Une des solutions les plus prometteuses actuellement à la course à la puissance de traitement consiste à créer des grilles. Néanmoins, leur utilisation optimale n'est pas encore atteinte dû notamment à la complexité que ce support d'exécution amène pour les administrateurs et utilisateurs. Cette thèse se concentre sur la gestion des ressources composant une grille de calcul. Nous montrons comment traiter ce problème à l'aide de paradigmes économiques. Nous définissons un modèle économique permettant de gérer les ressources d'une grille. Ce modèle propose d'associer un coût à chacune des machines de la grille. Le placement d'une application est assimilé à un problème d'optimisation non-linéaire sous contraintes et à variables entières, pour lequel le choix des machines à utiliser doit minimiser un compromis entre le temps d'exécution de l'application et son coût. Une implémentation de ce modèle à l'aide d'un algorithme génétique est proposée, de même que son intégration au sein de l'ordonnanceur OAR utilisé sur Grid'5000. Dans une seconde partie de la thèse, des travaux ont été effectués dans le domaine de la prédiction du temps d'exécution d'une application. Nous définissons une méthode hybride de prédiction basée à la fois sur le profil des applications ainsi que sur un historique d'exécutions passées, combinant une analyse de la structure du programme à une méthode d'apprentissage basé sur des instances. Nous montrons notamment que la prise en compte du profil des applications améliore les prédictions réalisées au moyen de méthodes classiques basées seulement sur des historiques d'exécutions passées.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'aérodynamique des éoliennes, elle est divisée en deux parties principales, l'une expérimentale, l'autre concerne la modélisation et la simulation numérique. Les champs de vitesses en aval d'une éolienne tripale à axe horizontal sont explorés dans la soufflerie de l'ENSAM-Paris. Deux techniques de mesure sont mises en œuvre ; l'anémométrie à fil chaud et la vélocimétrie par images de particules (PIV). Le travail expérimental, met en évidence la structure du sillage proche de l'éolienne et fournit des données importantes pour valider les simulations numériques et les modèles hybrides qui sont étudiés. Dans les travaux de simulation numérique, deux modèles hybrides ont été définis et mis en œuvre : un modèle de disque actif (DA) et un modèle de cylindre actif (CA), couplés avec une simulation basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes. Ces modèles sont validés sur la puissance de l'éolienne ainsi que sur le champ de vitesse en aval du rotor. Pour la puissance, les résultats numériques sont comparés avec les données expérimentales issues des essais réalisés par le NREL sur les éoliennes NREL phase II et VI. Pour les champs de vitesse, les simulations sont comparées avec les résultats d'exploration en aval d'une éolienne Rutland 503 dans la soufflerie de l'ENSAM. Dans les deux cas de validation, puissance et sillage, l'accord entre les données expérimentales et les résultats fournis par les modèles hybrides est correct. Les modèles hybrides testés sont également utilisés pour étudier l'interaction entre des éoliennes identiques placées l'une derrière l'autre. Les résultats obtenus mettent en évidence l'effet de l'espacement entre les machines ainsi que l'effet de la vitesse du vent à l'infini amont.

