Les chaînes plissées d'avant-pays sont des objets géologiques qui se forment dans un contexte compressif et représentent la partie externe des orogènes.Elles sont composées de nombreuses structures plissées associées à des chevauchements généralement enracinés au sein d'un niveau de décollement peu profond situé dans la partie basale de la couverture sédimentaire. Ces objets géologiques ont été beaucoup étudiés au XXème siècle.Ils ont été modélisés cinématiquement, analogiquement et mécaniquement.S’il est indispensable de tenir compte de l’aspect mécanique en géologie structurale, les modèles mécaniques restent cependant trop peu utilisés par le géologue structuraliste.L'objectif de cette thèse est de montrer comment apporter des contraintes mécaniques à l'étude des structures géologiques, grâce à une théorie mécanique facilement utilisable en géologie structurale.Cette théorie, le calcul à la rupture (Limit Analysis), représente en effet un bon intermédiaire entre les modèles cinématiques et les modèles mécaniques en éléments finis, très complets mais relativement complexes d'utilisation.Nous étudions ici des exemples appartenant à la chaîne plissée d’avant-pays du Jura et utilisons les logiciels Optum G2 et SLAMTec.Nous procédons alors selon deux approches. La première approche, présentée en première partie de ce manuscrit consiste à étudier la déformation passée.Nous nous focalisons sur la région de Saint-Ursanne dans le Nord-Est du Jura, en Suisse et réalisons dans un premier temps une coupe géologique d'une structure que nous étendons ensuite en 3D via une série de coupes balayant l'ensemble de la zone d'étude.Pour réaliser ces coupes nous utilisons à la fois des principes d’équilibrage cinématique, des modélisations mécaniques par calcul à la rupture et des modélisations analogiques en boîte à sable.Nous montrons ainsi l’importance de l’héritage tectonique sur la mise en place des structures de cette région et modélisons mécaniquement l’influence d’un décalage du niveau de décollement par une faille normale héritée, lors d’un épisode compressif ultérieur.Nous montrons alors que ce décalage représente un générateur de failles ainsi qu’un point d’accroche qui ralenti la propagation du front de déformation, contrôlant par ailleurs la direction de la structure qui se développera.Nous montrons également que la topographie joue un rôle majeur dans la mise en place des structures géologiques.Dans la deuxième partie du manuscrit nous abordons une seconde approche qui consiste à étudier la déformation actuelle.Nous changeons cette fois-ci d’échelle pour nous intéresser à la tectonique actuelle de l’ensemble du Jura.Nos modélisations prédisent que cette chaîne plissée, formée par une tectonique de couverture, est aujourd’hui partiellement affectée par une tectonique de socle.Alors que la partie ouest du Jura serait toujours affectée par une tectonique de couverture, le socle devrait aujourd’hui être impliqué dans la déformation au niveau de la partie nord-est.Nous montrons cependant qu’une tectonique de socle n’empêche pas l’activation simultanée des niveaux de décollements situés dans la couverture (les évaporites triasiques, dans le cas du Jura).L’intérêt pratique de ces méthodes est illustré par des questions industrielles : le dernier chapitre présente une étude des coupes géologiques d’un terrain d’étude de la Nagra, situé dans l’est du Jura.Nous regardons la réponse mécanique actuelle en compression de l’interprétation structurale proposée.Les outils numériques utilisés dans l’ensemble de ce travail ont, par ailleurs, fait l’objet d’un tutoriel réalisé dans le cadre d’une mission au sein de l’entreprise Total. / Fold-and-thrust-belts form in a compressive geological context and represent the external part of orogens.They are composed of numerous folds and thrusts generally rooted in a shallow décollement level located in the basal part of the sedimentary cover.These belts have been studied extensively during the XX century. They have been modeled kinematically, analogically and mechanically.The mechanical aspect of deformation must be taken into account in structural geology, but yet, mechanical models remain underused by the structural geologist.The objective of this thesis is to show how to bring mechanical constraints to the study of geological structures with a mechanical theory easily usable in structural geology, the Limit Analysis.This theory represents a good compromise between the kinematic models and the finite element mechanical models, very complete but relatively complicated to use.We study here examples from the Jura fold-and-thrust belt and use the softwares Optum G2 and SLAMTec.We proceed with two different approaches.The first one is presented in the first part of this manuscript and consists in studying the past deformation.We focus on Saint-Ursanne area, in the North-East Switzerland Jura.We construct first a 2D geological cross section of the Mont Terri structure and then we extend this work in 3D by a series of cross sections that scan the whole Saint Ursanne area.These cross-sections are drawn using kinematical rules, mechanical modeling with Limit Analysis and analog sandbox modeling.We show