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Safety is an emergent property of safety critical systems (SCS), including railway systems. This emergent aspect exacerbates their development process and requires a thorough reasoning to reduce hazards. This thesis proposes an ontological approach that integrates safety activities from the early design stages of SCS. This structured framework provides a semantic harmonization between the involved domains, such as safety engineering and Goal Oriented Requirements Engineering (GORE). The business logic integrated in this approach is validated by real rail accident scenarios and a remotely operated task. At first, we proposed a dysfunctional analysis ontology called DAO and based on the high-level ontology UFO. DAO considers the socio-technical and environmental aspects of SCS and integrates the different types of faults and cognitive properties that are respectively related to technical failures and human errors. The DAO conceptual model is expressed in OntoUML and formalized in OWL language in order to provide a reasoning support. Then, a semantic bridge is established between safety measures, safety goals and safety requirements through the development of a goal-oriented security management ontology, called GOSMO. The management of safety decisions is based on the reinterpretation of the Or-Bac access control model from a safety point of view. In order to ensure the overall consistency of requirements, GOSMO allows structuring the management of requirements changes and their traceability, La sécurité-innocuité est une propriété émergente des systèmes critiques de sécurité (SCS), notamment les systèmes ferroviaires. Cet aspect émergent complexifie leur processus du développement et nécessite un raisonnement judicieux permettant de diminuer les dangers. Cette thèse propose une approche ontologique qui intègre les activités de sécurité dès les premières phases de conception des SCS. Ce cadre structuré offre une harmonisation sémantique entre les domaines impliqués, tels que l'ingénierie de sécurité et l'Ingénierie des Exigences Dirigée par les Buts (IEDB). La logique métier intégrée dans cette approche est validée par des cas d'étude ferroviaires d'accidents réels et d'une mission télé-opérée. Dans un premier temps, nous avons proposé une ontologie d'analyse dysfonctionnelle appelée DAO et fondée sur l'ontologie de haut niveau UFO. DAO considère les aspects sociaux-techniques et environnementaux des SCS et intègre les différents types de fautes et de propriétés cognitives liés respectivement aux défaillances techniques et aux erreurs humaines. Le modèle conceptuel de DAO est exprimé en OntoUML et formalisé en langage OWL afin de fournir un support de raisonnement. Ensuite, un pont sémantique est établi entre les mesures de sécurité, les buts de sécurité et les exigences de sécurité par le développement d'une ontologie de gestion de sécurité orientée-but, appelée GOSMO. La gestion des décisions de sécurité s’appuie sur la réinterprétation du modèle de contrôle d'accès Or-Bac d'un point de vue sécurité-innocuité. Afin d'assurer la cohérence globale des exigences, GOSMO permet de structurer la gestion des évolutions des exigences et leur traçabilité.

The safety is a major issue in the development cycle of the critical systems, in particular in the rail transportation sector. This thesis aims at the modeling, the verification and at the validation of the railway operating rules with regard to the safety requirements. These rules intend to define the authorizations of trains movement on national railway lines equipped with the European Rail Traffic Management System (ERTMS). In a similar way, we find the concepts of authorizations in the description of access control policies of information systems. Consequently, our contributions concern the adaptation of an UML/B approach for the access control of information systems to model and validate the railway operating rules. At first, we adapted the Role Based Access Control (RBAC) model on a railway case study extracted from the operating rules applied on the LGV-Est-Européenne line in France. The B4MSecure platform enables the modeling of these rules by means of a UML profile of RBAC inspired by SecureUML. Then, these models are transformed into B specifications. which are enhanced by railway safety properties and formally verified and validated. In addition to the concepts of the RBAC model, the Organization Based Access Control (Or-Bac) model introduces the notion of organization, in the center of this model, and the notion of context. We have therefore proposed to use this model as extension of the RBAC model in the context of railway interoperability in ERTMS., La sécurité est un enjeu majeur dans le cycle de développement des systèmes critiques, notamment dans le secteur du transport ferroviaire. Cette thèse vise la modélisation, la vérification et la validation des règles d'exploitation ferroviaires au regard des exigences de sécurité. Ces règles ont pour but de définir les autorisations de déplacement des trains sur des lignes ferroviaires nationales équipées du système européen de gestion du trafic ferroviaire (ERTMS). De manière analogue, on trouve les concepts liés aux autorisations dans la description des politiques de contrôle d'accès des systèmes d'information. Par conséquent, nos contributions portent sur l'adaptation d'une approche UML/B pour le contrôle d'accès des systèmes d'information afin de modéliser et de valider les règles d'exploitation ferroviaires. Dans un premier temps, nous avons adapté le modèle Role Based Access Control (RBAC) sur une étude de cas ferroviaire extraite des règles d'exploitation appliquées sur la ligne à grande vitesse LGV Est-Européenne en France. La plate-forme B4MSecure nous a permis de modéliser ces règles à l'aide d'un profil UML de RBAC inspiré de SecureUML. Ensuite, ces modèles sont transformés en des spécifications B qui ont été enrichies par des propriétés de sécurité ferroviaire et soumises à des activités de vérification et de validation formelles. Aux concepts du modèle RBAC, le modèle Organization Based Access Control (Or-Bac) introduit la notion d'organisation, au centre de ce modèle, et la notion de contexte. Nous avons donc proposé d’utiliser ce modèle en tant qu’extension du modèle RBAC dans l’optique d’une interopérabilité ferroviaire en ERTMS.