Les risques liés aux débris spatiaux sont à présent considérés comme critiques par les gouvernements et les agences spa-tiales internationales. Durant la dernière décennie les agences spatiales ont développé des logiciels pour simuler la rentrée atmosphérique des satellites et des stations orbitales afin de déterminer les risques et possibles dommages au sol. Néan-moins les outils actuels fournissent des résultats déterministes alors que les modèles employés utilisent des valeurs de paramètres qui sont mal connues. De plus les résultats obtenus dépendent fortement des hypothèses qui sont faites. Une solution pour obtenir des résultats pertinents et exploitables est de prendre en considération les incertitudes que l’on a sur les différents paramètres de la modélisation afin d’effectuer des analyses de type Monte-Carlo. Mais une telle étude est particulièrement gourmande en temps de calcul à cause du grand espace des paramètres à explorer (ce qui nécessite des centaines de milliers de simulations numériques). Dans le cadre de ces travaux de thèse nous proposons un nouveau logiciel de simulation numérique de rentrée atmosphérique de satellite, permettant de façon native de prendre en consi-dération les incertitudes sur les différents paramètres de modélisations pour effectuer des analyses statistiques. Afin de maitriser les temps de calculs cet outil tire avantage de la méthode de Taguchi pour réduire le nombre de paramètres à étudier et aussi des accélérateurs de calculs de type Graphics Processing Units (GPUs) et Intel Xeon Phi. / The risk of space debris is now perceived as primordial by government and international space agencies. Since the last decade, international space agencies have developed tools to simulate the re-entry of satellites and orbital stations in order to assess casualty risk on the ground. Nevertheless , all current tools provide deterministic solutions, though models include various parameters that are not well known. Therefore, the provided results are strongly dependent on the as-sumptions made. One solution to obtain relevant and exploitable results is to include uncertainties around those parame-ters in order to perform Monte-Carlo analysis. But such a study is very time consuming due to the large parameter space to explore (that necessitate hundreds of thousands simulations). As part of this thesis work we propose a new satellite atmospheric reentry simulation to perform statistical analysis. To master computing time this tool takes advantage of Taguchi method to restrain the amount of parameter to study and also takes advantage of computing accelerators like Graphic Processing Units (GPUs) and Intel Xeon Phi.

Dans cette thèse, nous considérons la solution numérique, dans des domaines bornés bidimensionnels et tridimensionnels, d'un problème inverse pour la localisation d'imperfections de petits volumes contenues dans un domaine sain de conductivité différente que celle des inhomogénéités. L'identification de ces inhomogénéités repose sur une approche dynamique basée sur l'équation des ondes. Notre algorithme numérique s'appuie sur le couplage d'une solution élément fini de l'équation des ondes, d'une méthode de contrôlabilité exacte et d'une inversion de Fourier pour localiser les centres des imperfections. Une application pratique de cette technique pourrait être la localisation de mines anti-personnel ou de tumeurs. Des résultats numériques, en deux et trois dimensions, montrent la robustesse et la précision de l'approche pour retrouver des imperfections, placées aléatoirement, à partir de mesures sur la frontière complète ou sur une partie de la frontière.

Les composites stratifiés sont aujourd'hui fortement utilisés dans l'industrie. Ils permettent en effet une conception optimisée des structures et offrent ainsi une réponse aux contraintes énergétiques auxquelles font face les industriels. Cependant, la prévision par le calcul de leur comportement sous charge et de leur dégradation progressive soulève une difficulté : la modélisation du matériau doit être réalisée à une échelle très inférieure à celle de la structure. On se concentre ici sur les modèles de zone cohésive qui, depuis les vingt dernières années, ont démontré leur aptitude à la prédiction du délaminage. La taille des problèmes résultant de la simulation de l'évolution de structures industrielles par ce type de modèle est considérable. Leur résolution requiert alors l'utilisation de stratégies de calcul intensif. Dans ces travaux, le problème non linéaire posé à chaque piquet de temps du schéma d'intégration temporel est résolu par une méthode de décomposition de domaine à trois échelles. L'introduction des différents niveaux de résolution permet de traiter les informations de l'échelle fine, de l'échelle du pli et de l'échelle de la structure de manière adaptée au cours des itérations, et ainsi d'assurer l'efficacité de la méthode proposée, en termes de taux de convergence et d'aptitude à la parallélisation. Cette stratégie est ensuite aménagée pour résoudre les difficultés liées aux non-linéarités fortement localisées et aux éventuelles instabilités engendrées par le comportement adoucissant du matériau simulé.

