On a large class of two-dimensional anisotropic meshes, the inf-sup condition (stability) is proved for the triangular and quadrilateral finite element pairs suggested by Bernardi/Raugel and Fortin. As a consequence the pairs ${\cal P}_2-{\cal P}_0$, ${\cal Q}_2-{\cal P}_0$, and ${\cal Q}_2^\prime-{\cal P}_0$ turn out to be stable independent of the aspect ratio of the elements.

On a large class of two-dimensional anisotropic meshes, the inf-sup condition (stability) is proved for the triangular and quadrilateral finite element pairs suggested by Bernardi/Raugel and Fortin. As a consequence the pairs ${\cal P}_2-{\cal P}_0$, ${\cal Q}_2-{\cal P}_0$, and ${\cal Q}_2^\prime-{\cal P}_0$ turn out to be stable independent of the aspect ratio of the elements.

In this thesis we analyse the high-order in time discontinuous Galerkin nite element method (DGFEM) for second-order in time linear abstract wave equations. Our abstract approximation analysis is a generalisation of the approach introduced by Claes Johnson (in Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 107:117-129, 1993), writing the second order problem as a system of fi rst order problems. We consider abstract spatial (time independent) operators, highorder in time basis functions when discretising in time; we also prove approximation results in case of linear constraints, e.g. non-homogeneous boundary data. We take the two steps approximation approach i.e. using high-order in time DGFEM; the discretisation approach in time introduced by D Schötzau (PhD thesis, Swiss Federal institute of technology, Zürich, 1999) to fi rst obtain the semidiscrete scheme and then conformal spatial discretisation to obtain the fully-discrete formulation. We have shown solvability, unconditional stability and conditional a priori error estimates within our abstract framework for the fully discretized problem. The skew-symmetric spatial forms arising in our abstract framework for the semi- and fully-discrete schemes do not full ll the underlying assumptions in D. Schötzau's work. But the semi-discrete and fully discrete forms satisfy an Inf-sup condition, essential for our proofs; in this sense our approach is also a generalisation of D. Schötzau's work. All estimates are given in a norm in space and time which is weaker than the Hilbert norm belonging to our abstract function spaces, a typical complication in evolution problems. To the best of the author's knowledge, with the approximation approach we used, these stability and a priori error estimates with their abstract structure have not been shown before for the abstract variational formulation used in this thesis. Finally we apply our abstract framework to the acoustic and an elasto-dynamic linear equations with non-homogeneous Dirichlet boundary data.

Cette thèse est consacrée à l'analyse mathématique et numérique d'un problème d'interaction fluide-structure stationnaire, couplant un fluide newtonien, visqueux et incompressible, modélisé par les équations de Stokes 2D et une structure déformable, décrite par les équations d'une poutre 1D. Le fluide et la structure sont couplés via une condition aux limites de type frottement à l'interface.Dans l'étude théorique, nous montrons un résultat d'existence et unicité de solutions faibles, dans le cadre de petits déplacements, du problème de couplage fluide structure avec une condition de glissement de type Tresca en utilisant le théorème de point fixe de Schauder.Dans l'analyse numérique, nous étudions d'abord, l'approximation du problème de Stokes avec la condition de Tresca par une méthode d'éléments finis mixtes à quatre champs. Nous montrons ensuite une estimation d'erreur a priori optimale pour des données régulières et nous réalisons des tests numériques. Enfin, nous présentons un algorithme de point fixe pour la simulation numérique du problème couplé avec des conditions aux limites non linéaires. / This PHD thesis is devoted to the theoretical and numerical analysis of a stationary fluid-structure interaction problem between an incompressible viscous Newtonian fluid, modeled by the 2D Stokes equations, and a deformable structure modeled by the 1D beam equations.The fluid and structure are coupled via a friction boundary condition at the fluid-structure interface.In the theoretical study, we prove the existence of a unique weak solution, under small displacements, of the fluid-structure interaction problem under a slip boundary condition of friction type (SBCF) by using Schauder fixed point theorem.In the numerical analysis, we first study a mixed finite element approximation of the Stokes equations under SBCF.We also prove an optimal a priori error estimate for regular data and we provide numerical examples.Finally, we present a fixed point algorithm for numerical simulation of the coupled problem under nonlinear boundary conditions.

Dans le cadre linéaire, les modèles de Mindlin-Reissner pour les plaques épaisses et de Naghdi pour les coques épaisses sont les plus utilisés. Il est connu que la discrétisation par éléments finis de ces modèles conduit à un phénomène de verrouillage numérique quand l’épaisseur tend vers zéro. Il s’agit du verrouillage en cisaillement dans le cas des plaques et du verrouillage en cisaillement et en membrane dans le cas des coques. Il existe quelques éléments finis qui permettent d’éviter ces difficultés ou du moins de les réduire. L’élément DKMQ pour les plaques et sa version DKMQ24 pour les coques, sont des éléments de bas ordre, basés sur une formulation mixte, qui ont été proposés il y a quelques années afin d’éviter ces phénomènes de verrouillage. Dans cette thèse, on s’est attaché à évaluer numériquement les performances de ces éléments. Outre les cas tests classiques, on s’est focalisé sur l’analyse de la condition inf-sup discrète pour l’élément DKMQ. Nous avons étudié également le test de la s-norme proposé par Bathe, pour l’élément DKMQ24. Enfin, nous avons effectué une analyse d’erreur a posteriori pour les éléments DKMQ et DKMQ24, en utilisant l’estimateur d’erreur Z2 (dû à Zienkiewicz et Zhu), associé aux techniques de recouvrement de la moyenne, de projection ou encore SPR. Les résultats obtenus ont permis de quantifier les performances de ces deux éléments finis pour les problèmes de verrouillage, et d’en dégager les limites. Deux applications importantes de ces éléments DKMQ et DKMQ24 ont été ensuite présentées, la première concerne la simulation des poutres à parois minces à section ouverte et la seconde le calcul des plaques composites. / In the linear case, the Mindlin-Reissner model for thick plates and the Naghdi model for thick shells are commonly used. The finite element discretization of these models leads to numerical locking phenomenon when the thickness approaches zero : shear locking for plates and both shear and membrane locking for shells. There are some finite elements that could reduce or even eliminate this phenomenon. DKMQ element for plates or DKMQ24 element for shells, are low-order elements, based on a mixed formulation, introduced a few years ago to prevent the numerical locking phenomenon. In this thesis, we concentrated on numerical evaluation of the performance of these elements. Besides the classical benchmark tests, we also focused on the analysis of discrete inf-sup condition for DKMQ element. We studied the s-norm test proposed by Bathe for DKMQ24 element. Finally, we performed a posteriori error estimation for DKMQ and DKMQ24 elements, using the error estimator Z2 (proposed by Zienkiewicz and Zhu), associated with the averaging, projection or SPR recovery methods. The results obtained have enabled us to quantify the performance of these two finite elements for locking problems, and to identify their limits. Two important applications of these elements DKMQ and DKMQ24 were then presented ; the first one concerns thin-walled beams with open cross-section and the second one composite plates.