Ce travail de recherche que nous avons développé dans ce mémoire porte sur une contribution d'approximation de problème d'identification et décomposition de domaine pour les équations d'élasticité. Le premier axe présente un algorithme alternatif pour résoudre un problème inverse d'identification de données en élasticité linéaire. Une procédure de relaxation est développée afin d'assurer et d'accélerer la convergence de l'algorithme et deux critères de sélection pour le paramètre de relaxations sont discutés. La méthode des éléments frontière est utilisée pour approcher le problème et de mettre en oeuvre numériquement l'algorithme de reconstruction de données. Nous discutons la résolution des systèmes linéaires obtenus en utilisant des méthodfes itératives de type Krylov, nous avons présenté des résultats de la convergence et la stabilité lorsque les données sont perturbées par un bruit. Dans ce deuxième travail, nous nous intéressons à l'application de la méthode de décomposition en sous-domaines à un problème d'élasticité linéaire. L'approximation se fait par les équations intégrales et les éléments de frontières. Nous décrivons les systèmes algébriques issus des méthodes de décomposition avec recouvrement et sans recouvrement. Nous présentons ensuite deux algorithmes. Les résultats numériques illustrent la convergence de ces deux algorithmes vers la solution du problème d'élasticité linéaire dans différents domaines. Enfin, une méthode de décomposition de domaine sans recouvrement pour les équations d'élasticité basée sur une formulation en contrôle optimal est présenté. L'existence d'une solution est démontrée et la convergence d'une suite des solutions approchées à la solution du problème continu est démontrée. Nous avons présenté aussi un algorithme d'optimisation et les résultats numériques démontrent l'efficacité de notre algorithme et confirment le résultat de convergence.

Cette thèse traite une version de traitement des singularités en décomposition de domaine. En premier lieu, on a rappelé les principes des méthodes de décomposition de domaine, puis on a rappelé en quelques points la théorie de V.Kondratiev qui permet d'étudier la régularité des problèmes elliptiques dans des domaines à coins. On a introduit la transformée de Mellin qui permet de décrire la régularité H^{s} dans les domaines à coins, ainsi que les types asymptotiques qui interviennent dans la résolution des problèmes elliptiques dans des domaines à singularités conique. La transformée de Mellin est un outil fondamental qui permet de comprendre l'inadéquation entre les problèmes dans les sous domaines et le problème global: tout se joue au niveau des types asymptotiques. Nous avons c! onsidéré deux types de problème: le premier le cas où le domaine global est singulier et non convexe et le second le cas où le domaine global est régulier et dans ce cas on crée des singularités. Nous avons construit un opérateur d'interface d'ordre deux dans la dérivée tangente et nous avons proposer algorithme dont nous étudions la convergence en fonction de ses paramètres et nous avons traité numériquement le problème et on montre que la convergence avec les paramètres optimisés trouvés théoriquement conduit à un gain en vitesse de convergence par rapport à d'autres paramètres.

Dans un contexte de grande concurrence internationale, la simulation numérique du comportement joue un rôle primordial dans le domaine aéronautique, permettant de réduire les délais et les coûts de conception, d'évaluer la pertinence de nouvelles solutions technologiques avant de se lancer dans les investissements qu'elles imposent. Visant la simulation de structures assemblées, ce travail de thèse a consisté a développer une méthode de décomposition de domaine mixte, multiéchelle, s’appuyant sur le solveur LaTIn. Afin de simplifier le traitement discret des quantités d'interface, la méthode proposée utilise un représentant des interefforts qui évolue dans le même espace que les déplacements d’interface (H^1/2). Elle s'appuie sur le produit scalaire associé à ces quantités pour le calcul des travaux d'interface. Délicat à calculer, ce produit scalaire est traité par une approximation validée numériquement. Le calcul de la matrice de masse pleine en découlant est récompensé par un taux de convergence montré indépendant du pas du maillage et de la taille des sous-domaines sur plusieurs cas-tests faisant intervenir notamment du contact. / Mechanical industries' need of liability in numerical simulations leads to evermore fine and complex models taking into account complicated physical behaviours. With the aim of modelling large complex structures, a non-overlapping mixed domain decomposition method based on a LaTIn-type iterative solver is proposed.The method relies on splitting the studied domain into substructures and interfaces which can both bear mechanical behaviors so that perfect cohesion, contact, delamination can be modelled by the interfaces. The associated solver enables to treat at small scales nonlinear phenomena and, as commonly done, scalabilty is ensured by a coarse problem. The method presented uses the Riesz representation theorem to represent interface tractions in H^1/2 in order to discretize them accordingly to the displacements. Independence of convergence and search direction's optimal value from mesh size is evidenced and high precision can be reached in few iterations.Different test-cases assess the method for perfect and contact interfaces.

