Cette thèse traite du problème industriel de la modélisation et de<br />la simulation numérique du rayonnement acoustique à l'entrée d'air des nacelles<br />d'Airbus. Les hypothèses physiques subséquentes au contexte industriel<br />précis conduisent à un modèle simplifié de propagation acoustique linéaire sur<br />un écoulement porteur potentiel et non-linéaire. La modélisation de la source<br />modale de bruit du moteur se traduit par une condition de bord exprimée par<br />un opérateur Dirichlet-Neumann. L'existence et l'unicité du problème mathématique<br />général (auquel on a rajouté une condition de Sommerfeld convectée)<br />de la perturbation potentielle et locale autour d'un écoulement uniforme sont<br />démontrées. Un couplage discret alliant le potentiel acoustique (éléments finis<br />de volume) et sa dérivée conormale de bord (éléments finis de frontière) par une<br />équation intégrale est proposé. Le code informatique est validé analytiquement<br />et comparativement. Les résultats originaux prouvent la nécessité de la prise en<br />compte des non-linéarités de l'écoulement par des différences de plus de 5 décibels<br />en champ lointain. Le positionnement optimal de la surface rayonnante et<br />la possibilité d'adaptation de la méthode multipôle rapide rendent ce couplage<br />incontournable. Le modèle simplifié potentiel-linéaire, même si il n'est a priori<br />apte qu'à traiter l'entrée d'air, trouve toute sa justification en tant que brique<br />d'un code global basé sur la décomposition de domaine. Finalement, soulignons<br />l'avènement d'un élément fini axisymétrique naturel et d'une alternative originale<br />de calcul de l'écoulement non-linéaire par une méthode de point fixe.

Cette thèse porte sur la résolution numérique, par la méthode des équations intégrales de frontière de problèmes de diffraction d'ondes acoustiques et électromagnétiques, en régime fréquentiel.<br />La méthode de Galerkin avec des éléments finis (scalaires ou vectoriels) de surface conduit à des systèmes matriciels mal conditionnés. Dans une première partie, pour accélérer la convergence d'algorithmes itératifs, on propose et étudie théoriquement et numériquement des préconditionneurs basés sur<br />les relations de Calderon qui lient les opérateurs intégraux apparaissant dans les équations. En électromagnétisme on utilise de plus des analogues discrets de la décomposition de Helmholtz des champs tangents. Dans une deuxième partie on utilise des estimations sur ces décompositions pour effectuer une nouvelle analyse numérique de l'équation intégrale de champ électrique. Cette analyse est étendue au cas de la diffraction par les<br />surfaces ouvertes (écrans), modélisant les conducteurs parfaits minces.

Cette thèse présente une étude numérique des interactions hydrodynamiques entre des particules et une paroi plane dans un fluide Newtonien, dans l'hypothèse d'un petit nombre de Reynolds. Les équations de Stokes sont d'abord transformées sous la forme classique d'une équation intégrale de surface donnant les contraintes sur la surface entourant le fluide. Nous avons calculé ainsi les forces et les couples exercés sur les particules. Une étude préliminaire correspond au problème axisymétrique pour une chaîne de particules sphériques arrangées suivant une ligne perpendiculaire à la paroi et en mouvement suivant cette ligne dans un fluide au repos. Puis nous avons abordé le problème général de particules non sphériques, la position des particules étant quelconque et le fluide loin des particules pouvant être en écoulement. Pour le cas axisymétrique, les points de collocation (qui sont aussi les emplacements des singularités de Stokes ou ``stokeslets'') sont choisis sur les surfaces des particules de façon que leurs distance relatives soient proportionnelles à la distance entre surfaces proches. Pour traiter le cas général, nous avons mis au point un code de calcul utilisant la méthode des éléments de frontière (BEM). Les stokeslets sont ici répartis de façon à prendre en compte les interactions hydrodynamiques et la complexité géométrique des configurations. En effet, le maillage est adapté à la variation du gradient de contraintes de façon que les zones de la surface qui entrent en forte interaction hydrodynamique soient les plus raffinées. La technique de raffinement dynamique de maillages que nous avons mise au point nous a permis de mieux détecter les zones de lubrification entre particules et paroi ainsi que les interactions entre particules. Les contraintes ont ainsi été calculées pour de nouvelles configurations géométriques. Enfin, les relations linéaires entre les forces et couples qui s'exercent sur les particules et leurs vitesses de translation et rotation sont exprimées au moyen de la « grande matrice de résistance » (ou de son inverse la « grande matrice de mobilité ») qui est alors introduite dans la relation fondamentale de la dynamique. En intégrant, nous avons déterminé les trajectoires des particules dans diverses configurations: en sédimentation dans un fluide au repos au voisinage d'une paroi, tournant librement dans un écoulement donné, ... La méthode permet aussi d'obtenir les champs de vitesse du fluide dans ces conditions.

