Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement et à l'analyse numérique de méthodes numériques capables de résoudre efficacement les problèmes de Helmholtz à 2D, notamment en régime moyenne et haute fréquence. La méthode que nous proposons s'inscrit dans la lignée des méthodes de type Galerkin discontinues (DG). Dans chaque élément du maillage, la solution est approchée en utilisant une superposition d'ondes planes. La continuité de la solution aux interfaces est renforcée en utilisant des multiplicateurs de Lagrange. La méthodologie proposée est une procédure en deux étapes: nous résolvons d'abord des problèmes locaux bien posés et ensuite un système global issu de la condition de continuité imposée sur les interfaces. Les plus importantes propriétés de la méthode sont: (a) les problèmes locaux obtenus sont associés à des matrices Hermitiennes et définies positives et (b) le système global, à résoudre dans la deuxième étape, est associé à une matrice Hermitienne et semi-définie positive. Les résultats numériques obtenus montrent la supériorité de la méthode proposée par rapport aux méthodes de type élément fini standard, mais aussi par rapport à d'autres méthodes de type DG, comme par exemple celle développée par Farhat et al (2003).

On s'intéresse à l'écoulement d'un mélange d'eau et d'huile dans une matrice poreuse supposée hétérogène, et plus particulièrement apposition de différentes sous-matrices poreuses supposées homogènes. Si la modélisation et l'analyse des écoulements diphasiques dans des milieux poreux homogènes a fait l'objet de nombreuses études préalables, ce travail s'intéresse aux phénomènes liés aux forces provenant de la pression capillaire au niveau des interfaces entre des milieux différents.<br />Dans un premier temps, on suppose que l'on peut connecter les pressions au niveau des interfaces. Cela nécessite des hypothèses sur les profils de pression capillaire, afin que les raccords soient possibles. On démontre l'existence d'une solution faible du problème parabolique dégénéré obtenu par convergence d'une famille de solutions approchées obtenues à l'aide d'un schéma Volumes Finis. L'unicité est garantie, sous hypothèse sur les dégénérescence, par une méthode de dédoublement de variable aboutissant à un principe de contraction $L^1$.<br />La modélisation ne garantit pas forcément que le raccord des pressions capillaires aux interfaces soit possible. Dans le chapitre 3, on donne une condition de raccord graphique des pressions capillaires aux interfaces qui permet de traiter des cas beaucoup plus généraux. On montre que de le problème avec raccords graphiques admet une solution. Un résultat d'unicité et de contraction $L^1$ est donné dans le cas unidimensionnel.<br />Dans le chapitre 4, on montre la convergence d'une approximation Volumes Finis vers l'unique solution du problème unidimensionnel. Ce résultat utilise une borne uniforme sur les flux discrets, analogie discrète de la preuve dans le cas continue faite au chapitre précédent.<br />On étudie dans les chapitres 5 et 6 la limite des solutions lorsque la dépendance de la pression capillaire par rapport à l'inconnue saturation devient très faible, et que la pression capillaire ne dépend plus que du sous milieux poreux homogène. Il apparaît alors des phénomènes différents selon l'orientation des forces de gravité et de capillarité. Soit la solution su problème est la solution entropique d'une équation hyperbolique à flux discontinus, soit une solution faible, entropique à l'intérieur des sous-domaines homogènes, et laissant apparaître un choc non classique à l'interface.

Il existe peu de codes commerciaux pour la simulation numérique des écoulements de liquides polymères. Les difficultés proviennent des propriétés intrinsèques des polymères, qui sont des fluides viscoélastiques non-newtoniens. Ceci implique un couplage entre la viscoélasticité du liquide et l'écoulement, couplage quantifié par le nombre de Weissenberg. D'un point de vue numérique, la source du problème est la perte de convergence des algorithmes lorsque ce nombre devient trop élevé. Cette thèse porte sur le développement de schémas numériques robustes pour la simulation de ces écoulements en considérant principalement le modèle de Giesekus. Nous nous sommes d'abord intéressés au problème de Stokes et nous avons fait l'étude d'une méthode de Galerkin discontinue moins coûteuse et plus robuste que la méthode "Interior Penalty" classique. Nous avons fait une analyse a priori et a posteriori et nous avons mis en évidence les relations entre cette méthode dG et les éléments finis non-conformes. Les résultats théoriques obtenus ont été validés numériquement. Par la suite, nous avons considéré le modèle à trois champs de Giesekus. La vitesse et la pression sont approchées par éléments finis non-conformes tandis que l'équation constitutive est traitée à l'aide d'éléments finis discontinus et d'un schéma décentré de type Lesaint-Raviart. L'analyse de ces schémas dans le cas quadrangulaire et triangulaire a été faite pour le problème de Stokes sous-jacent. Ces schémas ont ensuite été implémentés dans la librairie C++ Concha. Nous avons effectué des comparaisons avec des données expérimentales mettant en évidence le bon comportement du modèle de Giesekus mais aussi avec le code commercial Polyflow et une solution semi-analytique afin de valider nos schémas numériques. Nous avons obtenu des simulations réalistes pour des nombres de Weissenberg élevés sur des cas-tests populaires : écoulement autour d'un cylindre, contractions 4:1 et 4:1:4