Dans un contexte de réduction importante des coûts dans le domaine des lanceurs spatiaux, il devient primordial de contrôler l'ensemble des facteurs dimensionnants dès la conception. La diminution de la masse est compensée par une augmentation de la raideur et il en résulte une diminution de l'amortissement, qui est le paramètre qui conditionne les niveaux de la réponse dynamique. A l'heure actuelle, l'amortissement est pris en compte de manière globale et le plus souvent identifié sur la structure finale. L'objectif de ce travail est de proposer une démarche de prédiction de l'amortissement dans les lanceurs spatiaux afin de prendre celui-ci en compte dès la phase de conception. Cette démarche passe par la mise en place d'une base de données des coefficients d'amortissement en fonction du type de sollicitation, du niveau de chargement, de la géométrie... L'amortissement étant bien connu pour les matériaux qui composent le lanceur, l'enjeu est la détermination de l'amortissement dans les liaisons, où les dissipations peuvent être très importantes. Les démarches expérimentales étant coûteuses et complexes à mettre en place, le travail s'est tourné vers une approche numérique, basée sur un calcul éléments finis des liaisons. Ce type de simulations est actuellement hors de portée des codes de calculs industriels standards et a nécessité le développement d'un code de calcul parallèle spécifique, basé sur la méthode LATIN. La robustesse de l'outil numérique a été étudiée et les résultats ont été validés à partir de valeurs obtenues expérimentalement lors d'une étude précédente. Enfin, le calcul de différentes liaisons constitutives du lanceur a été abordé ainsi que la méthodologie pour intégrer ces résultats dans le processus de dimensionnement d'Ariane.

Ce mémoire est composé de deux grandes parties. Dans la première, nous simulons le fonctionnement d'automates cellulaires par différents modèles de calcul parallèle comme les PRAM, les XPRAM et les machines spatiales. Nous obtenons ainsi différentes preuves de l'universalité de ces modèles. Nous tirons quelques conséquences de ces résultats du point de vue de la calculabilité et de la complexité. Dans la seconde partie, nous considérons les automates cellulaires définis sur des graphes de Cayley finis. Nous rappelons la simulation de Róka qui permet de mimer le fonctionnement d'un tore hexagonal d'automates par un tore d'automates de dimension deux. Nous décrivons ensuite différentes manières de plonger un tore d'automates de dimension deux dans un anneau d'automates. Nous déduisons de ces résultats la simulation de tores de dimension finie par un anneau d'automates et celle d'un tore hexagonal d'automates par un anneau d'automates.

L'objectif de ce travail consiste à étudier numériquement la propagation des ondes mécaniques dans un milieu poreux continubiphasique en régime impulsionnel. Un code de calcul permettant la simulation et l'analyse du comportement mécanique est mis au point à cet effet. Une analyse préliminaire présente des généralités sur la notion de milieu poroviscoélastique, sur la théorie de Biot ainsi que sur la propagation des ondes mécaniques. Un bilan des résultats rencontrés dans la bibliographie montre la nécessité de mener une étude complémentaire sur le modèle complet du milieu poreux continu biphasique dans le domaine temporel.<br /><br />Une approche par éléments finis est proposée dans le cadre de la théorie générale de Biot. Les caractéristiques de l'outil numérique développé sont précisées. En particulier, la structure orientée objet donne un code compact et souple. Un travail<br />semi-analytique, préalablement effectué, s'intéresse aux phénomènes de dispersion, d'atténuation et à la détermination des vitesses de propagation des différentes ondes.<br /><br />Une modélisation bidimensionnelle permet d'obtenir les déplacements temporels des phases solide et fluide en surface et en profondeur d'un sol poreux semi-infini. Une étude paramétrique des couplages mécaniques est effectuée. La seconde onde de compression est mise en évidence. Une première approche de sols hétérogènes ou partiellement saturés est en outre proposée.<br /><br />L'étude de problèmes tridimensionnels est ensuite envisagée. La taille numérique importante de cette problématique nécessite alors la parallélisation du code de calcul. Des essais sur différents supercalculateurs sont réalisés pour mesurer la performance du<br />calcul parallèle et conduisent à des résultats tridimensionnels.

