Étude de la gestion de l’autonomie en énergie d’objets communicants sans fil

Energy consumption and autonomy are crucial issues when designing wireless sensor networks (WSN). To study these problematics, our approach is based on simulation models and techniques that allow analyzing the system rapidly and accurately in different configurations. To do so, a behavioral modeling approach is used to model the receiver, the transmitter as well as the wireless communication channel. In order to reduce the simulation time while keeping an acceptable accuracy, our method considers a communication link level. Our models have been validated by comparing our simulation results with experiments performed in the field using WSN prototypes. In order to simulate the energy harvesting system, the battery as well as the power manager with efficiency, high level models have been developed. Those models are based on the electric charge balance between the energy harvesting system, the battery and the mote. Using these models, two innovative techniques of power management are proposed. According to both the amount of harvested energy and the state of charge of the battery, the power manager adapts the performance, thus the consumed energy, to ensure when it is possible the energy neutral operation (ENO) of a mote. A comparison with a state-of-the-art power management policy shows a 50% improvement of the throughput when our power managers are used. This PhD also addresses a global energy management technique. Our approach takes into account the harvested energy as well the communication channel to simultaneously handle the wake-up period and the transmitting power of the mote. A new transmission power technique, called PTPC (Predictive-Transmission-Power-Control), is proposed for that purpose. Simulation results show that for a 0.5 m/s speed, the throughput of the node using PTPC is around 5 times higher compared to a state-of-the-art transmission power technique approach.La consommation d’énergie et l’autonomie sont des problématiques majeures dans les réseaux de capteurs sans fil. Afin d’étudier ces problématiques, nous nous sommes appuyés sur un ensemble de modèles et de techniques de simulation qui permet d’analyser le système dans différentes configurations, rapidement et avec précision. Nous avons utilisé une approche de modélisation comportementale pour modéliser le récepteur, le transmetteur et le canal de communication sans fil et on se place au niveau liaison de communication, ce qui nous permet d'avoir un temps de simulation réduit et une précision satisfaisante. Nous avons comparé les résultats de simulation à des résultats expérimentaux collectés lors de tests sur le terrain et ceci nous a permis de vérifier la validité de nos modèles. Pour pouvoir simuler de façon efficace le système de récupération d’énergie, la batterie et le power manager, des modèles de haut niveau ont été développés. Ces modèles sont basés sur l’équilibre de charge électrique entre le système de récupération d’énergie, la batterie et le nœud. Sur la base de ces modèles, nous avons proposé deux techniques innovantes de power management. En fonction de la quantité d’énergie récupérée et l’état de charge de la batterie, le power manager change la performance et donc la consommation du nœud, pour assurer, quand cela est possible, l’équilibre énergétique. La comparaison avec une technique de power management présentée dans la littérature montre que nos power managers permettent une amélioration du débit de près de 50%. Les travaux concernent également une technique globale de gestion de la consommation d’énergie. Notre approche prend en compte la récupération d’énergie et le canal de communication et gère simultanément la période de réveil du nœud et la puissance d’émission. Nous avons proposé une technique de gestion de la puissance d’émission appelée PTPC (Predictive-Transmission-Power-Control). Les résultats de simulation montrent que pour une vitesse de 0.5 m/s le débit fourni par PTPC est environ 5 fois supérieur par rapport à une technique de contrôle de la puissance d’émission présentée dans la littérature

Contribution au domaine de la conception d’objets communicants embarqués basse consommation et autonomes en énergie

