La résolution numérique d'un problème d'équations aux dérivées partielles à coefficients discontinus posé dans un domaine à couche mince est difficile car elle nécessite la discrétisation à l'échelle de l'épaisseur de la couche. D'un point de vue théorique, on parle de problème de perturbation singulière. D'un pont de vue numérique, on observe que le maillage comporte alors un très grand nombre d'éléments, ce qui rend les calculs longs et parfois peu précis dans la couche. Dans une première partie, nous avons étudié ces problèmes avec des méthodes asymptotiques. Il s'agit d'en calculer la solution sous forme de développements asymptotiques par rapport aux petits paramètres. Cette partie du travail nous a permis de mettre en évidence les différentes difficultés évoquées plus haut. Dans une seconde partie, nous envisageons une autre approche avec des méthodes de décomposition de domaines sans recouvrement. Dans la construction de ces méthodes, les conditions d'interface doivent être judicieusement choisies de façon à prendre en compte non seulement l'hétérogénéité entre les sous-domaines mais aussi la dissymétrie de la décomposition.

La thèse porte sur la modélisation de la transformation de l'austénite en ferrite dans les aciers en mettant l'accent sur les conditions thermodynamiques et cinétiques aux interfaces alpha/gamma en cours de croissance de la ferrite. Dans une première partie, la thèse se concentre sur la description des équilibres thermodynamiques entre alpha et gamma à l'aide de la méthode CalPhad. Nous avons développé un nouvel algorithme hybride combinant la construction d'une enveloppe convexe avec la méthode classique de Newton-Raphson. Nous montrons ses possibilités pour des aciers ternaire Fe-C-Cr et quaternaire Fe-C-Cr-Mo dans des cas particulièrement difficiles. Dans un second chapitre, un modèle à interface épaisse a été développé. Il permet de prédire l'ensemble du spectre des conditions à l'interface alpha/gamma au cours de la croissance de la ferrite, de l'équilibre complet au paraéquilibre avec des cas intermédiaires des plus intéressants. Nous montrons que de nombreux régimes cinétiques particuliers dans les systèmes Fe-C-X peuvent être prévus avec un minimum de paramètres d'ajustement, principalement le rapport entre les diffusivités de l'élément substitutionnel dans l'interface épaisse et dans le volume d'austénite. Le troisième chapitre porte sur l'étude d'un modèle de champ de phase. Une analyse approfondie des conditions à l'interface données par le modèle est réalisée en utilisant la technique des développements asymptotiques. En utilisant les connaissances fournies par cette analyse, le rôle de la mobilité intrinsèque d'interface sur la cinétique et les régimes de croissance est étudié, à la fois dans le cas simple d'alliages binaires Fe-C et dans le cas plus complexe d'alliages Fe-C-Mn / Transformation in steels focusing on the thermodynamic and kinetics conditions at the alpha/gamma interfaces during the ferrite growth. The first chapter deals with the determination of thermodynamic equilibria between alpha and gamma with CalPhad thermodynamic description. We have developed a new hybrid algorithm combining the construction of a convex hull to the more classical Newton-Raphson method to compute two phase equilibria in multicomponent alloys with two sublattices. Its capabilities are demonstrated on ternary Fe-C-Cr and quaternary Fe-C-Cr-Mo steels. In the second chapter, we present a thick interface model aiming to predict the whole spectrum of conditions at an alpha/gamma interface during ferrite growth, from full equilibrium to paraequilibrium with intermediate cases as the most interesting feature. The model, despite its numerous simplifying assumptions to facilitate its numerical implementation, allows to predict some peculiar kinetics in Fe-C-X systems with a minimum of fitting parameters, mainly the ratio between the diffusivities of the substitutional element inside the thick interface and in bulk austenite. The third chapter deals with the phase field model of austenite to ferrite transformation in steels. A thorough analysis on the conditions at the interface has been performed using the technique of matched asymptotic expansions. Special attention is given to clarify the role of the interface mobility on the growth regimes both in simple Fe-C alloys and in more complex Fe-C-Mn alloys