Les travaux présentés ici portent sur l'exploration et la modélisation de l'écoulement à travers les rotors éoliens. Le but est de proposer un modèle hybride de surface active permettant de simuler rapidement l'écoulement et d'être intégrable dans un calcul de couplage fluide structure. Les travaux de modélisation sont accompagnés par des explorations à l'aide de la PIV et de l'anémométrie à fil chaud. Ces explorations d'écoulement autour d'une éolienne et autour des profils de pales en rotation, ainsi que le développement d'une méthode d'analyse de l'écoulement, ont permis de fournir les données nécessaires pour le calcul et notamment les caractéristiques 3D du profil en rotation. Les autres mesures réalisées ont servi comme base de données pour valider le modèle proposé. Dans les travaux de simulations, un nouveau modèle hybride, basé sur la surface active, est développé. Le calcul à l'aide du modèle proposé est un calcul itératif mené par un solveur d'équations de Navier-Stokes. Un logiciel spécifique est créé et intégré au solveur afin de déterminer les efforts appliqués sur les surfaces actives à chaque itération. Pour le calcul de puissance, les résultats du modèle sont comparés avec les données expérimentales issues des essais NREL Phase VI dans la soufflerie de la NASA Ames. En ce qui concerne les champs de vitesse autour des profils des pales et au travers du rotor, le calcul est comparé avec les données expérimentales obtenues dans le cadre de cette thèse, dans la soufflerie d'Arts et Métiers ParisTech. L'étude menée par la suite prouve que ce modèle est bien adapté pour l'étude des éoliennes à pales déformables où l'on doit tenir compte du couplage « fluide-structure ». Pour valider la méthode proposée pour l'étude des éoliennes à pales déformables, l'étude est faite dans le cas de l'éolienne NREL Phase VI. Les résultats de simulation sont comparés avec les données expérimentales et montrent la faisabilité et l'efficacité du modèle et de la méthode de couplage.

Ces travaux de recherche visent à améliorer la modélisation par surface active afin de mieux représenter l'écoulement autour d'un rotor éolien. Une étude approfondie du développement du sillage à l'aval du profil de pale et du rotor éolien est réalisée en utilisant le modèle hybride proposé. Le modèle de surface active présente un couplage entre la méthode de l'élément de pale et un solveur de Navier-Stokes, faisant appel à un calcul itératif. Dans le solveur de Navier-Stokes les forces aérodynamiques appliquées par la pale en réaction à l'écoulement sont imposées sur la surface dite 'surface active' Dans la version initiale du modèle de surface active, les forces sont principalement représentées par la force normale au profil ; force répartie comme une discontinuité de pression sur la surface. Dans cette thèse, afin d'améliorer la reproduction du comportement aérodynamique, en plus de la discontinuité de pression, les forces tangentielles sont imposées comme des termes sources au voisinage de la surface active. Dans un premier temps, la méthode proposée est validée dans le cas de l'écoulement autour d'un profil éolien. Ainsi, le champ d'écoulement calculé par la méthode proposée est comparé avec la modélisation CFD utilisant la géométrie réelle du profil et cette comparaison montre un bon accord. La comparaison avec d'autres méthodes hybrides existantes est faite et montre que l'approche proposée représente mieux le champ d'écoulement autour du profil même aux angles d'incidence importants. Ensuite, la méthode proposée est utilisée pour étudier le développement du sillage proche d'une éolienne à axe horizontal. Les résultats de calcul sont comparés aux résultats d'essais effectués dans la soufflerie d'Arts et Métiers ParisTech. Dans ces expériences, le champ d'écoulement en aval du rotor éolien est mesuré en utilisant la vélocimétrie par images des particules (PIV). La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux montre un bon accord qui confirme la validité de la méthode proposé.

Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre de la commande et de la supervision des procédés discontinus. Un système de commande/supervision, étudié dans le contexte particulier des systèmes de production à traitements par lots, est proposé. Notre démarche s'oriente vers une approche globale, hiérarchisée et modulaire, des aspects temps-réel de la conduite de ces procédés de fabrication, reposant sur une modélisation homogène de chaque composante du système. Les points originaux sont d'une part, une nouvelle architecture de commande et d'autre part, une modélisation séparée du procédé et de la commande, dont la nature hybride de chaque modèle obtenu est abordée selon le respect de l'identité des "mondes'' discret et continu. L'architecture proposée est organisée autour de deux réseaux locaux : un bus de terrain à caractère continu, dédié aux variables d'état continues échantillonnées, et un bus d'atelier à caractère discret, consacré aux échanges sporadiques entre les éléments du système de commande/supervision. L'interface entre le monde des variables continues et celui des événements est assurée par un générateur d'événements. Ayant mis en évidence la nécessité d'une représentation des aspects discrets et continus au niveau de la supervision, le modèle du système, constitué du modèle du procédé et du modèle de sa commande, résulte de la combinaison de deux formalismes. Les réseaux de Petri sont utilisés pour aborder l'aspect discret (événementiel) et les équations algébro-différentielles pour représenter l'aspect continu. Ce modèle est structuré selon trois vues : une vue discrète traduisant la stratégie de commande, une vue discrète correspondant à une représentation qualitative de l'état du procédé (ses configurations) et une vue continue associée à chaque configuration. L'évolution cohérente de cette structure, basée sur les événements, est garantie par une coopération des modèles dont le s interactions sont clairement définies. Deux exemples d'application sont présentés afin d'illustrer l'approche exposée. Ils insistent sur l'importance de la notion de configuration dynamique et illustrent la modélisation hybride du procédé, les interactions entre les modèles, ainsi que l'association directe d'une vue continue à des états du modèle discret de la commande.

Afin de répondre aux besoins de plus en plus importants en puissance de calcul de la part des applicationsnumériques, les supercalculateurs ont dû évoluer et sont ainsi de plus en plus compliqués àprogrammer. Ainsi, en plus de l’apparition des systèmes à mémoire partagée, des architectures ditesNUMA (Non Uniform Memory Access) sont présentes au sein de ces machines, fournissant plusieursniveaux de parallélisme. Une autre contrainte, la diminution de la mémoire disponible par coeur decalcul, doit être soulignée. C’est ainsi que des modèles parallèles tels que MPI (Message Passing Interface)ne permettent plus aux codes scientifiques haute performance de passer à l’echelle et d’exploiterefficacement les machines de calcul, et doivent donc être combinés avec d’autres modèles plus adaptésaux architectures à mémoire partagée. OpenMP, en tant que modèle standardisé, est un choix privilégiépour être combiné avec MPI. Mais mélanger deux modèles avec des paradigmes différents est unet âche compliquée et peut engendrer des goulets d’étranglement qui doivent être identifiés. Cette thèsea pour objectif d’aborder ces limitations et met en avant plusieurs contributions couvrant divers aspects.Notre première contribution permet de r éduire le surcoût des supports exécutifs OpenMP en optimisantle travail d’activation et de synchronisation des threads OpenMP pour les codes MPI+OpenMP. Dansun second temps, nous nous focalisons sur les opérations collectives MPI. Notre contribution a pourbut d’optimiser l’opération MPI Allreduce en réutilisant des unités de calcul inoccupées, et faisant intervenirdes threads OpenMP. Nous introduisons également le concept de collectives unifiées, impliquantdes tâches MPI et des threads OpenMP dans une même opération. Enfin, nous nous intéressons àl’analyse de performance et plus précisément l’instrumentation des applications MPI+OpenMP, et notredernière contribution consiste en l’implémentation et l’ évaluation de l’outil OpenMP Tools API (OMPT)dans le support exécutif OpenMP du framework MPC. Cet outil nous permet d’instrumenter des constructionsOpenMP et de conduire une analyse axée aussi bien du côté des applications que dessupports d’exécution / To provide increasing computational power for numerical simulations, supercomputers evolved and arenow more and more complex to program. Indeed, after the appearance of shared memory systemsemerged architectures such as NUMA (Non Uniform Memory Access) systems, providing several levelsof