This report proposes a synthesis of my research and teaching activities. Since 2008, as associate professor at the University of Nice Sophia Antipolis, I did my research into the MCSOC team from the LEAT laboratory. For nearly 15 years, my activity is focused on the design of embedded communicating objects, with a strong emphasis for high level approach allowing, early in the design flow, to model and optimize the performance as well as the consumed energy. Those system-level approaches are more and more relevant over the last few years and become a must-have solution for designing efficient embedded systems. My activity on energy harvesting for autonomous systems brings an original contribution to this domain and has a national and international impact. This document is organized in two parts: the first part is a synthesis of my research and teaching activity, while the second one presents in details my research work, putting in evidence my contributions and innovative aspects. The manuscript ends with a scientific overview as well as some perspectives.Ce manuscrit présente une synthèse de mes travaux de recherche. Depuis septembre 2008, date de ma nomination en tant que Maître de Conférences à l’Université de Nice Sophia Antipolis, j’ai effectué mes travaux de recherche au sein de la thématique MCSOC (Modélisation, Conception Système d’Objets Communicants) du laboratoire LEAT (Université de Nice Sophia Antipolis, UMR CNRS 7248). Depuis maintenant près de 15 ans, mes travaux de recherche s’intéressent au domaine de la conception d’objets communicants embarqués avec une évolution forte vers des approches de haut niveau d’abstraction permettant tôt dans le flot de conception, de modéliser et d’optimiser les performances et la consommation d’énergie. Ces approches de niveau système n’ont cessé de prendre de l’ampleur ces dernières années et s’installent aujourd’hui comme une solution incontournable du domaine de la conception de systèmes embarqués. Mes travaux plus spécifiques sur l’autonomie énergétique de ces systèmes apportent une contribution originale au domaine et ont un rayonnement national et international. Ce document est organisé en deux parties : la première partie propose une synthèse des travaux de recherche et d’enseignement ; la seconde présente de manière détaillée mes travaux de recherche en mettant en avant toutes ses contributions et originalités. Le manuscrit s’achève par un bilan scientifique ainsi que quelques perspectives de recherche

R-Urban - a participative strategy of urban resilience in suburban neighbourhoods

R-Urban strategy proposes the creation of a network of citizen projects and grass¬roots organisations around a network of collective civic hubs hosting economic and cultural activities and everyday life produc¬tive practices that contribute to increasing resilience within an urban context. The hubs are key in providing the infrastructure for this change and offering space, training and capacity building for resilient practices to emerge and strategically connect to each other. The network, which functions through locally closed circuits, starts at the neighbourhood level and progressively scales up at the city and region level. Differently with other regeneration projects conceived by specialist teams and facil¬itated by managerial structures, here the architects play an active role as initiators, facilitators, medi¬ators within various civic partnerships instigated by the project. This results into a more effective, quicker and sustainable implementation, and allows for a larger participation of non specialists and ordinary citizen in the co-production of the project. The R-Urban organization involves forms of commoning, ways of ensuring the expan¬sion and sustainability of the common pool resources but also ways of being-in-com¬mon as a social and ecological practice based on societal values produced by the civil society. R-Urban started to be concretely imple¬mented in Colombes, a suburban town in the North West of Paris in 2011 in partner¬ship with the Municipality of Colombes within the framework of a EC funded Life+ project, with a component being parallely implemented in Hackney Wick London, in partnership with Public Works. Two hubs – Agrocite and Recyclab- have been built in Colombes and one hub – Wick on Wheels- in London. AgroCité - a unit of urban agriculture - consists of a micro-experimental farm, community gardens, educational and cultural spaces and devices for energy production, composting and rainwater recycling. RecyLab is a recycling and green building constructed around a series of equipment for the recycling of urban waste and turning them into materials for eco-construction. WOW is a unit of mobile production which operates in Hackney Wick (London, UK) and its surrounding area. This unit encourages collective production in situ, using local materials, resources and knowledge. It is a participatory project, which engages with inhabitants and local artisans to produce, reuse and repurpose. The units operate through local production-distribution cycles and is gradually connected with other urban facilities, helping to increase the capacity of urban resilience in the neighborhood (self-sufficiency, production and recycling to local and regional levels, etc.). R-URBAN is supported by the EU Life + Programme of environmental governance. The project partners are AAA (coordinator) and the City of Colombes (for the two pilot units) and Public Works, London (for a mobile unit). A network of partners is being formed for the dissemination of the R-URBAN strategy on larger scale by including partners from Belgium, Spain, Romania, Germany, etc. R-urban has received the Zumtobel prize for research and iintiative 2012 and has been finalist at the EIB social innovation tournament

