Cette thèse présente quelques propriétés des sous-variétés lagrangiennes monotones. On résoud d'abord une conjecture de Barraud et Cornea dans le cadre monotone en montrant que le rayon de Gromov relatif à deux lagrangiennes dans la même classe d'isotopie hamiltonienne donne une borne inférieure à la distance de Hofer entre ces deux mêmes lagrangiennes. Le cas non-monotone de cette conjecture reste ouvert encore. On définit toutes les structures nécessaires à l'énoncé et à la preuve de cette conjecture. Deuxièmement, on définit une nouvelle version d'un morphisme de Seidel relatif à l'aide des cobordismes lagrangiens de Biran et Cornea. On montre que cette version est chaîne-homotope aux différentes autres versions apparaissant dans la littérature. Que toutes ces définitions sont équivalentes fait partie du folklore mais n'apparaît pas dans la littérature. On conclut par une conjecture qui identifie un triangle exact obtenu par chirurgie lagrangienne et un autre dû à Seidel et faisant intervenir le twist de Dehn symplectique. / We present in this thesis a few properties of monotone Lagrangian submanifolds. We first solve a conjecture of Barraud and Cornea in the monotone setting by showing that the relative Gromov radius of two Hamiltonian-isotopic Lagrangians gives a lower bound on the Hofer distance between them. The general non-monotone case remains open to this day. We define all the structures relevant to state and prove the conjecture. We then define a new version of a Lagrangian Seidel morphism through the recently introduced Lagrangian cobordisms of Biran and Cornea. We show that this new version is chain-homotopic to various other versions appearing in the litterature. That all these previous versions are the same is folklore but did not appear in the litterature. We conclude with a conjecture claiming that an exact triangle obtained by Lagrangian surgery is isomorphic to an exact triangle of Seidel involving the symplectic Dehn twist.

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Cette thèse présente quelques propriétés des sous-variétés lagrangiennes monotones. On résoud d'abord une conjecture de Barraud et Cornea dans le cadre monotone en montrant que le rayon de Gromov relatif à deux lagrangiennes dans la même classe d'isotopie hamiltonienne donne une borne inférieure à la distance de Hofer entre ces deux mêmes lagrangiennes. Le cas non-monotone de cette conjecture reste ouvert encore. On définit toutes les structures nécessaires à l'énoncé et à la preuve de cette conjecture. Deuxièmement, on définit une nouvelle version d'un morphisme de Seidel relatif à l'aide des cobordismes lagrangiens de Biran et Cornea. On montre que cette version est chaîne-homotope aux différentes autres versions apparaissant dans la littérature. Que toutes ces définitions sont équivalentes fait partie du folklore mais n'apparaît pas dans la littérature. On conclut par une conjecture qui identifie un triangle exact obtenu par chirurgie lagrangienne et un autre dû à Seidel et faisant intervenir le twist de Dehn symplectique. / We present in this thesis a few properties of monotone Lagrangian submanifolds. We first solve a conjecture of Barraud and Cornea in the monotone setting by showing that the relative Gromov radius of two Hamiltonian-isotopic Lagrangians gives a lower bound on the Hofer distance between them. The general non-monotone case remains open to this day. We define all the structures relevant to state and prove the conjecture. We then define a new version of a Lagrangian Seidel morphism through the recently introduced Lagrangian cobordisms of Biran and Cornea. We show that this new version is chain-homotopic to various other versions appearing in the litterature. That all these previous versions are the same is folklore but did not appear in the litterature. We conclude with a conjecture claiming that an exact triangle obtained by Lagrangian surgery is isomorphic to an exact triangle of Seidel involving the symplectic Dehn twist.