the importance of the tectonic inheritance on the onset of structures in the studied region and we mechanically model the influence of a décollement offset due to an inherited normal fault during a subsequent compressive episode.We show that this offset represents a “fault generator” and a catching point that slows the propagation of the deformation front and furthermore controls the orientation of the structure that develops.We also show that the topography plays a major role in the establishment of geological structures.In the second part of the manuscript we follow a second approach that consists in studying the current deformation.We change of scale and study the current tectonics of the entire Jura.Our models predict that this belt, formed in thin-skin tectonics, is currently partially affected by thick-skin tectonics.The western Jura would be still affected by a thin-skin tectonics, but the basement should be involved in the deformation in the north-east Jura.However, we show that a thick-skin tectonics does not preclude the simultaneous activation of the shallower décollements contained by the sedimentary cover (Triassic evaporites, in the Jura).Practical interest of these methods is illustrated by industrial questions: the last chapter presents a study of geological cross-sections from a studied area of Nagra in the eastern Jura.We look at the current mechanical answer under compression of the proposed structural interpretations.The numerical tools used in this work have been the subject of a tutorial made during a mission at Total company.

Les supercalculateurs utilisés dans le HPC sont constitués de plusieurs machines inter-connectées. Généralement, elles sont programmées à l'aide de MPI qui spécifie une interface de programmation échanger des messages entre les machines. Les opérations MPI non-bloquantes ont été proposées pour recouvrir les communications par du calcul afin d'en amortir le coût. Initialement, ces opérations étaient uniquement disponibles pour les opérations entre 2 processus MPI : les communications point-à-point. L'extension des communications non-bloquantes aux opérations impliquant plus de 2 processus MPI, les opérations collectives, est apparue dans la version 3.0 de la norme MPI en 2012. Cela a ouvert la possibilité de recouvrir les communications collectives non-bloquantes par du calcul. Cependant, ces opérations consomment plus de temps CPU que les opérations point-à-point. Nous proposons d'aborder ce problème sous plusieurs angles. D'une part, nous nous concentrons sur le placement des threads de progression générés par les collectives MPI non-bloquantes. Pour cela, nous proposons deux algorithmes de placement des threads de progression pour toutes les collectives MPI non-bloquantes. Le premier est de regrouper les threads de progression sur des cœurs libres. Le second est de placer les threads de progression sur les hyper-threads. Pour être plus efficace, nous nous concentrons ensuite sur l'optimisation de deux types d'algorithme utilisés pour les opérations collectives : les algorithmes en arbre et les algorithmes en chaîne. D'autre part, nous avons aussi étudié l'ordonnancement des threads de progression afin d'éviter l'exécution de threads inutiles à la progression de l'algorithme. Pour cela, nous proposons d'abord d'utiliser un mécanisme permettant de suspendre l'ordonnancement de ces threads, puis de forcer l'ordonnancement optimal des threads de progression de façon statique à l'aide de sémaphores. Enfin, une politique d'ordonnancement avec des priorités a été mise en place comme preuve de concept. / Supercomputers used in HPC are composed of severals inter-connected machines. Usually, they are programmed using MPI which specify an API for messages exchanges between machines. To amortize the cost of MPI collective operations, non-blocking collectives have been proposed so as to allow communications to be overlapped with computation. Initially, these operations were only available for communication between 2 MPI processes : point-to-point communications. Non-blocking communications were expanded to collective communications in 2012 with MPI 3.0. This opens up the possibility to overlap non-blocking collective communications with computation. However, these operations are more CPU-hungry than point-to-point communications. We propose to approach this problem from several angles. On the one hand, we focus on the placement of progress threads generated by the MPI non-blocking collectives. We propose two progress threads placements algorithms for all non-blocking collectives. We either bind them on free cores, or we bind them on the hyper-threads. Then, we focus on optimizing two types of algorithms used by collective operations: tree-based algorithms and chain-based algorithms. On the other hand, we also study the scheduling of progress threads to avoid their execution when it is unecessary to the advancement of the collective algorithm. For that, we propose first to use a mechanism to suspend the scheduling of these threads, and then we force their optimal scheduling statically by using semaphores. Finally, we introduce a proof of concept scheduling policy with priorities.