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 complexification de la modélisation multi-physique conduit d'une part à devoir simuler des systèmes d'équations différentielles ordinaires et d'équations différentielles algébriques de plus en plus grands en nombre d'inconnues et sur des temps de simulation longs. D'autre part l'évolution des architectures de calcul parallèle nécessite d'autres voies de parallélisation que la décomposition de système en sous-systèmes. Dans ce travail, nous proposons de concevoir des méthodes de décomposition de domaine pour la résolution d'EDO en temps. Nous reformulons le problème à valeur initiale en un problème aux valeurs frontières sur l'intervalle de temps symétrisé, sous l'hypothèse de réversibilité du flot. Nous développons deux méthodes, la première apparentée à une méthode de complément de Schur, la seconde basée sur une méthode de type Schwarz dont nous montrons la convergence pouvant être accélérée par la méthode d'Aitken dans le cadre linéaire. Afin d'accélérer la convergence de cette dernière dans le cadre non-linéaire, nous introduisons les techniques d'extrapolation et d'accélération de la convergence des suites non-linéaires. Nous montrons les avantages et les limites de ces techniques. Les résultats obtenus nous conduisent à développer l'accélération de la méthode de type Schwarz par une méthode de Newton. Enfin nous nous intéressons à l'étude de conditions de raccord non-linéaires adaptées à la décomposition de domaine de problèmes non-linéaires. Nous nous servons du formalisme hamiltonien à ports, issu du domaine de l'automatique, pour déduire les conditions de raccord dans le cadre l'équation de Saint-Venant et de l'équation de la chaleur non-linéaire. Après une étude analytique de la convergence de la DDM associée à ces conditions de transmission, nous proposons et étudions une formulation de Lagrangien augmenté sous l'hypothèse de séparabilité de la contrainte.

Dans ce travail de thèse, une stratégie de calcul multi-échelle en dynamique transitoire basée sur la méthode LATIN est proposée. Ce travail fait suite, entre autre, à la thèse de H. Lemoussu qui a appliqué la méthode LATIN dans sa version mono-échelle au cas de la dynamique, ainsi qu'aux avancées plus récentes concernant l'introduction d'une vision à deux échelles au sein de la méthode LATIN pour des calculs statiques et quasi-statiques. Notre but a été d'étendre cette vision à deux échelles au cas de la dynamique transitoire. Une écriture de la stratégie de résolution multi-échelle est proposée pour le cas de la dynamique. Ce travail a permis de mettre en évidence plusieurs particularités de la méthode au sujet des conditions d'admissibilité des quantités macroscopiques en dynamique. L'introduction de l'approche multi-échelle en dynamique a permis d'obtenir l'extensibilité numérique de la méthode de décomposition de domaine pour le cas des interfaces. L'autre volet de cette thèse concerne la prise en compte de variabilité paramétrique en dynamique transitoire. Le but était ici de s'appuyer sur le savoir faire du LMT-Cachan, en matière de technique de calcul multi-résolution pour des problèmes avec contact pour développer une stratégie de calcul multi-résolution multi-échelle en dynamique, apte à prendre en compte les incertitudes, tout en diminuant de façon drastique le coût de calcul par rapport aux approches conventionnelles.

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.