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux équations aux dérivées fractionnaires et leurs applications au traitement d'images. Une attention particulière a été apportée à un système non linéaire d'équations différentielles fractionnaires. En particulier, nous avons étudié les propriétés qualitatives des solutions d'un système non linéaire d'équations différentielles fractionnaires qui explosent en temps fini. L'existence des solutions locales pour le système, le profil des solutions qui explosent en temps fini sont présentés. Nous étudierons le problème inverse pour l'équation de diffusion linéaire en une dimension et en deux dimensions. Nous sommes intéressés par trouver un terme source inconnu d'une équation de diffusion non locale. Les conditions aux limites considérées sont non locales et le problème spectral est non auto-adjoint. L'existence et l'unicité de la solution du problème inverse sont présentées.D'autre part, nous proposons un modèle basé sur l'équation de la chaleur linéaire avec une dérivée fractionnaire en temps pour le débruitage d'images numériques. L'approche utilise une technique de pixel par pixel, ce qui détermine la nature du filtre. En contraste avec certain modèles basés sur les équations aux dérivées partielles pour le débruitage de l'image, le modèle proposé est bien posé et le schéma numérique est convergent. Une amélioration de notre modèle proposé est suggéré.

La méthode classique de traitement des données aérogravimétriques par filtrage fréquentiel ne prend pas en compte les propriétés statistiques des mesures, telles les corrélations, et ne permet pas une estimation aisée des erreurs sur le champ de gravité. Nous avons donc développé une nouvelle méthode de réduction par inversion régularisée au sens des moindres carrés, basée sur la transformation de l'équation différentielle du gravimètre en équation intégrale, qui permet cette estimation. Nous avons appliqué cette nouvelle méthode avec succès à la modélisation du champ de gravité dans le domaine des moyennes longueurs d'ondes sur la partie Sud-Ouest des Alpes avec une précision interne de 3 mGal. Les données utilisées ont été acquises avec un gravimètre « LaCoste & Romberg modèle Air/Sea » lors d'un levé gravimétrique aéroporté réalisé en 1998 dans le cadre du programme national de recherche « GéoFrance 3D ».

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux équations aux dérivées fractionnaires et leurs applications au traitement d'images. Une attention particulière a été apportée à un système non linéaire d'équations différentielles fractionnaires. En particulier, nous avons étudié les propriétés qualitatives des solutions d'un système non linéaire d'équations différentielles fractionnaires qui explosent en temps fini. L'existence des solutions locales pour le système, le profil des solutions qui explosent en temps fini sont présentés. Nous étudierons le problème inverse pour l'équation de diffusion linéaire en une dimension et en deux dimensions. Nous sommes intéressés par trouver un terme source inconnu d'une équation de diffusion non locale. Les conditions aux limites considérées sont non locales et le problème spectral est non auto-adjoint. L'existence et l'unicité de la solution du problème inverse sont présentées.D'autre part, nous proposons un modèle basé sur l'équation de la chaleur linéaire avec une dérivée fractionnaire en temps pour le débruitage d'images numériques. L'approche utilise une technique de pixel par pixel, ce qui détermine la nature du filtre. En contraste avec certain modèles basés sur les équations aux dérivées partielles pour le débruitage de l'image, le modèle proposé est bien posé et le schéma numérique est convergent. Une amélioration de notre modèle proposé est suggéré. / In this thesis we study a nonlinear system of fractional differential equations with power nonlinearities; the solution of the system blows up in a finite time. We provide the profile of the blowing-up solutions of the system by finding upper and lower estimates of the solution. Moreover, bilateral bounds on the blow-up time are given.We consider the inverse problem concerning a linear time fractional diffusion equation for the determination of the source term (supposed to be independent of the time variable) and temperature distribution from initial and final temperature data. The uniqueness and existence of the continuous solution of the inverse problem is proved. We also consider the inverse source problem for a two dimensional fractional diffusion equation. The results about the existence, uniqueness and continuous dependence of the solution of the inverse problem on the data are presented.We apply the linear heat equation involving a fractional derivative in time for denoising (simplification, smoothing, restoration or enhancement) of digital images. The order of the fractional derivative has been used for controling the diffusion process, which in result preserves the fine structures in the image during denoising process. Furthermore, an improvement in the proposed model is suggested by using the structure tensor of the images.