This thesis consists of three scientific papers dealing with invariants of Legendrian and Lagrangian submanifolds. Besides the scientific papers, the thesis contains an introduction to contact and symplectic geometry, and a brief outline of Symplectic field theory with focus on Legendrian contact homology. In Paper I we give an orientation scheme for moduli spaces of rigid flow trees in Legendrian contact homology. The flow trees can be seen as the adiabatic limit of sequences of punctured pseudo-holomorphic disks with boundary on the Lagrangian projection of the Legendrian. So to equip the trees with orientations corresponds to orienting the determinant line bundle of the dbar-operator over the space of Lagrangian boundary conditions on the punctured disk. We define an  orientation of this line bundle and prove that it is well-defined in the limit. We also prove that the chosen orientation scheme gives rise to a combinatorial algorithm for computing the orientation of the trees, and we give an explicit description of this algorithm. In Paper II we study exact Lagrangian cobordisms with cylindrical Legendrian ends, induced by Legendrian isotopies. We prove that the combinatorially defined DGA-morphisms used to prove invariance of Legendrian contact homology for Legendrian knots over the integers can be derived analytically.  This is proved using the orientation scheme from Paper I together with a count of abstractly perturbed flow trees  of the Lagrangian cobordisms. In Paper III we prove a flexibility result for closed, immersed Lagrangian submanifolds in the standard symplectic plane.

Cette thèse est constituée de quatre chapitres. Le premier contient les notions de base qui permettent d'aborder les divers thèmes qui y sont étudiés. Le second est consacré à l'étude des sous-variétés lagrangiennes d'une variété presque kählérienne. J'y présente les résultats obtenus en collaboration avec Burcu Bektas, Joeri Van der Veken et Luc Vrancken. Dans le troisième, je m'intéresse à un problème de géométrie différentielle affine et je donne une classification des hypersphères affines qui sont isotropiques. Ce résultat a été obtenu en collaboration avec Luc Vrancken. Et enfin dans le dernier chapitre, je présente quelques résultats sur les surfaces de translation et les surfaces homothétiques, objet d'un travail en commun avec Rafael López. / Abstract in English not available

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Small kinematics assumption in classical engineering has been in the center of consideration in structural analysis for decennaries. In the recent years the interest for sustainable and optimized structures, lightweight structures and new materials has grown rapidly as a consequence of desire to archive economical sustainability. These issues involve non-linear constitutive response of materials and can only be accessed on the basis of geometrically and materially non-linear analysis. Numerical simulations have become a conventional tool in modern engineering and have proven accuracy in computation and are on the verge of superseding time consuming and costly experiments.\newlineConsequently, this work presents a numerical computational framework for modeling of geometrically non-linear large deformation of isotropic and orthotropic materials under static and dynamic loading. The numerical model is applied on isotropic steel in plane strain and orthotropic wood in 3D under static and dynamic loading. In plane strain Total Lagrangian, Updated Lagrangian, Newmark-$\beta$ and Energy Conserving Algorithm time-integration methods are compared and evaluated. In 3D, a Total Lagrangian static approach and a Total Lagrangian based dynamic approach with Newmark-$\beta$ time-integration method is proposed to numerically predict deformation of wood under static and dynamic loading. The numerical model's accuracy is validated through an experiment where a knot-free pine wood board under large deformation is studied. The results indicate accuracy and capability of the numerical model in predicting static and dynamic behaviour of wood under large deformation. Contrastingly, classical engineering solution proves its inaccuracy and incapability of predicting kinematics of the wood board under studied conditions. / Små kinematikantaganden inom klassisk ingenjörsteknik har varit centralt för konstruktionslösningar under decennier. Under de senaste åren har intresset för hållbara och optimerade strukturer, lättviktskonstruktioner och nya material ökat kraftigt till följd av önskan att uppnå ekonomisk hållbarhet. Dessa nya konstruktionslösningar involverar icke-linjär konstitutiv respons hos material och kan endast studeras baserad på geometriskt och materiellt olinjär analys. Numeriska simuleringar har blivit ett konventionellt verktyg inom modern ingenjörsteknik och visat sig ge noggrannhet i beräkning och kan på sikt ersätta tidskrävande och kostsamma experiment.\newlineDetta examensarbete presenterar ett numeriskt beräkningsramverk för modellering av geometrisk olinjäritet med stora deformationer hos isotropa och ortotropa material vid statisk och dynamisk belastning. Den numeriska modellen appliceras på isotropiskt stål i plantöjning och ortotropisk trä i 3D vid statisk och dynamisk belastning. I fallet med plantöjning jämförs och utvärderas den Totala Lagrangianen, Uppdaterade Lagrangianen, Newmark-$\beta$ och Energi Konserverings Algoritm metoderna. I 3D föreslås en statisk Total Lagrangian metod och en dynamisk Total Lagrangian-baserad metod med Newmark-$\beta$ tidsintegreringsmetod för att numeriskt förutse statisk och dynamisk deformation hos trä. Den numeriska modellens noggrannhet valideras genom ett experiment där en kvistfri furuplanka studeras under stora deformationer. Resultaten bekräftar noggrannhet och förmåga hos den numeriska modellen att förutse statiska och dynamiska processer hos trä vid stora deformationer. Däremot, visar klassisk ingenjörslösning brist på förmåga att förutse trä plankans kinematik under studerade förhållanden.

