En ce qui concerne les problèmes de Dynamique des Fluides Numériques, l’adaptation du maillage est intéressante pour sa capacité à aborder la convergence asymptotique et à obtenir une prévision précise pour des flux complexes à moindre coût. La méthode d’adaptation de maillage anisotrope réduit le nombre de degrés de liberté nécessaires pour atteindre la précision d’une solution donnée, ce qui a un impact positif sur le temps de calcul. De plus, il réduit la dissipation du schéma numérique en tenant compte automatiquement de l'anisotropie des phénomènes physiques à l'intérieur du maillage. Deux approches principales existent dans la littérature. L'adaptation du maillage basée sur les caractéristiques géométriques, qui est principalement déduite d'une estimation de l'erreur d'interpolation utilisant la hessienne du senseur choisi, contrôle l'erreur d'interpolation du capteur sur l'ensemble du domaine de calcul. Une telle approche est facile à mettre en place et a un large éventail d’applications, mais elle ne prend pas en compte l’EDP considérée utilisée pour résoudre le problème. D'autre part, l'adaptation de maillage orientée fonctionnelle, qui se concentre sur une fonctionnelle scalaire, prend en compte à la fois la solution et l'EDP dans l'estimation d'erreur grâce à l'état adjoint. Mais, la conception de cette estimation d'erreur est beaucoup plus compliquée. Cette thèse présente les résultats obtenus avec différentes méthodes de Dynamique des Fluides Numériques: les solveurs de flux arbitrairement lagrangiens-eulériens (ALE) avec schémas explicites et implicites sont présentés et couplés au mouvement de maillage, l’adaptation de maillage feature-based instationnaire pour les géométries mobiles prend en compte les changements des connectivités de maillage durant toute la simulation, l'état adjoint est étendu aux problèmes de géométries mobiles et l'adaptation de maillage instationnaire orientée fonctionnelle pour les maillages mobiles est déduite d'une estimation d'erreur a priori. Plusieurs exemples numériques issus du secteur aéronautique et du domaine de sécurité civile sont considérés. / When dealing with CFD problems, mesh adaptation is interesting for its ability to approach the asymptotic convergence and to obtain an accurate prediction for complex flows at a lower cost. Anisotropic mesh adaptation method reduces the number of degrees of freedom required to reach a given solution accuracy, thus impact favorably the CPU time. Moreover, it reduces the numerical scheme dissipation by automatically taking into account the anisotropy of the physical phenomena inside the mesh. Two main approaches exist in the literature. Feature-based mesh adaptation which is mainly deduced from an interpolation error estimate using the Hessian of the chosen sensor controls the interpolation error of the sensor over the whole computational domain. Such approach is easy to set-up and has a wide range of application, but it does not take into account the considered PDE used to solve the problem. On the other hand, goal-oriented mesh adaptation, which focuses on a scalar output function, takes into consideration both the solution and the PDE in the error estimation thanks to the adjoint state. But, the design of such error estimate is much more complicated. This thesis presents the results obtained with different CFD methods : the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) flow solvers with explicit and implicit schemes are presented and coupled to the moving mesh process, the feature-based unsteady mesh adaptation for moving geometries takes into account the changes of connectivites during the whole simulation, the adjoint state is extended to moving geometries problems and goal-oriented unsteady mesh adaptation for moving meshes is derived from an a priori error estimate. Several numerical examples are considered in the aeronautics sector and the field of civil security.

