La simulation numérique du fonctionnement des dispositifs électromécaniques doit prendre en compte simultanément les aspects magnétiques, électriques et mécaniques en présence. En effet, les convertisseurs étudiés sont généralement reliés à un circuit d'alimentation électrique et possèdent des pièces magnétiques et conductrices en mouvement. Les modélisations proposées sont basées sur la méthode des éléments finis qui permet une discrétisation des équations des phénomènes physiques à traiter. Une formulation du problème des courants induits avec mouvement est présentée, ainsi que les couplages nécessaires avec les équations électriques et cinématiques. L'essentiel des travaux porte sur les techniques de prise en compte du mouvement dans un tel contexte. Deux méthodes sont alors proposées et comparées : le couplage des éléments finis avec des équations intégrales de frontières d'une part, et des procédures de remaillage automatique d'autre part. Une approche originale de maillage à l'aide de boules est présentée. Les développements réalisés sont appliqués pour l'étude 2D de dispositifs électromécaniques industriels. Les modélisations permettent d'étudier l'influence de phénomènes tels que les courants induits ou les saturations magnétiques sur leur fonctionnement.

L'objectif principal de ce travail est de mettre à la disposition des pouvoirs publics un outil de prévision des glissements de terrains naturels, pour leur permettre de prendre les décisions qui s'imposent au bon moment. Vu les incertitudes qui pèsent sur l'analyse a priori des phénomènes d'instabilité et l'imprécision de la cinématique des mouvements, il est nécessaire de pouvoir déterminer, chaque fois qu'il y a risque de mptme d'un ouvrage ou d'un site naturel, une frontière critique dans l'espace des paramètres définissant l'équilibre des masses potentiellement instables. Parmi les paramètres liés directement au comportement de l'ouvrage, seuls les déplacements sont directement mesurables. Dans cet esprit, les métbodes de surveillance portent essentiellement sur la mesure des déplacements, en surface (topographie) et en profondeur (inclinométrie ). La méthode présentée dans cette étude est basée essentiellement sur les mesures inclinométriques effectuées sur site instable et les résultats des essais de cisaillement triaxial réalisés sur des échantillons de sol prélevés sur ce site. Cette méthode a donc été appliqnée à deux sites instables (PONSONNAS et AVIGNONET) dans la région du Trièves (Isère). Au cours de cette étude, nous avons mis au point un outil informatique pour l'analyse de stabilité des pentes et l'étude d'écoulement souterrain en régime permanent par la méthode des éléments finis.

Cette thèse est une étude de la naissance des zones de cisaillement. La modélisation théorique de leur amplification permet de définir les trois paramètres influençant leur développement : la déformation globale du matériau, l'hétérogénéité initiant la zone de cisaillement, et l'instabilité rhéologique du matériau. Les simulations numériques fondées* sur la méthode des éléments finis quantifient ces trois paramètres. Différents cas d'instabilité ont été traités : amollissement avec la déformation, anisotropie et échauffement lié à la déformation. Enfin, l'étude de la propagation d'une zone de cisaillement permet de préciser une relation entre sa largeur, sa vitesse de propagation et la rhéologie de la roche.

Les comportements mécaniques des films minces polycristallins sont encore mal compris à l'échelle sub-micronique. En particulier des hétérogénéités locales de déformation importantes sont attendues, mais elles restent difficile à quantifier expérimentalement. Les nouvelles possibilités offertes par les micro-faisceaux synchrotron de rayons X ont donc été utilisées dans ce travail pour éclairer cette problèmatique. Une réflexion de Bragg provenant d'un grain unique sub-micronique a été acquise avec une très bonne résolution dans l'espace réciproque en trois dimensions lors d'un cycle thermique. Les propriétés de cohérence du faisceau ont été utilisées pour reconstruire à trois dimensions une composante du champ de déplacement intra-grain avec une résolution d'une vingtaine de nanomètres dans les trois directions. Cette technique est basée sur des algorithmes de reconstruction de phase qui néanmoins connaissent des stagnations dans le cas des échantillons fortement déformés. Une méthodologie basée sur la connaissance de la forme du grain a donc été développée pour contourner ces difficultés. Des analyses complémentaires de diffraction X de laboratoire et de microdiffraction monochromatique ont également mis en évidence des hétérogénéités importantes de déformation entre les différents grains.