Dans cette thèse, on développe des estimateurs d'erreur a posteriori, pour l'approximation par éléments finis des équations de Maxwell en régime harmonique et des équations de réaction-diffusion. Introduisant d'abord, pour le système de Maxwell, des estimateurs de type résiduel, on étudie la dépendance des constantes intervenant dans les bornes inférieures et supérieures en fonction de la variation des coefficients de l'équation, en les considérant d'abord constants puis constants par morceaux. On construit ensuite un autre type d'estimateur, basé sur des flux équilibrés et la résolution de problèmes locaux, que l'on étudie dans le cadre des équations de réaction-diffusion et du système de Maxwell. Ayant introduit plusieurs estimateurs pour l'équation de Maxwell, on en propose une étude comparative, au travers de tests numériques présentant le comportement de ces estimateurs pour des solutions particulières sur des maillages uniformes ainsi que les maillages obtenus par des procédures de raffinement de maillages adaptatifs. Enfin, dans le cadre des équations de diffusion, on étend la construction des estimateurs équilibrés aux méthodes éléments finis de type Galerkin discontinues.

Pour survivre sur le long terme, les entreprises dépendent des innovations discontinues. Ce type d’innovation est nourri dès le début du processus d’innovation (fuzzy front-end) par la créativité collective des employés répartis sur les entités internationales de l’entreprise. Le management se voit confronté à un défi important : comment faire innover des employés qui ne sont pas physiquement localisés au même endroit ? La présente recherche propose un levier novateur pour substituer l’espace physique entre les collaborateurs lors du fuzzy front-end. Le ProxIS-Télescope est une solution compacte pour les entreprises afin de rapprocher leurs salariés dans l’optique de générer des combinaisons inattendues de leurs connaissances. De plus, cette recherche montre que le véritable défi des entreprises n’est pas seulement l’extension internationale au niveau du fuzzy front-end, mais également le management d’une équipe croissante en termes de masse salariale. L’extension dynamique du ProxIS-modèle permet de l’adapter à tout type d’entreprise en fonction du nombre de personnes ainsi que du degré d’internationalisation de l’entreprise. / To assure their long term survival, organizations depend on discontinuous innovations. This type of innovation is nurtured by collective creativity between employees of an organization’s subsidiaries starting from the early phase of the innovation process (fuzzy front-end). Management faces an important challenge here: how to innovate if employees are not physically located at the same place? This research proposes an innovative approach to compensate geographic space at the fuzzy front-end. The resulting ProxIS-Telescope represents a compact solution for organizations in order to enhance the collaboration between employees independently of their location and to create unexpected combinations of knowledge. Furthermore, this research reveals that a crucial challenge for companies is not only the international expansion during the fuzzy front-end, but also the management of a growing workforce. The dynamic extension of the ProxIS-model proposes thus appropriate solutions for each organizational type depending on the number of actors and the international dimension during the fuzzy front-end.

Mes travaux de thèse portent sur le développement de schémas numériques d'ordre élevé en temps et en espace pour la simulation de propagation des ondes. Nous avons proposé de discrétiser dans un premier temps l'équation des ondes par rapport au temps, en utilisant une technique de type équation modifiée. Puis nous avons utilisé une méthode d'éléments finis de type Galerkine discontinue pour la discrétisation en espace. En modifiant l'ordre de la discrétisation, nous avons construit des schémas tout aussi précis que ceux déjà existants pour un coût de mise en oeuvre très intéressant. Après avoir validé numériquement la nouvelle méthode, nous nous sommes intéressés à sa stabilité ainsi qu'à son adaptivité en temps et en espace. Pour arriver à cela, nous avons dû faire une étude précise de la stabilité de la méthode de Galerkine discontinue et nous avons proposé des améliorations à cette technique entraînant des gains de temps significatifs. / My work consists in developing some high order numerical schemes in time and space for the modeling of the wave propagation. We have proposed to first discretize the wave equation with respect to the time using the so called Modified Equation Technique. Then, we have used a Discontinuous Galerkine Finite Element method for the space discretization. Switching the classical discretization process, we have constructed schemes as accurate as the classical ones with a numerical cost very interesting. After the numerical validation of this method, we have focused on its stability and on its adaptibility in time and space. To reach these objectives, we have performed a stability analysis of the Discontinuous Galerkin method and we have proposed some improvements to this technique which imply very important gain in terms of computationnal time.

