This thesis is divided in four parts. In the first one I will present our work on long wave run-up and some resonant amplification phenomena. With the use of numerical simulations for the nonlinear shallow water equations, we show that in the case of monochromatic waves normally incident on a plane beach, resonant run-up amplification occurs when the incoming wavelength is 5.2 times larger the beach length. We also show that this resonant run-up amplification can be observed for several wave profiles such as bichromatic, polychromatic and cnoidal. However, resonant run-up amplification is not restricted to infinitely sloping beaches. We varied the bathymetric profile, and we saw that resonance is present in the case of piecewise linear and real bathymetries. In the second part I will present a new analytical solution to study the propagation of tsunamis from a finite strip source over constant depth using linear shallow-water wave theory. The solution, which is based on separation of variables and a double Fourier transform in space, is exact, easy to implement and allows the study of realistic waveforms such as N-waves. In the third part I will explore the effect of localized bathymetric features on long wave generation. Even when the final displacement is known from seismic analysis, the deforming seafloor includes relief features such as mounts and trenches. We investigate analytically the effect of bathymetry on the surface wave generation, by solving the forced linear shallow water equation. Our model for bathymetry consists of a cylindrical sill on a flat bottom, to help understand the effect of seamounts on tsunami generation. We derive the same solution by applying both the Laplace and the Fourier transforms in time. We find that as the sill height increases, partial wave trapping reduces the wave height in the far field, while amplifying it above the sill. Finally, in the last part I will try to explore whether small islands can protect nearby coasts from tsunamis as it is widely believed by local communities. Recent findings for the 2010 Mentawai Islands tsunami show amplified run-up on coastal areas behind small islands, compared with the run-up on adjacent locations, not influenced by the presence of the islands. We will investigate the conditions for this run-up amplification by numerically solving the nonlinear shallow water equations. Our bathymetric setup consists of a conical island sitting on a flat bed in front of a plane beach and we send normally incident single waves. The experimental setup is governed by five physical parameters. The objective is twofold: Find the maximum run-up amplification with the least number of simulations. Given that our input space is five-dimensional and a normal grid approach would be prohibitively computationally expensive, we present a recently developed active experimental design strategy, based on Gaussian Processes, which significantly reduces the computational cost. After running two hundred simulations, we find that in none of the cases considered the island did offer protection to the coastal area behind it. On the contrary, we have measured run-up amplification on the beach behind it compared to a lateral location on the beach, not directly affected by the presence of the island, which reached a maximum factor of 1.7. Thus, small islands in the vicinity of the mainland will act as amplifiers of long wave severity at the region directly behind them and not as natural barriers as it was commonly believed so far.

L'assimilation variationnelle de données 4D-Var est une technique très utilisée en géophysique, notamment en météorologie et océanographie. Elle consiste à estimer des paramètres d'un modèle numérique direct, en minimisant une fonction de coût mesurant l'écart entre les sorties du modèle et les mesures observées. La minimisation, qui est basée sur une méthode de gradient, nécessite le calcul du modèle adjoint (produit de la transposée de la matrice jacobienne avec le vecteur dérivé de la fonction de coût aux points d'observation). Lors de la mise en œuvre de l'AD 4D-Var, il faut faire face à des problèmes d'implémentation informatique complexes, notamment concernant le modèle adjoint, la parallélisation du code et la gestion efficace de la mémoire. Afin d'aider au développement d'applications d'AD 4D-Var, le logiciel YAO qui a été développé au LOCEAN, propose de modéliser le modèle direct sous la forme d'un graphe de flot de calcul appelé graphe modulaire. Les modules représentent des unités de calcul et les arcs décrivent les transferts des données entre ces modules. YAO est doté de directives de description qui permettent à un utilisateur de décrire son modèle direct, ce qui lui permet de générer ensuite le graphe modulaire associé à ce modèle. Deux algorithmes, le premier de type propagation sur le graphe et le second de type rétropropagation sur le graphe permettent, respectivement, de calculer les sorties du modèle direct ainsi que celles de son modèle adjoint. YAO génère alors le code du modèle direct et de son adjoint. En plus, il permet d'implémenter divers scénarios pour la mise en œuvre de sessions d'assimilation.Au cours de cette thèse, un travail de recherche en informatique a été entrepris dans le cadre du logiciel YAO. Nous avons d'abord formalisé d'une manière plus générale les spécifications deYAO. Par la suite, des algorithmes permettant l'automatisation de certaines tâches importantes ont été proposés tels que la génération automatique d'un parcours "optimal" de l'ordre des calculs et la parallélisation automatique en mémoire partagée du code généré en utilisant des directives OpenMP. L'objectif à moyen terme, des résultats de cette thèse, est d'établir les bases permettant de faire évoluer YAO vers une plateforme générale et opérationnelle pour l'assimilation de données 4D-Var, capable de traiter des applications réelles et de grandes tailles.

