The aim of this study is the synthesis of hydrogen storage compounds by electrodeoxidation technique which offers an inexpensive and rapid route to synthesize compounds from oxide mixtures. Within the scope of this study, two hydrogen storage compounds, FeTi and Mg2Ni, are aimed to be produced by this technique. In the first part, effect of sintering conditions on synthesis of FeTi was studied. For this purpose, oxide pellets made out of Fe2O3-TiO2 powders were sintered at temperatures between 900 &deg / C &ndash / 1300 &deg / C. Experiments showed that by sintering at 1100 &deg / C, Fe2TiO5 forms and particle size remains comparatively small, which improve the reducibility of the oxide pellet. Experimental studies showed that the reduction of MgO rich MgO-NiO oxide pellet to synthesize Mg2Ni occurs only at extreme deoxidation conditions. Pure MgO remains intact after deoxidation. In contrast to these, pure NiO and NiO rich MgO-NiO mixtures were deoxidized successfully to Ni and MgNi2, respectively. Conductivity measurements address the low conductivity of MgO-rich systems as one of the reasons behind those difficulties in reduction. In the last part, a study was carried out to elucidate the low reducibility of oxides. It is considered that the oxygen permeability becomes important when the reduction-induced volumetric change does not yield fragmentation into solid-state. The approach successfully explains why MgO particles could not be reduced at ordinary deoxidation conditions. The study addresses that Mg layer formed at the surface of MgO particles blocks the oxygen transport between MgO and electrolyte as Mg has low oxygen permeability.

The Finite Element Tearing and Interconnecting (FETI) and its variants are probably the most celebrated domain decomposition algorithms for partial differential equation (PDE) scientific computations. In electromagnetics, such methods have advanced research frontiers by enabling the full-wave analysis and design of finite phased array antennas, metamaterials, and other multiscale structures. Recently, closer scrutiny of these methods have revealed robustness and numerical scalability problems that prevent the most memory and time efficient variants of FETI from gaining widespread acceptance. This work introduces a new class of FETI methods and preconditioners that lead to exponential iterative convergence for a wide class of problems, are robust and numerically scalable. First, a two Lagrange multiplier (LM) variant of FETI with impedance transmission conditions, the FETI-2λ, is introduced to facilitate the symmetric treatment of non-conforming grids while avoiding matrix singularites that occur at the interior resonance frequencies of the domains. A thorough investigation on the approximability and stability of the Lagrange multiplier discrete space is carried over to identify the correct LM space basis. The resulting method, although accurate and flexible, exhibits unreliable iterative convergence. To accelerate the iterative convergence, the Locally Exact Algebraic Preconditioner (LEAP), which is responsible for improving the information transfer between neighboring domains is introduced. The LEAP was conceived by carefully studying the properties of the Dirichlet-to-Neumann (DtN) map that is involved in the sub-structuring process of FETI. LEAP proceeds in a hierarchical way and directly factorizes the signular and near-singular interactions of the DtN map that arise from domain-face, domain-edge and domain-vertex interactions. For problems with small number of domains LEAP results in scalable implementations with respect to the discretization. On problems with large domain numbers, the numerical scalability can only be obtained through ``global'' preconditioners that directly convey information to remotely separated domains at every DDM iteration. The proposed ``global" preconditiong stage is based on the new Multigrid FETI (MG-FETI) method. This method provides a coarse grid correction mechanism defined in the dual space. Macro-basis functions, that satisfy thecurl-curl equation on each interface are constructed to reduce the size of the coarse problem, while maintaining a good approximation of the characteristic field modes. Numerical results showcase the performance of the proposed method on one-way, 2D and 3D decomposed problems, with structured and unstructured partitioning, conforming and non-conforming interface triangulations. Finally, challenging, real life computational examples showcase the true potential of the method.

Le contrôle de la qualité des calculs de structure suscite un intérêt croissant dans les processus de conception et de certification. Il repose sur l'utilisation d'estimateurs d'erreur, dont la mise en pratique entraîne un sur-coût numérique souvent prohibitif sur des calculs de grande taille. Le présent travail propose une nouvelle procédure permettant l'obtention d'une estimation garantie de l'erreur de discrétisation dans le cadre de problèmes linéaires élastiques résolus au moyen d'approches par décomposition de domaine. La méthode repose sur l'extension du concept d'erreur en relation de comportement au cadre des décompositions de domaine sans recouvrement, en s'appuyant sur la construction de champs admissibles aux interfaces. Son développement dans le cadre des approches FETI et BDD permet d'accéder à une mesure pertinente de l'erreur de discrétisation bien avant convergence du solveur lié à la décomposition de domaine. Une extension de la procédure d'estimation aux problèmes hétérogènes est également proposée. Le comportement de la méthode est illustré et discuté sur plusieurs exemples numériques en dimension 2. / The control of the quality of mechanical computations arouses a growing interest in both design and certification processes. It relies on error estimators the use of which leads to often prohibitive additional numerical costs on large computations. The present work puts forward a new procedure enabling to obtain a guaranteed estimation of discretization error in the setting of linear elastic problems solved by domain decomposition approaches. The method relies on the extension of the constitutive relation error concept to the framework of non-overlapping domain decomposition through the recovery of admissible interface fields. Its development within the framework of the FETI and BDD approaches allows to obtain a relevant estimation of discretization error well before the convergence of the solver linked to the domain decomposition. An extension of the estimation procedure to heterogeneous problems is also proposed. The behaviour of the method is illustrated and assessed on several numerical examples in 2 dimension.