Architecture de communication pour les réseaux d’instrumentation sans fil

Aujourd'hui les réseaux de capteurs sont devenus des systèmes pouvant atteindre un très grand nombre de noeuds, avec une zone de couverture déterminée et déployés d'une manière plus ou moins dense dans un environnement hétérogène dont on mesure ainsi son état global. La problématique de cette thèse consiste à concevoir une architecture pour les objets communicants à faible consommation en utilisant des antennes « intelligentes » pour l'instrumentation et la mesure. Intégrant une approche pluridisciplinaire, cette architecture couvre les services offerts depuis les couches MAC jusqu'à celles de plus haut niveau. Basés sur une partie matérielle complètement reconfigurable (amplificateur de puissance et antennes à base de MEMS RF), les services des couches supérieures sont définis en partie sur circuits numériques pour la couche physique (bande de base) et la couche MAC, et de manière logicielle pour les protocoles de routages adaptés et les services innovants. En résumé, le travail consiste à concevoir un système autonome multi capteurs, d'acquisition et de traitement avec mémorisation, communicant à travers un réseau sans fil. Les principaux problèmes à résoudre seront : le contrôle de la topologie, la précision de la synchronisation, la consommation d'énergie. ABSTRACT : Researches in the field of sensor networks show the variety and vastness of applications in which these types of systems are used. One of their main features is the large number (up to hundreds of elements) of sensors that must be distributed in different environments. Another concern consists in making routing decisions in order to reduce the energy consumption. Depending on the application requirements, ensuring synchronous network functionality is currently a challenge. The issue addressed in this thesis is to develop an architecture for smart objects using low-power antennas for structural heald monitoring. Integrating a multidisciplinary approach, this architecture includes services from the MAC layer to those of the highest level. In summary, we will develop an autonomous system ofi sensors, for acquisition and information processing, which communicate via a wireless network. The main problems are: the control of topology, the timing accuracy and the energy consumption

Techniques de conservation d'énergie pour les réseaux de capteurs sans fil

Les progrès technologiques réalisés ces dernières années ont permis le développement de nouveaux types de capteurs dotés de moyens de communication sans fil, peu onéreux et pouvant être configurés pour former des réseaux autonomes. Les domaines d'application sont nombreux : domotique, santé, domaine militaire ou bien encore surveillance de phénomènes environnementaux. Les limites imposées sont la limitation des capacités de traitement, de stockage et surtout d'énergie. La liberté laissée à l'implantation est forte et impose de concevoir complètement l'infrastructure, les mécanismes et les protocoles en fonction de l'application visée. Dans cette thèse, nous nous sommes tout d'abord focalisés sur des réseaux de petites tailles. Nous avons conçu une solution protocolaire "Placide" pour le suivi de la chaîne du froid proposée dans le cadre du projet ANR-CAPTEURS. L'originalité première de la solution repose sur l'absence d'infrastructure et de Station de Base. Elle est composée de protocoles performants fondés sur la formation d'un anneau virtuel entre les noeuds, auto-organisants et très économes en énergie. Le second axe est dédié à une étude expérimentale de la qualité du lien.L'objectif est double. Nous souhaitions tout d'abord étayer certaines hypothèses effectuées dans la première partie du travail. Il s'agissait ensuite de proposer des protocoles et des algorithmes fondés sur la qualité du lien. Nous nous sommes focalisés sur la variation de la qualité du lien en fonction de la distance entre les noeuds et de la puissance de transmission. Par la suite, l'impact de la qualité du lien sur la topologie du réseau a été étudiée. Les retours d'expérience sont importants quant à la compréhension des facteurs affectant la durée de vie du réseau. La dernière contribution concerne l'exploitation de ces observations en proposant des stratégies de partage decharge. Notre idée est que des protocoles très réduits et des mécanismes simples peuvent être mis en oeuvre pour le routage. Nous illustrons ces principes au travers d'exemples pour lesquels nous montrons la supériorité de ces solutions par rapport à des routages de type plus court chemin. ABSTRACT : Technological advances during the last few years allowed the development of new and cheap sensors equiped with wireless communication which can be configured to form autonomous networks. The application areas for wireless sensor networks (WSN) are various: home automations, health care services, military domain, and environment monitoring. The imposed constraints are limited capacity of processing, storage, and especially energy. In addition, implementing WSN solutions is highly open and requires that the infrastructure, the mechanisms and the protocols should be completely designed based on each specific application.In this thesis, we first focused on small networks. We designed « Placide », a protocol stack solution for cold chain monitoring proposed within the ANR-CAPTEURS project. The first originality of this solution is based on the absence of infrastructure and base stations. « Placide » is composed of self-organizing and energy-efficient protocols based on a virtual ring construction between nodes. The second topic is devoted to an experimental study on Link Quality Indicator (LQI). There are two main objectives. Firstly, we want to endorse our precise assumptions of the first part of the work. Secondly, our poposed link quality based protocols and algorithms willbe described. We focused on LQI variations according to distance between nodes and transmission power.Thereafter, the impact of LQI on the network topology has been studied. Feedbacks are important to understand which factors affect the network lifetime. The last contribution relates to the use of these observations by proposing load balancing strategies. Our idea is that very reduced protocols and simple mechanisms can be used in routing protocols. We illustrate these principles through simple examples where we show the superiority of these solutions compared to standard routing like shortest path for example