Cette étude présente les résultats de caractérisations structurales et morphologiques de multicouches discontinues métal-oxyde, composés d'un empilement de plans de nanoparticules métalliques noyées dans une matrice d'oxyde. L'amplitude de la magnétorésistance tunnel dans ces matériaux dépend de l'organisation du métal à plusieurs échelles. De multiples techniques ont été utilisées afin de sonder l'ordre local structural et magnétique (XAFS, Spectroscopie Mössbauer), l'ordre à moyenne distance (Réflectivité X, GISAXS, MET) et l'ordre à grande distance (Diffraction X). Les données issues de ces différentes techniques sont comparées et confrontées à celles des mesures magnétiques. Trois systèmes ont été étudiés, Fe/ZrO2, Co/ZrO2 et Co/SiO2, en faisant varier l'épaisseur de la couche nominale de métal déposé eM, la température du recuit TR effectué après l'élaboration par pulvérisation cathodique et la vitesse de dépôt des couches. Les ions paramagnétiques mis en évidence en périphérie des nanoparticules ne font pas partie intégrante d'une couche d'un oxyde connu du métal déposé. Ils sont « morts » du point de vue des propriétés magnétiques et électriques. La fraction d'atomes « morts » est plus importante avec la zircone qu'avec la silice et peut être diminuée en augmentant TR, eM et/ou en diminuant la vitesse de dépôt. La valeur de eM correspondant au seuil de percolation dans le plan des couches est déplacée vers les grandes valeurs de eM en augmentant TR. Le mouillage métal-oxyde est important avec la zircone (comparée à la silice) et avec le fer (comparée au cobalt). La morphologie des couches granulaires qui en résulte, notamment la taille des particules, détermine le comportement superparamagnétique ou ferromagnétique des particules. Pour chaque système métal-oxyde, un diagramme schématique (TR, eM) résume les propriétés magnétiques, structurales et morphologiques observées.

L'assemblage des matériaux composites thermoplastiques tel que le PEEK est l'une des problématiques majeure de l'industrie aéronautique. Actuellement, différentes techniques sont développées pour assurer l'assemblage structural de ces matériaux, tels que : le soudage, le rivetage, le boulonnage et le collage. Les enjeux industriels majeurs sont principalement, à l'heure actuelle, la conception des structures simplifiées au maximum afin de réduire les coûts de production et la réduction des consommations énergétiques. A cet effet, l'industrie aéronautique fait fréquemment appel à l'assemblage par collage en raison de nombreux avantages qu'il offre (gain de poids, distribution régulière des contraintes, absence de trous) par rapport aux autres techniques existantes. Le PEEK (PolyEtherEtherKetone), est un matériau polymère semi-cristallin thermoplastique, à hautes performances. Ce matériau est souvent utilise dans l'industrie aéronautique principalement renforce par des fibres de carbone ou de verre. Cependant, du fait du niveau élevé de sa résistance chimique l'assemblage par collage du PEEK et de ses composites nécessitent des traitements de surfaces appropries et optimises. Or, afin d'obtenir un system collé à haute performance, la problématique scientifique et technique doit être concentrée sur la jonction entre les éléments à assembler. En effet, la qualité de cette jonction est de la plus haute importance car elle doit permettre un transfert optimal des contraintes thermomécaniques lorsque l'assemblage est soumis a ses conditions d'usage. Cette étude concerne donc, l'amélioration des propriétés mécaniques (monotones et cycliques) de l'assemblage par collage PEEK/PEEK. Dans cette optique, un traitement de surface simple de mise en œuvre est proposé. Ce traitement est le sablage, qui permet la modification topographique (morphologique) de surface. La compréhension des différents phénomènes d'interaction aux interfaces intervenant dans l'amélioration du comportement mécanique du joint de colle et qui s'inscrit dans la triptyque : " Rhéologie, Physico-chimie et topographie ", est l'enjeu scientifique majeur dans cette thèse. Dans un premier temps, l'influence des paramètres du traitement tels que le temps de projection, la taille des particules, sur la morphologie de surface de différents matériaux à base de PEEK a été analysée, permettant ainsi d'établir la corrélation entre les paramètres morphologiques et les mécanismes de modification topographique de surface intervenant pendant le traitement de surface. L'un des facteurs clefs pour la compréhension des mécanismes d'interaction entre l'adhésif liquide et le substrat solide est la mouillabilité. L'analyse du comportement au mouillage en fonction des différents paramètres du traitement a été réalisée. La mouillabilité des surfaces traitées est fortement affectée par la rugosité de surface créée après ce traitement. La relation entre les paramètres morphologiques et la mouillabilité a été discutée. Enfin, l'influence des paramètres du traitement par sablage sur le comportement mécanique monotone et à long terme (essais de fatigue) sur la résistance du joint colle a été étudié à l'aide d'essais de cisaillement sur éprouvettes à simple recouvrement. Ceci a conduit, à la proposition de paramètres morphologiques surfaciques spécifiques pour l'optimisation du comportement mécanique du joint de colle des matériaux composites à matrice PEEK.