This research work deals with three-dimensional modeling of groundwater flow and solute transport problems in groundwater aquifer systems, with several complexities, heterogeneities and variable conditions as encountered in the field. Finite element methods are used throughout to solve a range of different problems, using in particular the Galerkin weighted residual approach based on trilinear hexahedral elements. Special emphasis is made on transient and non-linear groundwater flow problems with moving interfaces, such as the water table and the freshwater-saltwater sharp interface. A generalized Fast Updating Procedure technique is developed for these situations, which presents a number of advantageous features in comparison to classic computational techniques used to deal with such problems. One of the important contributions is the automatic construction of the generic soils characteristic curves, which are dynamically dependent upon the overall system water status. Several test examples are successfully worked out for validating this technique in different aquifer configurations, and under different initial and boundary conditions. These test cases show that the proposed method is cheap, numerically stable and accurate. Numerical stability is guaranteed through a developed solver, which is obtained by using state of the art methods for robust preconditioning and efficient numerical implementation. The accuracy is demonstrated by comparison against analytical, other numerical approaches, and laboratory experimental solutions. The usefulness of the method is clearly shown by the application of the 3-D sharp interface finite element model 'GEO-SWIM' to the coastal aquifer system of Martil in the north of Morocco. Several efficient runs are made, leading to a calibrated management model for the study area, giving a clear picture of the salinization risk in the aquifer due to saltwater encroachment. Three-dimensional modeling of solute transport problems in groundwater aquifer systems is equally investigated. It is concluded that the standard Galerkin finite element method is computationally intensive, since the obtained system of numerical equations is very large, sparse, none symmetric and usually difficult to solve with standard iterative techniques. Hence, preconditioning is necessary to improve the convergence behavior of ill-conditioned systems. In this work, we propose an M-matrix type of transformation on the general transport matrix which guarantees the existence of the preconditioning schemes, and hence improves the overall solvers performance and robustness. The usefulness of the method is demonstrated by solving several test examples with different complexities, including hypothetical and field applications in Belgium. Different solvers are tested as the minimal residual method and the stabilized biconjugate gradient method, in combination with different preconditioning schemes, as diagonal scaling and incomplete factorization. It is concluded that M-matrix preconditioning is very simple to implement, and proves to be very efficient and robust. An effort is put on packaging the computer programs, by giving modern visual support to many modules. Therefore, several GUI programs are provided as complementary tools to support the developed models, enabling their friendly use, and the possibility for future extensions.

Les combustibles à particules sont constitués de quelques milliers de billes d'un millimètre de diamètre composées d'oxyde d'uranium enrobé de couches de confinement qui sont noyées dans une matrice graphite pour former un élément combustible. L'objectif de ce travail est de développer un outil de simulation du comportement thermomécanique de ces combustibles sous irradiation permettant une estimation fine des chargements locaux sur ces particules. Le choix s'est porté vers la méthode des éléments-finis au carré, où interviennent deux échelles distinctes de discrétisation : une structure '' macroscopique'' homogène dont les propriétés en chaque point d'intégration sont calculées sur une seconde structure ''microscopique'' hétérogène, le Volume Élémentaire Représentatif (VER). La première partie du travail a porté sur la définition de ce VER. Un indicateur morphologique basé sur la distribution des distances minimales centre-à-centres a été proposé pour sélectionner des tirages aléatoires de microstructure. La réponse macroscopique élastique des VER, calculée par éléments finis, a été comparée à un modèle analytique. Des indicateurs de représentativité thermique et mécanique du chargement local ont été construits à partir les modes de rupture de la particule. Une étude statistique de ces critères sur une centaine de VER a démontré l'importance de sélectionner une microstructure représentative. Il a dans cette optique été développé un modèle empirique reliant l'indicateur morphologique à l'indicateur mécanique. La seconde partie du travail traite de deux méthodes de changement d'échelle qui sont basées sur l'homogénéisation des milieux périodiques. Considérant un problème de thermique linéaire avec terme source en régime permanent, il a été montré que l'hétérogénité de la source de chaleur implique l'utilisation d'une méthode au second ordre pour relocaliser correctement le champ de température. Le problème mécanique non-linéaire a lui été traité en utilisant l'algorithme itératif de cast3M, en substituant à l'intégration de la loi de comportement un calcul élément finis sur le VER. Cet algorithme a été validé, puis couplé à la résolution thermique afin de simuler un chargement d'irradiation. Un calcul sur un élément combustible complet a mis en évidence une forte interaction entre les deux échelles, ce qui confirme l'intérêt d'un tel modèle pour simuler le comportement de ces combustibles.

Dans ce travail, nous proposons des solutions à la problématique constituée par les difficultés rencontrées dans l'optimisation de dispositifs électromagnétiques analysés par des méthodes de simulation numérique, notamment la Méthode des Eléments Finis. Parmi les difficultés, nous avons la grande diversité des problèmes, la recherche d'une solution globale, l'échange des données entre l'outil de simulation et l'outil d'optimisation et le temps de calcul onéreux pour atteindre une solution. Nous commençons par une description des méthodes les plus utilisées dans la résolution de problèmes d'optimisation, dans laquelle nous mettons en évidence leurs particularités et les principales caractéristiques qu'elles ont en commun. Après cette récapitulation, nous présentons l'architecture logiciel d'un outil d'optimisation idéalisée en s'appuyant sur les concepts de la Programmation Orientée Objet. Dans l'implémentation de cette architecture, nous considérons les difficultés issues des problèmes liés à la simulation numérique et nous proposons une nouvelle approche d'optimisation basée sur la Méthode des Plans d'Expérience. Pour valider cette nouvelle approche, nous présentons trois différentes applications en électrotechnique : l'optimisation d'un moteur à reluctance variable, l'optimisation d'un contacteur électromagnétique et la résolution du problème 25 du TEAM Worshop.