L’objet de cette thèse a été de développer une méthode numérique multi-approche et multiéchelle appliquée à la simulation d’écoulements diphasiques de fluides non miscibles, incompressibles et isothermiques et plus particulièrement à l’atomisation primaire. Cette méthode repose sur une approche couplée entre un maillage local raffiné et un maillage global plus large. Le couplage est explicite avec raffinement en temps, c’est-à-dire que chaque domaine évolue selon son propre pas de temps. Afin de prendre en compte les différentes échelles en temps et en espace dans le processus d’atomisation, cette méthode numérique couple deux méthodes numériques diphasiques différentes : une méthode de capture de l’interface dans le domaine local raffiné près de l’injecteur et une méthode de sous-maille dans le domaine global grossier et la région du spray dispersé. Le code développé et parallélisé dans le logiciel OpenFOAMR s’avère capable de réduire de manière significative le temps de calcul d’une simulation aux grandes échelles de l’atomisation dans un injecteur coaxial, tout en prédisant de manière fiable les données expérimentales. / The purpose of this work has been to develop a multi-approach and multi-scale numerical method applied to the simulation of two-phase flows involving non miscible, incompressible and isothermal fluids, and more specifically primary atomization. This method is based on a coupled approach between a refined local mesh and a coarser global mesh. The coupling is explicit with refinement in time, i.e. each domain evolves following its own time-step. In order to account for the different scales in space and time of the atomization process, this numerical method couples two different two-phase numerical methods: an interface capturing method in the refined local domain near the injector and a sub-grid method in the coarser global domain in the dispersed spray region. The code has been developed and parallelized in the OpenFOAMR software. It is able to reduce significantly the computational cost of a large eddy simulation of a coaxial atomization, while predicting with accuracy the experimental data.

L’objectif de ce travail est d’étudier les capacités de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) dans un cadre numériquement contraignant : celui de la simulation aéroacoustique en maillage non-uniforme, à très haut nombre de Reynolds et à nombre de Mach non négligeable (Ma > 0.1), appliquée à l’automobile. La problématique industrielle est celle du calcul du bruit intérieur d’origine aérodynamique, dont le calcul du champ de pression pariétal instationnaire sur le vitrage conducteur est la première étape décisive. Il a été constaté qu’un manque de précision sur la faible part acoustique du champ de pression total sur le vitrage, provenant très probablement d’erreurs au niveau des transitions de résolution du maillage, était la cause d’une surestimation du bruit intérieur. Nous présentons d’abord une construction cohérente et unifiée de la méthode de Boltzmann sur réseau à partir de l’équation de Boltzmann, dans un cadre athermal faiblement compressible. Nous étudions ensuite en détail les propriétés aéroacoustiques de la LBM, en parcourant toutes les grandes familles d’opérateurs de collision de la littérature. Une variante de modèle à temps de relaxation multiples, utilisable pour l’aéroacoustique, est présentée et testée. Un modèle alternatif simplifié de filtrage sélectif, rapide et compact, est développé et validé. La problématique des maillages non-uniformes est abordée. Un recensement exhaustif des études LBM menées dans ce cadre dans la littérature montre qu’aucune ne correspond à nos contraintes. Des algorithmes alternatifs aux transitions sont développés. Enfin, des applications industrielles sont réalisées à l’aide des modèles développés dans le mémoire. / The main goal of this work is to study the capacities of the Lattice Boltzmann Method in a constrained numerical framework : that of numerical simulation in automotive aeroacoustics with non-uniform meshes, at high Reynolds number and non egligible Mach number (Ma > 0.1). The industrial problem is the computation of the interior aerodynamic noise, which includes as its first decisive step the computation of the unsteady wall pressure field on the car windows. It was observed that a lack of precision on the weak acoustic part of the total pressure field on the driver-side window, which is most probably due to errors at mesh refinement interfaces, caused an overestimation of the interior noise. We first present a coherent and unified construction of the Lattice BoltzmannMethod from the Boltzmann equation, in an athermal weakly compressible framework. Then, we study in details the aeroacoustic properties of the LBM by reviewingall the main families of collisional operators that exist in the literature. A variant of multiple relaxation time operator that can be used for aeroacoustics is presented and tested. A simplified alternative selective filter, fast and compact, is developped and numerically validated. The problem of non-uniform meshes is discussed. An exhaustive review of the LBM studies that have been carried out within that framework shows that none of them corresponds to our constraints. Alternative transition nodes algorithms are developed. Finally, all the developed models of this work are applied to industrial cases.