Les aubes de turbine HP sont des pièces soumises à des contraintes thermiques et mécaniques très fortes mais également variables dans le temps, doù des phénomènes combinés de fatigue et de fluage. Lévolution technologique des matériaux, comme lutilisation de matériaux monocristallins revêtus, permet dacquérir une meilleure résistance au fluage et à la fatigue thermique mais nest plus suffisante. Il a fallu intégrer des technologies de refroidissement interne de plus en plus complexes. Les microcanalisations sont un moyen efficace pour diminuer la température globale de la pièce mais créent des gradients thermiques et des concentrations de contraintes qui peuvent être à lorigine de lamorçage de fissures. Par conséquent, afin détudier le comportement et la durée de vie des aubes de turbines HP, il est important de prendre en compte les singularités géométriques.<br />Un calcul daube multiperforée 3D a donc été réalisé en élasticité, en viscoplasticité isotrope et anisotrope dans des conditions isothermes et anisothermes. La réalisation de calcul de structure de cette taille nest possible que depuis quelques années grâce à laugmentation des puissances de calcul et à lutilisation de calculateurs parallèles. Mais cette approche est toujours trop longue et nest pas compatible avec les délais dun bureau détude. De ce fait, une méthode de dimensionnement daube de turbine pour une utilisation quotidienne basée sur des méthodes dhomogénéisation a été proposée. Elle permet de remplacer la zone hétérogène (les trous du bord dattaque) par un milieu homogène équivalent ayant des propriétés effectives. Ce dernier a été déterminé en élasticité en utilisant les méthodes dhomogénéisation classiques puis en viscosité isotrope et dans le cas du monocristal en utilisant une méthode pragmatique. Les méthodes dhomogénéisation préconisées ont lintérêt de comporter une étape de relocalisation permettant dutiliser les informations du calcul simplifié pour appliquer des conditions aux limites adaptées sur une cellule représentative comportant un trou de refroidissement. Etant donné que le calcul de référence donne létat de contraintes-déformations autour des trous, la prédiction donnée par la méthode de relocalisation pourra être évaluée sans ambiguité.<br />Nous avons également mis en évidence les limites dune telle approche dans le cas de forts gradients de sollicitations. Dans ces conditions de fonctionnement, les méthodes dhomogénéisation classiques sont mises en défaut et le milieu homogène équivalent peut être considéré comme un milieu continu généralisé. Une formulation en thermoélasticité du second gradient est proposée.<br />En parallèle, une étude expérimentale a également été réalisée à lONERA afin détudier linfluence de la perforation sur le comportement et la durée de vie. Des essais de fatigue thermomécaniques, prenant en compte les gradients thermiques observés sur une structure réelle, ont été réalisés jusquà rupture sur des éprouvettes monocristallines revêtues. Ces essais ont été simulés par éléments finis et un modèle de durée de vie en fatigue-fluage-oxydation a été appliqué en post-traitement du calcul de structure. De ce fait des comparaisons calcul-expérience au niveau du comportement et de la durée de vie ont pu être effectuées.

Athapascan-0b est un noyau exécutif pour machines parallèles supportant la multiprogrammation légère. Athapascan-0b permet un développement portable d'applications parallèles irrégulières et une exécution efficace de celles-ci sur un grand nombre de plates-formes. Ce document commence par la présentation du cadre dans lequel s'inscrit Athapascan-0b, à savoir les communications, la multiprogrammation légère et l'intégration de ces deux fonctionnalités. Sont ensuite présentes les concepts structurant Athapascan-0b ainsi que son interface de programmation. La problématique d'une intégration de communications et de multiprogrammation légère est posée, la réalisation d'Athapascan-0b est décrite et plus précisement le choix d'implantation, à savoir un mariage de bibliothèques existantes de multiprogrammation légère et de communications. Enfin, la performance d'Athapascan-0b est evaluée, comparée à la performance des bibliothèques au dessus desquelles il a été développé. L'exécution de quelques exemples est analysée afin de mieux comprendre les mécanismes en jeu.