Dans certaines simulations numériques exigeantes de mécanique des fluides, ilest nécessaire de simuler des écoulements multiphasiques impliquant de nombreuses contraintes simultanées : nombre de fluides important, évolutions compressibles à la fois isentropes et fortement choquées, équations d’états variables et contrastées, déformations importantes et transport surdes longues distances. Afin de remplir ces objectifs de manière robuste, il est nécessaire que la cohérence thermodynamique du schéma numérique soit vérifiée.Dans le premier chapitre, un schéma de type Lagrange plus projection est proposé pour la simulation d’écoulements diphasiques avec un modèle squelette à six équations et sans termes de dissipation. L’importance de la propriété de préservation des écoulements isentropiques est mise en évidence à l’aide d’une comparaison avec des résultats issus de la littérature pour le test deRansom. Ce chapitre souligne aussi certaines limitations de l’approche Lagrange plus projection pour simuler des modèles multiphasiques.Afin de pallier à ces limitations, une nouvelle procédure de dérivation est proposée afin de construire un schéma mimétique pour la simulation d’écoulements instationnaires compressibles dans un formalisme ALE direct (Arbitrary Lagrangian–Eulerian). La possibilité de choisir a prioriles degrés de liberté permet de s’inscrire dans une continuité avec les schémas historiques décalés, tout en imposant les conservations au niveau discret. L’équation de quantité de mouvement discrèteest obtenue par application d’un principe variationnel, assurant par construction la cohérence thermodynamique des efforts de pression. Cette approche est appliquée au cas d’écoulements monofluides comme preuve de concept au Chapitre 3, puis elle est étendue au cas d’écoulements à Nphasescompressibles au Chapitre 4. Des tests mono et multiphasiques montrent un comportement satisfaisant en terme de conservativité, versatilité aux mouvements de grilles et robustesse. / In some highly demanding fluid dynamics simulations, it appears necessary tosimulate multiphase flows involving numerous constraints at the same time : large numbers of fluids, both isentropic and strongly shocked compressible evolution, highly variable and contrasted equations of state, large deformations, and transport over large distances. Fulfilling such a challengein a robust and tractable way demands that thermodynamic consistency of the numerical scheme be carefully ensured.In the first chapter, a Lagrange plus remap scheme is proposed for the simulation of two-phase flows with a dissipation-free six-equation bakcbone model. The importance of the property of isentropic flow preservation is highlighted with a comparison with Ransom test results fromthe literature. This chapter also also point out certain limitations of the Lagrange plus remap approach for multiphase simulations.In order to overcome these limitations, a novel derivation procedure is proposed to construct a mimetic scheme for the simulation of unsteady and compressible flows in a direct ALE (ArbitraryLagrangian-Eulerian) formalism. The possibility to choose a priori the degrees of freedom allows to obtain a continuity with historical staggered scheme, while imposing conservativity at discretelevel. The discrete momentum evolution equation is obtained by application of a variational principle, thus natively ensuring the thermodynamic consistency of pressure efforts. This approach is applied to single-fluid flows as a proof of concept in Chapter 3, then it is extended to N-phasecompressible flows in Chapter 4. Single- and multi-phase tests show satisfactory behavior in terms on conservation, versatility to grid motions, and robustness.