Le développement d’aéronefs « plus » voire « tout » électriques a pour conséquence la conception d’architectures électriques embarquées de plus en plus complexes entraînant une très nette augmentation du nombre de câbles électriques à déployer au sein des véhicules. Parmi les contraintes rencontrées lors des phases de définition et d’intégration des réseaux de câblages, les aspects de compatibilité électromagnétique et de gestion des échauffements thermiques deviennent de plus en plus critiques. Ainsi, ces travaux de thèse sont dédiés au développement d’une méthodologie permettant la prédiction d’une part, des courants induits par et sur les réseaux de câblages et d’autre part, de leur niveaux d’échauffement. En particulier, l’analyse bibliographique effectuée à cette occasion montre que les phénomènes électrostatiques (à la base de la théorie des lignes de transmission) et de conduction stationnaire de la chaleur sont strictement analogues, ce qui autorise une résolution simultanée de ces deux problèmes pour les réseaux de câblages considérés. Les présents travaux démontrent que le calcul des paramètres électriques primaires (p.u.l) du réseau et de la distribution de température dans le plan transverse peut se faire de manière totalement couplé à l’aide d’un schéma numérique basé sur la Méthode des Moments(MoM). Le choix de l’utilisation des équations intégrales pour la résolution de ce problème de potentiel se fonde sur plusieurs avantages tels qu’une utilisation optimisée des ressources de calcul et l’utilisation d’algorithmes efficaces de résolution, de surcroît naturellement parallélisables pour de futurs développements. Les outils de calculs thermiques développés dans le cadre de cette thèse, et qui ont vocation à être intégrés dans la suite logicielle CRIPTE de l’ONERA, ont fait l’objet d’une validation expérimentale pour plusieurs configurations de harnais électriques. Les comparaisons simulations-mesures présentent de bons accords bien que les expérimentations menées aient montré la difficulté d’obtenir précisément des valeurs du coefficient d’échange thermique,même dans des conditions parfaitement maîtrisées. Les travaux ouvrent enfin des perspectives nouvelles sur l’optimisation en terme de masse des réseaux de câblage (EWIS). / The on-going development of “more” or “all” electrical aircraft leads to the design of ever-complex embeddedelectrical networks, which causes a significant increase of electrical cables to be used within these innovativevehicles. Among the constraints encountered during the definition and integration phases of the network, thoserelated to the electromagnetic compatibility between equipment as well as the management of thermal heatingby Joule’s effect become more and more stringent. Thus, this thesis is dedicated to the development of anoriginal methodology enabling the prediction of both induced and crosstalk currents as well as the heating upstate in complex bundles of cables. Indeed, literature review explicitly shows that electrostatic and stationaryheat transfer phenomena are, from a mathematical standpoint, strictly the same which allows the simultaneouscomputation of these two problems for an arbitrary network. This research work demonstrates that the determinationof primary electrical parameters (per unit length) and the temperature distribution within a givencross-section can be handled with the numerical Method Of Moment (MoM). This choice is motivated by theseveral inherent advantages of the method like an optimized use of the computer resource and the naturalparallelization of the algorithms. The developed numerical tools, intended to be fully integrated in the in-housesoftware suite CRIPTE, has been validated during an experimental campaign that has involved several typesof bundles. Although the comparisons between experimental and simulated results comply with each other,experiments reveal the hard task of getting a precise estimation of the heat transfer coefficients, even in awell-controlled environment. Finally, these works open new and very promising perspectives for future EWIS(Electrical Wiring Interconnection System) in term of mass optimization.

Dans cette thèse, nous calculons la forme d’un objet immergé d’aire donnée qui minimise la résistance de vague. Le corps, considéré lisse, avance à vitesse constante sous la surface libre d’un fluide qui est supposé parfait et incompressible. La résistance de vague est la traînée, c’est-à-dire la composante horizontale de la force exercée par le fluide sur l’obstacle. Nous utilisons les équations de Neumann-Kelvin 2D, qui s’obtiennent en linéarisant les équations d’Euler irrotationnelles avec surface libre. Le problème de Neumann-Kelvin est formulé comme une équation intégrale de frontière basée sur une solution fondamentale qui intègre la condition linéarisée à la surface libre. Nous utilisons une méthode de descente de gradient pour trouver un minimiseur local du problème de résistance de vague. Un gradient par rapport à la forme est calculé par la méthode de variation de frontières. Nous utilisons une approche level-set pour calculer la résistance de vague et gérer les déplacements de la frontière de l’obstacle. Nous obtenons une grande variété de formes optimales selon la profondeur de l’objet et sa vitesse. / In this thesis, we compute the shape of a fully immersed object with a given area which minimises the wave resistance. The smooth body moves at a constant speed under the free surface of a fluid which is assumed to be inviscid and incompressible. The wave resistance is the drag, i.e. the horizontal component of the force exerted by the fluid on the obstacle. We work with the 2D Neumann-Kelvin equations, which are obtained by linearising the irrotational Euler equations with a free surface. The Neumann-Kelvin problem is formulated as a boundary integral equation based on a fundamental solution which handles the linearised free surface condition. We use a gradient descent method to find a local minimiser of the wave resistance problem. A gradient with respect to the shape is calculated by a boundary variation method. We use a level-set approach to calculate the wave-making resistance and to deal with the displacements of the boundary of the obstacle. We obtain a great variety of optimal shapes depending on the depth of the object and its velocity.

