Cette thèse présente ANDES, une technique de modélisation quantitative d'algorithmes et de programmes parallèles. Le modèle est un graphe orienté et valué sans circuit composé de noeuds de calcul. Les arcs modélisent la précédence. Par le moyen de logiques d'entrée et de sortie, il est possible de modéliser le flot de données. ANDES prévoit la modélisation de certaines caractéristiques non-déterministes des algorithmes (e.g. branchement). Un support pour la description hiérarchique et regulière est aussi prevu. Des exemples de modèles ANDES sont présentés. La description du modèle est faite à partir d'une étude des autres techniques disponibles dans la littérature (e.g., GMB). La bibliothèque ANDES-C est utilisé pour la description de modèles ANDES. Avec cette bibliothèque, un modèle ANDES est décrit comme un programme C. L'avantage de cette représentation textuelle est, entre autres, la possibilité de décrire, de façon compacte, de modèles avec de milliers de noeuds de calcul. Le modèle ANDES peut être utilisé dans différents contextes d'évaluation de performances, principalement comme une forme de modélisation d'une charge de travail. Ce modèle de la charge de travail peut être donné, par exemple, à un simulateur ou à un modèle analytique (e.g., un système de files d'attente). Dans ce travail, nous utilisons ANDES afin de générer, à partir des modèles, des charges synthétiques exécutées par une vraie machine parallèle. Cet environnement de transformation et d'exécution d'une charge synthétique est appelé ANDES-Synth. A part le modèle de la charge de travail, il est possible de modéliser aussi une machine parallèle qui est "émulée" par la machine parallèle cible. ANDES-Synth est utilisé, dans ce travail de thèse, pour l'évaluation de stratégies de placement statique (quatre heuristiques gloutonnes et deux itératives). Un algorithme de regroupement (utilisé dans l'outil Pyrros) est utilisé afin de permettre l'application des stratégies de placement aux modèles ANDES.

Le but de ce memoire est d'étudier les voies possibles pour minimiser le sur-coût des communications consécutif à la parallélisation d'algorithmes numériques sur machines parallèles à mémoire distribuée. La première voie explorée consiste à optimiser les schémas de communication des données et résultats mis en oeuvre dans les versions parallèles de noyaux de calcul. Nous proposons notamment de nouveaux algorithmes pour réaliser une transposition de matrices carrées allouées par blocs, sur différentes topologies de réseaux d'interconnexion. Nous avons également étudié le problème de l'échange total. Ce schéma de communication se retrouve fréquemment dans les versions parallèles d'algorithmes numériques (comme dans l'algorithme du gradient conjugué). Nous proposons des algorithmes efficaces d'échange total pour des topologies toriques. La deuxième voie qui a été explorée consiste à recouvrir les communications par du calcul. Nous avons étudié quelques principes algorithmiques de base permettant de masquer au mieux les communications. Ceux-ci sont basés, notamment, sur des techniques d'enchainement de phases de calcul et de communication, ainsi que sur le re-ordonnancement local de tâches afin d'optimiser le recouvrement. Ces techniques sont illustrées sur des algorithmes parallèles de calcul de transformée de Fourier. Les différentes implantations de ces algorithmes sur de nombreuses machines parallèles à mémoire distribuée (T3D de Cray, SP2 d'IBM, iPSC-860 et Paragon d'Intel) montrent le gain en temps d'exécution apporté par ces méthodes.

