.

L'objectif de ce travail est l'étude de divers roblèmes d'équations aux dérivées partielles non linéaires du type hyperbolique et d'autres du type elliptique-parabolique faisant intervenir un opérateur en forme divergentielle du type Leray-Lions. Ces équations sont d'une façon générale mal posées dans le cadre de solutions faibles (i.e. au sens des distributions), car en général on n'a pas l'unicité. Des formulations plus appropriées ont alors vu le jour : les solutions appelées SOLA, les solutions entropiques et les solutions renormalisées. Cette thèse composée de cinq chapitres, présente des résultats d'existence et d'unicité de solutions entropiques et renormalisées pour quatre problèmes non linéaires du type mentionnés ci-dessus. Après un bref exposé de définitions et résultats nécessaires à la suite du travail, nous prouvons au chapitre 2 l'existence et l'unicité de la solution entropique pour un problème elliptique du type diffusion-convection avec des conditions non linéaires sur le bord. Ces conditions englobent en particulier les conditions usuelles. Dans le même axe, au chapitre 3, l'existence et l'unicité de la solution entropique d'un problème parabolique avec absorption dépendant de la variable d'espace sont démontrés. Le chapitre 4 a pour but de présenter un résultat d'existence de solutions renormalisées pour un problème de Stefan non linéaire. Le dernier résultat, présenté au chapitre 5, est l'existence et l'unicité de la solution entropique d'un problème de lois de conservation scalaires avec des conditions non linéaires sur le bord.

Pour les équations différentielles ordinaires linéaires d'ordre 2 et 3, des algorithmes de résolution exacte avec des temps de calcul réalistes existent, se fondant sur une étude préalable précise des groupes de Galois différentiels potentiels de ces équations. Plusieurs études de l'ordre 4 ont déjà eu lieu mais ne concernaient qu'un aspect particulier de la classification des groupes. Dans cette thèse, on donne les bornes optimales pour le degré du polynôme minimal des dérivées logarithmiques des solutions liouvilliennes de telles équations (travail commun avec D. Boucher et F. Ulmer) puis on présente une stratégie algorithmique de recherche du groupe de Galois différentiel d'une équation en connaissant ses semiinvariants de degré 2 et 4, obtenue après avoir en particulier complété les travaux précédents par les cas imprimitif-monomial de la classification des groupes. On trouve alors plus efficacement des semi-invariants produits de formes linéeaires. Dans le chapitre 4 de cette thèse, on s'intérresse aux chutes d'ordre de la puissance symétrique quatrième d'une équation. Plus précisément, on montre qu'une chute d'ordre de un implique l'existence d'au moins un semi-invariant de degré 4, ce qui permet d'obtenir des informations sur le groupe de l'équation. En cas de chute d'ordre de deux et plus, des conditions de finitude du groupe sont données par un théorème de M.F. Singer. Dans le chapitre 5, on traite deux exemples. Dans le premier, on applique la stratégie algorithmique décrite dans le chapitre 3 en vue de trouver le groupe de Galois diff érentiel d'une équation dont on calcule ensuite les solutions (à l'aide d'une méthode décrite par F. Ulmer). Le second est un exemple de résolution du problème inverse pour le groupe SO(4, C) à l'aide de la méthode décrite par C. Mitschi et M.F. Singer (équation qui n'admet donc pas de solutions liouvilliennes). On trouvera en annexe la liste explicite des semiinvariants de degré 2 et 4 des sous-groupes monomiaux de SL(4, C).

Dans cette thèse, on s'intéresse au contrôle du profil de facteur de sécurité dans un plasma tokamak. Cette variable physique est liée à plusieurs phénomènes dans le plasma, en particulier des instabilités magnétohydrodynamiques (MHD). Un profil de facteur de sécurité adéquat est particulièrement important pour avoir des modes d'opération avancés dans le tokamak, avec haut confinement et stabilité MHD. Pour cela faire, on se focalise sur la commande du gradient du profil de flux magnétique poloidal dans le tokamak. L'évolution de cette variable est donnée par une équation de diffusion avec des coefficients distribuées et temps-variants. En utilisant des techniques de type Lyapunov et les propriétés de stabilité entrée-état du système on propose une loi de commande robuste qui prend en compte des contraintes non-linéaires dans l'action imposées par la physique des actionneurs.