Une des difficultés rencontrées dans l'analyse numérique des équations de Maxwell est due au fait que les dispositifs étudiés présentent des particularités géométriques (régions minces ou filaires). Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé et mis en oeuvre des modèles permettant de simuler des régions filaires en présence de régions minces dans un champ électromagnétique en basse fréquence par la méthode des éléments finis. La faible épaisseur des conducteurs filaires pose des problèmes de singularité dû au calcul du champ magnétique. Ces problèmes ont nécessité l'extraction des termes correspondant à l'inductance propre des fils, et ces termes sont calculés par des méthodes plus adaptées (calcul analytique, PEEC). L'effet de peau est pris en compte par modification de la résistance de la région filaire. Dans le cas des régions filaires ferromagnétiques, la méthode reste applicable pour des matériaux linéaires. Nous prenons également en compte la présence des régions minces en interaction avec ces régions filaires de deux façons : - des régions minces et filaires distantes en interaction; - des régions minces et filaires dans un circuit dont la source est soit un champ extérieur, soit une source de tension ou de courant. . Ces formulations ont été validées séparément par une confrontation des résultats obtenus avec des résultats analytiques ou avec des résultats issus d'une simulation en 2D axisymétrique. Deux applications industrielles ont été traitées.

Les liquides magnétorhéologiques sont des suspensions de particules magnétiques micrométriques dans des liquides amagnétiques. Lorsqu'un tel liquide est exposé à un champ magnétique, les particules s'agrègent sous la forme de "chaînes" qui augmentent de façon importante la résistance à l'écoulement. Dans ce mémoire de thèse, on présente la conception d'un frein discoïde à liquide magnétorhéologique et sa caractérisation dans deux cas de fonctionnement. Dans le premier, l'axe décrit des triangles de vitesse lentement variables à courant constant, ce dernier étant varié à l'arrêt entre deux triangles. On a pu observer que le couple doit typiquement croître jusqu'à un seuil pour que la rotation s'amorce, puis qu'il "chute" avant de croître de nouveau tandis que la vitesse augmente. On a également remarqué que les seuils de couple mesurés aux premiers triangles après les variations du courant sont différents de ceux mesurés aux triangles suivants, qui se repètent. Une modélisation du frein a été proposée, valable uniquement pour le courant maximum admissible et dans le cas où l'axe a déjà décrit au moins un triangle de vitesse. Cette modélisation, élaborée en utilisant le formalisme Graphe Informationnel Causal (G.I.C.), permet de rendre compte de l'évolution du couple à l'amorçage de la rotation pour le premier triangle de vitesse, mais pas pour les suivants. Dans le second cas de fonctionnement, le frein est alimenté en courant lentement variable à vitesse constante. Différents relevés de l'hystérésis du couple en fonction du courant ont été obtenus. On a pu rendre compte précisément de ces derniers sur la base d'un modèle Eléments Finis 2D du frein et d'un modèle de comportement hystérétique pour l'acier.

The first ocean general circulation models developed in the late sixties were based on finite differences schemes on structured grids. Many improvements in the fields of engineering have been achieved since three decades with the developments of new numerical methods based on unstructured meshes. Some components of the first models may now seem out of date and new second generation models are therefore under study, with the aim of taking advantage of the potential of modern numerical techniques such as finite elements. In particular, unstructured meshes are believed to be more efficient to resolve the large range of time and space scales present in the ocean. Besides the classical continuous finite element or finite volume methods, another popular new trend in engineering applications is the Discontinuous Galerkin (DG) method, i.e. discontinuous finite elements presenting many interesting numerical properties in terms of dispersion and dissipation, errors convergence rates, advection schemes, mesh adaptation, etc. The method is especially efficient at high polynomial orders. The motivation for this PhD research is therefore to investigate the use of the high-order DG method for geophysical flow modeling. A first part of the thesis is devoted to the mesh adaptation using the DG method. The inter-element jumps of the fields are used as error estimators. New mesh size fields or polynomial orders are then derived and local h- or p-adaptation is performed. The technique is applied to standard benchmarks and computations in more realistic domains as the Gulf of Mexico. A second part deals with the use of the high order DG method with high-order representation of geometrical features. On one hand, a method is proposed to deal with complex representations of the coastlines. Computations are performed using high-order mappings around the Rattray island, located in the Great Barier Reef. Numerical results are then compared to in-situ measurements. On the other hand, a new method is proposed to deal with curved manifolds in order to represents oceanic or atmospheric flows on the sphere. The approach is based on the use of a local high-order non-orthogonal basis, and is equivalent to the use of vectorial shape and test functions to represent the vectorial conservation laws on the manifold's surface. A method is finally proposed to analyze the dispersion and dissipation properties of any numerical scheme on any kind of grid, possibly unstructured. The DG method is then compared to other techniques as the mixed non-conforming linear elements, and the impact of unstructured meshes is studied.