Détection et diagnostic des fautes dans des systèmes à base de réseaux de capteurs sans fils

Les pannes sont la règle et non l'exception dans les réseaux de capteurs sans fil. Un nœud capteur est fragile et il peut échouer en raison de l'épuisement de la batterie ou de la destruction par un événement externe. En outre, le nœud peut capter et transmettre des valeurs incorrectes en raison de l'influence de l'environnement sur son fonctionnement. Les liens sont également vulnérables et leur panne peut provoquer un partitionnement du réseau et un changement dans la topologie du réseau, ce qui conduit à une perte ou à un retard des données. Dans le cas où les nœuds sont portés par des objets mobiles, ils peuvent être mis hors de portée de la communication. Les réseaux de capteurs sont également sujets à des attaques malveillantes, telles que le déni de service, l'injection de paquets défectueux, entraînant un comportement inattendu du système et ainsi de suite. En plus de ces défaillances prédéfinies (c'est-à-dire avec des types et symptômes connus), les réseaux de capteurs présentent aussi des défaillances silencieuses qui ne sont pas connues à l'avance, et qui sont très liées au système. En revanche, les applications de RCSF, en particulier les applications de sécurité critiques, telles que la détection d'incendie ou les systèmes d'alarme, nécessitent un fonctionnement continu et fiable du système. Cependant, la garantie d'un fonctionnement correct d'un système pendant l'exécution est une tâche difficile. Cela est dû aux nombreux types de pannes que l'on peut rencontrer dans un tel système vulnérable et non fiable. Une approche holistique de la gestion des fautes qui aborde tous les types de fautes n'existe pas. En effet, les travaux existants se focalisent sur certains états d'incohérence du système. La raison en est simple : la consommation d'énergie augmente en fonction du nombre d'éléments à surveiller, de la quantité d'informations à collecter et parfois à échanger. Dans cette thèse, nous proposons un Framework global pour la gestion des fautes dans un réseau de capteurs. Ce framework, appelé IFTF , fournit une vision complète de l'état du système avec la possibilité de diagnostiquer des phénomènes anormaux. IFTF détecte les anomalies au niveau des données, diagnostique les défaillances de réseau, détecte les défaillances d'applications, et identifie les zones affectées du réseau. Ces objectifs sont atteints grâce à la combinaison efficace d'un service de diagnostic réseau (surveillance au niveau des composants), un service de test d'applications (surveillance au niveau du système) et un système de validation des données. Les deux premiers services résident sur chaque nœud du réseau et le système de validation des données réside sur chaque chef de groupe. Grâce à IFTF, les opérations de maintenance et de reconfiguration seront plus efficaces, menant à un système WSN (Wireless Sensor Network) plus fiable. Du point de vue conception, IFTF fournit de nombreux paramètres ajustables qui le rendent approprié aux divers types d'applications. Les résultats de simulation montrent que la solution présentée est efficace en termes de coût mémoire et d'énergie. En effet, le système de validation des données n'induit pas un surcoût de communication. De plus, le fonctionnement des deux services test et diagnostic augmente la consommation d'énergie de 4% en moyenne, par rapport au fonctionnement du service de diagnostic uniquement.Sensor faults are the rule and not the exception in every Wireless Sensor Network (WSN) deployment. Sensor nodes are fragile, and they may fail due to depletion of batteries or destruction by an external event. In addition, nodes may capture and communicate incorrect readings because of environmental influence on their sensing components. Links are also failure-prone, causing network partitions and dynamic changes in network topology, leading to delays in data communications. Links may fail when permanently or temporarily blocked by an external or environmental condition. Packets may be corrupted due to the erroneous nature of communications. When nodes are embedded or carried by mobile objects, nodes can be taken out of the range of communications. WSNs are also prone to malicious attacks, such as denial of service, injection of faulty packets, leading to unexpected behavior of the system and so on. In addition to these predefined faults or failures (i.e., with known types and symptoms), many times the sensor networks exhibits silent failures that are unknown beforehand and highly system-related. Applications over WSNs, in particular safety critical applications, such as fire detection or burglar alarm systems, require continuous and reliable operation of the system. However, validating that a WSN system will function correctly at run time is a hard problem. This is due to the numerous faults that can be encountered in the resource constrained nature of sensor platforms together with the unreliability of the wireless links networks. A holistic fault management approach that addresses all fault issues does not exist. Existing work most likely misses some potential causes of system failures. The reason is simple : the more elements to monitor, the more information to be collected and sometimes to be exchanged, then the more the energy consumption becomes higher. In this thesis, we propose an Integrated Fault Tolerance Framework (IFTF) that provides a complete picture of the system health with possibility to zoom in on the fault reasons of abnormal phenomena. IFTF detects data anomalies, diagnoses network failures, detects application level failures, identifies affected areas of the network and may determine the root causes of application malfunctioning. These goals are achieved efficiently through combining a network diagnosis service (component/element level monitoring) with an application testing service (system level monitoring) and a data validation system. The first two services reside on each node in the network and the data validation system resides on each cluster head. Thanks to IFTF, the maintenance and reconfiguration operations will be more efficient leading to a more dependable WSN. From the design view, IFTF offers to the application many tunable parameters that make it suitable for various application needs. Simulation results show that the presented solution is efficient both in terms of memory use and power consumption. Data validation system does not incur power consumption (communication overhead). Using testing service combined to diagnosis service incurs a 4 %, on average, increase in power consumption compared to using solely network diagnosis solutions.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Récolte d'énergie provenant des bus ARINC825 pour les applications en avionique

