En los últimos años, el análisis numérico de problemas acoplados, como los procesos de degradación de materiales y estructuras relacionados con los efectos medioambientales, ha cobrado especial importancia en la comunidad científica de la mecánica del hormigón. Problemas de este tipo son por ejemplo el ataque químico, el efecto de altas temperaturas o la retracción por secado.Tradicionalmente, los análisis acoplados existentes en la literatura se han realizado a nivel macroscópico, considerando el material como un medio continuo y homogéneo. Sin embargo, es bien conocido que el origen de la degradación observada a nivel macroscópico, a menudo es debida a la interacción entre los áridos y el mortero, sobre todo cuando se dan cambios de volumen diferenciales entre los dos componentes. Esta es la razón por la que el análisis mesomecánico está emergiendo como una herramienta potente para estudios de materiales heterogéneos, aunque actualmente existen escasos modelos numéricos capaces de simular un problema acoplado a esta escala de observación.En esta tesis, la aplicabilidad del modelo meso-mecánico de elementos finitos, desarrollado en el seno del grupo de investigación durante los últimos quince años, se extiende al análisis de problemas acoplados higro-mecánicos y químico-mecánicos, con el fin de estudiar la retracción por secado y el ataque sulfático externo en muestras de hormigón. La generación numérica de mesogeometrías y mallas de elementos finitos con los áridos de mayor tamaño rodeados de la fase mortero se consigue mediante la teoría de Voronoï/Delaunay Adicionalmente, con el fin de simular las principales trayectorias de fisuración, se insertan a priori elementos junta de espesor nulo, equipados con una ley constitutiva basada en la mecánica de fractura no lineal, a lo largo de todos los contactos entre árido y matriz, y también en algunas líneas matriz-matriz.La aportación principal de esta tesis es, conjuntamente con la realización de análisis acoplados sobre una representación mesoestructural del material, la simulación no solo de la formación y propagación de fisuras, sino también la consideración explícita de la influencia de éstas en el proceso de difusión.Los cálculos numéricos se realizan mediante el uso de los códigos de elementos finitos DRAC y DRACFLOW, previamente desarrollados en el seno del grupo de investigación, y acoplados mediante una estrategia staggered. Las simula-ciones realizadas abarcan, entre otros aspectos, la evaluación del compor-tamiento acoplado, el ajuste de parámetros del modelo con resultados experimentales disponibles en la bibliografía, diferentes estudios del efecto de los áridos en la microfisuración inducida por el secado y las expansiones debidas al ataque sulfático, así como el efecto simultáneo de los procesos gobernados por difusión y cargas de origen mecánico. Los resultados obtenidos concuerdan con observaciones experimentales de la fisuración, el fenómeno de spalling y la evolución de las deformaciones, y muestran la capacidad del modelo para ser utilizado en el estudio de problemas acoplados en los que la naturaleza heterogénea y cuasi-frágil del material tiene un papel predominante.

Dans le contexte du calcul scientique, l'équilibrage de la charge est un problème crucial qui conditionne la performance des simulations numériques parallèles. L'objectif est de répartir la charge de travail entre un nombre de processeurs donné, afin de minimiser le temps global d'exécution. Une stratégie populaire pour résoudre ce problème consiste à modéliser la simulation à l'aide d'un graphe et à appliquer des algorithmes de partitionnement. En outre, les simulations numériques tendent à se complexifier, notamment en mixant plusieurs codes représentant des physiques différentes ou des échelles différentes. On parle alors de couplage de codes multi-physiques ou multi-échelles. Dans ce contexte, le problème de l'équilibrage de charge devient également plus difficile, car il ne s'agit plus d'équilibrer chacun des codes séparément, mais l'ensemble de ces codes pris dans leur globalité. Dans ce travail, on propose de resoudre ce problème en utilisant le modèle de partitionnement à sommets fixes qui pourrait représenter efficacement les contraintes supplémentaires imposées par les codes couplés (co-partitionnement). Nous avons donc développé un algorithme direct de partitionnement de graphe qui gère des sommets fixes. L'algorithme a été implémenté dans le partitionneur Scotch et une série d'expériences ont été menées sur la collection des graphes DIMACS. Ensuite nous avons proposé trois algorithmes de co-partitionnement qui respectent les contraintes issues des codes couplés respectifs. Nous avons egalement validé nos algorithmes par une étude expérimentale en comparant nos méthodes aux strategies actuelles sur des cas artificiels ainsi que sur des codes réels couplés. / Load balancing is an important step conditioning the performance of parallel applications. The goal is to distribute roughly equal amounts of computational load across a number of processors, while minimising interprocessor communication. A common approach to model the problem is based on graph structures and graph partitioning algorithms. Moreover, new challenges involve the simulation of more complex physical phenomena, where different parts of the computational domain exhibit different physical behavior. Such simulations follow the paradigm of multi-physics or multi-scale modeling approaches. Combining such different models in massively parallel computations is still a challenge to reach high performance. Additionally, traditional load balancing algorithms are often inadequate, and more sophisticated solutions should be explored. In this thesis, we propose new graph partitioning algorithms that balance the load of such simulations, refered to as co-partitioning. We formulate this problem with the use of graph partitioning with initially fixed vertices which we believe represents efficiently the additional constraints of coupled simulations. We have therefore developed a direct algorithm for graph partitioning that manages successfully problems with fixed vertices. The algorithm is implemented inside Scotch partitioner and a series of experiments were carried out on the DIMACS graph collection. Moreover we proposed three copartitioning algorithms that respect the constraints of the respective coupled codes. We finally validated our algorithms by an experimental study comparing our methods with current strategies on artificial cases and on real-life coupled simulations.