures des 30 000 km de lignes (50 000 km de

voies) du réseau ferré français sont surveillées par les 23 régions SNCF à l’aide de ces engins.

Ce problème industriel a été initialement proposé par le département de recherche opérationnelle

(DIR/GDA2) et le département de maintenance des voies (CSC-EM2) de la SNCF. Il est

stratégique car il consiste à optimiser des tournées de maintenance nationale et annuelle. Il est

original car il n’existe pas, à notre connaissance, d’outil d’optimisation des tournées d’engins à

la SNCF. Sa résolution est un défit de par la taille du réseau et l’horizon annuelle de planification.

De plus, la modélisation de ce problème nécessite de déterminer l’essence du problème,

c’est-à-dire trouver quelles caractéristiques d’une solution proposée apporte une réelle aide aux

programmateurs des engins.

Le modèle choisi pour formaliser ce problème est basé sur les tournées de véhicules sur

arcs. Le programme mathématique formulé pour le décrire généralise plusieurs problèmes de

tournées sur arcs avec contraintes de capacité. Une heuristique originale de résolution par décomposition

mathématique est proposée pour obtenir une solution optimisée du problème de

tournées d’inspections. Dans le cadre de cette heuristique alliant génération de coupes et de

colonnes, une méthode de projection de coupes est proposée pour accélérer la convergence de

la génération de contraintes. Dans le cadre d’un algorithme d’ordonnancement, une méthode

1. En 2007, il y a eu uniquement 2 déraillements de trains SNCF.

2. Direction de l’Innovation et de la Recherche/Génie Décisionnel Appliqué

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tel-00595070, version 1 - 23 May 2011

Chapitre 1. Introduction

originale d’exploration de l’espace réalisables est aussi proposée. Cette méthode calcule une

estimation de l’impact des décision prises durant l’exploration de l’arbre de recherche. Cet impact

est quantifié sous la forme d’un prix marginal qui est utilisé pour mettre à jour la fonction

objectif.

Des expérimentations numériques sont réalisées à partir d’un jeu de données réelles décrivant

les auscultations à réaliser pour l’année 2009. Plusieurs approches sont comparées numériquement

afin de définir la variante la plus efficace pour les données

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