L'émergence des grilles de calcul permet à la communauté scientifique d'envisager l'accès à une puissance de calcul jusqu'à présent inégalée. Toutefois, les caractéristiques d'une grille telles que la grande échelle, la volatilité des nœuds qui la composent ou encore leur hétérogénéité rendent son utilisation complexe. Cette thèse étudie la conception de services de niveau système pour l'exécution d'applications distribuées dans des grilles de très grande taille. Grâce à une approche complètement distribuée et générique, notre système peut fédérer les ressources de n'importe quel type de grille, même ceux composés de ressources volatiles et hétérogènes. Afin de simplifier l'utilisation d'une grille, nous proposons d'offrir aux utilisateurs une vue de type système à image unique qui permet d'occulter la distribution des ressources. Nous proposons également des services permettant d'exécuter une large gamme d'applications distribuées de façon efficace et fiable.

Les applications scientifiques d'aujourd'hui, telles les simulations de grands phénomènes naturels, requièrent une grande puissance de calcul ainsi qu'une importante capacité de stockage. Les grilles de calcul apparaissent comme une solution permettant d'atteindre cette puissance par la mise en commun de ressources de différentes organisations. Ces architectures présentent en revanche des caractéristiques rendant leur programmation complexe: elles sont dynamiques, hétérogènes, réparties à grande échelle. Cette thèse s'intéresse aux problématiques liées à la conception d'un service de partage de données pour les grilles de calcul. L'objectif est de permettre un accès transparent aux données, en automatisant la localisation, le transfert, la gestion de la persistance et de la cohérence des données partagées. Nous nous sommes plus particulièrement concentrés sur la gestion de la cohérence et de la persistance des données en environnement dynamique. Dans un tel contexte, assurer la persistance nécessite la mise en place de mécanismes de tolérance aux fautes. Nous proposons une approche pour gérer conjointement ces deux aspects via une architecture logicielle multiprotocole permettant de coupler différents protocoles de cohérence avec différents mécanismes de tolérance aux fautes. Nous proposons une conception hiérarchique de cette architecture, adaptée à la topologie réseau des grilles de calcul. Ces contributions ont été mises en oeuvre au sein du service de partage de données pour grilles JUXMEM. Les expérimentations menées sur la grille expérimentale Grid'5000 montrent que notre conception hiérarchique permet d'améliorer les performances des accès aux données partagées.

Cette thèse étudie la découverte de services (composants logiciels, exécutables, librairies scientifiques) sur des plates-formes distribuées à grande échelle. Les approches traditionnelles, proposées pour des environnements stables et relativement petits, s'appuient sur des techniques centralisées impropres au passage à l'échelle dans des environnements géographiquement distribués et instables. Notre contribution s'articule autour de trois axes. 1) Nous proposons une nouvelle approche appelée DLPT (Distributed Lexicographic Placement Table), qui s'inspire des systèmes pair-à-pair et s'appuie sur un réseau de recouvrement structuré en arbre de préfixes. Cette structure permet des recherches multi-attributs sur des plages de valeurs. 2) Nous étudions la distribution des noeuds de l'arbre sur les processeurs de la plate-forme sous-jacente, distribuée, dynamique et hétérogène. Nous proposons et adaptons des heuristiques de répartition de la charge pour ce type d'architectures. 3) Notre plate-forme cible, par nature instable, nécessite des mécanismes robustes pour la tolérance aux pannes. La réplication traditionnellement utilisée s'y avère coûteuse et incapable de gérer des fautes transitoires. Nous proposons des techniques de tolérance aux pannes best-effort fondées sur la théorie de l'auto-stabilisation pour la construction d'arbres de préfixes dans des environnements pair-à-pair. Nous présentons deux approches. La première, écrite dans un modèle théorique à gros grain, permet de maintenir des arbres de préfixes instantanément stabilisants, c'est-à-dire reconstruits en un temps optimal après un nombre arbitraire de fautes. La deuxième, écrite dans le modèle à passage de messages, permet l'implantation d'une telle architecture dans des réseaux très dynamiques. Enfin, nous présentons un prototype logiciel mettant en oeuvre cette architecture et présentons ses premières expérimentations sur la plate-forme Grid'5000.

Ce travail s'intéresse à la modélisation pour le dimensionnement de moteurs à reluctance variable. Dans une première partie, on donne notre approche du problème de dimensionnement, puis on définit les trois grands types de modèles que le concepteur en électrotechnique sera amené à rencontrer. Enfin, on présente différentes méthodes de conception de moteurs à reluctance variable qui ont été mises en œuvre. Dans une seconde partie, nous présentons une méthodologie permettant d'intégrer des modèles semi analytiques dans un processus d'optimisation de type gradient : les boites de calcul. Nous présentons celles que nous avons créées, puis un exemple de leur application au dimensionnement d'un moteur à reluctance variable de type classique. On s'intéresse dans la troisième partie à la modélisation en vue du dimensionnement d'un moteur à reluctance variable à motifs. Après une présentation de la structure d'un tel moteur, on en présente un modèle analytique, puis un modèle numérique, modulaires. Enfin, on s'appuie sur la complémentarité qui existe entre ces deux modèles pour proposer une méthode de dimensionnement.