L'interaction d'une impulsion laser intense (~10¹⁴ W /cm²) et de courte durée (femtoseconde) avec un gaz rare induit une polarisation hautement non-linéaire dans le domaine spectral XUV; les harmoniques d'ordre élevés. En raison des propriétés spécifiques du rayonnement harmonique et de ses applications, cette thématique est particulièrement riche et fertile. La production efficace d'harmoniques d'ordres élevés repose à la fois sur la réponse non-linéaire de l'atome unique et un comportement collectif.Le fil directeur des études présentées dans cette thèse est la compréhension et le contrôle de l'accord de phase ou du quasi accord de phase en présence d'une ionisation substantielle du gaz générateur. Dans ce contexte, nous montrons l'importance de la longueur de cohérence sur l'accord de phase en génération d'harmoniques. Nous étudions sa dépendance en fonction de la focalisation du laser, de la pression mais aussi sa dépendance temporelle liée à l'ionisation, effet que nous avons mis en évidence lorsqu'on a cherché à optimiser une double impulsion harmonique. Le travail de développement, sur la station LASERIX, de la source à double impulsion harmonique générée à partir d'un même milieu gazeux et avec un délai picoseconde variable est présenté. Cette source possède un véritable potentiel d'applications scientifiques, injectée dans un milieu amplificateur plasma qu'on appelle laser X, la double impulsion permettra de sonder la réponse temporelle de ce type de milieu. Par ailleurs, des expériences et des simulations menées sur la génération d'harmoniques en propagation guidée visent ainsi à étendre les spectres harmoniques vers les courtes longueurs d'ondes, zone spectrale pour laquelle le laser X à plasmas est émis. Ceci donnera l'accès à une source offrant des caractéristiques complémentaires des lasers X, sources développées en parallèle sur la station LASERIX.

Ce manuscrit expose notre travail dans le cadre du projet IWARD et détaille la couche de gestion et de décision du groupement de robots. Ce projet avait comme objectif d'assister le personnel médical dans leur travail, ceci est réalisé en utilisant des robots mobiles, reconfigurables, et rechargeables. Ces robots sont conçus pour effectuer des taches logistiques comme : Le transport de médicaments, le nettoyage, le guidage des patients, la surveillance et la téléconsultation. Dans la première partie de la thèse nous présenterons le problème stratégique qui consiste à déterminer les plannings de rechargement des robots, la configuration des robots opérationnels ainsi que la localisation des stations d'attentes des robots lorsqu'ils sont en état de veille. Différentes hiérarchies à plusieurs niveaux de décisions, sont formulées comme des programmes linéaires en nombres entiers. Des formulations utilisant l'approche de génération de colonnes sont aussi développées pour résoudre ces problèmes. Dans la deuxième partie, le problème tactique est exposé, ceci consiste à affecter les taches arrivantes aux différents robots et d'ordonnancer dynamiquement l'exécution ces missions. Deux approches sont inspectées une version centralisée utilisant les algorithmes évolutionnaires et une autre version distribuée utilisant les algorithmes d'enchères inversées. Afin de mettre à l épreuve ces deux approches, une simulation a événements discrets a été conçue et développée spécifiquement pour le projet, permettant ainsi d'évaluer ces deux approches.

