Les systèmes de transport ferroviaire sont des systèmes critiques dont les défaillances peuvent entraîner des pertes considérables (humaines, matérielles ou environnementales). Afin d'éviter les collisions et les déraillements de trains, des systèmes de Contrôle-Commande et de Signalisation ferroviaire (CCS) fournissent au conducteur les informations et les avertissements nécessaires lui permettant d'ajuster la vitesse du train ou de freiner si nécessaire.Dans le but d'harmoniser les systèmes ferroviaires à travers l'Europe, le système européen ERTMS (European Rail Traffic Management System) a été défini. Plus précisément, l'utilisation de sa composante de contrôle des trains ETCS (European Train Control System) est requise pour garantir l'exploitation sûre et interopérable des trains. Afin de répondre à la demande croissante et renforcer la compétitivité des services de transport ferroviaire, l'introduction de solutions innovantes est actuellement à l'étude en vue de l'évolution de l'ETCS. Dans ce contexte, les technologies de rupture comme celles s'appuyant sur les GNSS (systèmes globaux de navigation par satellites) sont explorées pour permettre aux trains de déterminer leur position de manière autonome et continue. Ainsi, il sera possible d'implémenter des principes d'exploitation plus flexibles (tels ceux liés aux cantons mobiles) permettant d'augmenter la capacité des lignes tout en réduisant les coûts de maintenance et d'exploitation.Toutefois, l'introduction de ces innovations technologiques entraîne l'apparition de nouveaux risques qui doivent être analysés méticuleusement. En conséquence, l'un des principaux défis consiste à fournir des preuves de sécurité permettant la certification de ces nouveaux systèmes. En outre, les approches classiques d'analyse de la sécurité (par exemple, AMDEC, HAZOP, FTA) montrent des limites face à la complexité de ces systèmes. Ainsi, des techniques d'analyse de sécurité et de performance plus adaptées doivent être élaborées.Ces travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte en proposant une approche orientée modèles afin d'évaluer des propriétés de sécurité et de performance liées à l'utilisation de systèmes de localisation intégrant les GNSS pour l'exploitation ferroviaire. Compte tenu de l'aspect critique de la sécurité liée à la fonction de localisation, les méthodes formelles qui reposent sur des fondements mathématiques et logiques rigoureux sont mises à profit. En particulier, les formalismes d'automates temporisés probabilistes sont employés. Concrètement, ces notations permettent de prendre en compte les aspects temporels et aléatoires dans le comportement de la fonction de localisation, de manière à refléter les incertitudes liées au GNSS d'une manière fiable.Les modèles élaborés étant paramétrables, divers scénarios opérationnels considérant une large variété de configurations, peuvent ainsi être étudiés. Sur la base des modèles développés, des propriétés de sécurité et de performance à vérifier peuvent être formulées au moyen de logiques temporelles. En conséquence, l'analyse de ces caractéristiques peut être réalisée à l'aide de techniques de vérification analytique et de simulation. Cette phase d'évaluation permet d'obtenir des résultats qualitatifs et quantitatifs et offre la capacité d'anticiper l'impact de différents paramètres et choix fonctionnels sur la sécurité et les performances. Dans cette thèse, l'outil UPPAAL-SMC est utilisé comme support à notre approche et nous permet d'obtenir des résultats d'analyse numérique illustratifs en considérant divers cas d'étude opérationnels.La contribution proposée adoptant des techniques fondées sur des modèles répond avantageusement à la volonté croissante de réduire le recours aux essais sur site ferroviaire pour vérifier des conditions ou propriétés de sécurité. Ces essais étant coûteux et chronophages, ils peuvent compromettre l'introduction d'innovations techniques dans le secteur ferroviaire.