Le contexte scientifique de cette thèse est l'imagerie sismique dont le but est de reconstituer la structure du sous-sol de la Terre. Comme le forage a un coût assez élevé, l'industrie pétrolière s'intéresse à des méthodes capables de reconstituer les images de la structure terrestre interne avant de le faire. La technique d'imagerie sismique la plus utilisée est la technique de sismique-réflexion qui est basée sur le modèle de l'équation d'ondes. L'imagerie sismique est un problème inverse qui requiert de résoudre un grand nombre de problèmes directs. Dans ce contexte, nous nous intéressons dans cette thèse à la résolution du problème direct en régime harmonique, soit à la résolution des équations d'Helmholtz. L'objectif principal est de proposer et de développer un nouveau type de solveur élément fini (EF) caractérisé par un opérateur discret de taille réduite (comparée à la taille des solveurs déjà existants) sans pour autant altérer la précision de la solution numérique. Nous considérons les méthodes de Galerkine discontinues (DG). Comme les méthodes DG classiques sont plus coûteuses que les méthodes EF continues si l'on considère un même problème à cause d'un grand nombre de degrés de liberté couplés, résultat des approximations discontinues, nous développons une nouvelle classe de méthode DG réduisant ce problème : la méthode DG hybride (HDG). Pour valider l'efficacité de la méthode HDG proposée, nous comparons les résultats obtenus avec ceux obtenus avec une méthode DG basée sur des flux décentrés en 2D. Comme l'industrie pétrolière s'intéresse au traitement de données réelles, nous développons ensuite la méthode HDG pour les équations élastiques d'Helmholtz 3D. / The scientific context of this thesis is seismic imaging which aims at recovering the structure of the earth. As the drilling is expensive, the petroleum industry is interested by methods able to reconstruct images of the internal structures of the earth before the drilling. The most used seismic imaging method in petroleum industry is the seismic-reflection technique which uses a wave equation model. Seismic imaging is an inverse problem which requires to solve a large number of forward problems. In this context, we are interested in this thesis in the modeling part, i.e. the resolution of the forward problem, assuming a time-harmonic regime, leading to the so-called Helmholtz equations. The main objective is to propose and develop a new finite element (FE) type solver characterized by a reduced-size discrete operator (as compared to existing such solvers) without hampering the accuracy of the numerical solution. We consider the family of discontinuous Galerkin (DG) methods. However, as classical DG methods are much more expensive than continuous FE methods when considering steady-like problems, because of an increased number of coupled degrees of freedom as a result of the discontinuity of the approximation, we develop a new form of DG method that specifically address this issue: the hybridizable DG (HDG) method. To validate the efficiency of the proposed HDG method, we compare the results that we obtain with those of a classical upwind flux-based DG method in a 2D framework. Then, as petroleum industry is interested in the treatment of real data, we develop the HDG method for the 3D elastic Helmholtz equations.