De nos jours, la grande puissance de calcul et l'importante capacité de stockage fournie par les systèmes de calcul distribué à large échelle sont exploitées par des applications dont les besoins grandissent continuellement. Les plates-formes de ces systèmes sont composées d'un ensemble de ressources reliées entre elles par une infrastructure de communication. Dans ce type de système, comme dans n'importe quel environnement de calcul, il est courant que des solutions innovantes soient étudiées. Leur adoption nécessite une phase d'expérimentation pour que l'on puisse les valider et les comparer aux solutions existantes ou en développement. Néanmoins, de par leur nature distribuée, l'exécution d'expériences dans ces environnements est difficile et coûteuse. Dans ces systèmes, l'ordre d'exécution dépend de l'ordre des événements, lequel peut changer d'une exécution à l'autre. L'absence de reproductibilité des expériences rend complexe la conception, le développement et la validation de nouvelles solutions. De plus, les ressources peu- vent changer d'état ou intégrer le système dynamiquement ; les architectures sont partagées et les interférences entre applications, ou même entre processus d'une même application, peuvent affecter le comportement général du système. Enfin, le temps d'exécution d'application à large échelle sur ces sys- tèmes est souvent long, ce qui empêche en général l'exploration exhaustive des valeurs des éventuels paramètres de cette application. Pour toutes ces raisons, les expérimentations dans ce domaine sont souvent basées sur la simulation. Diverses approches existent actuellement pour simuler le calcul dis- tribué à large-échelle. Parmi celles-ci, une grande partie est dédiée à des architectures particulières, comme les grappes de calcul, les grilles de calcul ou encore les plates-formes de calcul bénévole. Néan- moins, ces simulateurs adressent les mêmes problèmes : modéliser le réseau et gérer les ressources de calcul. De plus, leurs besoins sont les même quelle que soit l'architecture cible : la simulation doit être rapide et passer à l'échelle. Pour respecter ces exigences, la simulation de systèmes distribués à large échelle repose sur des techniques de modélisation pour approximer le comportement du système. Cependant, les estimations obtenues par ces modèles peuvent être fausses. Quand c'est le cas, faire confiance à des résultats obtenus par simulation peut amener à des conclusions aléatoires. En d'autres mots, il est nécessaire de connaître la précision des modèles que l'on utilise pour que les conclusions basées sur des résultats de simulation soient crédibles. Mais malgré l'importance de ce dernier point, il existe très rarement des études sur celui-ci. Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés à la problématique de la précision des modèles pour les architectures de calcul distribué à large-échelle. Pour atteindre cet objectif, nous avons mené une évaluation de la précision des modèles existants ainsi que des nouveaux modèles conçus pendant cette thèse. Grâce à cette évaluation, nous avons proposé des améliorations pour atténuer les erreurs dues aux modèles en utilisant SimGrid comme cas d'étude. Nous avons aussi évalué les effets des ces améliorations en terme de passage à l'échelle et de vitesse d'exécution. Une contribution majeure de nos travaux est le développement de modèles plus intuitifs et meilleurs que l'existant, que ce soit en termes de précision, vitesse ou passage à l'échelle. Enfin, nous avons mis en lumière les principaux en- jeux de la modélisation des systèmes distribuées à large-échelle en montrant que le principal problème provient de la négligence de certains phénomènes importants. / Large-Scale Distributed Computing (LSDC) systems are in production today to solve problems that require huge amounts of computational power or storage. Such systems are composed by a set