Notre travail de recherche s'inscrit dans le cadre du projet de recherche REDiM (Réingénierie des EIAH Dirigée par les Modèles) qui porte sur la réingénierie d'un scénario pédagogique. Il se focalise plus précisément sur l'analyse de traces collectées en session par un EIAH pour fournir à l'enseignant des indicateurs calculés.Dans notre contexte de travail, UTL (Usage Tracking Language) permet de définir des indicateurs sous une forme proche des patrons de conception. Il a été conçu pour répondre aux questions de capitalisation et de réutilisation. Par contre, UTL ne disposait initialement pas de moyens pour spécifier formellement la façon de calculer l'indicateur à partir des traces collectées. De plus, les approches par développement ad hoc d'indicateurs ne permettent pas de modéliser de façon formelle la méthode de calcul. En général, les patrons de conception se limitent à la description, ils ne peuvent donc pas être automatisés. Des descriptions textuelles dans UTL pour produire un indicateur à partir des traces ne permettent pas de générer automatiquement les valeurs d'un indicateur.Notre principal objectif de recherche a donc été de définir des modèles, des méthodes et des outils pour la formalisation et l'automatisation du calcul d'indicateurs. Pour cela, nous avons élaboré une nouvelle version d'UTL qui intègre un langage de combinaison de données nommé DCL4UTL, qui permet de modéliser des indicateurs sous une forme capitalisable, automatisable et réutilisable afin de fournir des indicateurs signifiants à l'enseignant/concepteur. Ces indicateurs peuvent être calculés en temps réel ou après une session, respectivement dans un contexte de tutorat ou de réingénierie du scénario pédagogique.L'originalité de notre approche réside dans le fait que cette version permet non seulement de capitaliser des savoir-faire sur les techniques d'analyse d'usage d'un EIAH, mais aussi, avec le langage DCL4UTL (1) de décrire formellement dans une forme générique des méthodes de modélisation et de calcul d'indicateurs à partir des traces collectées par un EIAH, (2) d'intégrer des fonctions externes (qui proviennent d'autres outils d'analyse), et (3) de créer des données intermédiaires paramétrées facilitant la modélisation et la réutilisation de la méthode de calcul d'indicateurs. Nous avons également développé un outil d'analyse pour calculer les indicateurs modélisés.Cette version est le résultat d'une étude théorique et d'une analyse de l'état de l'art, mais aussi de travaux exploratoires sur la modélisation d'indicateurs et l'analyse de traces. L'approche et le langage ont été validés par plusieurs expérimentations avec plusieurs EIAH existants.

Dans le cadre d'un important et ambitieux projet de renouvellement de son centre, l'ICPO (Institut Curie - Centre de Protonthérapie d'Orsay) renouvelle ses logiciels dédiés au traitement des patients par protonthérapie, technique de radiothérapie utilisant des faisceaux de protons. Les hautes énergies utilisées durant les traitements, ainsi que la précision offerte par les caractéristiques des particules de proton, nécessitent une mise en place du patient plus précise qu'en radiothérapie classique. Le sujet de cette thèse est né de ces problématiques, puisqu'il vise à utiliser les informations RX intrinsèques aux images, et renouveler l'offre logicielle liée à la planification de la dose. Aujourd'hui, le deuxième objectif est parfaitement rempli, puisque le logiciel Isogray est utilisé en routine clinique, et les premiers patients planifiés avec son aide ont d'ores et déjà été traités. Le premier objectif quant à lui, même s'il a pu progresser de manière significative, n'a pas pu aboutir dans le temps imparti pour la thèse, des mises au point ainsi que des tests cliniques étant encore nécessaires. Cependant, les premiers résultats obtenus sont encourageants et ont permis de soulever les premiers problèmes à résoudre, Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un partenariat entre l'ICPO et la société DOSIsoft, leader européen des logiciels de planification de traitement, fournissant les logiciels dernière génération utilisés à l'ICPO. Le savoir faire du laboratoire TSI (Traitement du Signal et de l'Image) de Télécom ParisTech vient s'ajouter à ce partenariat, apportant une plus-value scientifique conséquente.

La simulation numérique des procédés apparaît, de nos jours, comme un outil indispensable apportant des gains de temps et d'argent importants dans l'industrie. Le logiciel FORGE3® multicorps a été développé dans ce cadre, afin de pouvoir prendre en compte un grand nombre de corps déformables avec des lois de comportement non linéaires de type thermo-élastoviscoplastique en grandes déformations. Nous présentons dans ce mémoire les développements qui ont été réalisés pour prendre en compte et gérer plusieurs corps déformables de rhéologies différentes. Une partie de notre travail a donc consisté en l'implémentation d'un couplage mécanique entre plusieurs corps déformables dont les maillages sont incompatibles sur la zone de contact. Le couplage est basé sur une gestion du contact par la méthode de pénalisation et la technique du maître/esclave. Les équations du frottement sont intégrées aux points de Gauss en négligeant le mouvement relatif des corps. Une nouvelle écriture pseudo-symétrique des conditions de contact est proposée, sans surcontraindre le problème tout en améliorant le traitement du contact. Les méthodes utilisées pour résoudre le problème de contact mécanique entre corps déformables sont utilisées pour résoudre celui du repli de matière. Afin de diminuer le temps de calcul, la parallélisation du problème est abordée en utilisant la stratégie S.P.M.D. (Single Program Multiple Data). Les exemples d'applications proposés montrent la robustesse des développements effectués et offrent de nombreuses perspectives.

