Ces travaux se placent dans le cadre de l'étude des propriétés mécaniques des architectures à renforcement tridimensionnel dans les structures composites. Nous proposons une approche permettant de caractériser les propriétés mécaniques de structures composites Interlock et en particulier de résoudre les problèmes liés à la création de ces géométries complexes et leur discrétisation.Une des difficultés des approches méso-macro réside dans la manière de reproduire de façon fidèle la géométrie de ces architectures aux formes très complexes et d'obtenir en particulier un Volume Elémentaire Représentatif (VER) duquel on peut déduire par calcul éléments finis les propriétés mécaniques par homogénéisation. Cette pluralité des formes engendre des difficultés de mise en œuvre essentiellement géométriques et des difficultés de maillage bien connues : interpénétration et contact des mèches, maillage de fines couches de résines aux interfaces, détermination en tout point de l'orientation des fibres. Nous proposons une approche qui consiste à créer un modèle géométrique des mèches limitant ou contrôlant les intersections et les contacts, à définir un VER périodique et à mailler ce VER en tétraèdres avec des maillages conformes aux interfaces. Une fois le modèle maillé obtenu et les conditions de périodicités définies, les propriétés mécaniques effectives sont obtenues par homogénéisation. Les calculs par éléments finis sont réalisés avec le logiciel ABAQUS. Les tissages complexes ont été traités automatiquement avec cette technique. Les résultats sont confrontés à ceux d'autres modélisations, issus de la littérature et de l'expérience.

L'étude de la sécurité sismique des grands barrages-voûtes existants ou devant être construits dans des zones sujettes à des tremblements de terres nécessite une modélisation numérique des différents éléments intervenants dans son comportement dynamique. Les sols de fondation ainsi que l'eau du réservoir jouent un rôle important dans l'analyse dynamique des barrages. On parle ainsi souvent d'un système barrage-réservoir-fondation. Le choix des différents paramètres de modélisation devient alors primordial pour l'obtention d'un modèle représentatif de la réalité. L'OFEN (Office fédéral de l'énergie en Suisse) a entrepris des études et recherches à long terme sur les principaux barrages suisses. Un réseau d'accélérographes permettant d'enregistrer l'amplitude des mouvements à différents points des barrages lors de tremblements de terres a été installé. Trois barrages-voûtes suisses seront ainsi modélisés ; soit le barrage Mauvoisin qui a une hauteur de 250 mètres, le barrage d'Émosson d'une hauteur de 180 mètres ainsi que le barrage Punt-dal-Gal qui a pour sa part une hauteur de 130 mètres. La modélisation des barrages sera réalisée à l'aide du logiciel EADC-3D-2008 qui est spécialisé dans la modélisation des barrages et qui permet de considérer l'interaction barrage-réservoir-fondation. Pour évaluer l'efficacité des modèles à l'étude, les simulations seront comparées aux données réellement enregistrées par les accélérographes lors de tremblements de terre. Afin de déterminer l'influence de chaque paramètre de modélisation, une étude paramétrique des différents modèles sera réalisée. Trois tailles de modèles seront ainsi générés ; soit un grossier, un intermédiaire et un raffiné. Un paramètre sera modifié tout en gardant les autres invariables. La rigidité ainsi que l'amortissement du barrage et du sol seront analysés en tenant compte de l'amortissement du réservoir par propagation d'onde. Pour la sollicitation, l'hypothèse d'excitation simultanée des supports sera considérée car la base de données disponible pour des analyses qui tiennent compte de l'excitation variable est encore insuffisante. Finalement, l'influence de la rigidité du sol et du barrage ainsi que celle de l'amortissement du barrage et de la fondation sur l'altération de la réponse sismique des modèles, en fonction de la taille du maillage, seront démontrées.