Ce sujet de thèse s’inscrit dans le cadre des études actuellement menées au CEA/DAM concernant des schémas numériques ALE (Arbitrary-Lagrangian-Eulerian)de type « Lagrange + Projection », dans le contexte des simulations hydrodynamiques mutli-matériaux en grandes déformations. Ces schémas doivent respecter les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie totale.Les schémas décalés en temps et en espace sont très utilisés dans les codes industriels. Ils sont robustes et permettent une bonne approximation des comportements complexes, mais sont connus pour ne pas conserver exactement l’énergie totale. Cela pose un problème dans le traitement des chocs, sur maillages raffinés ou dans la simulation des milieux réactifs.En 2016, des travaux originaux on été proposés par A. Llor et. al. pour rendre conservatif ce type de schéma dans un contexte lagrangien (sans projection), notamment en proposant une correction pour retrouver la conservation de l’énergie totale.Le travail de cette thèse a été d’étendre ce schéma lagrangien dans un contexte ALE multi-matériaux (avec interface), en garantissant la conservation de toutes les quantités, le respect du second principe de la thermodynamique et la robustesse. De nombreux cas tests ont été menés (en 2D plan et en 2D axisymétrique) et comparés aux méthodes existantes afin de montrer la pertinence de cette approche. / This PhD subject comes within actual studies managed by CEA/DAM about ALE (Arbitrary-Lagrangian-Eulerian) schemes (with a splitting of Lagrangian and Remapping steps) in the context of hydrodynamic simulations. These numerical schemes have to respect mass, momentum and total energy conservation, which are the fundamental equations of the studied systems.Space- and Time-Staggered are widely used in industrial codes for their simplicity androbustness despite their known lack of exact energy conservation. This is a major drawbackin presence of strong shocks. Among all existing schemes, none of them meet the expectations of robustness, conservation,thermodynamic consistency (both shocks and relaxations capture), accuracy andadaptibility to complex behaviors. Recently, some novel works have been proposed by A.Llor et. al. in order to make conservative this type of scheme in a Lagrangian context (without remapping step). Current remap methods, necessary in large deformations, donot guarantee simultaneously total energy conservation and thermodynamic consistency.This work aims at extending this conservative Lagrangian space- and time-staggeredscheme to a multi-material ALE methodology, keeping its good properties (conservation,accuracy, thermodynamic consistency, robustness) intact. Classical, but demanding, test cases have been performed (both in plane and axisymmetric 2D geometries) and have been compared to existing numerical methods in order to assess the relevance of our approach.

Underwater explosions are often modeled with Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) Finite Element Methods. The objective of this thesis is to validate the simulation method, with respect to the propagating shock wave. A two-dimensional axisymmetric model of a spherical TNT charge submerged in water is simulated using LS-DYNA. The explosive is modeled with the Burn Fraction technique and the Jones-Wilkins-Lee equation of state. Water is modeled as a non-viscous fluid, with the Grüneisen equation of state. The convergence for different mesh resolutions, the effect of different advection methods, and varied constants in the artificial viscosity are examined. Generally, the simulations agree well with empirical results, but the maximum pressure diminishes more rapidly with distance compared to experiments. The excessive dampening is most notable in the early stages of the propagation. Also, unexpected oscillations are observed near the discontinuity. The choice of advection scheme and constants in the artificial viscosity do not resolve the issues suggesting that other numerical techniques for treating the discontinuity should be considered. / Undervattensexplosioner simuleras ofta med ALE-baserade finita elementmetoder. Detta examensarbete avser att validera simuleringsmetoden med hänsyn till stötvågens utbredning i vattnet. En tvådimensionell axisymmetrisk modell av en sfärisk TNT-laddning nedsänkt i vatten simuleras i LS-DYNA. Laddningen modelleras med hjälp av brinnfraktioner och Jones-Wilkins-Lee tillståndsekvation. Vattnet modelleras som en inviskös fluid tillsammans med Grüneisens tillståndsekvation. Nätkonvergens, val av advektionsmetod och ändring av konstanter i den artificiella viskositeten studeras. Övergripande resultat stämmer väl överens med empirisk data, men stötvågens topptryck avtar fortare än väntat. Denna dämpning är tydligast i utredningens tidiga skeden. Dessutom observeras oväntade oscillationer kring stötvågens diskontinuerliga tryckprofil. Val av advektionsmetod och konstanter tillhörande artificiella viskositeten verkar ha liten betydelse för resultaten. En alternativ numerisk metod för behandling av stötvågens diskontinuitet bör implementeras.