parallelism. Another constraint, the decreasing amount of memory per compute core, has to bementioned. Therefore, parallel models such as Message Passing Interface (MPI) are no more sufficientto enable scalability of High Performance applications, and have to be coupled with another modeladapted to shared memory architectures. OpenMP, as a de facto standard, is a good candidate to bemixed with MPI. The principle is to use this model to augment legacy codes already parallelized withMPI. But hybridizing scientific codes is a complex task, bottlenecks exist and need to be identified. Thisthesis tackles these limitations and proposes different contributions following various aspects. Our firstcontribution reduces the overhead of the OpenMP layer by optimizing the creation and synchronizationof threads for MPI+OpenMP codes. On a second time, we target MPI collective operations. Our contributionconsists in proposing a technique to exploit idle cores in order to help the operation, with theexample of MPI Allreduce collective. We also introduce unified Collectives involving both MPI tasks andOpenMP threads. Finally, we focus on performance analysis of hybrid MPI+OpenMP codes, and ourlast contribution consists in the implementation of OpenMP Tools API (OMPT), an instrumentation tool,inside the OpenMP runtime of MPC framework. This tool allows us to instrument and profile OpenMPconstructs and allows the analysis of both runtime and application sides

Inscrite dans le cadre du projet national FOREVER, l'étude proposée s'articule autour des essais en vraie grandeur réalisés à Saint Rémy-lès-Chevreuse par le CEBTP sur neuf micropieux isolés et deux groupes (2x2, 2 diamètres d'entre-axe) chargés axialement, puis transversalement dans du sable de Fontainebleau. Elle comprend l'introduction dans un code de calcul facile d'utilisation pour l'ingénieur, de l'effet de groupe de manière automatique et tridimensionnelle; le programme "GOUPEG-3D" repose sur la théorie couplée des modèles hybrides, utilisant les fonctions de transfert de charge (courbes "p-y" et "t-z") pour l'estimation de l'interaction pieu-sol et l'interaction pieu-sol-pieu intervenant par le biais de coefficients multiplicateurs de déplacement et réducteurs de pression ultime évalués à partir des équations de Mindlin (théorie du continuum élastique). Pour l'analyse des essais, les hypothèses ont porté principalement sur la construction des courbes de réaction du sol en s'appuyant sur les recommandations en vigueur (TA 95, Fascicule 62, règle simplifiée de BUSTAMANTE & DOIX [1985]) reposant sur les essais pressiométriques et sur l'influence du mode de fabrication des micropieux (gravitaire ou à l'aide du perforateur pneumatique R-SOL). Une étude paramétrique portant sur le module de cisaillement intervenant dans les équations de Mindlin, a mis en évidence la forte sensibilité du logiciel à ce paramètre élastique difficile à appréhender et encore sujet à de nombreuses controverses quant à son estimation.

Dans le contexte énergétique actuel, les pompes à chaleur (PAC) géothermiques sont parmi les technologies les plus performantes pour augmenter l’efficacité énergétique des bâtiments. Par contre le coût initial et l’encombrement des capteurs enterrés traditionnels peuvent être un obstacle à sa diffusion sur le marché des énergies renouvelables. Pour réduire ces coût et encombrement, une réflexion sur l’adjonction d’un système d’appoint et/ou de recharge thermique du sol aux capteurs enterrés est actuellement en cours de tests. Les outils actuels de modélisation des capteurs enterrés obtiennent en effet de bons résultats mais seulement pour un dimensionnement classique en régime permanent. Les modèles existants ne permettent donc pas de représenter correctement les dynamiques rapides des échanges entre le sol et les tubes et cela est d’autant plus vrai si l’on adjoint le système de recharge solaire. Par conséquence, cette thèse a pour objectif de développer les modèles fins et dynamiques nécessaires à l’analyse des phénomènes transitoires dans les capteurs enterrés eux-mêmes. Un maillage fin, sur les bases de la triangulation de Delaunay, est choisi pour le forage ainsi que pour le sol avoisinant. Une approche numérique en 3D (FVM + FEM) peut être obtenue sur les bases de la discrétisation spatiale du domaine. Cette approche appliquée brutalement induirait des temps de calcul très élevés et de toute façon incompatible avec les moyens informatiques ordinaires. Afin de répondre à l’ensemble de ces problèmes, différentes techniques ont été utilisées afin d’accélérer le temps de calcul: décomposition de domaine, emboîtement des pas de temps de calcul pour chaque sous-domaine, réduction des modèles d’états de chaque sous-domaine et finalement couplages temporels et spatiaux des équations de transferts de l’ensemble du problème. Ce dernier est développé particulièrement sur les bases de la méthode des éléments finis. Par ailleurs, un modèle hybride est développé en combinaison de différentes approches. Une approche numérique est adoptée pour la modélisation du puits et la modélisation des transferts de chaleur dans le sol environnant est faite par l’utilisation de solutions analytiques. Ainsi, ce modèle est implanté dans TRNSYS. Une plate-forme expérimentale comprenant trois puits verticaux couplés à une pompe à chaleur géothermique est également présentée. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les résultats de la simulation aussi bien au niveau de la température du fluide qu’à la température à différentes profondeurs dans les puits. Le modèle développé donne des résultats très similaires avec ceux qui sont obtenus grâce à l’expérimentation même lors que les pas de temps sont très petits. Il y a des choses à améliorer dans ce modèle développé, mais cela concerne essentiellement l’accélération du temps de calcul. Nous avons constaté que les modèles que nous avons dévéloppés donnent des résultats meilleurs à pas de temps courts que les modèles classiques. Il faut donc bien préciser le domaine d’utilisation de chacun des modèles: consommation sur le long terme, stratégie de contrôle de la PAC, les transferts de chaleur à l’intérieur du puits et etc. De plus, une application du modèle dans le dimensionnement d’échangeurs ainsi que l’investigation de son impact sur le sol avoisinant est également envisagée. Finalement, la méthodologie de modélisation présentée dans ce travail pourrait être aussi utilisé pour différents types d’échangeurs, ouvrant aussi la porte à une analyse fine dans le domaine géothermique. / Ground-source heat pump systems with vertical ground heat exchangers (GHE) are gaining popularity worldwide for their higher coefficients of performance and lower CO2 emissions. However, the higher initial cost of installing the borehole GHEs is a main obstacle to spread the systems. To reduce the required total GHE length and efficiently operate the systems, various systems such as hybrid ones (e.g. solar heat injection) have recently been introduced. Accurate prediction of heat transfer in and around boreholes of such systems is crucial to avoid costly overdesigns or catastrophic failures of undersized systems as it is for typical GCHP systems. However, unlike the traditional sizing methods, it is increasingly required to take into account detailed borehole configuration and transient effects (e.g. short circuit effects between U-tubes). Many of the existing GHE models have been reviewed. Some of these models have serious limitations when it comes to transient heat transfer, particularly in the borehole itself. Accordingly, the objective of this thesis is to develop a model that is capable to accurately predict thermal behaviors of the GHEs. A precise response to input variations even in a short time-step is also expected in the model. The model also has to account for a correct temperature and flux distribution between the U-tubes and inside the borehole that seems to be important in the solar heat injection case. Considering these effects in 3D with a detailed mesh used for describing the borehole configurations is normally time-consuming. This thesis attempts to alleviate the calculation time using state model reduction techniques that use fewer modes for a fast calculation but predict similar results. Domain decomposition is also envisaged to sub-structure the domain and vary the time-step sizes. Since the decomposed domains should be coupled one another spatially as well as temporally, new coupling methods are proposed and validated particularly in the FEM. For the simulation purpose, a hybrid model (HM) is developed that combines a numerical solution, the same one as the 3D-RM but only for the borehole, and well-known analytical ones for a fast calculation. An experimental facility used for validation of the model has been built and is described. A comparison with the experimental results shows that the relatively fast transients occurring in the borehole are well predicted not only for the outlet fluid temperature but also for the grout temperatures at different depths even in very short time-steps. Even though the current version of 3D-RM is experimentally validated, it is still worth optimizing the model in terms of the computational time. Further simulations with the 3D-RM are expected to be carried out to estimate the performance of new hybrid systems and propose its appropriate sizing with correspondent thermal impacts on the ground. Finally, the development of the model 3D-RM can be an initiation to accurately model various types of GHE within an acceptable calculation time.

