Ce mémoire traite de l'obtention d'informations pertinentes, récentes et précises sur l'état courant des plates-formes de calcul modernes. Souvent dénommés grilles, ces environnements se différencient des machines parallèles les ayant précédés par leur nature intrinsèquement hétérogène et fortement dynamique.<br /> <br />Ce document est découpé en trois parties. La première présente les difficultés spécifiques à la grille en se basant sur une sélection de projets d'infrastructures pour la grille et en détaillant les solutions proposées dans ce cadre.<br /><br />La seconde partie montre comment obtenir efficacement des informations quantitatives sur les capacités de la grille et leur adéquation aux besoins des routines à ordonnancer. Après avoir détaillé les problèmes rencontrés dans ce cadre, nous explicitons notre approche, nommée macro-benchmarking. Nous présentons ensuite l'outil FAST, développé dans le cadre de cette thèse et mettant cette méthodologie en oeuvre. Nous étudions également comment cet outil est utilisé dans différents projets.<br /><br />La troisième partie traite de l'obtention d'une vision plus qualitative des caractéristiques de la grille, telle que la topologie d'interconnexion des machines la constituant. Après une étude des solutions classiques du domaine, nous présentons ALNeM, notre solution de cartographie automatique ne nécessitant pas de privilège d'exécution particulier. Cet outil est basé sur l'environnement GRAS, développé dans le cadre de ces travaux pour la mise au point des constituants de la grille.

Nous étudions la formation et les propriétés des systèmes auto-gravitants à l'aide de simulations numériques à N corps d'effondrements gravitationnels.<br />Nous effectuons dans un premier temps une synthèse des principaux résultats analytiques concernant les équations de Boltzmann sans collisions et de Poisson, qui modélisent les systèmes gravitationnels non collisionnels ainsi que certaines solutions analytiques de ce système couplé d'équations.<br />Nous présentons ensuite les codes de calcul utilisés pour les simulations. Nous avons parallélisé certains de ces codes, nous introduisons donc le calcul parallèle et la bibliothèque d'échange de message MPI.<br />Nous exposons enfin les résultats de nos simulations, et leurs analyses. Nous déduisons de ces analyses divers résultats pouvant expliquer différentes caractéristiques des systèmes auto-gravitants ainsi que les conditions initiales nécessaires au déclenchement des instabilités d'Antonov et d'orbites radiales.

Cette thèse concerne le traitement numérique des interfaces pour des probèmes de propagation d'ondes dans des fluides parfaits et des solides élastique isotropes. La présence d'interfaces induit trois types de difficultés. Numériquement, on observe une chute de l'ordre de convergence des schémas, et des problèmes de stabilité. Géométriquement, la représentation en « marches d'escalier » conduit à des diffractions parasites. Physiquement, les schémas ne décrivent pas la nature des contacts. Nous résolvons ces trois problèmes via une méthode d'interface (schéma utilisé aux points de calcul voisins des interfaces, imposant à la solution numérique le respect des différentes conditions vérifiées par la solution exacte). L'étude est divisée en trois parties. La première partie débute par un état de l'art sur les méthodes d'interface classiques, comme l' « Immersed Interface Method » IIM), et sur leurs limitations. Les équations de l'acoustique et de l'élastodynamique sont écrites sous forme de systèmes hyperboliques du premier ordre. Différents schémas numériques, de complexité et qualité croissantes, sont présentés (Lax-Wendroff, volumes finis à limiteur de flux, WENO). La deuxième partie commence par le calcul des conditions de saut vérifiées par la solution exacte et par ses dérivées spatiales successives, pour différentes interfaces : fluide-fluide, fluide-solide et solide-solide, en contact parfait ou imparfait (conditions de masse-ressort). Nous proposons alors une nouvelle méthode d'interface, l' « Explicit Simplified Interface Method ». Cette méthode conserve, en présence d'interfaces, des propriétés des schémas en miieu homogène. L'ESIM est de mise en œuvre aisée, s'adapte aux différents schémas, et conduit à un surcoût informatique négligeable. La troisième partie concerne la validtion numérique de la méthode. Les comparaisons de solutions analytiques et de solutions calculées avec l'ESIM permettent de vérifier les propriétés attendues.

