La simulation numérique, c'est-à-dire l'utilisation des ordinateurs pour exécuter un programme physique, est une partie importante du monde technologique actuel. Elle est nécessaire dans de nombreux domaines scientifiques et techniques pour étudier le comportement de systèmes dont les modèles mathématiques sont trop complexes pour fournir des solutions analytiques et elle rend possible l'évaluation virtuelle des réponses des systèmes (jumeaux virtuels). Cela réduit considérablement le nombre de tests expérimentaux nécessaires à la conception précise du système réel que le modèle numérique représente. Cependant, ces jumeaux virtuels, basés sur des méthodes classiques qui utilisent une représentation fine du système (ex. méthode des éléments finis), permettent rarement une rétroaction en temps réel, même dans un contexte de calcul haute performance, fonctionnant sur des plateformes puissantes. Dans ces circonstances, les performances en temps réel requises dans certaines applications sont compromises. En effet, les jumeaux virtuels sont statiques, c'est-à-dire qu'ils sont utilisés dans la conception de systèmes complexes et de leurs composants, mais on ne s'attend pas à ce qu'ils prennent en compte ou assimilent des données affin de définir des systèmes d'application dynamiques pilotés par les données. De plus, des écarts significatifs entre la réponse observée et celle prévue par le modèle sont généralement constatés en raison de l'imprécision des modèles employés, de la détermination des paramètres du modèle ou de leur évolution dans le temps. Dans cette thèse, nous proposons différentes méthodes pour résoudre ces handicaps affin d'effectuer une surveillance et un contrôle en temps réel. Dans la première partie, les techniques de Réduction de Modèles sont utilisées pour tenir compte des contraintes en temps réel; elles calculent une bonne approximation de la solution en simplifiant la procédure de résolution plutôt que le modèle. La précision de la solution n'est pas compromise et des simulations e-caces peuvent être réalisées (jumeaux numériquex). Dans la deuxième partie, la modélisation pilotée par les données est utilisée pour combler l'écart entre la solution paramétrique calculée, en utilisant des techniques de réduction de modèles non intrusives, et les champs mesurés, affin de rendre possibles des systèmes d'application dynamiques basés sur les données (jumeaux hybrides). / Numerical simulation, the use of computers to run a program which implements a mathematical model for a physical system, is an important part of today technological world. It is required in many scientific and engineering fields to study the behavior of systems whose mathematical models are too complex to provide analytical solutions and it makes virtual evaluation of systems responses possible (virtual twins). This drastically reduces the number of experimental tests for accurate designs of the real system that the numerical model represents. However these virtual twins, based on classical methods which make use of a rich representations of the system (e.g. finite element method), rarely allows real-time feedback, even when considering high performance computing, operating on powerful platforms. In these circumstances, the real-time performance required in some applications are compromised. Indeed the virtual twins are static, that is, they are used in the design of complex systems and their components, but they are not expected to accommodate or accommodate or assimilate data so as to define dynamic data-driven application systems. Moreover significant deviations between the observed response and the one predicted by the model are usually noticed due to inaccuracy in the employed models, in the determination of the model parameters or in their time evolution. In this thesis we propose different methods to solve these handicaps in order to perform real-time monitoring and control. In the first part Model Order Reduction (MOR) techniques are used to accommodate real-time constraints; they compute a good approximation of the solution by simplifying the solution procedure instead of the model. The accuracy of the predicted solution is not compromised and efficient simulations can be performed (digital twins). In the second part data-driven modeling are employed to fill the gap between the parametric solution, computed by using non-intrusive MOR techniques, and the measured fields, in order to make dynamic data-driven application systems possible (hybrid twins).