RÉSUMÉ Les avions modernes sont systématiquement équipés d’un certain nombre de systèmes qui demandent un grand nombre de capteurs pour leur fonctionnement optimal. Les câbles sont nécessaires pour procurer l’énergie et transmettre les données vers et à partir de ces capteurs. Le nombre croissant de capteurs demande encore plus de câbles. L’utilisation de plusieurs câbles entraîne plus de poids, d’espace et de complexité causant une consommation supplémentaire de carburant et donc plus d’émissions de CO2. Par conséquent, le câblage est l’une des principales difficultés dans les avions et l’industrie d’avionique explore des nouvelles techniques pour réduire le nombre des câbles pour construire des avions plus légers et plus économes en carburant. Nous nous intéressons dans ce mémoire à récolter de l’énergie dissipée par les lignes de données présentes dans les systèmes avioniques. L’énergie récoltée serait disposée pour alimenter les capteurs et actuateurs qui seront branchés sur ces lignes de données dans les avions. Cette récolte d’énergie se ferait par le biais d’interface intégré sur puce. L’approche de récolte énergétique proposée est basée sur le protocole d’échange de données par le bus ARINC 825 qui regroupe des périodes d’inactivité (inoccupé) mais maintient des niveaux de tension que nous récupérons comme une source d’alimentation par une chaîne de conversion de puissance. Cette interface de récolte d’énergie proposée comprend des circuits simples, un temps de stabilisation bas, une ondulation de tension réduite, une consommation d’énergie faible, une efficacité énergétique haute. Une conception au niveau de transistor est réalisée en technologie CMOSP 0.35 μm (AMS) 3.3 V/5 V et la performance du système est étudiée dans diverses conditions pour améliorer son efficacité. Ensuite, le système est intégré sur une puce qui a été fabriquée et testée. Les résultats expérimentaux consistent en une efficacité globale de 60%, une tension de sortie de 5.02 V, un temps de stabilisation de 3.6 ms et une ondulation de tension de 0.2 V. Le dispositif complété fournit une puissance de sortie de 10.08 mW pour l’alimentation des capteurs. Les résultats obtenus prouvent que l’interface proposée pourrait servir à alimenter des capteurs avioniques à partir de l’énergie récolté du bus ARINC 825.----------ABSTRACT Modern aircraft are systematically equipped with various systems that require a large number of sensors for their optimum operation. Cables are needed to provide power and transfer data to and from these sensors. The wired connection however, introduces complexity issues to the systems and it is also prone to damage due to wear. The growing numbers of sensors in aircrafts is associated with installation of even more cables. This leads to an enhanced weight of aerial-vehicle wiring and consequently, increased payload capacity, fuel consumption and CO2 emissions. As a result, cabling is one of the major challenges in aircraft and the avionics industry is exploring new techniques to reduce the number of cables to build lighter and more fuel-efficient aircraft. In this study, we are interested in harvesting the dissipated energy through data lines in avionic systems. The harvested energy can potentially be used for feeding the sensors and activators branching off the data lines in aircrafts. The