of computational resources sharing a communication infrastructure. In such systems, as in any computing environment, specialists need to conduct experiments to validate alternatives and compare solutions. However, due to the distributed nature of resources, performing experiments in LSDC environments is hard and costly. In such systems, the execution flow depends on the order of events which is likely to change from one execution to another. Consequently, it is hard to reproduce experiments hindering the development process. Moreover, resources are very likely to fail or go off-line. Yet, LSDC archi- tectures are shared and interference among different applications, or even among processes of the same application, affects the overall application behavior. Last, LSDC applications are time consuming, thus conducting many experiments, with several parameters is often unfeasible. Because of all these reasons, experiments in LSDC often rely on simulations. Today we find many simulation approaches for LSDC. Most of them objective specific architectures, such as cluster, grid or volunteer computing. Each simulator claims to be more adapted for a particular research purpose. Nevertheless, those simulators must address the same problems: modeling network and managing computing resources. Moreover, they must satisfy the same requirements providing: fast, accurate, scalable, and repeatable simulations. To match these requirements, LSDC simulation use models to approximate the system behavior, neglecting some aspects to focus on the desired phe- nomena. However, models may be wrong. When this is the case, trusting on models lead to random conclusions. In other words, we need to have evidence that the models are accurate to accept the con- clusions supported by simulated results. Although many simulators exist for LSDC, studies about their accuracy is rarely found. In this thesis, we are particularly interested in analyzing and proposing accurate models that respect the requirements of LSDC research. To follow our goal, we propose an accuracy evaluation study to verify common and new simulation models. Throughout this document, we propose model improvements to mitigate simulation error of LSDC simulation using SimGrid as case study. We also evaluate the effect of these improvements on scalability and speed. As a main contribution, we show that intuitive models have better accuracy, speed and scalability than other state-of-the art models. These better results are achieved by performing a thorough and systematic analysis of problematic situations. This analysis reveals that many small yet common phenomena had been neglected in previous models and had to be accounted for to design sound models.

Le problème du calcul d'isogénies est apparu dans l'algorithme SEA de comptage de points de courbes elliptiques définies sur des corps finis. L'apparition de nouvelles applications du calcul d'isogénies (crypto système à trappe, fonction de hachage, accélération de la multiplication scalaire, crypto système post quantique) ont motivé par ailleurs la recherche d'algorithmes plus rapides en dehors du contexte SEA. L'algorithme de Couveignes (1996), malgré ses améliorations par De Feo (2011), présente la meilleure complexité en le degré de l'isogénie mais ne peut s'appliquer dans le cas de grande caractéristique.L'objectif de cette thèse est donc de présenter une modification de l'algorithme de Couveignes (1996) utilisable en toute caractéristique avec une complexité en le degré de l'isogénie similaire à celui de Couveignes (1996).L'amélioration de l'algorithme de Couveignes (1996) se fait à travers deux axes: la construction de tours d'extensions de degré $ell$ efficaces pour rendre les opérations plus rapides, à l'image des travaux de De Feo (2011), et la détermination d'ensemble de points d'ordre $ell^k$ stables sous l'action d'isogénies.L'apport majeur de cette thèse est fait sur le second axe pour lequel nous étudions les graphes d'isogénies dans lesquels les points représentent les courbes elliptiques et les arrêtes représentent les isogénies. Nous utilisons pour notre travail les résultats précédents de Kohel (1996), Fouquet et Morain (2001), Miret emph{et al.