Cette thèse porte sur la résolution théorique et numérique des équations de Maxwell dans le domaine temporel ou fréquentiel. Dans une première partie, on démontre l'existence et l'unicité mathématique de la solution du problème d'évolution. On s'intéresse également au comportement asymptotique en temps de cette solution lorsque le second membre des équations est sinusoïdal en temps. L'approche utilisée fait appel à la théorie des systèmes hyperboliques linéaires du premier ordre, au théorème de Hille-Yosida, aux principes d'amplitude-limite et d'absorption-limite, ainsi qu'à des théorèmes de traces (dans le cas du problème aux limites). Dans un second temps, on développe une approximation par éléments finis discontinus du problème fréquentiel, basée sur une décomposition de la matrice des flux en partie positive et négative (méthode de flux-splitting). Cette approche autorise l'utilisation de maillages totalement déstructurés. Une étude d'erreur lorsque le pas h du maillage tend vers zéro est proposée. Un algorithme itératif de résolution du problème discret, basé sur une décomposition de domaine sans recouvrement, est ensuite décrit. On démontre sa convergence vers l'unique solution discrète. L'implémentation sur un ordinateur à architecture massivement parallèle (IPSC 860) a été réalisée. Enfin, on construit une équation intégrale adaptée à la méthode, pour la résolution des problèmes en domaine non borné. Des expériences numériques sont décrites dans le cas d'éléments finis de type P0 (approximation constante par élément).

Cette thèse porte sur la modélisation et l’analyse de la propagation électromagnétique dans un milieu forestier dans les bandes VHF et UHF. L’objectif principal est le développement d’un modèle numérique "full-wave" tridimensionnel de diffusion par la forêt permettant de caractériser l’interaction d’une onde électromagnétique avec un milieu forestier. Un tel modèle s’avère, actuellement, un outil indispensable à l’analyse des mesures radar pour l’étude des paramètres caractéristiques de la forêt tels que la biomasse forestière, la hauteur des arbres et leur densité. La complexité numérique de ce modèle a limité son domaine d’application à de petites parcelles de forêt et aux basses fréquences. Pour pouvoir traiter de larges zones forestières tout en montant en fréquence, et s’approcher ainsi des besoins et exigences des utilisateurs potentiels de notre modèle, nous avons intégré à ce modèle une méthode numérique efficace dédiée à l’analyse de larges problèmes électromagnétiques. La méthode en question,connue sous le nom de Characteristic Basis Function Method (CBFM) était récemment développée dans le laboratoire de Communication et Electromagnétisme de l’université PennState dirigé par le Professeur Mittra. Après une optimisation et une adaptation au problème d’intérêt, la CBFM réalise d’excellentes performances et nous permet une diminution considérable du temps de calcul et des besoins en espace mémoire sans pour autant dégrader la qualité des résultats obtenus ou altérer la fidélité du modèle à la réalité du problème électromagnétique traité. / A 3-D full-wave model, based on the integral representation of the electric field and dedicatedto the analysis of bi-static scattering mechanisms by a forest in the VHF and UHF bands wasefficiently enhanced. In order to overcome the limitation of a previous 3D model to small simulationsscenes and low frequencies, we have developed, during this research work, a new model using basis functionsadapted to the problem of interest, in the context of the Characteristic Basis Function Method(CBFM) and we investigated the suitability of this direct method for computing the electromagneticfields inside and outside three-dimensional dielectric objects representing the tree trunks and branches.The CBFM has shown great performances, when applied to the forest scattering modeling, both interms of CPU time and memory resources needed. Once properly set, the CBFM-E is so efficient thatit is able to treat in few minutes electromagnetic problems totally intractable with the classical MoM.Consequently, we have developed a powerful 3D forest electromagnetic scattering tool which allows ustoday to compute large forest electromagnetic problems in few minutes without worrying about theaccuracy of the solution. On the other hand, we have demonstrated the efficiency and accuracy of theCBFM-E when applied to 3D dielectric objects in the context of the electric volumetric integral equation,and have consolidated thus its leading position in the computational electromagnetics, especiallyagainst the iterative solvers based numerical methods.