L’objectif principal de ce travail de thèse est de consolider et rendre opérationnelle l’extension du cadre multi-modèles et multi-échelles Arlequin à la modélisation et la simulation (par éléments finis) en élasto-dynamique, en faisant l’hypothèse de localisation des ondes hautes fréquences, tenant ainsi compte de phénomènes physiques dissipatifs divers.Parmi les applications visées par ces travaux, citons i) la propagation dans le sol d’ondes sismiques et leurs impacts sur des infrastructures critiques, ii) l’analyse multi-résolutions du comportement dynamique d’une structure impactée ou encore la propagation de fissures en dynamique dans des matériaux.Les contraintes que l’on s’impose dans ce travail sont doubles. La première est que l’on s’interdit de polluer la ou les zones critiques localisées. La seconde est que l’on souhaite aussi approcher le plus correctement possible le comportement des champs mécaniques dans les zones approchées plus grossièrement. Une étude de l’ensemble des paramètres Arlequin est menée. Des préconisations pratiques sont fournies, en étant étayées par des simulations 1D et une simulation 2D. Une attention toute particulière est portée à l’opérateur de couplage Arlequin en volume (dont on rappelle et souligne le caractère incontournable pour les problèmes de dynamique multi-échelle ; les couplages en surfaces étant inopérants, pour ces problèmes). Sur ce sujet, un des faits saillants de ces travaux de thèse est le développement d’un nouvel opérateur de couplage Arlequin réduit : tirant profit d’une représentation modale des champs de multiplicateurs de Lagrange, définis dans la zone de couplage, d’une notion de (1-epsilon) Compatibilité de modèles (initiée dans [Ben01b]) et du caractère multi-résolution des champs primaux du problème, dans la même zone de superposition Arlequin, cet opérateur permet de réduire considérablement les coûts des calculs des problèmes dynamiques multi-échelles abordés ici, par rapport à un couplage classique, tout en assurant des transmissions plus précises que celles données par deux autres méthodes de réduction, rappelées et mises en oeuvres dans cette thèse. Ces avantages sont étayés pour une barre élastique, en statique et en dynamique.Les approches développées sont utilisées et validées, par comparaison avec des résultats de la littérature, pour l’application phare de ce travail, consistant à simuler le comportement dynamique d’une structure fissurée, dans le cas d’une fissure fixe et celui d’une fissure propagative, en utilisant l’enrichissement par la fonction Level-Set à la X-Fem dans le modèle grossier et des éléments finis fins au voisinage du fond de fissure. / The main objective of this thesis work is to consolidate and make operational the extension of the multi-model and multi-scale Arlequin framework to modeling and simulation (using finite element) in elastodynamic, by making the hypothesis of localization of high frequency waves, thus taking into account various dissipative physical phenomena. Applications targeted by this work include i) ground propagation of seismic waves and their impact on critical infrastructures, ii) multi-resolution analysis of the dynamic behavior of an impacted structure or iii) the dynamic propagation of cracks.The constraints imposed on this work are twofold. The first is that one is prohibited from polluting the localized or critical areas. The second is that we also want to approach as accurately as possible the behavior of the mechanical fields in the coarsly approximated areas. A study of all dynamic Arlequin parameters is conducted. Practical recommendations are provided and supported by 1D and 2D simulations. Particular attention is paid to the volume Arlequin coupling operator (whose essential character for coupling in multi-scale dynamic problems is recalled and underlined; surface couplings being inoperative in this context). On this subject, one of the highlights of these thesis works is the development of a new reduced Arlequin coupling operator: taking advantage of a modal representation of the Lagrange multiplier fields defined in the coupling zone, a concept of (1- epsilon)-Compatibility of models (initiated in [Ben01b]) and the multi-resolution character of the overlayed primal fields, this operator makes it possible to reduce considerably the computational costs of the multiscale dynamic problem discussed here (when compared to a classical coupling) while ensuring transmissions more accurately than those given by two other reduction methods, recalled and implemented in this thesis. These benefits are supported by an elastic bar test, both in static and dynamic regimes.The developed approaches are used and validated, in comparison with results of the literature, for the flagship application of this work consisting of simulating the dynamic behavior of a cracked structure in the case of a fixed crack and that of a propagative crack using enrichment by the Level-Set function à la X-Fem in the coarse model and fine finite elements near the crack tip.