Le calcul direct du rayonnement acoustique d'une couche de mélange est réalisé en résolvant les équations de Navier-Stokes dans un domaine de calcul qui permet l'accès au champ acoustique lointain de l'écoulement. L'outil que nous avons développé utilise la technique de la Simulation Numérique Directe alliée à des méthodes numériques précises pour assurer une bonne qualité du calcul acoustique direct. Des simulations 2D et 3D de l'évolution temporelle de couches de mélange isothermes et anisothermes sont effectuées en régime subsonique et notamment à faible nombre de Mach. L'approche temporelle adoptée permet d'identifier l'émission acoustique associée à chacune des phases de la transition d'une couche de mélange. Les résultats des calculs acoustiques directs révèlent d'une part que l'émission sonore prédominante provient dans tous les cas d'un processus d'appariement et que les effets 3D réduisent globalement l'émission acoustique de la couche de mélange. D'autre part, les principales conséquences des effets combinés de la température et de la compressibilité observées expérimentalement (augmentation/réduction de l'émission sonore à nombre de Mach faible/élevé) sont reproduites avec le modèle temporel. Les données des simulations sont également utilisées pour réaliser des prédictions de bruit basées sur l'analogie de Lighthill. La comparaison de ces estimations avec les solutions de référence obtenues par le calcul acoustique direct montre un excellent accord dans tous les cas. Dans les cas anisothermes, nous montrons la nécessité de tenir compte d'un terme source supplémentaire et l'analyse des contributions séparées de chaque terme source nous permet d'interpréter le mécanisme de renversement de tendance comme le résultat d'un changement de terme source prépondérant.

Cette thèse a pour objet l'étude d'équations fonctionnelles analytiques. Elle se divise en deux parties. La première, purement mathématique, concerne l'étude des équations aux q-différences et des équations voisines. Plus précisement, nous établissons des théorèmes d'indices et de croissance des solutions entières pour les équations mixtes différentielles-q-différences, généralisant les résultats connus dans le cadre des équations différentielles d'une part, des équations aux q-différences d'autre part. Par ailleurs, nous obtenons des théorèmes d'indices pour les développements en séries de q-factorielles, q-analogues des séries de factorielles. La seconde partie de cette thèse concerne la multisommation des séries formelles solutions d'équations différentielles linéaires algébriques. La théorie et la méthode des transformées de Laplace itérées nous donne une méthode effective permettant de sommer ces séries formelles. Le travail consiste à réaliser les algorithmes formels et numériques en créant les primitives informatiques nécessaires, en coordination avec le travail méné par d'autres équipes du groupe de travail CATHODE (Computer Algebra Tools for Handling Ordinary Differential Equations, projet européen Esprit).

Depuis quelques années, la complexité croissante de besoins informatiques dans tous les domaines de recherche scientifique et technique exige une puissance de calcul sans cesse plus importante. Dans ce contexte, le calcul parallèle apparaît comme un outil vital qui permet d'exploiter la capacité de calcul de plusieurs microprocesseurs travaillant ensemble. Le domaine auquel le calcul parallèle sera appliqué dans cette thèse est celui de l'imagerie, plus spécifiquement la synthèse d'images à partir d'images réelles. Pour permettre la création de nouvelles vues virtuelles à partir de scènes réelles, une des étapes les plus coûteuses en temps de calcul est la phase d'appariement des images. Il s'agit de la formation de paires de pixels qui représentent le même point sur les surfaces de deux images source. Le problème principal que nous cherchons à résoudre dans cette thèse est la proposition d'une version parallèle pour l'algorithme d'appariement quasi-dense (aussi appelé algorithme de propagation) d'images qui est basé sur une stratégie adaptative globale. Cette version doit être capable de préserver la qualité du résultat final obtenu par la version séquentielle de l'algorithme de propagation tout en réduisant le temps d'exécution dans un contexte de programmation orienté vers les grappes de processeurs.

Notre étude s'intéresse aux machines en jachère disponibles sur un intranet afin de les agréger en grappes virtuelles de calcul scientifique. Dans le cadre du projet I-Cluster, nous avons étudié et réalisé l'infrastructure permettant de tirer parti de manière transparente des PC inexploités d'un réseau d'entreprise. En particulier, nous présentons des mécanismes novateurs permettant de faire passer un PC entre deux modes de travail "utilisateur" et "calcul", exclusifs l'un par rapport à l'autre. Ces mécanismes sont basés sur l'identification des ressources de calcul disponibles, la détection de leurs périodes d'inexploitation à l'aide de leur profil d'utilisation observé, d'un système de prédiction de fenêtres de tir et d'un bac à sable d'isolation de code. Par ailleurs, nous proposons un annuaire de gestion distribuée des ressources disponibles, le « nuage I-Cluster », fonctionnant en mode pair-à-pair sans serveur, auto-organisant et passant à l'échelle sur plusieurs dizaines de milliers de machines.