Cette thèse se concentre sur l'évaluation des performances des mécanismes d'équilibrage de charge. Pour l'utilisation efficace d'une architecture parallèle, il est nécessaire de développer des techniques de régulation de charge appropriées. Nous étudions en détail le problème de l'ordonnancement dynamique d'une application parallèle. Les fonctionnalités d'un ordonnanceur générique sont analysées et son implémentation dans le système Athapascan est décrit. Athapascan est un environnement de programmation pour les applications parallèles irrégulières. La structure de l'ordonnanceur permet l'implémentation de différents algorithmes d'équilibrage de charge. Pour étudier les différentes stratégies d'équilibrage et comparer leurs performances nous proposons une méthodologie. Nous avons construit des modèles de programmes synthétiques avec un caractère dynamique et aléatoire, à partir desquels nous avons établi un jeu d'essai. Nous avons choisi d'étudier les effets simultanés des différents paramètres des ordonnanceurs et de la charge synthétique. Une planification factorielle a été choisie parce qu'elle permet une vision globale de l'influence des différents paramètres. Les tests sont effectués sur une machine SP1-IBM. Deux méthodes d'analyse de données multivariée sont utilisées, l'analyse en composantes principales et la régression multiple. L'interprétation des modèles linéaires obtenus permet de comprendre le comportement de chaque ordonnanceur et l'influence de ses paramètres par rapport à la charge applicative.

Dans cette thèse, nous traitons de l'optimisation du taux de décroissance exponentielle uniforme de l'équation des ondes sur un domaine W mono ou bidimensionnel. L'amortissement se fait à l'aide d'un feedback en vitesse égal à une certaine constante k sur un sous domaine w. Ce taux de décroissance est lié à l'abscisse spectrale m de l'opérateur associé au problème et à une quantité géométrique g, introduite par Bardos, Lebeau et Rauch dans le cas bidimensionnel. On montre que l'abscisse spectrale est dérivable par rapport à k à l'origine, et on étudie cette dérivée J pour approximer m par le produit de k et J. Dans la première partie de la thèse, nous étudions de façon théorique les fonctionnelles J et g. Nous caractérisons les géométries optimales dans le cas d'un intervalle ou d'un carré pour des valeurs particulières de la contrainte d'aire. Dans le cas du carré, nous concevons un algorithme de calcul exact de la quantité géométrique dans le cas où w est un réunion de carrés basé sur un nouveau théorème d'interversion de limites. La seconde partie est dédiée à l'optimisation numérique des quantités J et g à l'aide de différents algorithmes génétiques. Les résultats obtenus ne sont pas intuitifs.

Ce travail concerne les fluides eulériens compressibles constitués de plusieurs espèces, qui peuvent être mélangées ou séparées par des interfaces. Le mémoire est composé de trois parties. La première partie est consacrée à la résolution numérique de problèmes modèles : équation d'advection, équation de Burgers, équations d'Euler, en dimensions un et deux. L'accent est mis sur la précision des méthodes (en particulier pour des données initiales discontinues), et des algorithmes non dissipatifs sont développés. Ils sont basés sur un décentrage aval des flux (de type volumes finis) sous des contraintes de stabilité. La seconde partie traite de la modélisation mathématique des mélanges de fluides. Nous y construisons et analysons une classe de modèles entropiques, symétrisables, hyperboliques, non forcément conservatifs. Ce sont des modèles à plusieurs températures et plusieurs pressions. Dans la troisième partie, nous utilisons les idées introduites dans la première partie (décentrage aval et schémas non dissipatifs) pour la résolution numérique des problèmes aux dérivées partielles construits dans la deuxième partie. Nous présentons des résultats numériques en dimensions un et deux.

Le contexte de ce travail est la mecanique spatiale. Plus precisement, on s'est interesse, dans le cadre d'une collaboration avec le Centre National d'Etudes Spatiales, au probleme du transfert orbital. Le modele etudie est celui du controle en temps minimal d'un satellite que l'on souhaite inserer sur une orbite geostationnaire. Les contributions de cette these sont de trois ordres. Geometrique, tout d'abord, puisqu'on etudie la controlabilite du systeme ainsi que la geometrie des transferts (structure de la commande) a l'aide d'outils de controle geometrique. Sont ensuite presentees des methodes de resolution spectrales et pseudo-spectrales utilisant les polynomes de Tchebycheff, puis des algorithmes bases sur un calcul adaptatif de discretisation par ondelettes. Ces approches permettent de traiter numeriquement le cas d'un satellite dont la poussee est forte a moyenne. Pour atteindre le domaine des poussees faibles, caracteristiques de la future propulsion electro-ionique, il faut finalement introduire de nouvelles techniques qui ont en commum d'etre parametriques (parametrisation par la poussee ou par le critere). L'analyse des proprietes de ces methodes se fait naturellement a l'aide de resultats de controle parametrique.