Ce projet de maîtrise présente l'intégration d'une méthode d'optimisation topologique dans le processus de Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur. Il fut réalisé dans le cadre d'un projet multidisciplinaire issu d'une collaboration entre le groupe de recherche en optimisation des structures de l'Université de Sherbrooke (OptiS) et l'Équipe de Recherche en Intégration CAO-Calcul de l'UQTR (ÉRICCA).Ce projet multidisciplinaire consiste à développer un gratuiciel multiplateforme d'optimisation des structures intégrant la CAO à l'optimisation afin de permettre le développement complet de pièces ou structures mécaniques en partant du modèle CAO initial, jusqu'au modèle CAO final optimisé. Deux objectifs principaux sont visés dans le cadre de ce projet de maîtrise. Premièrement, implanter la méthode d'optimisation topologique par homogénéisation (méthode SIMP) pour des structures quelconques en 3D. Deuxièmement, développer une méthode de lissage pour réduire le bruit présent sur le maillage optimisé résultant de l'optimisation topologique par la méthode SIMP. Nous avons atteint ces deux objectifs en développant un processus d'optimisation complètement automatique en sept étapes. Elles correspondent respectivement à la modélisation géométrique, l'entrée des données initiales du problème (conditions aux limites, matériau, etc.), la sous-division de la géométrie en sous-domaines de design et de non-design, le maillage automatique adapté aux sous-domaines multiples, l'optimisation topologique, le lissage du maillage de surface et finalement la reconstruction de la géométrie finale. Les résultats ont démontré que notre implantation de la méthode SIMP fonctionne et donne des résultats très intéressants qui s'apparentent aux résultats présentés dans la littérature. Néanmoins, le développement d'une méthode de lissage de triangulation basée sur les méthodes classiques a démontré que ces méthodes sont très mal adaptées à des maillages très bruités tels que ceux obtenus avec la méthode SIMP. En somme, ce projet a permis de faire un grand pas vers l'intégration complète de l'optimisation comme une étape à part entière du processus de CAO/FAO.

Mon travail de thèse consiste en la mise en place d'une méthode de reconstruction 3D. Les objets à reconstruire sont des petits corps du système solaire qui ont été observée dans le domaine visible par des sondes lors de missions spatiales. La méthode proposée (appelée photoclinométrie par déformation) consiste à déformer un maillage jusqu'à ce que les images synthétiques de ce maillage correspondent aux images observées, ceci s'effectue au sein d'une boucle d'optimisation. Cette méthode nécessitant un maillage de départ proche de la solution souhaitée, nous avons implémenter cette méthode au sein d'un schéma multirésolution (multirésolution photoclinométrie par déformation) permettant d'obtenir une reconstruction sans apriori de forme. Cependant cette méthode ne permet pas d'obtenir de modèles contenant des millions de facettes. Une troisième méthode a donc été développé pour pallier ce problème, elle consiste à découper le maillage en différents morceaux et à appliquer la méthode multirésolution photoclinométrie par déformation à chacun de ces morceaux. Par fusion de ces morceaux, on arrive ainsi à obtenir des maillages de plusieurs millions de facettes (modèle haute résolution). Ces méthodes ont été testées avec la reconstruction des deux astéroïdes (Steins and lutetia) survolé par la sonde Rosetta de l'Agence Spatiale Européenne (ESA). / My PhD work consists in the establishment of a method of 3D reconstruction. Studied objects are small solar system bodies that have been observed in the visible range by sensors during space missions. The proposed method (called photoclinometry by deformation ) consists in deforming a mesh until the synthetic images of the mesh correspond to the observed ones, this is done in an optimization loop . This method requires an initial mesh close to the desired solution. We implement this method in a multiresolution scheme (multiresolution photoclinometry by deformation) to obtain a reconstruction without an apriori shape . However, this method does not allow models containing millions of facets . A third method has been developed to overcome this problem, it consists in cutting the mesh into different pieces and apply the multiresolution method photoclinometry by deforming to each of these pieces . By merging these pieces , we obtain meshes of several millions facets (high resolution model). These methods have been tested by reconstructing the two asteroids (Steins and lutetia) flown-by the Rosetta spacecraft of the European Space Agency (ESA).