Les phases de conception et de validation de pièces mécaniques nécessitent des outils de calculs rapides et fiables, permettant de faire des choix technologiques en un temps court. Dans ce cadre, il n'est pas possible de calculer la réponse exacte pour l'ensemble des configurations envisageables. Les métamodèles sont alors couramment utilisés mais nécessitent un grand nombre de réponses, notamment dans le cas où celles-ci sont non-linéaires. Une solution est alors d'exploiter plusieurs sources de données de qualité diverses pour générer un métamodèle multi-fidélité plus rapide à calculer pour une précision équivalente. Ces données multi-fidélité peuvent être extraites de modèles réduits.Les travaux présentés proposent une méthode de génération de métamodèles multi-fidélité pour l'optimisation de structures mécaniques par la mise en place d'une stratégie d'enrichissement adaptatif des informations sur la réponse de la structure, par utilisation de données issues d'un solveur LATIN-PGD permettant de générer des données de qualités adaptées, et d'accélérer le calcul par la réutilisation des données précédemment calculées. Un grand nombre de données basse-fidélité sont calculées avant un enrichissement intelligent par des données haute-fidélité.Ce manuscrit présente les contributions aux métamodèles multi-fidélité et deux approches de la méthode LATIN-PGD avec la mise en place d'une stratégie multi-paramétrique pour le réemploi des données précédemment calculées. Une implémentation parallèle des méthodes a permis de tester la méthode sur trois cas-tests, pour des gains pouvant aller jusqu'à 37x. / Engineering simulation provides the best design products by allowing many design options to be quickly explored and tested, but fast-time-to-results requirement remains a critical factor to meet aggressive time-to-market requirements. In this context, using high-fidelity direct resolution solver is not suitable for (virtual) charts generation for engineering design and optimization.Metamodels are commonly considered to explore design options without computing every possibility, but if the behavior is nonlinear, a large amount of data is still required. A possibility is to use further data sources to generate a multi-fidelity surrogate model by using model reduction. Model reduction techniques constitute one of the tools to bypass the limited calculation budget by seeking a solution to a problem on a reduced order basis (ROB).The purpose of the present work is an online method for generating a multi-fidelity metamodel nourished by calculating the quantity of interest from the basis generated on-the-fly with the LATIN-PGD framework for elasto-viscoplastic problems. Low-fidelity fields are obtained by stopping the solver before convergence, and high-fidelity information is obtained with converged solution. In addition, the solver ability to reuse information from previously calculated PGD basis is exploited.This manuscript presents the contributions to multi-fidelity metamodels and the LATIN-PGD method with the implementation of a multi-parametric strategy. This coupling strategy was tested on three test cases for calculation time savings of more than 37x.