} (2005,2006,2008), Ionica et Joux (2001). Nous présentons donc dans cette thèse, à l'aide d'une étude de l'action du Frobenius sur les points d'ordre $ell^k$, un nouveau moyen de déterminer les directions dans le graphe (volcan) d'isogénies. / Isogeny computation problem appeared in the SEA algorithm to count the number of points on an elliptic curve defined over a finite field. Algorithms using ideas of Elkies (1998) solved this problem with satisfying results in this context. The appearance of new applications of the isogeny computation problem (trapdoor crypto system, hash function, scalar multiplication acceleration, post quantic crypto system) motivated the search for a faster algorithm outside the SEA context. Couveignes's algorithm (1996) offers the best complexity in the degree of the isogeny but, despite improvements by DeFeo (2011), it proves being unpractical with great characteristic.The aim of this work is to present a modified version of Couveignes's algorithm (1996) that maintains the same complexity in the degree of the isogeny but is practical with any characteristic.Two approaches contribute to the improvement of Couveignes's algorithm (1996) : firstly, the construction of towers of degree $ell$ extensions which are efficient for faster arithmetic operations, as used in the work of De Feo (2011), and secondly, the specification of sets of points of order $ell^k$ that are stable under the action of isogenies.The main contribution of this document is done following the second approach. Our work uses the graph of isogeny where the vertices are elliptic curves and the edges are isogenies. We based our work on the previous results of David Kohel (1996), Fouquet and Morain (2001), Miret emph{& al.} (2005,2006,2008), Ionica and Joux (2001). We therefore present in this document, through the study of the action of the Frobenius endomorphism on points of order $ell^k$, a new way to specify directions in the isogeny graph (volcano).

L'objectif de cette thèse est de développer une théorie de types pour le λ-calcul linéaire-algébrique, une extension du λ-calcul motivé par l'informatique quantique. Cette extension algébrique comprend tous les termes du λ-calcul plus leurs combinaisons linéaires, donc si t et r sont des termes, α.t+β.r est aussi un terme, avec α et β des scalaires pris dans un anneau. L'idée principale et le défi de cette thèse était d'introduire un système de types où les types, de la même façon que les termes, constituent un espace vectoriel, permettant la mise en évidence de la structure de la forme normale d'un terme. Cette thèse présente le système Lineal , ainsi que trois systèmes intermédiaires, également intéressants en eux-même : Scalar, Additive et λCA, chacun avec leurs preuves de préservation de type et de normalisation forte. / The objective of this thesis is to develop a type theory for the linear-algebraic λ-calculus, an extension of λ-calculus motivated by quantum computing. This algebraic extension encompass all the terms of λ-calculus together with their linear combinations, so if t and r are two terms, so is α.t + β.r, with α and β being scalars from a given ring. The key idea and challenge of this thesis was to introduce a type system where the types, in the same way as the terms, form a vectorial space, providing the information about the structure of the normal form of the terms. This thesis presents the system Lineal, and also three intermediate systems, however interesting by themselves: Scalar, Additive and λCA, all of them with their subject reduction and strong normalisation proofs.