Ces dernières années, les techniques d'imagerie ont fait l'objet de beaucoup d'améliorations. Elles permettent de fournir des images numériques 2D ou 3D précises de zones parfois invisibles à l’œil nu. Ces techniques s'appliquent dans de nombreux domaines comme l'industrie cinématographique, la photographie ou l'imagerie médicale... Dans cette thèse, l'imagerie sera utilisée pour effectuer des simulations numériques en la couplant avec un solveur éléments finis. Nous présenterons, en premier lieu, la morphologie mathématique et la méthode d'immersion d'image. Elles permettront l'extraction d'informations permettant la transformation d'une image dans un maillage exploitable. Puis, une méthode itérative d'adaptation de maillage basée sur un estimateur d'erreur sera utilisée afin de construire un maillage optimal. Ainsi, un maillage sera construit uniquement avec les données d'une image. Nous proposerons également une nouvelle méthodologie pour construire une fonction régulière a l'aide d'une méthode de réinitialisation de la distance signée. Deux avantages sont à noter : l'utilisation de la fonction régularisée permet une bonne adaptation de maillage. De plus, elle est directement utilisable par le solveur éléments finis. Les simulations numériques sont donc réalisées en couplant éléments finis stabilisés, adaptation de maillage anisotrope et réinitialisation. L'objectif de cette thèse est donc de simplifier le calcul numérique à partir d'image, d'améliorer la précision numérique, la construction d'un maillage automatique et de réaliser des calculs numériques parallèles efficaces. Les applications envisagées peuvent être dans le domaine médical, de la physique des matériaux ou du design industriel. / Imaging techniques have well improved in the last decades. They may accurately provide numerical descriptions from 2D or 3D images, opening perspectives towards inner information, not seen otherwise, with applications in different fields, like medicine studies, material science or urban environments. In this work, a technique to build a numerical description under the mesh format has been implemented and used in numerical simulations when coupled to finite element solvers. Firstly, mathematical morphology techniques have been introduced to handle image information, providing the specific features of interest for the simulation. The immersed image method was then proposed to interpolate the image information on a mesh. Then, an iterative anisotropic mesh adaptation operator was developed to construct the optimal mesh, based on the estimated error concerning the image interpolation. The mesh is thus directly constructed from the image information. We have also proposed a new methodology to build a regularized phase function, corresponding to the objects we wish to distinguish from the image, using a redistancing method. Two main advantages of having such function are: the gradient of the regularized function performs better for mesh adaptation; the regularized function may be directly used for the finite element solver. Stabilized finite element flow and advection solvers were coupled to the constructed anisotropic mesh and the redistancing function, allowing its application to multiphase flow numerical simulations. All these developments have been extended in a massively parallel context. An important objective of this work is the simplification of the image based computations, through a modified way to segment the image and by coupling all to an automatic way to construct the mesh used in the finite element simulations.

Ce travail porte sur la mise en œuvre de simulations sur des pales de machines tournantes. Une première partie de la thèse porte sur l’amélioration des performances du couplage fluide-structure. Des nouveaux algorithmes sont présentés. Une nouvelle méthode de déformation de maillage est évaluée. Les développements sont validés à partir de plusieurs cas tests. La deuxième partie porte sur l’application des avancées à des machines tournantes. Une première validation est faite sur une hydrolienne. La vibration d’une pale au passage du mat est étudiée. Enfin, des résultats sur une hydrolienne industrielle sont exposés. / A methodology to simulate blades of turbines is developed. A first part is dedicated to improving the performance of the fluid-structure coupling. New algorithms are presented. A new mesh morphing solution is shown. Developments are validated on many test cases. A second part is dedicated to applying the developments on turbines. A first validation is made on a water turbine. The vibration of a blade interacting with a mast is studied. Finally, some results of an industrial water turbine are shown.