Les principales contributions de cette thèse concernent le développement de méthodes pour la synthèse de contrôleurs et pour l'analyse de la stabilité des systèmes linéaires, soit variant ou invariant dans le temps. Concernant les systèmes invariant dans le temps, le but est la synthèse de contrôleurs robustes d'ordre réduit pour les systèmes en temps continu qui présentent des paramètres incertains. La méthode présentée pour la synthèse est basée sur une technique en deux étapes, o'u un gain de retour d'état est construit dans la première étape, et appliqué à la deuxième, fournissant le contrôleur robuste souhaité. Chaque étape consiste à la résolution de conditions sous la forme d'inégalités matricielles linéaires. Dans le cas des systèmes variant dans le temps, en général, en fonction des informations disponibles, deux modèles mathématiques peuvent être utilisés. D'un côté, pour des systèmes dont les éléments variant dans le temps sont bornés mais pas complètement connus, on peut utiliser des modèles dépendant de paramètres variants, ce qui donne une représentation polytopique. Dans ce cas là, la technique de stabilisation proposée est basée sur la méthode en deux étapes, pour générer des contrôleurs dépendants des paramètres. On suppose que les paramètres sont mesurables en ligne, et les contrôleurs sont synthétisés pour qu'ils soient robustes à des bruits de mesures. De l'autre côté, si les dynamiques variantes dans le temps sont connues, on peut traiter directement le système sans utiliser aucune paramétrisation. Deux techniques de synthèse sont proposées pour ce cas : la construction des gains stabilisants en utilisant directement la matrice de transition d'état, et une technique de synthèse conçue à partir d'un nouveau critère de vérification de la stabilité du système. La validité des méthodes proposées est illustrée par plusieurs exemples numériques, qui montrent la qualité des résultats qui peuvent être obtenus.

Dans ce travail, nous avons développé une approche systématique traitant un problème particulier dans le domaine de la commande non linéaire. Il concerne le fait d'assurer une transition stable entre deux points opérationnels d'un système non linéaire. Cette approche emploie la stratégie de séquencement de gain et la notion d'incertitude bornée en norme pour approximer un système non linéaire à travers une famille de systèmes linéaires incertains à incertitude bornée en norme. Autour d'un ensemble de points d'équilibre, des lois de commande locale sont déterminées en garantissant quelques spécifications de performances locales. Le séquencement est déterminé de sorte que la stabilité est garantie. Par interpolation polynômiale continue, une loi de commande continue est établie à partir des points d'équilibre trouvés hors ligne et des correcteurs associés. Une stratégie de commande séquencée par retour d'état ainsi qu'une stratégie par retour de sortie dynamique ont été envisagées. Dans le premier cas, la commutation est faite lorsque l'état se trouve dans le bassin d'attraction du point d'équilibre ultérieur visé. Dans le deuxième, nous avons déterminé une loi de commande par retour de sortie dynamique o'u la politique de commutation est basée sur les états éstimés. Quelques exemples ont été donnés pour montrer l'efficacité de la méthode proposée.

Dans cette thèse, on s'intéresse au contrôle du profil de facteur de sécurité dans un plasma tokamak. Cette variable physique est liée à plusieurs phénomènes dans le plasma, en particulier des instabilités magnétohydrodynamiques (MHD). Un profil de facteur de sécurité adéquat est particulièrement important pour avoir des modes d'opération avancés dans le tokamak, avec haut confinement et stabilité MHD. Pour cela faire, on se focalise sur la commande du gradient du profil de flux magnétique poloidal dans le tokamak. L'évolution de cette variable est donnée par une équation de diffusion avec des coefficients distribuées et temps-variants. En utilisant des techniques de type Lyapunov et les propriétés de stabilité entrée-état du système on propose une loi de commande robuste qui prend en compte des contraintes non-linéaires dans l'action imposées par la physique des actionneurs. / In this thesis, we are interested in the control of the safety factor profile or q-profile in a tokamak plasma. This physical quantity has been found to be related to several phenomena in the plasma, in particular magnetohydrodynamic (MHD) instabilities. Having an adequate safety factor profile is particularly important to achieve advanced tokamak operation, providing high confinement and MHD stability. To achieve this, we focus in controlling the gradient of the poloidal magnetic flux profile. The evolution of this variable is given by a diffusion equation with distributed time-varying coefficients. Based on Lyapunov techniques and the Input-to-State stability properties of the system we propose a robust control law that takes into account nonlinear constraints on the control action imposed by the physical actuators.