En imageant une scène à partir de différents points de vue, un champ de lumière permet de capturer de nombreuses informations sur la géométrie de la scène. Grâce aux récents progrès de ses dispositifs d’acquisition, l’imagerie par champs de lumière est devenue une alternative sérieuse à la capture de contenu 3D et à d’autres problèmes connexes. Le but de cette thèse est double. L'une des principales applications de l'imagerie par champs de lumière est sa capacité à produire de nouvelles vues à partir d'une capture unique. Dans une première partie, nous proposons de nouvelles techniques de rendu d’image dans deux cas qui s’écartent des cas usuels. Nous proposons d’abord un pipeline complet pour les caméras plénoptiques focalisées, traitant la calibration, l’estimation de profondeur et le rendu de l’image. Nous passons ensuite au problème de la synthèse des vues, nous cherchons à générer des vues intermédiaires à partir d’un ensemble de 4 vues seulement. La retouche d'image est une étape commune de la production de média. Pour les images et les vidéos 2D, de nombreux outils commerciaux existent. Cependant, le problème est plutôt inexploré pour les champs de lumière. Dans une seconde partie, nous proposons des techniques d’édition de champs de lumière à la fois nouvelles et efficaces. Nous proposons tout d’abord une nouvelle méthode de segmentation niveau pixel basée sur des graphes, qui à partir d’un ensemble limité d’entrées utilisateur, segmente simultanément toutes les vues d’un champ de lumière. Nous proposons ensuite une approche de segmentation automatique des champs de lumière qui utilise la puissance de calcul des GPUs. Cette approche diminue encore les besoins en calcul et nous étendons l'approche pour la segmentation de champs de lumières vidéo. / By imaging a scene from different viewpoints, a light field allows capturing a lot of information about the scene geometry. Thanks to the recent development of its acquisition devices (plenoptic camera and camera arrays mainly), light field imaging is becoming a serious alternative for 3D content capture and other related problems. The goal of this thesis is twofold. One of the main application for light field imaging is its ability to produce new views from a single capture. In a first part, we propose new image rendering techniques in two cases that deviate from the mainstream light field image rendering. We first propose a full pipeline for focused plenoptic cameras, addressing calibration, depth estimation, and image rendering. We then move to the problem of view synthesis, we seek to generate intermediates views given a set of only 4 corner views of a light field. Image editing is a common step of media production. For 2D images and videos, a lot of commercial tools exist. However, the problem is rather unexplored for light fields. In a second part, we propose new and efficient light field editing techniques. We first propose a new graph-based pixel-wise segmentation method that, from a sparse set of user input, segments simultaneously all the views of a light field. Then we propose an automatic light field over-segmenting approach that makes use of GPUs computational power. This approach further decreases the computational requirement for light field segmentation and we extend the approach for light field video segmentation.

Les satellites sont mis en orbite en utilisant des lanceurs dont la conception est une des activités principales d’Airbus Defence and Space. Pour ce faire, se baser sur des expériences n’est pas facile : les souffleries ne permettent pas d’évaluer toutes les situations auxquelles un lanceur est confronté au cours de sa mission. La simulation numérique est donc essentielle pour l’industrie spatiale. Afin de disposer de simulations toujours plus fidèles, il est nécessaire d’utiliser des supercalculateurs de plus en plus puissants. Cependant, ces machines voient leur complexité augmenter et pour pouvoir exploiter leur plein potentiel, il est nécessaire d’adapter les codes existants. Désormais, il semble essentiel de passer par des couches d’abstraction afin d’assurer une bonne portabilité des performances. ADS a développé depuis plus de 20 ans le code FLUSEPA qui est utilisé pour le calcul de phénomènes instationnaires comme les calculs d’onde de souffle au décollage ou les séparations d’étages. Le solveur aérodynamique est basé sur une formulation volume fini et une technique d’intégration temporelle adaptative. Les corps en mouvement sont pris en compte via l’utilisation de plusieurs maillages qui sont combinés par intersections.Cette thèse porte sur la parallélisation du code FLUSEPA. Au début de la thèse, la seule version parallèle disponible était en mémoire partagée. Une première version parallèle en mémoire distribuée a d’abord été réalisée. Les gains en performance de cette version ont été évalués via l’utilisation de deux cas tests industriels. Un démonstrateur du solveur aérodynamique utilisant la programmation par tâche au dessus d’un runtime a aussi été réalisé. / There are different kinds of satellites that offer different services like communication, navigationor observation. They are put into orbit through the use of launchers whose design is oneof the main activities of Airbus Defence and Space. Relying on experiments is not easy : windtunnel cannot be used to evaluate every critical situation that a launcher will face during itsmission. Numerical simulation is therefore mandatory for spatial industry.In order to have more reliable simulations, more computational power is needed and supercomputersare used. Those supercomputers become more and more complex and this impliesto adapt existing codes to make them run efficiently. Nowadays, it seems important to rely onabstractions in order to ensure a good portability of performance. Airbus Defence and Spacedeveloped for more than 20 years the FLUSEPA code which is used to compute unsteady phenomenalike take-off blast wave or stage separation. The aerodynamic solver relies on a finitevolume formulation and an explicit temporal adaptive solver. Bodies in relative motion are takeninto account through the use of multiple meshes that are overlapped.This thesis is about the parallelization of the FLUSEPA code. At the start of the thesis,the only parallel version available was in shared memory through OpenMP. A first distributedmemory version was realized and relies on MPI and OpenMP. The performance improvementof this version was evaluated on two industrial test cases. A task-based demonstrator of theaerodynamic solver was also realized over a runtime system.