Une carte généralisée est un modèle topologique permettant de représenter implicitementun ensemble de cellules (sommets, arêtes, faces , volumes, . . .) ainsi que l'ensemblede leurs relations d'incidence et d'adjacence au moyen de brins et d'involutions. Les cartes généralisées sont notamment utilisées pour modéliser des images et objets3D. A ce jour il existe peu d'outils permettant l'analyse et la comparaison de cartes généralisées.Notre objectif est de définir un ensemble d'outils permettant la comparaisonde cartes généralisées.Nous définissons tout d'abord une mesure de similarité basée sur la taille de la partiecommune entre deux cartes généralisées, appelée plus grande sous-carte commune.Nous définissons deux types de sous-cartes, partielles et induites, la sous-carte induitedoit conserver toutes les involutions tandis que la sous-carte partielle autorise certaines involutions à ne pas être conservées. La sous-carte partielle autorise que les involutionsne soient pas toutes conservées en analogie au sous-graphe partiel pour lequelles arêtes peuvent ne pas être toutes présentes. Ensuite nous définissons un ensembled'opérations de modification de brins et de coutures pour les cartes généralisées ainsiqu'une distance d'édition. La distance d'édition est égale au coût minimal engendrépar toutes les successions d'opérations transformant une carte généralisée en une autrecarte généralisée. Cette distance permet la prise en compte d'étiquettes, grâce à l'opérationde substitution. Les étiquettes sont posées sur les brins et permettent d'ajouter del'information aux cartes généralisées. Nous montrons ensuite, que pour certains coûtsnotre distance d'édition peut être calculée directement à partir de la plus grande souscartecommune.Le calcul de la distance d'édition est un problème NP-difficile. Nous proposons unalgorithme glouton permettant de calculer en temps polynomial une approximation denotre distance d'édition de cartes. Nous proposons un ensemble d'heuristiques baséessur des descripteurs du voisinage des brins de la carte généralisée permettant de guiderl'algorithme glouton, et nous évaluons ces heuristiques sur des jeux de test générésaléatoirement, pour lesquels nous connaissons une borne de la distance.Nous proposons des pistes d'utilisation de nos mesures de similarités dans le domainede l'analyse d'image et de maillages. Nous comparons notre distance d'éditionde cartes généralisées avec la distance d'édition de graphes, souvent utilisée en reconnaissancede formes structurelles. Nous définissons également un ensemble d'heuristiquesprenant en compte les étiquettes de cartes généralisées modélisant des images etdes maillages. Nous mettons en évidence l'aspect qualitatif de notre appariement, permettantde mettre en correspondance des zones de l'image et des points du maillages.

Cette thèse contribue à un ensemble de travaux consacrés à l'étude d'un schéma ENO centré-sommet (CENO) d'ordre élevé ainsi qu'à l'adaptation de maillage anisotrope pour des calculs de Mécaniques des Fluides précis à l'ordre 3. La première partie des travaux de cette thèse est consacré à une analyse approfondie de la précision du schéma CENO et à la création de termes correcteurs pour améliorer ses propriétés dispersives et dissipatives en une et deux dimensions. On propose un schéma CENO quadratique précis à l'ordre 3, puis cubique précis à l'ordre 4, pour les équations d'Euler des gaz compressibles, ainsi qu' une première version du schéma avec capture de choc monotone. La deuxième partie des travaux est consacrée à la mise au point d'une plateforme numérique d'adaptation de maillage anisotrope multi-échelle et basée fonctionnelle intégrant le schéma CENO. Nous proposons un nouvel estimateur d'ordre 3 du schéma quadratique basé sur une reconstruction de hessien équivalent et son application à des simulations d'acoustiques instationnaire et de Scramjet stationnaire utilisant nos limiteurs.

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'interaction des ondes électromagnétiques en bande L avec les vagues côtières déferlantes, en particulier pour un observateur situé à proximité de la surface. Le travail s'attache à effectuer une modélisation électromagnétique précise en lien étroit avec le modèle hydrodynamique. Pour modéliser et calculer les champs électromagnétiques diffusés par les vagues déferlantes, nous utilisons une approche numérique par intégrale de frontière, notamment la Méthode des Moments (MdM). Dans ce cadre, nous focalisons le travail sur la problématique de la fiabilité et la convergence du calcul numérique pour des géométries de forte courbure comme peuvent l'être des surfaces de vagues déferlantes. Après une analyse approfondie de la problématique, nous montrons qu'une solution fondée sur la Méthode des Moments d'Ordre Supérieur (MdM-OS) combinée avec la technique de maillage Non Uniform Rational Basis Splines (NURBS) permet d'améliorer les performances de la méthode MdM-Classique. En parallèle du travail de modélisation électromagnétique, nous nous attachons à introduire un modèle hydrodynamique capable de simuler le plus fidèlement possible le mouvement et la déformation des vagues à proximité de la côte. Nous retenons une modélisation hydrodynamique basée sur la Méthode Désingularisée. Cette approche méthodologique nous permet d'étudier l'évolution des vagues en fonction de la pente du fond, de la hauteur relative et de la cambrure des vagues. La combinaison des résultats issus de la modélisation numérique électromagnétique et de la description hydrodynamique permettent ainsi d'évaluer l'évolution des champs électromagnétiques diffusés par les vagues côtières déferlantes en fonction du temps pour trois types de déferlement standard : glissant, plongeant et gonflant.