Le développement de la numérisation systématique des formes 3D (conservation du patrimoine national, commerce électronique, reverse engineering, intégration d’objets réels dans des environnements de réalité virtuelle) et le besoin toujours croissant de ces objets géométriques dans de nombreuses applications (conception assistée par ordinateur, calcul de simulations par éléments finis, système d’informations géographiques, loisirs numériques) a entrainé une augmentation vertigineuse du volume de données à traiter, avec l’émergence de nombreuses méthodes de compression de modèles 3D. Ce volume de données devient encore plus difficile à maitriser lorsque l’aspect temporel entre en jeu. Les maillages correspondent au modèle classiquement utilisé pour modéliser les formes numérisées et certaines approches de compression exploitent la propriété qu’une bonne estimation de la connectivité peut être déduite de l’échantillonnage, lorsque ce dernier s’avère suffisamment dense. La compression de la connectivité d’un maillage revient alors au codage de l’écart entre deux connectivités proches. Dans ce mémoire, nous nous intéressons au codage compact de cette différence pour des maillages surfaciques. Nos travaux sont fondés sur l’utilisation de la bascule d’arête (edge flip) et l’étude de ses propriétés. Nos contributions sont les suivantes. Etant donné deux triangulations connexes partageant le même nombre de sommets et un même genre topologique, nous proposons un algorithme direct et efficace pour générer une séquence de bascules d’arêtes permettant de passer d’un maillage `a un autre. Nous nous appuyons sur une correspondance entre les sommets des deux maillages, qui, si elle est non fournie, peut être choisie de manière totalement aléatoire / The development of scanning 3D shapes (national heritage conservation, ecommerce, reverse engineering, virtual reality environments) and the growing need for geometric objects in many applications (computer-aided design, simulations, geographic information systems, digital entertainment) have led to a dramatic increase in the volume of data to be processed, and the emergence of many methods of compression of 3D models. This volume of data becomes even more difficult to control when the temporal aspect comes in. Meshes correspond to the pattern typically used to model the scanned forms and some approaches exploit a property of compression that a good estimation of connectivity can be derived from sampling, when it appears sufficiently dense. Compressing the connectivity of a mesh is equivalent to coding the difference between two close connectivities. In this thesis, we focus on the compact coding of this difference for 2-dimensional meshes. Our work is based on the use and study of the properties of the edge flip. Our contributions are the following : - Given two connected triangulations that share the same number of vertices and the same topological genus, we propose a direct and efficient algorithm to generate a sequence of edge flips to change one mesh into the other. We rely on a correspondence between the vertices of the two meshes, which, if not provided, may be chosen randomly. The validity of the algorithm is based on the fact that we intend to work in a triangulation of a different class from those generally used. - We then generalize the edge flips to triangulations in which we identify each edge with a label. We show that a sequence of edge flips can be used to transpose two labels, under certain conditions. From this result, the edge flip can be generalized to meshes whose faces are not necessarily triangular, which allowed us to develop an algorithm for reducing sequences of edge flips. - Finally, we present a compact coding approach for a sequence of edge flips, and determine under what conditions it is better to use this compact transformation between two connectivities instead of coding them independently by a static algorithm

La rétro-ingénierie consiste à reconstruire un modèle paramétrique à partir d'un nuage de points ou d'un maillage 3D représentant un objet, afin d'en déterminer le processus de conception ou de fabrication. Ce modèle correspond à une combinaison de primitives géométriques (cylindres, plans, sphères...) dont on cherche à estimer les paramètres à partir des données 3D. La rétro-ingénierie est très utilisée dans l'industrie de pièces manufacturées pour l'analyse métrologique, le contrôle non destructif ou la compréhension d'un procédé de fabrication.Cette thèse, menée en collaboration avec la société C4W, s'intéresse à l'extraction de primitives géométriques à partir d'un maillage 3D issu de la numérisation d'un objet manufacturé. La particularité de ces maillages est qu'ils contiennent de nombreuses imprécisions par rapport au plan CAO initial, engendrées à la fois par la fabrication de l'objet et par sa numérisation.Nous nous sommes d'abord intéressés à l'amélioration des techniques existantes afin d'extraire des primitives robustes aux imprécisions des données. Nous avons en