Afin d'améliorer la précision de la simulation numérique des procédés de forgeage à froid, un modèle de raideur de presse de forgeage a été introduit dans le logiciel Forge3®. Les déformations de la structure de la presse sont le résultat combiné du système pièce-outillage-presse qui évolue pendant le procédé de forgeage puisque la géométrie de la pièce évolue aussi. Le principe des puissances virtuelles appliqué à ce système conduit aux équations fortement couplées, qui déterminent les champs de vitesses et de pressions dans la pièce forgée et les outils déformables, mais aussi six vitesses additionnelles de corps rigide représentant les déflections de la presse. La prise en compte de ce modèle dans les applications industrielles s'est avérée justifiée et efficace. La comparaison des résultats des simulations avec des données expérimentales a montré un excellent accord, validant ainsi le modèle utilisé et son implémentation dans Forge3®. La deuxième partie de ce travail concerne le calcul parallèle et plus précisément les méthodes de décomposition de domaine. En se basant sur deux méthodes "classiques", la méthode de complément de Schur et la méthode FETI, nous avons proposé une nouvelle approche hybride, a priori mieux adaptée à la formulation mixte en vitesse/pression caractéristique de Forge3®. Les aspects de pré-conditionnement et de traitement des modes rigides ont également été abordés. Les résultats obtenus lors d'une étude des performances de ces méthodes dans le cadre de Forge3® sont prometteurs.

Cette étude, inscrite dans le Programme National de Recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), porte sur la simulation numérique par éléments finis du refroidissement post-coulée de réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone (THTZ). Un modèle numérique thermique du refroidissement d'une dalle a été développé, à partir de mesures thermiques réalisées dans un moule lors d'une coulée en usine. Ce calcul a permis de situer dans le temps, pour les différents points de la dalle, les phénomènes intervenant au cours du refroidissement : solidification, fluage et transformation de la zircone. Des essais mécaniques isothermes et anisothermes ont permis de définir les équations constitutives du comportement en fluage (écrouissage isotrope) et lors de la transformation de phase de la zircone (modèle de plasticité de transformation de Leblond). A partir des chargements thermiques, les contraintes générées au cours du refroidissement ont été calculées, ainsi que les contraintes résiduelles après retour à température ambiante. La transformation de phase de la zircone, qui induit un gonflement volumique de 4%, semble s'avérer être le phénomène physique le plus critique pour ces deux types de contraintes. Les études paramétriques réalisées ont prouvé l'intérêt du modèle numérique en tant qu'outil d'aide à l'amélioration du procédé en jouant sur les propriétés de divers paramètres : propriétés du matériau coulé, géométrie du moule, propriétés de ses constituants,...

Le but de cette étude est d'offrir une analyse critique des méthodes de calcul prédictif des grandeurs thermochimiques via deux approches, une empirique basée sur les contributions de groupes et une deuxième basée sur le calcul quantique ab initio. Notre travail a consisté à mettre en parallèle les deux approches dans le cas particulier du calcul prédictif des enthalpies de formation de composés organiques du soufre à l'état liquide. Dans un premier temps, une extension de la méthode de Benson pour un ensemble de 400 molécules soufrées CxHyOzSt à l'état liquide a permis de déterminer 53 nouvelles contributions de groupes et 11 corrections de structure pour la prédiction des enthalpies standard de formation dans l'état liquide. Ces résultats ont été validés sur un ensemble de 18 molécules et une comparaison avec une méthode concurrente de nature comparable a été réalisée. D'autre part, le calcul des composantes électronique et thermique des énergies moléculaires a été réalisé par une méthode quantique ab initio basée sur la théorie DFT. Les enthalpies standard de formation dans l'état gaz ont été estimées grâce à l'optimisation de paramètres de conversion sur les données expérimentales de 195 molécules CxHySt de référence. Trois approches ont été explorée : une première basée sur des paramètres atomiques, une deuxième fondée sur des paramètres de groupes d'ordre 1 et une dernière, reposant sur des paramètres de groupes d'ordre 2. Enfin, une corrélation de l'enthalpie de vaporisation avec la variance du potentiel électrique de surface moléculaire a été utilisée pour parvenir aux estimations des enthalpies standard de formation dans l'état liquide. La comparaison des résultats fournis par les deux méthodes a permis de discuter de l'applicabilité des différentes approches dans le cadre de modèles prédictifs destinés au génie des procédés. Ce travail comportait également un volet expérimental consistant à adapter un calorimètre de combustion sous oxygène en bombe rotative pour la mesure des énergies de combustion de composés soufrés.