L'informatique pervasive, paradigme fer de lance des services "anytime/anywhere", appelle de plus en plus à des travaux de ré-ingénierie de sites Web. L'approche contemporaine de l'informatique dans les nuages va d'ailleurs générer de nouveaux besoins en ce sens. Aujourd'hui, les sites Web sont toujours pensés pour l'affichage sur un ordinateur traditionnel (comprendre desktop). Des versions alternatives sont cependant de plus en plus proposées pour l'accès via des smartphones, ou encore des dispositifs de visionnage jadis passifs, comme la télévision (interactive IPTV). Ces travaux de développement sont souvent relégués à des tâches ad hoc dans la gestion de projet du développement d'un site Web. Les algorithmes génétiques nous permettent d'approximer le problème d'optimisation de cette composition et son séquencement. En effet, les différentes compositions possibles sont mises en concurrence, croisées, et évaluées, de sorte qu'une solution proche d'un optimum puisse se dégager en un temps fini. Cet algorithme est au cœur du moteur d'adaptation proposé. La thèse fait état de l'implémentation de ce modèle complet, des résultats obtenus expérimentalement, et propose une interprétation de la performance du système. Le premier chapitre de ce mémoire est consacré au contexte de notre étude et l'étude bibliographique. Tout d'abord, nous présentons les généralités sur le domaine de l'adaptation automatique de documents Web. Par la suite, nous donnons un aperçu des contributions scientifiques ainsi que des systèmes déjà développés pour l'adaptation automatique. L'étude comparative de ces travaux nous a permis de dégager les pistes de travail de l'approche proposée dans la thèse. Le second chapitre propose notre modèle et plus particulièrement son découpage architectural. Nous présentons les concepts d'estimation de valeurs caractéristiques et de simulation de transformations permettant de construire l'algorithme génétique au centre de notre moteur d'hypermédia adaptatifs. L'implémentation de notre algorithme génétique y est également explicitée. Enfin, le chapitre 3 sert à présenter l'observation des résultats obtenus, ainsi que dresser les conclusions liées à notre implémentation. Cette présentation est associée à une étude des conséquences de la variation des paramètres de notre modèle et des ressources computationnelles. De cette analyse, nous soulevons les perspectives qu'offrent nos travaux

Esterel est un langage impératif concurrent pour la programmation des systèmes réactifs. A l'exception de l'instruction "pause", les primitives du langage s'exécutent sans consommer de temps logique. L'exécution se décompose donc en une suite d'instants. Dans ce contexte, les boucles peuvent poser deux types de problèmes: d'une part une boucle instantanée peut bloquer l'écoulement du temps; d'autre part un bloc de code peut être traversé plusieurs fois au cours du même instant, conduisant à un comportement du programme dit "schizophrène". Les boucles instantanées sont proscrites par la sémantique. Elles doivent donc être détectées par les compilateurs et les programmes correspondants doivent être rejetés. Par ailleurs, la compilation efficace des programmes schizophrènes est difficile. Ainsi, alors que plusieurs compilateurs pour Esterel sont disponibles, les algorithmes employés pour compiler les boucles ne sont ni portables, ni formellement spécifiés, et encore moins prouvés. Dans ce document, nous étudions les boucles en Esterel, établissant une correspondance formelle entre la sémantique opérationnelle du langage et l'implémentation concrète d'un compilateur. Après avoir spécifié les problèmes posés par les boucles, nous développons des techniques d'analyse statique efficaces pour les détecter dans un code Esterel quelconque. Puis, de façon à guérir la schizophrénie, c'est à dire transformer efficacement les programmes schizophrènes en programmes non schizophrènes, nous introduisons dans le langage une nouvelle primitive appelée "gotopause". Elle permet de transférer le contrôle d'un point du programme à un autre de façon non instantanée, mais sans contrainte de localité. Elle préserve le modèle de concurrence synchrone d'Esterel. Nous décrivons un premier algorithme qui, en dépliant les boucles à l'aide de cette nouvelle instruction, produit pour tout programme Esterel correct un programme non schizophrène équivalent. Enfin, en combinant analyse statique et réécriture, nous obtenons un préprocesseur qui rejette les boucles instantanées et guérit la schizophrénie, à la fois portable et très efficace. Nous l'avons implémenté. De plus, grâce à une approche formelle de bout en bout, nous avons pu prouver la correction de ce préprocesseur.