Depuis quelques années, les grappes équipées de processeurs graphiques GPUs sont devenues des outils très attrayants pour le calcul parallèle haute performance. Dans cette thèse, nous avons conçu des algorithmes itératifs parallèles pour la résolution de systèmes linéaires et non linéaires creux de très grandes tailles sur grappes de GPUs. Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur la résolution de systèmes linéaires creux à l'aide des méthodes itératives CG et GMRES. Les expérimentations ont montré qu'une grappe de GPUs est plus performante que son homologue grappe de CPUs pour la résolution de systèmes linéaires de très grandes tailles. Ensuite, nous avons mis en oeuvre des algorithmes parallèles synchrones et asynchrones des méthodes itératives Richardson et de relaxation par blocs pour la résolution de systèmes non linéaires creux. Nous avons constaté que les meilleurs solutions développées pour les CPUs ne sont pas nécessairement bien adaptées aux GPUs. En effet, les simulations effectuées sur une grappe de GPUs ont montré que les algorithmes Richardson sont largement plus efficaces que ceux de relaxation par blocs. De plus, elles ont aussi montré que la puissance de calcul des GPUs permet de réduire le rapport entre le temps d'exécution et celui de communication, ce qui favorise l'utilisation des algorithmes asynchrones sur des grappes de GPUs. Enfin, nous nous sommes intéressés aux grappes géographiquement distantes pour la résolution de systèmes linéaires creux. Dans ce contexte, nous avons utilisé la méthode de multi-décomposition à deux niveaux avec GMRES parallèle adaptée aux grappes de GPUs. Celle-ci utilise des itérations synchrones pour résoudre localement les sous-systèmes linéaires et des itérations asynchrones pour résoudre la globalité du système linéaire. / Or the past few years, the clusters equipped with GPUs have become attractive tools for high performance computing. In this thesis, we have designed parallel iterative algorithms for solving large sparse linear and nonlinear systems on GPU clusters. First, we have focused on solving sparse linear systems using CG and GMRES iterative methods. The experiments have shown that a GPU cluster is more efficient that its pure CPU counterpart for solving large sparse systems of linear equations. Then, we have implemented the synchronous and asynchronous algorithms of the Richardson and the block relaxation iterative methods for solving sparse nonlinear systems. We have noticed that the best solutions developed for the CPUs are not necessarily well suited to GPUs. Indeed, the experiments performed on a GPU cluster have shown that the parallel algorithms of the Richardson method are far more efficient than those of the block relaxation method. In addition, they have shown that the computing power of GPUs allows to reduce the ratio between the time of the computation over that of the communication, which favors the use of the asynchronous iteration on GPU clusters. Finally, we are interested in geographically distant clusters for solving large sparse linear systems. In this context, we have used a multisplitting two-stage method using parallel GMRES method adapted to GPU clusters. It uses the synchronous iteration to solve locally the sub-linear systems and the asynchronous one to solve the global sparse linear system.

Dans ce projet, nous étudions certaines classes d équations non-linéaires aux différences pour toutes les valeurs non-négatives admissibles de paramètres et de conditions initiales. Dans la première partie, nous présentons quelques définitions initiales et nécessaires de la stabilité dans la littérature des équations aux différences. Nous exprimons également plusieurs résultats connus et quelques théorèmes qui seront utiles dans notre recherche à la suite. Dans le deuxièllle chapitre, on étudie l'intervalle invariant, le caractère des sellli-cycles, la stabilité globale, et le "boundedness" de l'équation aux différences [Formule mathématique]. Dans la deuxième partie de ce travail, nous étudions la famille de modèles de la population, d'ordre supérieur, de l'équation logistique non-autonorne [Formule mathématique]. En particulier, le comporternent périodique, l'attractivité des solutions et la stabilité de solutions sont examinés en détail. Ce modèle représente les différentes croissances de population telles que la plupart des saumons et "spruce budworms" ayant assez de nourriture (feuillage). L'impact du caractère saisonnier , qui est indubitablenlent présent dans la croissance de la population, sur le comporternent des solutions (croissance de la population) est également envisagé. Enfin, nous présentons un modèle déterministe de l'infection par le VIH (virus d'immunodéficience hurnaine) en présence de la trithérapie. Puis la stabilité globale asymptotique de l'équilibre "disease-free" et l'équilibre endémique sont étudiés pour le modèle continu. En outre, le modèle est implicitement estimé par la méthode des différences finies, un système d'équations aux différences, afin de résoudre le système d 'IVP (problème aux valeurs initiales) . La dynamique du modèle estimé est complètement déterminée par une quantité de seuil R appelée le "basic reproduction number". Lorsque le nombre associé à la reproduction est inférieur à l'unité, le résultat indique que l'infection par le VIH peut être éliminée de la personne infectée. Un équilibre stable endémique existe lorsque le nombre associé à la reproduction est supérieur à l'unité (conduisant à la persistance et l'existence du VIH au sein de la personne infectée, puis de la communauté) .

Despite all the damages encountered during the 2010 Haiti earthquake, the 12-storey reinforced-concrete Digicel building behaved well, sustaining only reparable damages. Visual assessment and ambient vibration tests were carried out to characterize the damages sustained and to identify the building's key dynamics properties (natural vibration frequencies, mode shapes, and damping ratios). ETABS was used to generate FE models before and after the AVT to evaluate the capabilities of common modelling assumptions to predict the dynamic behaviour of structures. Manual model updating was carried out to present a model representing the building's actual dynamic behaviour. The study showed that the FE method is reliable for predicting the dynamic behaviour of structures, but is very sensitive to the assumptions used during modelling. The model could predict the vibration frequencies precisely, but an accurate representation of the mode shapes required careful model updating. The updated model lead the way to a more sophisticated model able to produce nonlinear time history analyses using the software SeismoStruct. The numerical analyses helped assessing the capabilites of common models to reproduce such events and damages, explaining the observed damages and estimating the probable intensity of the tremor. Several nonlinear analyses involving various ground motion intensities were conducted and the results were compared with the damages reported during the on-site survey. The overall response of the mixed stiff frame-wall structure was clearly dominated by the high stiffness of the shear walls, showing that this type of structural system helps in keeping reasonable inter-storey drift levels. Overall, the building's structure seems to have responded linearly to all the ground motions investigated, but deformation incompatibilities at the interface between beams and shear walls lead to important local damages.