Définitions et résultats fondamentaux sur les polyèdres convexes. Opérations sur les polyèdres convexes. contextes abstraits. Système d'équations en avant associe à un programme. Analyse approchée en avant des programmes. Analyse approchée en arrière des programmes. Primitives évoluées. Application de la méthode. Note sur l'implémentation et les performances. comparaison avec des travaux voisins.

Nous proposons un modèle mathématique intégré du poumon dont l'approche globale repose sur une modélisation multibloc. En effet, on décompose en trois niveaux l'arbre bronchique qui s'étend sur vingt quatre générations de bronches allant de la trachée aux alvéoles. Au premier niveau (les six premières générations), a lieu un écoulement de Navier-Stokes, qui est simulé directement. Au deuxième niveau (de la génération sept à la génération dix sept), les flux à travers les bronches sont régis par la loi de Poiseuille. La linéarité de cette loi nous permet de condenser cette partie de l'arbre et de proposer des conditions aux bords dissipatives adaptées à la similation de la ventilation et permettant d'éviter le maillage de cette partie géométriquement complexe. Le dernier niveau du modèle, prend en compte la partie distale de l'arbre qui est la zone alvéolaire. Elle est composée des acini, qui agissent comme un ensemble de petites pompes et dont l'effet macroscopique est le moteur même de la respiration. A ce niveau, on propose les déplacements d'un piston comme modèle simplifié des mouvements du diaphragme pulmonaire. Dans un premier temps, on se place dans le cadre particulier des équations de Stokes et on s'intéresse au couplage des deux premiers compartiments, dont la validité est illustrée par des tests numériques. On explique également le calcul de la résistance globale équivalente qui intervient dans le calcul de la condition aux limites qui remplace la zone condensée. L'étude est ensuite généralisée au cas des équations de Navier-Stokes. La difficulté réside dans le contrôle du flux d'énergie cinétique, on introduit alors une classe de conditions aux limites, qu'on désigne par dissipatives essentielles, pour lesquelles la trace du champ de vitesse sur les sections d'entrée et de sorties vit dans un espace de dimension fini, et pour lesquelles on prouve des résultats d'existence de solutions faibles locales en temps pour données quelconques et globales en temps pour données petites. Pour le cas de conditions dites dissipatives naturelles, c'est à dire sans contrainte sur la trace du champ de vitesse, on a existence de solutions faibles locales en temps pour données petites et globales en temps pour données plus petites, mais seulement en dimension deux. Cependant, on prouve pour ces conditions aux limites, que pour une classe de solutions plus régulières on a l'existence d'une unique solution locale en temps ainsi que l'existence d'une solution globale en temps pour données petites. Pour le couplage global, incluant le piston, on prouve l'existence de solutions faibles locales en temps pour des données quelconques en ce qui concerne les conditions aux limites dissipatives essentielles, tandis que pour les conditions dissipatives naturelles, on obtient l'existence de solutions locales en temps pour données petites et toujours seulement en dimension deux. Finalement, on propose une discrétisation en temps du problème global et on établit un bilan énergétique à l'ordre 1 pour le problème régulier en espace et discrétisé en temps. Nous présentons ainsi plusieurs simulations numériques bi-dimensionnelles correspondants aussi bien à un poumon sain que pathologique et notamment asthmatique.

La thèse est composée de deux parties indépendantes.<br />Dans la première partie, on étudie le comportement asymptotique de problèmes elliptiques et paraboliques à données $L^1+W^{-1,p'}$ (respectivement $L^1+L^p(0,T;W^{-1,p'})$ dans le cas parabolique), dans des domaines devenant infiniment grands. En utilisant le cadre des solutions renormalisées et les résultats de régularité des solutions pour de telles données, on prouve, sous certaines hypothèses structurelles sur les variables d'espace, des résultats de convergence dans les espaces de régularité des solutions.<br />Dans la seconde partie, dans le cas de la dimension $2$, on étudie des systèmes de type Boussinesq. Ces systèmes dérivent de modèles de mécanique des fluides et consistent en un couplage des équations de Navier-Stokes incompressibles et de l'équation de la chaleur. On s'intéresse essentiellement aux questions d'unicité de la solution, particulièrement délicate à prouver du fait du couplage très non linéaire entre les équations. On travaille dans le cadre des solutions faibles pour les équations de Navier-Stokes et dans le cadre des solutions renormalisées pour des problèmes paraboliques pour l'équation de la chaleur. On établit tout d'abord des résultats de régularité pour ces équations puis on montre plusieurs résultats d'existence et d'unicité de la solution du système pour de petites données.