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 consiste à résoudre de grands systèmes linéaires creux sur des calculateurs massivement parallèles. Ces systèmes linéaires, souvent rencontrés lors de la simulation numérique de problèmes de mécanique des structures par des codes de calcul par éléments finis, sont résolus avec des coûts très importants en temps de calcul et en espace mémoire. Dans cette thèse, nous mettons au point un parallélisme à deux niveaux et l'intégrons dans les méthodes de décomposition de domaine de type FETI. La démarche s'est organisée autour de trois chapitres principaux. Dans un premier temps, nous mettons en œuvre un solveur direct pour inverser des systèmes linéaires creux qui peuvent être symétriques ou non symétriques, réels ou complexes, à second membre simple ou multiple. La mise en œuvre, basée sur une technique de renumérotation de type dissection emboîtée, est complétée par un point utile dans beaucoup de méthodes de décomposition de domaine (construction d'un préconditionneur ou formulation de l'opérateur de FETI) : la détection de modes à énergie nulle des systèmes singuliers. Dans un deuxième temps, nous parallélisons le solveur direct à travers un modèle de parallélisme à mémoire partagée (multi-threading) pour tirer profit des nouveaux processeurs multi-coeurs. Dans un troisième temps, nous intégrons cette version multi-threads du solveur dans les méthodes FETI pour inverser les problèmes locaux en parallèle. Les résultats de cette étude mettent en évidence l'utilité des travaux effectués et l'intérêt d'utiliser comme solveur local dans les méthodes FETI un solveur direct parallèle robuste et efficace. Tout ceci peut donner accès à de nouvelles gammes de problèmes en calcul des structures. Il serait intéressant de revoir le parallélisme à gros grains entre sous-domaines dans les méthodes FETI. Cela pourrait consister à utiliser la version du solveur direct à second membre multiple pour améliorer plus la méthode itérative utilisée dans la résolution du problème d'interface.

Le contrôle de la qualité des calculs de structure suscite un intérêt croissant dans les processus de conception et de certification. Il repose sur l'utilisation d'estimateurs d'erreur, dont la mise en pratique entraîne un sur-coût numérique souvent prohibitif sur des calculs de grande taille. Le présent travail propose une nouvelle procédure permettant l'obtention d'une estimation garantie de l'erreur de discrétisation dans le cadre de problèmes linéaires élastiques résolus au moyen d'approches par décomposition de domaine. La méthode repose sur l'extension du concept d'erreur en relation de comportement au cadre des décompositions de domaine sans recouvrement, en s'appuyant sur la construction de champs admissibles aux interfaces. Son développement dans le cadre des approches FETI et BDD permet d'accéder à une mesure pertinente de l'erreur de discrétisation bien avant convergence du solveur lié à la décomposition de domaine. Une extension de la procédure d'estimation aux problèmes hétérogènes est également proposée. Le comportement de la méthode est illustré et discuté sur plusieurs exemples numériques en dimension 2.

Dans le présent travail, des nouvelles méthodes de décomposition de domaine et des nouvelles implémentations pour des méthodes existantes sont développées. Une nouvelle méthode basée sur les méthodes antérieures de décomposition du domaine est formulée. Les méthodes classiques FETI plus FETI-2LM sont utilisées pour construire le nouveau Hybrid-FETI. L'idée de base est de développer un nouvel algorithme qui peut utiliser les deux méthodes en même temps en choisissant dans chaque interface l'état le plus adapté en fonction des caractéristiques du problème. En faisant cela, nous recherchons un code plus rapide et plus robuste qui peut fonctionner avec des configurations selon lesquelles les méthodes de base ne le géreront pas de manière optimale par lui-même. La performance est testée sur un problème de contact. La partie suivante implique le développement d'une nouvelle implémentation pour la méthode S-FETI, l'idée est de réduire l'utilisation de la mémoire de cette méthode, afin de pouvoir fonctionner dans des problèmes de taille plus important. Différentes variantes pour cette méthode sont également proposées, tout en cherchant la réduction des directions stockées chaque itération de la méthode itérative. Finalement, une extension de la méthode FETI-2LM à sa version en bloc comme dans S-FETI, est développée. Les résultats numériques pour les différents algorithmes sont présentés. / In this work new domain decomposition methods and new implementations for existing methods are developed. A new method based on previous domain decomposition methods is formulated. The classic FETI plus FETI-2LM methods are used to build the new Hybrid-FETI. The basic idea is to develop a new algorithm that can use both methods at the same time by choosing in each interface the most suited condition depending on the characteristics of the problem. By doing this we search to have a faster and more robust code that can work with configurations that the base methods will not handle it optimally by himself. The performance is tested on a contact problem. The following part involves the development of a new implementation for the S-FETI method, the idea is to reduce the memory usage of this method, to make it able to work in larger problem. Different variation for this method are also proposed, all searching the reduction of directions stored each iteration of the iterative method. Finally, an extension of the FETI-2LM method to his block version as in S-FETI, is developed. Numerical results for the different algorithms are presented.