Le transport aérien des marchandises et de personnes est devenu un des piliers de notre société mondialisée. Néanmoins, la croissance du secteur aéronautique a accentué les problèmes liés aux hauts niveaux sonores émis par les aéronefs. Dans le cadre de la réduction du bruit produit par les trains d’atterrissage en phases d’approche et d’atterrissage, cette thèse a pour but de proposer une méthodologie numérique précise et efficace permettant de prédire un tel bruit. Elle est basée sur l’utilisation du code Navier-Stokes CEDRE développé à l’ONERA mettant en œuvre des maillages non-structurés de haute qualité ainsi qu’un modèle de turbulence de type Zonal Detached Eddy Simulation. Cette démarche a été validée grâce au cas LAGOON, notamment à partir de deux simulations réalisées durant cette thèse, avec l’obtention de résultats très précis (moins de 1dB d’écart avec la mesure expérimentale des niveaux de bruit intégrés) avec un coût de calcul très raisonnable. Par la suite, cette méthodologie a été appliquée à un cas plus complexe, le PDCC, représentatif d’un train d’atterrissage réel. Une nouvelle fois, les résultats obtenus notamment les niveaux de bruit sont très précis, comme c’était le cas pour LAGOON. Ces bons résultats sont obtenus pour des choix différents : pour le PDCC des lois de paroi ont été utilisées en plusieurs endroits de la géométrie, dans le but de réduire encore plus le coût de calcul, tandis que dans le cas LAGOON, les couches limites ont été résolues à l’aide d’un maillage dédié. Finalement, la nature des sources acoustiques présentes dans le train LAGOON a été aussi étudiée. Pour cela, une simulation numérique d’un écoulement se développant autour d’une roue isolée du train a été réalisée afin d’identifier les mécanismes physiques responsables de la réponse tonale de la cavité, observée lors de la campagne expérimentale sur le train à 2 roues. Cette étude peut être aussi considérée comme celle d’une cavité installée soumise à un écoulement rasant non-uniforme. Les résultats obtenus sont comparés avec succès à ceux issus de la littérature du bruit de cavité. / In a globalized world, air transportation of goods and persons has become an important pillar of our societies. However, the growth of this sector has raised an important issue, the high noise associated. In the framework of reducing the noise emitted by aircraft at approach and landing, and more precisely the noise emitted by the landing gear, this thesis aims to provide an accurate and efficient numerical methodology enabling to predict such noise. It is based on the use of ONERA’s in house Navier-Stokes code CEDRE coupled with the use of high quality unstructured meshes and a Zonal Detached Eddy Simulation turbulence model. This procedure has been developed thanks to the LAGOON test case, of which two simulations were performed during this thesis, obtaining very accurate results (less than 1dB of error in the OASPL results compared to the experimental measurements) at a moderated cost. In the following, it was applied to a more complex case, the PDCC, representative of a realistic landing gear. Once again, the results obtained were very accurate as was the case for LAGOON, even if an important difference existed between the two cases: for the PDCC, wall functions were used for several geometrical parts, aiming to decrease even more the cost of the simulation while all the boundary layers developing over the LAGOON case were completely solved with a devoted grid. Finally, the nature of the acoustic sources present in the LAGOON landing gear was also addressed. At this end, a simulation was carried out over an isolated wheel, aiming to identify the mechanisms underlying the tonal response of these cavities observed during the LAGOON experimental campaign. This study can be considered as the study of an installed cavity submitted to a non uniform grazing flow, and its analysis relied on comparisons with the results obtained on common cavities from literature.

Les échangeurs multifluides à plaques brasées (EPB) sont d’une technologie complexe qui permet de très fortes intégrations énergétiques, mais rend leur conception très délicate. Ces travaux ont pour objectif la modélisation et la simulation en 3D des EPB. Ils intègrent la maldistribution des fluides sur la largeur des passages qui peut dégrader fortement les performances thermiques de l’échangeur. La carte 3D des températures obtenue permettra le calcul des contraintes mécaniques. Le parcours d’un fluide est assimilé à un réseau hydraulique défini grâce à la théorie des graphes. Une méthode de maillage a été spécifiquement adaptée pour le couplage thermo-hydraulique. Ce dernier impose une résolution simultanée des équations de bilans matière, thermique et de quantité de mouvement par un système non linéaire de grande dimension et creux, avec mise en place de méthodes numériques adaptées. Enfin, des études de cas industriels sont présentées pour illustrer le simulateur 3D.