La constatation que les prix des actifs boursiers sautent brusquement a conduit à étudier des modèles de marchés avec sauts. Cette thèse va dans cette direction. On y considère des marchés dirigés par des martingales normales qui ont la propriété de représentation chaotique: les martingales vérifiant une équation de structure déterministe, la martingale d'Azéma, etc. On trouve des stratégies de couverture pour les options européennes, asiatiques et Lookback soit par la formule d'Itô, soit par la formule de Clark-Ocone selon la plus appropriée. L'application du calcul de Malliavin au calcul des Greeks est traitée pour les options asiatiques dans le cas d'un marché dirigé par un processus de Poisson. On traite aussi de couverture dans un modèle à volatilité stochastique avec sauts où le prix de l'actif risqué est dirigé par un processus somme d'un mouvement brownien et d'un processus de Poisson 2-dimensionnels. Le marché est incomplet et il existe une infinité de mesures martingales équivalentes. On minimise l'entropie pour choisir telle mesure. Sous celle-ci on calcule la stratégie minimisant la variance.

Nous présentons quelques contributions à la simulation et à l'analyse de discrétisation de processus, avec leurs applications notamment en finance. Nous avons regroupé nos travaux selon 4 thèmes: 1. statistique des processus avec observations discrètes; 2. couverture en temps discret en finance; 3. sensibilités d'espérances; 4. analyses d'erreurs de discrétisation. Le premier chapitre sur la statistique des processus est assez indépendant du reste. En revanche, les trois autres chapitres correspondent à une cohérence et une progression dans les questions soulevées. Néanmoins au fil de la lecture, on remarquera des liens entre les quatre parties: différentiation par rapport à des domaines et amélioration de simulation de temps de sortie, sensibilités d'espérances et statistique asymptotique avec le calcul de Malliavin, sensibilités d'espérances et analyse d'erreur etc... Les preuves des résultats s'appuient notamment sur les outils du calcul de Malliavin, des martingales, des Équations aux Dérivées Partielles et de leurs liens avec les Équations Différentielles Stochastiques.

Les deux principaux problèmes à résoudre pour concevoir un simulateur dynamique interactif sont la détection de collisions entre les objets virtuels, et le calcul de leur mouvement contraint. La plupart des méthodes de détection de collisions sont discrètes : elles détectent seulement des interpénétrations entre les objets virtuels à des instants discrets successifs. Afin de détecter efficacement des collisions entre objets polyédriques rigides en continu, c'est-à-dire de calculer l'instant de premier contact entre eux et éviter les problèmes inhérents aux méthodes discrètes, nous proposons d'utiliser un mouvement intermédiaire arbitraire pour remplacer le mouvement réel de l'objet et obtenir des équations de détection de collisions faciles à résoudre. Nous présentons deux approches, fondées sur l'exploitation de mouvements intermédiaires arbitraires, qui permettent de détecter des collisions en continu entre objets polyédriques complexes en temps réel. Nous proposons ensuite d'ajouter des informations géométriques aux volumes englobants afin d'exploiter le mouvement de recul relatif des objets et accélérer significativement la détection de collisions lorsque les objets sont proches les uns des autres. La plupart des méthodes classiques de calcul de mouvement contraint sont formulées dans l'espace des contacts. Grâce au principe des moindres contraintes de Gauss, il est possible d'obtenir une formulation équivalente des problèmes dynamiques sans friction dans l'espace des mouvements. Nous montrons que cette formulation est plus avantageuse sur le plan algorithmique. Ceci nous incite à proposer un modèle de friction dans l'espace des mouvements. Les algorithmes proposés ont été implantés et rassemblés dans une librairie C++, CONTACT Toolkit. Nous présentons plusieurs applications de cette librairie, notamment à des cas industriels fournis par Renault et Airbus-EADS, ainsi que son utilisation dans la simulation avec retour d'efforts.