Cette thèse se concentre sur l'évaluation des performances des mécanismes d'équilibrage de charge. Pour l'utilisation efficace d'une architecture parallèle, il est nécessaire de développer des techniques de régulation de charge appropriées. Nous étudions en détail le problème de l'ordonnancement dynamique d'une application parallèle. Les fonctionnalités d'un ordonnanceur générique sont analysées et son implémentation dans le système Athapascan est décrit. Athapascan est un environnement de programmation pour les applications parallèles irrégulières. La structure de l'ordonnanceur permet l'implémentation de différents algorithmes d'équilibrage de charge. Pour étudier les différentes stratégies d'équilibrage et comparer leurs performances nous proposons une méthodologie. Nous avons construit des modèles de programmes synthétiques avec un caractère dynamique et aléatoire, à partir desquels nous avons établi un jeu d'essai. Nous avons choisi d'étudier les effets simultanés des différents paramètres des ordonnanceurs et de la charge synthétique. Une planification factorielle a été choisie parce qu'elle permet une vision globale de l'influence des différents paramètres. Les tests sont effectués sur une machine SP1-IBM. Deux méthodes d'analyse de données multivariée sont utilisées, l'analyse en composantes principales et la régression multiple. L'interprétation des modèles linéaires obtenus permet de comprendre le comportement de chaque ordonnanceur et l'influence de ses paramètres par rapport à la charge applicative.

La proportion de matériaux composites stratifiés ne cesse d'augmenter dans les structures aéronautiques, et notamment dans les zones vitales de ces dernières. Ces matériaux présentent des mécanismes de dégradation très complexes, ce qui limite la confiance dans les modèles actuellement utilisés. C'est dans ce cadre qu'un modèle micro innovant pour les matériaux composites stratifiés est développé au LMT. Ce modèle dit "hybride", réconcilie micromécanique et mésomécanique des stratifiés. Les mécanismes tels que la microfissuration et le délaminage local sont décrits de manière discrète à travers la mécanique de la fissuration discrète. A l'opposé, les dégradations diffuses sont homogénéisées au niveau du volume appelé "matériau fibre-matrice" et décrites grâce au mésomodèle d'endommagement des stratifiés. Les travaux de thèse ont porté sur l'amélioration de ce modèle ainsi que sur le développement d'une stratégie numérique dédiée en vue de sa validation. Dans un premier temps, le travail a porté sur l'introduction au sein de la partie continue du modèle, des mécanismes nécessaires à la description du comportement d'un stratifié sous chargement mécanique. Ainsi, les phénomènes de déformations permanentes, de viscosité et de rupture dans le sens des fibres ont été introduits à travers des modèles se situant aux échelles les plus pertinentes. De cette manière, le modèle micro amélioré proposé peut se voir comme un "matériau virtuel de référence", constituant une base de données regroupant les principales modélisations permettant la description du comportement des stratifiés depuis l'état initial jusqu'à la rupture. Dans un deuxième temps, le travail a porté sur l'intégration numérique du modèle complet au sein d'une stratégie numérique dédiée. Basée sur la méthode LaTIn multi-échelles, le logiciel initialement développé à été complété au cours des travaux de thèse avec la prise en compte de la décohésion fibre/matrice, des déformations permanentes, de la viscosité et de la rupture dans le sens des fibres. En outre, la taille des problèmes engendrés par une telle stratégie se révélant très importante, une parallélisation complète de la stratégie a été menée, afin de permettre la simulation d'éprouvettes de taille réaliste. Ces simulations ont permis de mener une première phase de validation, à travers des comparaisons entre essais et simulations, dans le cas d'éprouvettes classiques de caractérisation des stratifiés.