Quand un faisceau d'ions énergétiques traverse un plasma magnétisé plus rapidement que la vitesse d'Alfvén, il peut déstabiliser des ondes électromagnétiques. Cela résulte en une augmentation des fluctuations magnétiques, un ralentissement du faisceau et un chauffage du plasma. Cette instabilité faisceau-plasma magnétisée est commune dans des environnements comme les rayons cosmiques dans le milieu interstellaire ou les ions réfléchis au choc d'étrave terrestre, ou dans des plasmas de laboratoire. Sous certaines conditions, les collisions coulombiennes entre les ions peuvent avoir une influence et même supprimer le développement de l'instabilité. Ce travail fournit les premières recherches sur le sujet. Nous étudions l'instabilité numériquement avec un code hybride-PIC intégrant un module de collision Monte-Carlo nouvellement développé. Nos résultats pour le régime sans collision confirment les études précédentes sur la présence de modes résonants et non-résonant, et fournit une base de comparaison pour le cas collisionel. Nous trouvons que les collisions diminuent l'amplitude des fluctuations magnétiques, et identifions plusieurs régimes caractérisés par la compétition entre l'accroissement de l'instabilité et les collisions. Même dans des plasmas faiblement collisionnels, le ralentissement peut induire une augmentation rapide des échanges d'énergie collisionels, ce qui laisse moins d'énergie libre pour l'amplification des fluctuations magnétiques et cause un chauffage plus efficace du plasma. Pour le mode résonant, l'augmentation du chauffage du faisceau réduit le nombre de particules résonant avec les ondes et mène à une réduction de son taux d'accroissement. / When a beam of energetic ions streams in a magnetized plasma background with a bulk velocity higher than the local Alfvén speed, it can drive electromagnetic waves unstable. The result is enhanced magnetic field fluctuations, the slowing down of the beam and plasma heating. This so-called magnetic streaming instability is commonly present in space plasma, such as streaming cosmic rays in the interstellar medium or reflected ions at shocks, as well as in laboratory plasmas. Under certain physical conditions, Coulomb collisions between ions can influence and even suppress the development of the instability. This work provides the first investigation of such effects. We study the magnetic streaming instability numerically with a hybrid-PIC code with a newly developed Monte Carlo ion-ion Coulomb collision module. Our results for the collisionless regime confirm previous studies related to the existence of resonant and non-resonant modes, and provide the groundwork for the comparison with the collisional cases. We find that collisions generally lower the amplitude of the magnetic field fluctuations, and we identify several regimes which are characterized by the competition between the growth of the instability and collisions. Even in weakly-collisional plasmas, the slowing down of the beam can actually induce a rapid increase of collisional energy exchanges, which leave less free energy for the non-linear growth of the magnetic field fluctuations and cause a more efficient heating of the plasma. For the resonant mode the enhanced heating of the beam reduces the number of particles resonating with the waves and leads to a reduction of its growth rate.

La coopération est un aspect important dans les équipes de conception. L'ingénierie concourante a fait que les organisations industrielles évoluent d'une approche séquentielle à une approche intégrée pour réaliser ses processus de conception. Ainsi les processus de conception se réalisent de plus en plus à distance, où les concepteurs sont repartis dans des endroits différents. Pour étudier cette problématique, cette thèse analyse l'activité de conception à distance. En particulier elle s'attache à la caractérisation des activités de conception et à la modélisation du phénomène d'intercompréhension à travers des objets. A partir des résultats deux propositions sont faites : d'une part, un modèle d'activité qui prend en compte les aspects collectifs et cognitifs de la conception et d'autre part, un cadre pour l'analyse et le développement des outils pour l'assistance de l'activité collective de conception.