implemented power harvesting approach is based on the data exchange protocol in ARINC 825 field (data) bus and consists of identifying the field bus idle periods are using their voltage level as the power source in the power conversion chain. This proposed energy harvesting interface features simple design of circuit components, short settling time and low-power consumption. A transistor-level design is carried out in CMOSP 0.35 μm (AMS) 3.3 V/5 V technology and the system performance is investigated under various conditions to improve its efficiency. The system is integrated on a microchip and it is fabricated. The experimental results consist of an overall efficiency of 60%, an output voltage of 5.02 V, a settling time of 3.6 ms and a voltage ripple of 0.2 V. Furthermore, the harvesting device provided an output power of 10.08 mW for feeding the sensors. The results proved that the proposed interface could serve as a powering unit of the avionic sensors through the harvested energy from ARINC 825 bus

Bilevel optimization of Eco-Industrial parks for the design of sustainable resource networks

This work presents a bilevel programming framework for the design of sustainable resource networks in eco-industrial parks (EIP). First, multiobjective optimization methods are explored in order to manage the multi-criteria nature of EIP network design problems. Then, different case studies are modeled in order to minimize and maintain in equilibrium participating plants operating costs while minimizing resource consumption. Thus, the structure of the model is constituted by a bilevel programming framework where the enterprises’ plants play a Nash game between them while being in a Stackelberg game structure with the authority. This structure defines a model which, in order to be solved, has to be transformed into a MOPEC (Multiple Optimization Problems with Equilibrium Constraints) structure. Regarding the case studies, monocontaminant water networks in EIP are studied first, where the influence of plants operating parameters are studied in order to determine the most important ones to favor the symbiosis between plants. The water network is composed of a fixed number of process and water regeneration units where the maximal inlet and outlet contaminant concentrations are defined a priori. The aim is to determine which processes are interconnected and the water regeneration allocation. Obtained results highlight the benefits of the proposed model structure in comparison with traditional multiobjective approaches, by obtaining equilibrate different plants operating costs (i.e. gains between 12-25%) while maintaining an overall low resource consumption. Then, other case studies are approached by using the bilevel structure to include simultaneously energy networks in a multi-leader-multi-follower formulation where both environmental authorities are assumed to play a noncooperative Nash game. In the first case study, economic gain is proven to be more significant by including energy networks in the EIP structure. The second industrial case study explores a supply-demand utility network model where the environmental authority aims to minimize the total equivalent CO2 emissions in the EIP. In all cases, the enterprises’ plants are encouraged to participate in the EIP by the extremely favorable obtained results