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.

La simulation numérique fait partie intégrante du processus d'analyse. Que l'on veuille concevoir le profil d'un véhicule, ou chercher à prévoir le résultat d'un forage pétrolier, la simulation numérique est devenue un outil complémentaire à la théorie et aux expérimentations. Cet outildoit produire des résultats précis en un minimum de temps. Pour cela, nous avons à disposition des méthodes numériques précises, et des machines de calcul aux performances importantes. Cet outil doit être générique sur les maillages, l'ordre de la solution, les méthodes numériques, et doitmaintenir ses performances sur les machines de calculs modernes avec une hiérarchie complexes d'unité de calculs. Nous présentons dans cette thèse le background mathématiques de deux classes de schémas numériques, les méthodes aux éléments finis continus et discontinus. Puis nous présentons les enjeux de la conception d'une plateforme en prenant en compte l'ensemble de ces contraintes. Ensuite nous nous intéressons au sous-problème de l'assemblage au dessus d'un support d'exécution. L'opération d'assemblage se retrouve en algèbre linéaire dans les méthodes multi-frontales ou dans les applications de simulations assemblant un système linéaire. Puis, nous concluons en dressant un bilan sur la plateforme AeroSol et donnons des pistes d'évolution possibles. / Numerical simulation is nowadays an essential part of engineering analysis, be it to design anew plane, or to detect underground oil reservoirs. Numerical simulations have indeed become an important complement to theoretical and experimental investigation, allowing one to reduce the cost of engineering design processes. In order to achieve a high level of precision, one need to increase the resolution of his computational domain. So to keep getting results in reasonable time, one shall nd a way to speed-up computations. To do this, we use high performance computing, HPC, to exploit the complex architecture of modern supercomputers. Under these two constraints, and some other like the genericity of finite elements, or the mesh dimension, we developed a new platform AeroSol. In this thesis, we present the mathematical background, and the two types of schemes that are implemented in the platform, the continuous finite elements method, and the discontinuous one. Then, we present the design choices made in the platform,then, we study a sub-problem, the assembly operation, which can be found in linear algebra multi-frontal methods.

L'apprentissage profond permet de développer un nombre de services de plus en plus important. Il nécessite cependant de grandes bases de données d'apprentissage et beaucoup de puissance de calcul. Afin de réduire les coûts de cet apprentissage profond, nous proposons la mise en œuvre d'un apprentissage collaboratif. Les futures utilisateurs des services permis par l'apprentissage profond peuvent ainsi participer à celui-ci en mettant à disposition leurs machines ainsi que leurs données sans déplacer ces dernières sur le cloud. Nous proposons différentes méthodes afin d'apprendre des réseaux de neurones profonds dans ce contexte de système distribué. / Deep learning enables the development of a growing number of services. However, it requires large training databases and a lot of computing power. In order to reduce the costs of this deep learning, we propose a distributed computing setup to enable collaborative learning. Future users can participate with their devices and their data without moving private data in datacenters. We propose methods to train deep neural network in this distibuted system context.