L’objectif est de construire un modèle d’écoulement qui se prête bien à des problèmes de contrôle, en associant un faible nombre de degrés de liberté à la possibilité de décrire la dynamique d’un écoulement relativement complexe. Dans ce travail nous considérons un écoulement bidimensionnel laminaire autour d’un cylindre carré. Des actionneurs placés sur le cylindre permettent un contrôle actif par sou?age et aspiration. Ce contrôle peut être dé?ni par rétroaction, exploitant des mesures de la vitesse dans le sillage du cylindre. Nous construisons un modèle d’ordre réduit (ROM) des équations de Navier-Stokes incompressibles, basé sur la technique de décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD). Une façon classique de construire un tel modèle est de réaliser une projection Galerkin des équations sur le sous-espace réduit obtenu par POD. Un tel modèle peut cependant être peu précis, voire instable. Une technique de calibration est alors mise en place pour assurer la bonne représentativité dynamique du modèle. Nous dé?nissons ensuite une stratégie pour mettre à jour le modèle au cours d’un processus d’optimisation. La méthode est en?n appliquée pour réduire la di?érence entre l’écoulement contrôlé et la solution stationnaire instable à Re = 150. / The aim is to build a ?ow model adapted for control applications combining a low number of degrees of freedom with the possibility of describing relatively complex ?ows. In this work a two-dimensional laminar ?ow past a square cylinder is considered. Actuators placed on the cylinder enable active control by blowing and suction. Proportional feedback control can then be applied using velocity measurements taken in the cylinder wake. The proper orthogonal decom- position (POD) approach is used to build a low order model of the incompressible Navier-Stokes equations. A classical way of obtaining a Reduced-Order Model (ROM) is to perform a Galerkin projection of the equations onto the subspace spanned by the POD modes. Such a model can however be inaccurate, even unstable. A calibration technique is therefore applied, leading to a model that is accurate and robust to variations of the control parameters. A strategy is then de?ned to update the model within an optimisation loop. The method is tested at Re = 150 for reducing the di?erence between the actuated ?ow ?eld and the steady unstable solution.

Motivé par l'étude numérique de la dispersion de particules dans un écoulement turbulent, ce travail présente l'application et le développement de méthodes de réduction de modèles couplées à un système dynamique d'ordre bas pour les équations de Navier-Stokes. Ainsi, la première méthode appliquée est la décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD). Couplée à un système dynamique d'ordre faible obtenu par projection de Galerkin des équations de Navier-Stokes sur la base POD, cette méthode montre son efficacité en terme de temps de simulation pour le calcul de la dispersion de particules. Cependant, la POD nécessite au préalable un échantillonage temporel de l'écoulement, ce qui est handicapant. Afin de palier ce problème, l'alternative envisagée dans ce travail est l'utilisation d'une méthode de réduction \emph{a priori}, l'APR, basée sur la construction itérative d'une base de l'écoulement.<br />La méthode APR est d'abord testée dans des cas modèles simples : l'équation de convection-diffusion 2D et les équations de Burgers 1D et 2D. Comparée aux méthodes de résolution classique, l'APR permet de diminuer fortement les temps de calcul tout en conservant une précision du même ordre de grandeur.<br />Les équations de Navier-Stokes sont ensuite résolues à l'aide d'un code volumes finis 2D, utilisant un découplage vitesse-pression de type Van Kahn. Un algorithme de réduction a priori adapté à l'algorithme de projection est alors présenté et appliqué pour le cas de la cavité entraînée 2D à Re=10000. Les résultats obtenus sur un court intervalle de temps sont assez encourageants. Enfin, une démarche d'avancement temporel basée sur le couplage d'APR et de systèmes dynamiques est présentée.

Beaucoup de phénomènes physiques sont modélisés par des équations aux dérivées partielles, la discrétisation de ces équations conduit souvent à des systèmes dynamiques (continus ou discrets) dépendant d'un vecteur de contrôle dont le choix permet de stabiliser le système dynamique. Comme ces problèmes sont, dans la pratique, de grandes tailles, il est intéressant de les étudier via un autre problème dérivé réduit et plus proche du modèle initial. Dans cette thèse, on introduit et on étudie de nouvelles méthodes basées sur les processus de type Krylov rationnel afin d'extraire un modèle réduit proche du modèle original. Des applications numériques seront faites à partir de problèmes pratiques. Après un premier chapitre consacré au rappel de quelques outils mathématiques, on s'intéresse aux méthodes basées sur le processus