particulier exploré plusieurs approches telles que la segmentation préalable du maillage, la caractérisation de la forme à l'aide des courbures et l'approximation d'une primitive par régression ou optimisation sur les points du maillage.Le second axe de cette thèse consiste à embellir le modèle paramétrique reconstruit, c'est-à-dire à régulariser les paramètres des primitives afin qu'elles respectent des relations géométriques telles que le parallélisme ou la concentricité. Nous nous sommes donc intéressés à différents aspects de la conception CAO induisant ces relations. Ainsi, nous cherchons à détecter automatiquement des éléments de références (repère, plans ou droites d'appuis) ayant permis de modéliser la pièce originale. Ces derniers servent alors de références absolues pour un embellissement global des primitives.Le troisième axe de recherche concerne la reconnaissance de motifs particuliers à partir de l'ensemble des primitives. Nous nous sommes ainsi intéressés aux entités d'usinage et aux répétitions de géométrie, fréquemment construites lors de la conception d'une pièce manufacturée. Cette seconde analyse de l'objet, plus fonctionnelle, permet de déduire de nouvelles informations liées à la fabrication d'une pièce. / A reverse engineering process allows to reconstruct a parametric model from a 3D point cloud or a 3D mesh of an object. The main objective is to retrieve information about the original modeling or fabrication process. The reconstructed model corresponds to a combination of geometric primitives (cylinders, planes, spheres...). These primitives are defined by parameters which are estimated from the 3D input data. Reverse engineering is mainly used in industry, for example in metrology analysis, non-destructive inspection or functional analysis.This thesis, in collaboration with the C4W company, concerns the extraction of geometric primitives from a digitized 3D mesh which represents a manufactured part. This type of mesh often contains many inaccuracies unlike the original CAD model. These inaccuracies can come from both fabrication and digitization processes.First, we try to improve existing techniques to extract robust primitives. Thus, we explore some approaches such as mesh segmentation, shape caracterization based on discrete curvatures and primitive fitting using regression and optimization techniques.The second research axis of this thesis concerns a process called "beautification", which tries to regularize the primitive parameters with respect to geometric relations such as parallelism or concentricity. To do that, we propose an analysis of the primitives, related to standard CAD modeling rules. So, we automatically detect reference elements (coordinate system, planes or lines). In order to guide the model reconstruction, we use these references to regularize the primitives globally.The third research axis concerns the pattern recognition from a set of primitives. So, we search for mechanical features (counterbore, pocket...) and repetitions (linear, circular...), which are often used in CAD modeling of manufactured part. This second analysis, more functionnal, allows to deduce more information related to the modeling and fabrication processes.

Cette thèse présente un cadre général pour l’étude de schémas de discrétisation nodaux sans maillageformulé en termes d’opérateurs discrets définis sur un nuage de points : intégration volumique et de bord, gradientet opérateur de reconstruction. Ces définitions dotent le nuage de points d’une structure plus faible que celledéfinie par un maillage, mais partageant avec elle certain concepts fondamentaux. Le plus important d’entre euxest la condition de compatibilité intégro-différentielle. Avec la consistance linéaire du gradient discret, cet analoguediscret de la formule de Stokes constitue une condition nécessaire à la consistance linéaire des opérateurs elliptiquesen formulation faible. Sa vérification, au moins de manière approchée, permet d’écrire des discrétisations dont le tauxde convergence est optimal. La construction d’opérateurs discrets compatibles est si difficile que nous conjecturons– sans parvenir à le démontrer – qu’elle nécessite soit la résolution d’un système linéaire global, soit la constructiond’un maillage : c’est "la malédiction sans-maillage". Trois grandes approches pour la construction d’opérateursdiscrets compatibles sont étudiées. Premièrement, nous proposons une méthode de correction permettant de calculerl’opérateur gradient compatible le plus proche – au sens des moindres carrés – sans mettre à mal la consistancelinéaire. Dans le cas particulier des gradients DMLS, nous montrons que le gradient corrigé est en réalité globalementoptimal. Deuxièmement, nous adaptons l’approche SFEM au cadre opérateur et constatons qu’elle définit desopérateurs consistants à l’ordre un et compatibles. Nous proposons une méthode d’intégration discrète exploitantla relation topologique entre les cellules et les faces d’un maillage qui préserve ces caractéristiques. Troisièmement,nous