Résilience et couplage des infrastructures critiques interdépendantes : modèles, optimisation et gestion opérationnelle

Critical infrastructures (CIs) are essential for maintaining the socio-economic stability and wealth of a population, and ensuring their resilience against failures and disruption is of the utmost importance. As CIs are connected with each other through various relationships of interdependency and complex coupling interfaces, and they are often operated by independent entities, their analysis and optimization is a challenging task. In this dissertation, three topics related to the resilience of interdependent CIs, with a particular focus on their coupling, are investigated. Firstly, the vulnerability of interdependent railway and power networks, accounting for realistic coupling interfaces and cascading failures, is investigated, in order to better understand the mutual risks of these interdependent CIs. Secondly, a resilience-based mathematical programming framework for the optimization of the topology of coupling interfaces between interdependent CIs is presented. Lastly, a preliminary approach for decision-making in interdependent CIs, accounting for the different behaviours of independent operators in normal conditions and situations of disruption, is proposed.Les infrastructures critiques (IC) sont essentielles au maintien de la stabilité socio-économique et la prospérité d'une population. Assurer leur résilience face aux défaillances et aux perturbations est un enjeu majeur. De par leurs diverses relations d'interdépendance, leurs interfaces de couplage complexes, ainsi qu'une exploitation souvent réalisée par des entités indépendantes, l'analyse et l'optimisation de leur résilience est une tâche difficile. Cette thèse expose trois sujets liés à la résilience des IC interdépendantes, avec un accent particulier sur leur couplage. Premièrement, elle approfondit la vulnérabilité des réseaux ferroviaires et électriques interdépendants, en prenant en compte les interfaces de couplage réalistes et de défaillances en cascade, afin de mieux comprendre leurs risques mutuels. Deuxièmement, elle propose une approche mathématique pour améliorer la résilience des IC interdépendantes à travers l'optimisation de la topologie de leur interface de couplage. Enfin, elle suggère une approche préliminaire pour la prise de décision dans les IC interdépendantes qui tient compte des divers comportements des opérateurs indépendants dans des conditions normales et des situations de perturbation