Pour utiliser efficacement les moyens de simulation, l'analyse mécanique par éléments finis (ÉF) doit être préparée en posant les hypothèses et en simplifiant le domaine d'étude. L'adaptation des modèles de conception (CAO) pour le calcul se traduit par l'élimination des détails de forme et de topologie afin de générer un maillage ÉF dont la taille des éléments est adaptée au comportement mécanique et à la précision souhaitée (carte de tailles). Actuellement, la préparation des modèles CAO pour le calcul ÉF reste une tâche longue et difficile à cause du manque d'outils automatiques pour éliminer ces détails et générer des maillages adaptés. Notre travail contribue aux recherches concernant le passage entre les modèles CAO et les modèles de calcul ÉF en traitant trois points : la simplification des aspects de forme d'une pièce CAO, l'adaptation de la topologie du modèle BREP, la génération de maillages trans-carreaux. Nous proposons des critères d'identification de détails de forme qui reposent sur les caractéristiques de forme CAO et les besoins du maillage ÉF (carte de tailles, conditions aux limites). Ces critères identifient les transformations CAO nécessaires pour simplifier la forme du modèle. Nous avons mis en place la structure et les opérateurs de Topologie des Contraintes deMaillage (TCM), qui visent à adapter la topologie d'un modèle CAO pour représenter uniquement les entités pertinentes pour la génération du maillage. Les opérateurs TCM gèrent des transformations topologiques de haut niveau (par exemple découpage-suppression d'arête), et regroupent les surfaces et courbes sous-jacentes pour former des entités géométriques composites. Le processus d'adaptation est automatisé par des critères d'identification de détails qui déterminent automatiquement les opérations topologiques TCM nécessaires pour adapter la topologie aux contraintes du maillage : carte de tailles, géométrie, et zones de conditions aux limites. La dernière partie de notre contribution étend la génération de maillages par approche frontale aux entités géométriques composites. Cette extension propose la génération de trajectoires trans-carreaux pour la progression frontale et la construction des images des éléments sur les carreaux d'une surface composite. Cette méthode utilise la géométrie exacte du modèle, ne nécessite pas de re-paramétrisation, et présente l'avantage de ne pas être limitée par la topologie et la forme des surfaces composites.

Dans ce mémoire de thèse, nous nous intéressons à l'affectation des vols aux avions dans une compagnie aérienne. Notre objectif est de proposer des plannings de vols qui prennent en compte des contraintes de maintenance, en utilisant des algorithmes efficaces. Au cours de nos recherches, nous avons ramené le problème de rotation des avions à des cas particuliers du problème de partitionnement d'un graphe orienté acyclique par des chemins disjoints. Nous avons fait des études de complexité pour différents cas et nous avons proposé des algorithmes de liste, un recuit simulé et une approche heuristique basée sur la génération de colonnes. Nous avons finalement comparé la performance de ces méthodes sur différentes instances.

Le contexte de cette thèse est la récupération d'énergie afin de rendre des capteurs autonomes. L'objectif de ce travail est de répondre à la problématique du couplage des microgénérateurs piézoélectriques résonants à la source de vibration mécanique. Cela nécessite de travailler à plus basse fréquence et sur des gammes de fréquences plus importantes. Pour travailler à plus basses fréquences, des poutres encastrées libres utilisant l'AlN comme matériau piézoélectrique ont été conçues, fabriquées et caractérisées. La possibilité de récupérer 0.6µW à 214Hz pour un volume de moins de 3mm3 a été prouvée. Comparées à la littérature, de très bonnes figures de mérite ont été démontrées. Pour travailler sur des gammes de fréquences plus importantes, une méthode innovante de raidissement non linéaire de la structure a été proposée et prouvée expérimentalement, avec une adaptation de la fréquence de résonance de plus de 50% en dessous de 500Hz

Depuis son apparition la robotique chirurgicale s'avère bénéfique pour les patients et pour les praticiens car elle améliore la qualité des opérations. Ces travaux de thèse portent sur la conception, la modélisation et la planification de mouvements d'un système robotique destiné à réséquer une tumeur cérébrale. La définition des contraintes liées à la tâche de résection de tumeur (adaptabilité aux différentes formes de tumeurs et espace de travail restreint et évolutif) met en évidence la problématique liée à la conception du robot et à sa stratégie de résection. La conception modulaire retenue utilise des câbles et dispose de sept degrés de liberté. Une modélisation géométrique de la solution est proposée. La planification de trajectoire du robot redondant dans un environnement dynamique qui dépend de sa trajectoire est basée sur un principe de génération interactive. Elle utilise un découplage des degrés de liberté du robot et définit des procédures élémentaires qui pourront être choisies et assemblées par le neurochirurgien. Une méthode par discrétisation est proposée pour déterminer l'espace des procédures adaptées au robot et limiter le choix du chirurgien aux procédures effectivement réalisables. Une simulation montre que la solution robotique associée à la méthode interactive de génération de trajectoire permet de réséquer une grande partie d'une tumeur témoin, et la réalisation d'un démonstrateur offre des perspectives d'expérimentations en conditions simulées.