Contribution au dimensionnement et à la gestion par optimisation de systèmes de stockage d'énergie pour les réseaux électriques ferroviaires

Integration of decentralized production and energy storage systems into railwayelectrification networks are considered as a solution in order to improve their electrical andenergetic performances when facing a major traffic increase. This solution shall allow to reducethe investment and exploitation costs of railway networks (less energy consumption, lessreinforcement work on infrastructures) compared to conventional solutions.The work presented in this manuscript aim to define a methodology for optimal sizing andenergetic management of energy production and/or storage systems for a railway network. Theproposed methodology must help engineers while designing future railway networks.A methodology based on a non linear optimization model has been developed. A novelapproach of the modeling of mobile loads and non linear components of the network (feedingsubstations, energy storage systems, braking rheostats) is proposed for optimization process.It allows the computation of the optimal sizing and control law of an energy storage systemimplemented in a railway electrification network.This methodology has been applied to a DC 1500V electrified urban network section. Anenergy storage system has been introduced in order to solve power quality issues and to reduceenergy consumption. The results shows the benefits of the energy storage system and providesindications to choose the better energy storage system technology (batteries, super-capacitors,flywheel) for the considered application.Future developments shall be the extension of our methodology to decentralized productionsystems, AC electrified railway networks and other technological solutions (FACTS, HVB...).L’intégration de systèmes de production décentralisés et de stockage d’énergie dansles réseaux d’électrification ferroviaires est envisagée comme une solution pour améliorerles performances électriques et énergétiques des réseaux électriques ferroviaire qui fontface à une forte augmentation de trafic. Cette solution doit permettre de réduire les coûtsd’investissement et d’exploitation des réseaux ferroviaires (moins de consommation, desrenforcements d’infrastructures limités) par rapport aux solutions conventionnelles.Ces travaux de thèse visent à définir une méthodologie de conception optimale et de gestionénergétique des systèmes de production et de stockage de l’énergie dans un environnementferroviaire. La méthodologie proposée devra constituer pour les ingénieurs une aide à laconception et au dimensionnement des futurs réseaux ferroviaires.Une méthodologie basée sur des modèles d’optimisation non linéaire a été développée.Elle propose une approche originale du traitement des charges mobiles et des dispositifsnon linéaires du réseau (sous-stations, moyens de stockage, rhéostat de freinage) pourl’optimisation. Elle permet de déterminer le dimensionnement et la loi de pilotage optimauxd’un système de stockage intégré à un réseau d’électrification ferroviaire.La méthodologie a été appliquée à une section de réseau urbain électrifiée en 1500Vcontinu. Un système de stockage d’énergie est alors utilisé pour résoudre un problème dequalité d’alimentation et réduire la consommation énergétique. Les résultats obtenus montrentles gains apportés par le stockage et fournissent un guide pour le choix du mode de stockage(batterie, supercondensateur, volant d’inertie) le plus pertinent pour l’application considérée.Des perspectives sont finalement ouvertes pour l’extension de notre méthodologie auxsystèmes de production décentralisés, aux réseaux électrifiés en courant alternatifs et auxautres types de solutions technologiques (FACTS, HVB. . . )