Ce travail porte sur la modélisation, l'analyse et l'analyse numérique de la dynamique des dislocations ainsi que sur les liens très forts qui existent avec les mouvements de type mouvement par courbure moyenne. Les dislocations sont des défauts linéaires qui se déplacent dans les cristaux lorsque ceux-ci sont soumis à des contraintes extérieures. D'une manière générale, la dynamique d'une ligne de dislocation est décrite par une équation eikonale où la vitesse dépend de manière non locale de l'ensemble de la ligne. Il est également possible d'ajouter un terme de courbure moyenne dans la modélisation. <br /><br />La première partie de ce mémoire est consacrée aux propriétés qualitatives de la dynamique d'une ligne de dislocation (existence, unicité, comportement asymptotique...). Cette étude repose en grande partie sur la théorie des solutions de viscosité. On propose également plusieurs schémas numériques pour cette dynamique et on montre leur convergence ainsi que des estimations d'erreurs entre la solution et son approximation numérique.<br /><br />Dans une seconde partie nous faisons le lien entre la dynamique d'un nombre fini de dislocations et la dynamique de densité de dislocations en montrant des résultats d'homogénéisation. Nous étudions également, de manière théorique et numérique, un modèle pour la dynamique de densité de dislocations.

La présente thèse comporte trois parties indépendantes.<br>La première partie présente une preuve d'existence de solutions faibles globales pour un modèle de sprays de type Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec densité variable. Ce modèle est obtenu par une limite formelle à partir d'un modèle Vlasov-Navier-Stokes-incompressible avec fragmentation, où seules deux valeurs de rayons de particules sont considérées : un rayon r1 pour les particules avant fragmentation, et un rayon r2<

Cette thèse concerne l'étude mathématique et numérique d'équations aux dérivées partielles hyperboliques non-linéaires. Une première partie traite d'une problématique émergente: le couplage d'équations hyperboliques. Les applications poursuivies relèvent du couplage mathématique de plateformes de calcul, en vue d'une simulation adaptative de phénomènes multi-échelles. Nous proposons et analysons un nouveau formalisme de couplage construit sur des systèmes EDP augmentés permettant de s'affranchir de la description géométrique des frontières. Ce nouveau formalisme permet de poser le problème en plusieurs variables d'espace en autorisant l'éventuel recouvrement des modèles à coupler. Ce formalisme autorise notamment à munir la procédure de couplage de mécanismes de régularisation visqueuse utiles à la sélection de solutions discontinues naturelles. Nous analysons alors les questions d'existence et d'unicité dans le cadre d'une régularisation parabolique autosemblable. L'existence est acquise sous des conditions très générales mais de multiples solutions sont susceptibles d'apparaître dès que le phénomène de résonance survient. Ensuite, nous montrons que notre formalisme de couplage à l'aide de modèles EDP augmentés autorise une autre stratégie de régularisation basée sur l'épaississement des interfaces. Nous établissons dans ce cadre l'existence et l'unicité des solutions au problème de Cauchy pour des données initiales $L^\infty$. À cette fin, nous développons une technique de volumes finis sur des triangulations générales que nous analysons dans la classe des solutions à valeurs mesures entropiques de DiPerna. La seconde partie est consacrée à la définition d'un schéma de volumes finis pour l'approximation des solutions non classiques d'une loi de conservation scalaire basée sur une relation cinétique. Ce schéma présente la particularité d'être stricto sensu conservatif contrairement à une approche à la Glimm qui ne l'est que statistiquement. Des illustrations numériques étayent le bien-fondé de notre approche.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mes travaux peuvent se diviser en deux thèmes : L'algèbre linéaire numérique. La théorie des opérateurs intégraux. L'algèbre linéaire numérique fut le cadre de ma thèse de doctorat, dédiée aux propriétés spectrales des opérateurs de Sylvester, endomorphismes d'espaces matriciels. J'ai tout naturellement utilisé mes connaissances, mes compétences et mon savoir faire, développés pendant ces années de formation par la recherche, pour attaquer un nouveau problème li e a une notion apparue dans les années 1990 et qui a connu un grand succès dans la communauté de l'algèbre linéaire numérique. Cette notion est celle des pseudospectres qui généralise celle des spectres dans le cadre de la théorie des perturbations. A cette notion est liée celle de rayon de stabilité. Suite a ces travaux sur les pseudospectres et ayant constat e que pour certaines matrices pathologiques, la détermination du pseudospectre était couteuse et entachées d'erreurs importantes, nous avons cherché si l'on ne pouvait pas définir d'autres généralisations du spectre plus facilement calculables. Nous avons étudié un ensemble du plan complexe, contenant les valeurs propres d'une matrice, défini comme un -voisinage des racines du polynome caractéristique. Je me suis ensuite tout naturellement tournée vers un nouveau chalenge, celui du problème polynomial de valeurs propres. Ce sujet s'est développé très récemment. Il y a des questions propres aux problèmes polynomiaux de valeurs propres qui n'ont ete posées qu' a partir des années 2000 et qui n'ont trouvées de premières réponses que cinq ans plus tard. Le domaine des problèmes polynomiaux de valeurs propres est en pleine expansion et beaucoup de problèmes restent a résoudre dans l'avenir. Parallèlement et plus directement li e aux équations matricielles, je me suis intéressée a la notion de stabilité de Lyapunov, tr es utile dans la communauté de la théorie du contrôle. Mon autre domaine de recherche concerne les équations intégrales du point de vue de l'approximation. Des méthodes de discrétisation conduisant a des matrices diagonales sont intéressantes. Ces considérations m'ont conduite à étudier l'approximation d'un équation d'opérateur intégral par une méthode d'ondelettes-vaguelettes. La difficulté de la mise en œuvre numérique m'a dirigée vers l' étude d'autres méthodes.