Nous proposons une approche de planification unifiée pour robots humanoïdes réalisant des tâches de locomotion et de manipulation nécessitant une dextérité propre aux systèmes anthropomorphes. Ces tâches sont basées sur des transitions de contacts ; contacts entre les extrémités des membres locomoteurs et l'environnement dans le cas du problème de locomotion par exemple, ou entre les extrémités de l'organe préhensible effecteur et l'objet manipulé dans le cas du problème de manipulation. Nous planifions ces transitions de contacts pour des systèmes abstraits constitués d'autant de robots, d'objets, et de supports dans l'environnement que désiré/nécessaire pour la modélisation du problème. Cette approche permet de s'affranchir de la distinction de nature entre tâches de locomotion et de manipulation et s'étend à une variété d'autres problèmes tels que la coopération entre plusieurs agents. Nous introduisons notre paradigme de planification non-découplée de locomotion et de manipulation en exhibant la stratification induite dans l'espace des configurations de systèmes simplifiés pour lesquels nous résolvons analytiquement le problème en comparant des méthodes de planification géométrique, non-holonome, et dynamique. Nous présentons ensuite l'algorithme de planification de contacts basé sur une recherche best-first. Cet algorithme fait appel à un solveur de cinématique inverse qui prend en compte des configurations de contacts générales dans l'espace pouvant être établis entre robots, objets, et environnement dans toutes les combinaisons possibles, le tout sous contraintes d'équilibre statique et de respect des limitations mécaniques des robots. La génération de mouvement respectant l'équation de dynamique Lagrangienne est obtenue par une formulation en programme quadratique. Enfin nous envisageons une extension à des supports de contact déformables en considérant des comportements linéaires-élastiques résolus par éléments finis.

Les machines du domaine du calcul haute performance (HPC) gagnent régulièrement en com- plexité. De nos jours, chaque nœud de calcul peut être constitué de plusieurs puces ou de plusieurs cœurs se partageant divers caches mémoire de façon hiérarchique. Que se soit pour comprendre les performances ob- tenues par une application sur ces architectures ou pour développer de nouveaux algorithmes et valider leur performance, une phase d'expérimentation est souvent nécessaire. Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux formes d'analyse expérimentale : l'exécution sur machines réelles et la simulation d'algorithmes sur des jeux de données aléatoires. Dans un cas comme dans l'autre, le contrôle des paramètres de l'environnement (matériel ou données en entrée) permet une meilleure analyse des performances de l'application étudiée. Ainsi, nous proposons deux méthodes pour contrôler l'utilisation par une application des ressources ma- térielles d'une machine : l'une pour le temps processeur alloué et l'autre pour la quantité de cache mémoire disponible. Ces deux méthodes nous permettent notamment d'étudier les changements de comportement d'une application en fonction de la quantité de ressources allouées. Basées sur une modification du compor- tement du système d'exploitation, nous avons implémenté ces méthodes pour un système Linux et démontré leur utilité dans l'analyse de plusieurs applications parallèles. Du point de vue de la simulation, nous avons étudié le problème de la génération aléatoire de graphes orientés acycliques (DAG) pour la simulation d'algorithmes d'ordonnancement. Bien qu'un grand nombre d'algorithmes de génération existent dans ce domaine, la plupart des publications repose sur des implémen- tations ad-hoc et peu validées de ces derniers. Pour pallier ce problème, nous proposons un environnement de génération comprenant la majorité des méthodes rencontrées dans la littérature. Pour valider cet envi- ronnement, nous avons réalisé de grande campagnes d'analyses à l'aide de Grid'5000, notamment du point de vue des propriétés statistiques connues de certaines méthodes. Nous montrons aussi que la performance d'un algorithme est fortement influencée par la méthode de génération des entrées choisie, au point de ren- contrer des phénomènes d'inversion : un changement d'algorithme de génération inverse le résultat d'une comparaison entre deux ordonnanceurs.