La prédiction du comportement de structures complexes mettant en jeu au moins deux échelles très différentes, tant spatiales que temporelles, nécessite le développement de méthodes de calcul avancées. Ce travail se base sur une stratégie de calcul multiéchelle récemment proposée au LMT-Cachan. Il s'agit d'une méthode de décomposition de domaine mixte qui intègre une procédure d'homogénéisation automatique en espace et en temps, ne présentant pas les inconvénients des méthodes d'homogénéisation classiques. Ce travail de thèse a pour objectif d'améliorer les performances et la robustesse de l'approche dans le cadre de problèmes tridimensionnels complexes (problèmes d'évolution viscoélastique avec contact frottant). Une procédure d'enrichissement automatique de l'espace macroscopique en temps est proposée pour conférer à la méthode l'extensibilité partiellement perdue dans certains cas de non-linéarités. Une nouvelle technique d'approximation spatio-temporelle adaptative (basée sur l'approximation radiale) est introduite dans le cas des matériaux à variables internes, afin de réduire le nombre de calculs et d'accroître la robustesse de l'approche. Enfin d'une manière générale, un certain nombre d'outils sont proposés pour réduire la taille des problèmes et maîtriser d'avantage les techniques d'approximations avancées utilisées. Les contributions proposées sont illustrées sur des exemples tridimensionnels issu d'un code éléments finis développé pendant la thèse.

Cette thèse porte sur la simulation numérique de modèles couplés pour l'écoulement et le transport dans les milieux poreux. Nous présentons une nouvelle méthode de couplage entre les réactions chimiques et le transport en utilisant une méthode de Newton-Krylov, et nous étudions également un modèle d'écoulement en milieu fracturé qui traite l'intersection des fractures par une méthode de décomposition de domaine. <br /> Ce travail est divisé en trois parties : la première partie contient une analyse de différents schémas numériques pour la discrétisation des problèmes d'advection-diffusion, notamment par une technique de séparation d'opérateurs, ainsi que leur mise en oeuvre informatique, dans un code industriel.<br /> La deuxième partie, qui est la contribution majeure de cette thèse, est consacrée à la modélisation et à l'implémentation d'une méthode de couplage globale pour le transport réactif. Le système couplé transport-chimie est décrit, après discrétisation en temps, par un système d'équations non linéaires. La taille du système sous-jacent, à savoir le nombre de points de grille multiplié par le nombre d'espèces chimiques, interdit la résolution du système linéaire par une méthode directe. Pour remédier à cette difficulté, nous utilisons une méthode de Newton-Krylov qui évite de former et de factoriser la matrice Jacobienne. <br /> Dans la dernière partie, nous présentons un modèle d'écoulement dans un milieu fracturé tridimensionnel, basé sur une méthode de décomposition de domaine, et qui traite l'intersection des fractures. Nous démontrons l'existence et l'unicité de la solution, et nous validons le modèle par des tests numériques.

En calcul de structures, la simulation de la réponse de structures complexes, et dans une encore plus grande mesure, l'optimisation vis à vis de paramètres de plus en plus nombreux dans l'optique de la conception, conduisent à des problèmes de grande taille. L'utilisation du parallélisme est donc un outil important pour pouvoir aborder la simulation de ces modèles.<br />Plus récemment, l'émergence des modélisations multiphysiques couplées requière des capacités de traitement d'autant plus grandes. Une particularité de ce type de modélisations est le caractère multiéchelle marqué, à la fois en temps et en espace, du problème couplé.<br />Dans ce mémoire, les travaux réalisés pour tirer parti du caractère multiéchelle en espace concernent principalement une stratégie de calcul micro / macro située à l'intersection des méthodes de décomposition de domaine, et des stratégies d'homogénéisation. Elle conduit à une stratégie de calcul extensible, et à une homogénéisation automatique, qui ne nécessite pas de traitement particulier des zones bords. Dans un deuxième temps, une stratégie de calcul adaptée aux problèmes multiphysiques, et développée dans le cadre de la poroélasticité, est présentée et sa faisabilité est montrée, sans tirer encore parti des propriétés du problème (multiéchelle à la fois en espace et en temps) pour augmenter ses performances.<br />Outre ce dernier point, pour aller vers des stratégies performantes pour le multiphysique, les perspectives intègrent entre autre, le contrôle et l'adaptivité pour la robustesse de l'approche, et le couplage de codes pour la mise en oeuvre. L'objectif est la construction d'outils permettant la simulation de composants ou de systèmes mettant en jeu des physiques différentes, et, comme c'est aussi souvent leur cas aussi, des procédés d'obtention et de conception.