Cette thèse développe une nouvelle méthodologie permettant d'établir des approximations analytiques pour les prix des options européennes. Notre approche combine astucieusement des développements stochastiques et le calcul de Malliavin afin d'obtenir des formules explicites et des évaluations d'erreur précises. L'intérêt de ces formules réside dans leur temps de calcul qui est aussi rapide que celui de la formule de Black et Scholes. Notre motivation vient du besoin croissant de calculs et de procédures de calibration en temps réel, tout en contrôlant les erreurs numériques reliées aux paramètres du modèle. On traite ainsi quatre catégories de modèles, en réalisant des paramétrisations spécifiques pour chaque modèle afin de mieux cibler le bon modèle proxy et obtenir ainsi des termes correctifs faciles à évaluer. Les quatre parties traitées sont : les diffusions avec sauts, les volatilités locales ou modèles à la Dupire, les volatilités stochastiques et finalement les modèles hybrides (taux-action). Il faut signaler aussi que notre erreur d'approximation est exprimée en fonction de tous les paramètres du modèle en question et est analysée aussi en fonction de la régularité du payoff.

Ce travail de thèse concerne les méthodes numériques à base d'ondelettes pour la simulation de la turbulence incompressible. L'objectif principal est la prise en compte de conditions aux limites physiques dans la résolution des équations de Navier-Stokes. Contrairement aux travaux précédents où la <i>vorticité</i> était décomposée sur base d'ondelettes <i>classiques</i>, le point de vue qui est adopté ici vise à calculer le champ de <i>vitesse</i> de l'écoulement sous la forme d'une série d'ondelettes à divergence nulle. On est alors dans le cadre des équations de Navier-Stokes incompressibles en formulation <i>vitesse-pression</i>, pour lesquelles les conditions aux limites sur la <i>vitesse</i> s'écrivent explicitement, ce qui diffère de la formulation <i>vitesse-tourbillon</i>. Le principe de la méthode développée dans cette thèse consiste à injecter directement les conditions aux limites sur la base d'ondelettes. Ce travail prolonge la thèse de E. Deriaz réalisée dans le cas périodique. La première partie de ce travail a donc été la définition et la mise en œuvre de nouvelles bases d'ondelettes à divergence nulle ou à rotationnel nul sur $[0,1]^n$, permettant la prise en compte de conditions aux limites, à partir des travaux originaux de P. G. Lemarié-Rieusset, K. Urban, E. Deriaz et V. Perrier. Dans une deuxième partie, des méthodes numériques efficaces utilisant ces nouvelles ondelettes sont proposées pour résoudre différents problèmes classiques : équation de la chaleur, problème de Stokes et calcul de la décomposition de Helmholtz-Hodge en non périodique. L'existence d'algorithmes rapides associés rend les méthodes compétitives. La dernière partie est consacrée à la définition de deux nouveaux schémas de résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles par ondelettes, qui utilisent les ingrédients précédents. Des expériences numériques menées pour la simulation d'écoulement en cavité entraînée en dimension deux ou le problème de la reconnection de tubes de vortex en dimension trois montrent le fort potentiel des algorithmes développés.