montrons qu’il est possible de générer tous les opérateurs sans maillage rien qu’avec la donnée d’une formuled’intégration volumique nodale en exploitant la dépendance fonctionnelle des poids volumiques nodaux par rapportà la position des noeuds du nuage, l’espace continu sous-jacent et le nombre de noeuds. Les notions de consistance desdifférents opérateurs sont caractérisées en termes des poids volumiques initiaux, formant un jeu de recommandationpour la mise au point de bonnes formules d’intégration. Dans ce cadre, nous réinterprétons les méthodes classiquesde stabilisation de la communauté SPH comme cherchant à annuler l’erreur sur la formule de Stokes discrète.L’exemple des opérateurs SFEM trouve un équivalent en formulation volume, ainsi que la méthode d’intégrationdiscrète s’appuyant sur un maillage. Son écriture nécessite toutefois une description très précise de la géométriedes cellules du maillage, en particulier dans le cas où les faces ne sont pas planes. Nous menons donc à bienune caractérisation complète de la forme de telles cellules uniquement en fonction de la position des noeuds dumaillage et des relations topologiques entre les cellules, permettant une définition sans ambigüité de leur volume etcentre de gravité. Enfin, nous décrivons des schémas de discrétisation d’équations elliptiques utilisant les opérateurssans-maillage et proposons plusieurs possibilités pour traiter les conditions au bord tout en imposant le moinsde contraintes sur la position des noeuds du nuage de points. Nous donnons des résultats numériques confirmantl’importance capitale de vérifier les conditions de compatibilité, au moins de manière approchée. Cette simple recommandation permet dans tous les cas d’obtenir des discrétisations dont le taux de convergence est optimal. / This thesis introduces a general framework for the study of nodal meshless discretization schemes. Itsfundamental objects are the discrete operators defined on a point cloud : volume and boundary integration, discretegradient and reconstruction operator. These definitions endow the point cloud with a weaker structure than thatdefined by a mesh, but share several fundamental concepts with it, the most important of them being integrationdifferentiationcompatibility. Along with linear consistency of the discrete gradient, this discrete analogue of Stokes’sformula is a necessary condition to the linear consistency of weakly discretized elliptic operators. Its satisfaction, atleast in an approximate fashion, yields optimally convergent discretizations. However, building compatible discreteoperators is so difficult that we conjecture – without managing to prove it – that it either requires to solve a globallinear system, or to build a mesh. We dub this conjecture the "meshless curse". Three main approaches for theconstruction of discrete meshless operators are studied. Firstly, we propose a correction method seeking the closestcompatible gradient – in the least squares sense – that does not hurt linear consistency. In the special case ofMLS gradients, we show that the corrected gradient is globally optimal. Secondly, we adapt the SFEM approachto our meshless framework and notice that it defines first order consistent compatible operators. We propose adiscrete integration method exploiting the topological relation between cells and faces of a mesh preserving thesecharacteristics. Thirdly, we show that it is possible to generate each of the meshless operators from a nodal discretevolume integration formula. This is made possible with the exploitation of the functional dependency of nodal volumeweights with respect to node positions, the continuous underlying space and the total number of nodes. Consistencyof the operators is characterized in terms of the initial volume weights, effectively constituting guidelines for thedesign of proper integration formulae. In this framework, we re-interpret the classical stabilization methods of theSPH community as actually seeking to cancel the error on the discrete version of Stokes’s formula. The example ofSFEM operators has a volume-based equivalent, and so does its discrete mesh-based integration. Actually computingit requires a very precise description of the geometry of cells of the mesh, in particular in the case where its facesare not planar. We thus fully characterize the shape of such cells, only as a function of nodes of the mesh andtopological relations between cells, allowing unambiguous definition of their volumes and centroids. Finally, wedescribe meshless discretization schemes of elliptic partial differential equations. We propose several alternatives forthe treatment of boundary conditions with the concern of imposing as few constraints on nodes of the point cloudas possible. We give numerical results confirming the crucial importance of verifying the compatibility conditions,at least in an approximate fashion. This simple guideline systematically allows the recovery of optimal convergencerates of the studied discretizations.