La sécurité incendie repose sur l'utilisation de simulations numériques. Les codes de calcul sont composés de différents modèles dont un nommé modèle de pyrolyse qui a pour enjeu de décrire la décomposition thermique des solides étudiés. Toutefois, les modèles de pyrolyse actuels sont sommaires et sources de multiples erreurs. Notre démarche de travail est multi-échelles afin de procéder étape par étape à la validation du modèle, tenant compte de l'évolution des propriétés thermiques, physiques et chimiques au cours de la décomposition. Le présent programme de recherche concerne les matériaux de l'habitat et plus particulièrement deux contre plaqués en bois. Nous avons caractérisé expérimentalement la décomposition thermique de ces bois à deux échelle de travail : en analyseur thermogravimétrique (échelle particule) et en cône calorimètre (échelle matériau) couplés à divers analyseurs de gaz. Le suivi des vitesses de perte de masse et des émissions gazeuses permet la proposition de mécanismes réactionnels de décomposition thermique : étapes de la décomposition. Chaque réaction de ces mécanismes a une vitesse qui peut être décrite sous la forme d'une loi d'Arrhenius dont les paramètres sont déterminés par la méthode des Algorithmes Génétiques. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux à l'échelle de la particule (ATG), montrant un très bon accord, le modèle de pyrolyse développé est validé à cette échelle. La modélisation des essais cône calorimètre en vue de la validation du Modèle à plus grande échelle a été menée à l'aide du code Gpyro. Les résultats obtenus ne sont toutefois pas satisfaisants.

Les réseaux ad hoc sont des réseaux distribués, auto-organisés ne nécessitant pas d'infrastructure. Les entités formant un tel réseau doivent collaborer afin d'assurer le bon fonctionnement des services réseaux, tel que le routage. Dans un tel environnement, de nombreux algorithmes développés pour le monde filaire ne peuvent être adaptés de façon naïve sans entraîner une congestion importante du réseau qui va réduire son efficacité. Notre travail de thèse se penche sur l'étude de la gestion de services. En effet, sans application, le développement d'une architecture comme les réseaux ad hoc est inutile. La gestion de services consiste à fournir tout les moyens possibles pour faciliter et rendre fiable l'utilisation d'applications distribuées. Nos travaux contribuent à l'étude de deux points précis de la gestion de services. Premièrement, nous fournissons un algorithme permettant de répartir efficacement une information dans le réseau en sélectionnant certains objets du réseau pour être des réplicats de l'information. Cet algorithme peut alors être utilisé pour publier les informations relatives à un service afin de permettre sa recherche. Deuxièmement, nous avons étudié la prédiction de déconnexion entrainée par la mobilité des noeuds. Nous proposons trois solutions basées sur la recherche d'ensemble de chemins disjoints, la recherche de liens critiques et la recherche de noeuds critiques. Les recherches que nous proposons sont entièrement réalisées à partir d'informations locales. Les résultats obtenus fournissent une base au développement d'un gestionnaire de services distribués. De plus, certains de nos algorithmes (comme la recherche d'ensembles de chemins disjoints) peuvent être réutilisés dans d'autres applications, comme le routage QoS multi-chemins.