Cette thèse vise à contribuer à l'adoption du virtual testing, pratique industrielle encore embryonnaire qui consistera à optimiser et certifier par la simulation numérique le dimensionnement de pièces industrielles critiques. Le virtual testing permettra des économies colossales dans la conception des pièces mécaniques et un plus grand respect de l'environnement grâce à des designs optimisés. Afin d'atteindre un tel objectif, de nouvelles méthodes de calcul doivent être mises en place, plus sûres, plus respectueuses des architectures matérielles, plus rapides, compatibles avec les contraintes temporelles de l'ingénierie. Nous nous intéressons à la résolution parallèle de problèmes non linéaires de grande taille par des méthodes de décomposition de domaine. Notre objectif est d'atteindre une approximation de la solution exacte en minimisant les communications entre les sous-domaines. Pour cela nous souhaitons maximiser les calculs réalisés indépendamment par sous-domaine à l'aide d'approches de relocalisation non linéaire, contrôler les critères de convergence des solveurs imbriqués de manière à éviter la sur-résolution et les divergences, améliorer la construction de conditions d'interface mixtes, et non linéariser l'étape de préconditionnement du solveur. L'objectif à terme étant de traiter des problèmes de complexité industrielle, la robustesse des méthodes sera un souci constant. De manière classique, les problèmes non linéaires sont résolus en construisant une suite de systèmes linéaires qui peuvent être résolus en parallèle à l'aide de méthodes itératives, telles que les solveurs de Krylov. Nous souhaitons remettre en question cette procédure usuelle en essayant de construire une suite de petits systèmes non linéaires indépendants à résoudre en parallèle. Une telle technique implique l'utilisation de solveurs itératifs imbriqués dont les critères de convergence doivent être syntonisés dynamiquement de manière à éviter à la fois la sur-résolution et la perte de convergence. La robustesse de la méthode pourra notamment être assurée par l'emploi de conditions d'interface mixtes bien construites et de préconditionneurs bien choisis. / This thesis is aimed to contribute to the adoption of virtual testing, an industrial practice still embryonic which consists in optimizing and certifying by numerical simulations the dimensioning of critical industrial structures. The virtual testing will allow colossal savings in the design of mechanical parts and a greater respect for the environment, thanks to optimized designs. In order to achieve this goal, new calculation methods must be implemented, satisfying more requirements concerning safety, respect for hardware architectures, fastness, and compatibility with the time constraints of engineering.We are interested in the parallel resolution of large nonlinear problems by domain decomposition methods. Our goal is to approximate the exact solution by minimizing communication between subdomains. In order to do this, we want to maximize the computations performed independently by subdomain, using nonlinear relocation approaches. We also try to control the convergence criteria of the nested solvers in order to avoid over-resolution and divergences, to improve the construction of conditions Of mixed interface, and non-linearizing the preconditioning step of the solver. The ultimate objective being to deal with problems of industrial complexity, the robustness of the methods we develop will be a constant concern.Conventionally, non-linear problems are solved by constructing a sequence of linear systems that can be solved in parallel using iterative methods, such as Krylov solvers. We wish to question this usual procedure by trying to construct a sequence of small independent nonlinear systems to be solved in parallel. Such a technique involves the use of interleaved iterative solvers, whose convergence criteria must be dynamically tuned in order to avoid both over-resolution and loss of convergence. The robustness of the method can be ensured in particular by the use of well-constructed mixed interface conditions and well-chosen preconditioners;

Afin de répondre aux besoins de l'industrie pétrolière d'une description plus fine de la géométrie et des propriétés pétrophysiques des bassins et des réservoirs, la simulation numérique des écoulements en milieux poreux doit évoluer vers des algorithmes plus performants et plus robustes vis à vis de la taille des simulations, de la complexité des maillages et des hétérogénéités du milieu poreux. Les méthodes de décomposition de domaine constituent une alternative aux méthodes multigrilles et pourraient permettre de lever les difficultés précédentes en terme de robustesse et d'efficacité sur architectures parallèles. Elles sont par nature plus adaptées au calcul parallèle et sont plus robustes en particulier lorsque les sous domaines sont résolus par des méthodes directes. Elles permettent aussi de traiter dans un cadre unique les couplages de modèles comme les puits ou les failles conductrices et s'étendent au cas des systèmes couplés. Le travail de thèse traite plus particulièrement de méthodes définies au niveau algébrique. On ne suppose pas avoir une connaissance préalable du problème continu dont la matrice provient. On n'a pas non plus accés aux matrices avant assemblage. Ce manque d'informations a priori rend plus difficile la construction de méthodes efficaces. On propose deux nouvelles méthodes de construction de méthodes de décomposition de domaine au niveau algébrique: la construction de conditions d'interface optimisées et d'une grille grossière. Ce dernier point est particulièrement important pour avoir des méthodes robustes vis à vis du nombre des sous-domaines. Les méthodes sont adaptatives et basées sur l'analyse de l'espace de Krylov généré durant les premières itérations de la méthode de Schwarz classique. A partir des vecteurs de Ritz correspondant aux plus basses valeurs propres, on construit des conditions d'interface et des grilles grossières qui annihilent l'erreur sur ces composantes. Les méthodes ont été testées sur des calculateurs parallèles pour des matrices issues de la simulation de milieux poreux.

Cette thèse traite des simulations multidomaines des écoulements en milieu poreux. Trois aspects sont abordés. Une étude est d'abord menée concernant une méthode de décomposition de domaines avec des maillages non-raccordés, utilisant des conditions d'interface de type Robin, pour les éléments finis mixtes. D'autre part, la méthode est implémentée en parallèle à l'aide du système parallèle OcamlP3l, écrit par des informaticiens dans le langage Ocaml. En OcamlP3l, l'utilisateur programme et débogue en séquentiel, puis obtient le code parallèle par une simple recompilation. Enfin, nous présentons un nouveau modèle d'écoulement dans un mileu poreux contenant de grandes fractures, avec des perméabilités très grandes et/ou très faibles. Dans ce modèle, les fractures sont traitées comme des interfaces entre sous-domaines. Une analyse théorique prouve l'existence et l'unicité de la solution, fournit une estimation d'erreur, qui est confirmée par des tests numériques.