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Nous présentons dans cette thèse les évolutions apportées au solveur Galerkin Discontinu Teta-CLAC, issu de la collaboration IRMA-AxesSim, au cours du projet HOROCH (2015-2018). Ce solveur permet de résoudre les équations de Maxwell en 3D, en parallèle sur un grand nombre d'accélérateurs OpenCL. L'objectif du projet HOROCH était d'effectuer des simulations de grande envergure sur un modèle numérique complet de corps humain. Ce modèle comporte 24 millions de mailles hexaédriques pour des calculs dans la bande de fréquences des objets connectés allant de 1 à 3 GHz (Bluetooth). Les applications sont nombreuses : téléphonie et accessoires, sport (maillots connectés), médecine (sondes : gélules, patchs), etc. Les évolutions ainsi apportées comprennent, entre autres : l'optimisation des kernels OpenCL à destination des CPU dans le but d'utiliser au mieux les architectures hybrides ; l'expérimentation du runtime StarPU ; le design d'un schéma d'intégration à pas de temps local ; et bon nombre d'optimisations permettant au solveur de traiter des simulations de plusieurs millions de mailles. / In this thesis, we present the evolutions made to the Discontinuous Galerkin solver Teta-CLAC – resulting from the IRMA-AxesSim collaboration – during the HOROCH project (2015-2018). This solver allows to solve the Maxwell equations in 3D and in parallel on a large amount of OpenCL accelerators. The goal of the HOROCH project was to perform large-scale simulations on a complete digital human body model. This model is composed of 24 million hexahedral cells in order to perform calculations in the frequency band of connected objects going from 1 to 3 GHz (Bluetooth). The applications are numerous: telephony and accessories, sport (connected shirts), medicine (probes: capsules, patches), etc. The changes thus made include, among others: optimization of OpenCL kernels for CPUs in order to make the best use of hybrid architectures; StarPU runtime experimentation; the design of an integration scheme using local time steps; and many optimizations allowing the solver to process simulations of several millions of cells.

Les travaux de cette thèse concerne l’étude d’une méthode élément finis d’ordre spatial élevé que l’on peut assimilé à une extension du schéma de Yee. On parle alors de méthode différences finies d’ordre élevé. Après avoir donné, dans un premier chapitre, un historique non exhaustif des principales méthodes utilisées pour résoudre les équations de Maxwell dans le cadre de problèmes de CEM et montré l’ intérêt de disposer d’un solveur de type "différences finies d’ ordre élevé", nous présentons dans un deuxième chapitre le principe de la méthode. Nous donnons pour cela les caractéristiques du schéma spatial et temporel en précisant les conditions de stabilité de la méthode. En outre, dans une étude purement numérique, nous étudions la convergence du schéma. On se focalise ensuite sur la possibilité d’utiliser des ordres spatiaux variable par cellules dans chaque direction de l’espace. Des comparaisons avec le schéma de Yee et un schéma de Galerkin Discontinu particulier sont ensuite effectuées pour montrer les gains en coûts calcul et mémoire et donc l’intérêt de notre approche par rapport aux deux autres. Dans un troisième chapitre, nous nous intéressons à l’étude de modèles physiques indispensable au traitement d’un problème de CEM. Pour cela, nous nous focalisons particulièrement sur un modèle de fil mince oblique, des modèles de matériaux volumiques et minces et enfin sur la prise en compte de sol parfaitement métallique dans une agression de type onde plane. Chaque modèle est détaillé et validé par comparaison avec des solutions analytiques ou résultant de la littérature, sur des exemples canoniques. Le quatrième chapitre est dédié à une technique d’hybridation entre notre méthode et une approche Galerkin Discontinu en vue de traiter des géométries possédant des courbures. Nous donnons pour cela une stratégie d’hybridation basée sur l’échange de flux qui garantie au niveau continue la conservation d’une énergie. Nous présentons ensuite quelques exemples montrant la validité de notre approche dans une stratégie multi-domaines/multi-méthodes que nous précisons. Enfin le dernier chapitre de cette thèse concerne l’exploitation de notre méthode sur des cas industriels en comparaisons avec d’autres méthodes ou des résultats expérimentaux. / This thesis is about the study of a high spatial finite element method whichcan be assimilated at an extension of the Yee schema. In the next, this method is also called high order finite difference method. In the first chapter, we give a non exhaustive recall of the major methods used to treat EMC problems and we show the necessity to have this kind of schema to simulate efficiently some EMC configurations. In the second chapter, the principle of the numerical method is presented and a stability condition is given. A numerical study analysis of the schema convergence is also done. Next, we show the interest to have the possibility to use local spatial order by cell in each direction of the computational domain. Some canonic examples are given to show the advantages interms of CPU time and memory storage of the method by comparison with Yee’s scheme and DG approach. In the third chapter, we define and validate on several examples,some physical models as thin wire, materials and perfectly metallic ground in presence of a plane wave, to have the possibility to treat EMC problems. The fourth chapter is about a hybridization strategy between our high order FDTD method and a DG schema.We focalize our study on a hybrid method which provides an energy conservation of the continuous problem. A numerical example is given to validate the method. Finally, in the last chapter, we present some simulations on industrial problems to show the possibility of the method to treat realistic EMC problems.