Cette thèse, intitulée NSIBM : un solveur parallèle de Navier-Stokes avec raffinement automatique basé sur la méthode des frontières immergées, a été effectuée au sein du laboratoire iCube, département de mécanique, à Strasbourg, dans le quartier de l'Orangerie, sous la direction du professeur Yannick Hoarau. L'essentiel du travail effectué consiste en le développement d'un programme capable de résoudre numériquement l'équation de Navier-Stokes qui régit des fluides en mouvement. Une attention particulière a été portée à la production de maillages conformes aux géométries proposées et à leur génération. Les moyens mis en œuvre ici pour gérer l'éternel problème de la finesse du maillage opposée au trop grand nombre de cellules sont multiples : le raffinement, la parallélisation et les frontières immergées. Dans un premier temps, j'ai conçu un générateur de maillage en deux et trois dimensions en y intégrant la possibilité de diviser des cellules, et cela de manière automatique, par des critères géométriques, numériques ou physiques. Il permet également de supprimer des cellules, de manière à ne pas mailler le vide ou les parties solides de la géométrie.Dans un deuxième temps, j'ai rendu ce code parallèle en lui donnant la capacité d'utiliser plusieurs processeurs, afin de calculer plus vite et donc d'utiliser davantage de mailles. Cette étape fait appel à deux technologies : Metis, qui partage équitablement les mailles sur le nombre choisi de processeurs et OpenMPI, qui est l'interface de communication entre ces processeurs. Enfin, la méthode des frontières immergées a été introduite au code pour gérer les bords non verticaux ou horizontaux dans un maillage cartésien, c'est-à-dire formé de rectangles ou de pavés droits. Elle consiste à donner un caractère hybride à une cellule traversée par une frontière par l'introduction d'un terme numérique de forçage simulant la présence de la paroi.Ce travail de développement a ensuite été mis à l'épreuve et validé dans une série de cas tests en deux comme en trois dimensions. Des exemples de maillages complexes générés facilement sont donnés. / This thesis, entitled NSIBM: a parallel Navier-Stokes solver with automatic mesh refinement based on immersed boundary method, has been conducted within the iCube laboratory dedicated to mechanics and located in Strasbourg. It has been supervised by Professor Yannick Hoarau. This work mainly deals with coding a program able to solve the Navier-Stokes equations that governs moving fluids, in a numerical way. Particular attention was paid to the production of meshes that suit given geometries and their generation.The means used here to handle the eternal problem of the fineness of the mesh opposed to too many cells are several~:refinement, parallelization and the immersed boundary method.Initially, I designed a two and three-dimensional mesh generator that includes the possibility of dividing cells,in an automatic way, by geometrical, numerical or physical criteria. It also allows to remove cells, where there is no point keeping it. Secondly, I parallelized the program by giving him the ability to use multiple processors to calculate faster and therefore use bigger meshes.This step uses two available libraries~: \textit{Metis}, which gives a optimal mesh partition, and \textit{openMPI}, which deals with communication between nodes. Finally, the immersed boundary method has been implemented to handle non-vertical or non-horizontal edges in a cartesian grid. Its principle is to confer a hybrid status to a cell which is crossed by an edge by adding a numerical force term simulating the presence of the boundary. This development work was then tested and validated in a serie of test cases in two and three dimensions. Examples of complex meshes easily generated are given.

L'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-oriented. / Sensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control.

Cette thèse contribue à un ensemble de travaux consacrés à l’étude d’un schéma ENO centré-sommet (CENO) d’ordre élevé ainsi qu’à l’adaptation de maillage anisotrope pour des calculs de Mécaniques des Fluides précis à l’ordre 3. La première partie des travaux de cette thèse est consacré à une analyse approfondie de la précision du schéma CENO et à la création de termes correcteurs pour améliorer ses propriétés dispersives et dissipatives en une et deux dimensions. On propose un schéma CENO quadratique précis à l’ordre 3, puis cubique précis à l’ordre 4, pour les équations d’Euler des gaz compressibles, ainsi qu’ une première version du schéma avec capture de choc monotone. La deuxième partie des travaux est consacrée à la mise au point d’une plateforme numérique d’adaptation de maillage anisotrope multi-échelle et basée fonctionnelle intégrant le schéma CENO. Nous proposons un nouvel estimateur d’ordre 3 du schéma quadratique basé sur une reconstruction de hessien équivalent et son application à des simulations d’acoustiques instationnaire et de Scramjet stationnaire utilisant nos limiteurs. / This thesis presents to an assembly of work dedicated to the study of high order vertex-centred ENO scheme (CENO) and to anisotropic mesh adaptation for third-order accurate Fluid Mecanics problems. The thesis is structured in two parts. The first part is devoted to a thorough analysis of the CENO scheme accuracy and to the constuction of some corrector terms meant for improving the dissipative and dispersive properties for 1D and 2D numerical problems. We proposed a quadratique third-order accurate CENO scheme, then a cubic fourth-order accurate one, applied to Euler equations for compressible flows. A first monotone, shock capturing version of these scheme is also introduced in the first part. The second part of the thesis focuses on the implementation of a numerical platform for anisotropic multi-scale and goal-oriented mesh adaptivity involving the CENO scheme. A new third-order error estimator for the quadratic scheme is proposed, here based on a reconstuction of the Hessian. Numerical exemples for unsteady acoustic problems and a steady Scramjet problem computed with monotony preserving limiters are presented for validation of the theoretical results.