De récentes analyses statistiques de données satellitales et de bouées dérivantes ont révélé le caractère hautement hétérogène et intermittent de la déformation de la banquise Arctique, démontrant de ce fait que le schéma rhéologique visco-plastique utilisé traditionnellement en modélisation climatique et opérationnelle ne simule pas adéquatement le comportement dynamique des glaces ainsi que les efforts mécaniques en leur sein.Un cadre rhéologique alternatif, baptisé "Maxwell-Élasto-Fragile" (Maxwell-EB) est donc développé dans le but de reproduire correctement la dérive et la déformation des glaces dans les modèles continus de la banquise à l'échelle régionale et globale. Le modèle se base en partie sur un cade de modélisation élasto-fragile utilisé pour les roches et la glace. Un terme de relaxation visqueuse est ajouté à la relation constitutive d'élasticité linéaire ainsi qu'une viscosité effective, ou "apparente", laquelle évolue en fonction du niveau d'endommagement local du matériel simulé, comme son module d'élasticité. Ce cadre rhéologique permet la dissipation partielle des contraintes internes par le biais de déformations permanentes, possiblement grandes, le long de failles (ou "leads") lorsque le matériel est fortement endommagé ainsi que la conservation de la mémoire des contraintes associées aux déformations élastiques dans les zones où le matériel reste relativement peu endommagé.The schéma numérique du modèle Maxwell-EB est basé sur des méthodes de calcul variationnel et par éléments finis. Une représentation Eulérienne des équations du mouvement est utilisée et des méthodes dites Galerkin discontinues sont implémentées pour le traitement des processus d'advection.Une première série de simulations idéalisées et sans advection est présentée, lesquelles démontrent que la rhéologie Maxwell-Élasto-Fragile reproduit les caractéristiques principales du comportement mécanique de la banquise, c'est-à-dire la localisation spatiale, l'anisotropie et l'intermittence de la déformation ainsi que les lois d'échelle qui en découlent. La représentation adéquate de ces propriétés de la déformation se traduit par la présence de très forts gradients au sein des champs de contrainte, de déformation et du niveau d'endommagement simulés par le modèle. Des tests visant à évaluer la diffusion numérique découlant de l'advection de ces gradients extrêmes ainsi qu'à identifier certaines contraintes numériques du modèle sont ensuite présentés. De premières simulations en grandes déformations, incluant les processus d'advection, sont réalisées, lesquelles permettent une comparaison aux résultats d'une expérience de Couette annulaire sur de la glace fabriquée en laboratoire. Le modèle reproduit en partie le comportement mécanique observé. Par ailleurs, les différences entre les résultats des simulations et ceux obtenus en laboratoire permettent d'identifier certaines limitations, numériques et physiques, du modèle en grandes déformations. Finalement, le modèle rhéologique est utilisé pour modéliser la dérive et la déformation des glaces à l'échelle de la banquise Arctique. Des simulations idéalisées de l'écoulement de glace dans un chenal étroit sont présentées. Le modèle simule une propagation localisée de l'endommagement, définissant des failles en forme d'arche, et la formation de ponts de glace stables. / In recent years, analyses of available ice buoy and satellite data have revealed the strong heterogeneity and intermittency of the deformation of sea ice and have demonstrated that the viscous-plastic rheology widely used in current climate models and operational modelling platforms does not simulate adequately the drift, deformation and mechanical stresses within the ice pack.A new alternative rheological framework named ''Maxwell-Elasto-Brittle” (Maxwell-EB) is therefore developed in the view of reproducing more accurately the drift and deformation of the ice cover in continuum sea ice models at regional to global scales. The model builds on an elasto-brittle framework used for ice and rocks. A viscous-like relaxation term is added to a linear-elastic constitutive relationship together with an effective viscosity that evolves with the local level of damage of the material, like its elastic modulus. This framework allows for part of the internal stress to dissipate in large, permanent deformations along the faults/leads once the material is highly damaged while retaining the memory of small, elastic deformations over undamaged areas. A healing mechanism is also introduced, counterbalancing the effects of damaging over large time scales.The numerical scheme for the Maxwell-EB model is based on finite elements and variational methods. The equations of motion are cast in the Eulerian frame and discontinuous Galerkin methods are implemented to handle advective processes.Idealized simulations without advection are first presented. These demonstrate that the Maxwell-EB rheological framework reproduces the main characteristics of sea ice mechanics and deformation : the strain localization, the anisotropy and intermittency of deformation and the associated scaling laws. The successful representation of these properties translates into very large gradients within all simulated fields. Idealized numerical experiments are conducted to evaluate the amount of numerical diffusion associated with the advection of these extreme gradients in the model and investigate other limitations of the numerical scheme. First large-deformation simulations are carried in the context of a Couette flow experiment, which allow a comparison with the result of a similar laboratory experiment performed on fresh-water ice. The model reproduces part of the mechanical behaviour observed in the laboratory. Comparison of the numerical and experimental results allow identifying some numerical and physical limitations of the model in the context of large-deformation and laboratory-scale simulations. Finally, the Maxwell-EB framework is implemented in the context of modelling the drift and deformation of sea ice on geophysical scales. Idealized simulations of the flow of sea ice through a narrow channel are presented. The model simulates the propagation of damage along arch-like features and successfully reproduces the formation of stable ice bridges.