Magnesium alloys are being developed as advanced materials for structural applications where reduced weight is a primary motivator. Alloying can enhance the properties of magnesium without significantly affecting its density. Essential to alloy development, inclusive of processing parameters, is knowledge of thermodynamic, kinetic, and mechanical behavior of the alloy and its constituents. Appreciable progress has been made through conventional development processes, but to accelerate development of suitable wrought Mg alloys, an integrated Materials Genomic approach must be taken where thermodynamics and diffusion kinetic parameters form the basis of alloy design, process development, and properties-driven applications. The objective of this research effort is twofold: first, to codify the relationship between diffusion behavior, crystal structure, and mechanical properties; second, to provide fundamental data for the purpose of wrought Mg alloy development. Together, the principal deliverable of this work is an advanced understanding of Mg systems. To that end, the objective is accomplished through an aggregate of studies. The solid-to-solid diffusion bonding technique is used to fabricate combinatorial samples of Mg-Al-Zn ternary and Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Y, Mg-Gd, and Mg-Nd binary systems. The combinatorial samples are subjected to structural and compositional characterization via Scanning Electron Microscopy with X-ray Energy Dispersive Spectroscopy, Electron Probe Microanalysis, and analytical Transmission Electron Microscopy. Interdiffusion in binary Mg systems is determined by Sauer-Freise and Boltzmann-Matano methods. Kirkaldy*s extension of the Boltzmann-Matano method, on the basis of Onsager*s formalism, is employed to quantify the main- and cross-interdiffusion coefficients in ternary Mg solid solutions. Impurity diffusion coefficients are determined by way of the Hall method. The intermetallic compounds and solid solutions formed during diffusion bonding of the combinatorial samples are subjected to nanoindentation tests, and the nominal and compositionally dependent mechanical properties are extracted by the Oliver-Pharr method. In addition to bolstering the scantly available experimental data and first-principles computations, this work delivers several original contributions to the state of Mg alloy knowledge. The influence of Zn concentration on Al impurity diffusion in binary Mg(Zn) solid solution is quantified to impact both the pre-exponential factor and activation energy. The main- and cross-interdiffusion coefficients in the ternary Mg solid solution of Mg-Al-Zn are reported wherein the interdiffusion of Zn is shown to strongly influence the interdiffusion of Mg and Al. A critical examination of rare earth element additions to Mg is reported, and a new phase in thermodynamic equilibrium with Mg-solid solution is identified in the Mg-Gd binary system. It is also demonstrated that Mg atoms move faster than Y atoms. For the first time the mechanical properties of intermetallic compounds in several binary Mg systems are quantified in terms of hardness and elastic modulus, and the influence of solute concentration on solid solution strengthening in binary Mg alloys is reported. The most significant and efficient solid solution strengthening is achieved by alloying Mg with Gd. The Mg-Nd and Mg-Gd intermetallic compounds exhibited better room temperature creep resistance than intermetallic compounds of Mg-Al. The correlation between the concentration dependence of mechanical properties and atomic diffusion is deliberated in terms of electronic nature of the atomic structure.

Studien tillverkar en modell av en värdeflödesanalys hos ett tillverkningsföretag för att se hur värdeskapande företaget är. Studien tar även fram förbättringsförslag på hur företaget kan bli mer värdeskapandeoch effektiva i sitt arbete.