d'Arnoldi rationnel par blocs pour réduire la taille d'un système dynamique de type Multi-Input/Multi-Output (MIMO). On propose une sélection adaptative de choix de certains paramètres qui sont cruciaux pour l'efficacité de la méthode. On introduit aussi un nouvel algorithme adaptatif de type Arnoldi rationnel par blocs afin de fournir une nouvelle relation de type Arnoldi. Dans la deuxième partie de ce travail, on introduit la méthode d'Arnoldi rationnelle globale, comme alternative de la méthode d'Arnoldi rationnel par blocs. On définit la projection au sens global, et on applique cette méthode pour approcher les fonctions de transfert. Dans la troisième partie, on s'intéresse à la méthode d'Arnoldi étendue (qui est un cas particulier de la méthode d'Arnoldi rationnelle) dans les deux cas (global et par blocs), on donnera quelques nouvelles propriétés algébriques qui sont appliquées aux problèmes des moments. On consièdère dans la quatrième partie la méthode de troncature balancée pour la réduction de modèle. Ce procédé consiste à résoudre deux grandes équations algébriques de Lyapunov lorsque le système est stable ou à résoudre deux équations de Riccati lorsque le système est instable. Comme ces équations sont de grandes tailles, on va appliquer la méthode de Krylov rationnel par blocs pour approcher la solution de ces équations. Le travail de cette thèse sera cloturé par une nouvelle idée, dans laquelle on définit un nouvel espace sous le nom de sous-espace de Krylov rationnelle étendue qui sera utilisée pour la réduction du modèle. / Many physical phenomena are modeled by PDEs. The discretization of these equations often leads to dynamical systems (continuous or discrete) depending on a control vector whose choice can stabilize the dynamical system. As these problems are, in practice, of a large size, it is interesting to study the problem through another one which is reduced and close to the original model. In this thesis, we develop and study new methods based on rational Krylov-based processes for model reduction techniques in large-scale Multi-Input Multi-Output (MIMO) linear time invariant dynamical systems. In chapter 2 the methods are based on the rational block Arnoldi process to reduce the size of a dynamical system through its transfer function. We provide an adaptive selection choice of shifts that are crucial for the effectiveness of the method. We also introduce a new adaptive Arnoldi-like rational block algorithm to provide a new type of Arnoldi's relationship. In Chapter 3, we develop the new rational global Arnoldi method which is considered as an alternative to the rational block Arnoldi process. We define the projection in the global sense, and apply this method to extract reduced order models that are close to the large original ones. Some new properties and applications are also presented. In chapter 4 of this thesis, we consider the extended block and global Arnoldi methods. We give some new algebraic properties and use them for approaching the firt moments and Markov parameters in moment matching methods for model reduction techniques. In chapter 5, we consider the method of balanced truncation for model reduction. This process is based on the soluytions of two major algebraic equations : Lyapunov equations when the system is stable or Riccati equations when the system is unstable. Since these equations are of large sizes, we will apply the rational block Arnoldi method for solving these equations. In chapter 6, we introduce a new method based on a new subspace called the extended-rational Krylov subspace. We introduce the extended-rational Krylov method which will be used for model reduction in large-scale dynamical systems.

L'étude numérique est un outil de recherche qui est devenu incontournable, en particulier pour la compréhension et le contrôle des systèmes complexes. La simulation des plasmas de fusion par confinement magnétique s'inscrit parfaitement dans cette démarche. Les larges rapports d'échelle en temps et espace, la nature chaotique des plasmas et les très fortes anisotropies imposent l'utilisation de méthodes numériques avancées. C'est dans ce cadre que les deux volets de ma thèse s'inscrivent.Le premier volet est l’originalité de ma thèse, la mise en place la méthode PoPe, une procédure générale de vérification de codes et réduction de modèles. Le principe de cette méthode est de déterminer les équations qui ont permis de générer un ensemble de données : si les données sont issues d'un code de simulation, retrouver ces équations et les comparer au modèle théoriquement implémenté est équivalent à vérifier le code. La précision de la procédure permet de caractériser l'erreur commise jusqu'à retrouver l'ordre des schémas numériques employés, même en régime chaotique.Le second volet de ma thèse se consacre à l’étude du transport turbulent qui détermine la performance des plasmas de fusion. L’étude du transport sous forme d’avalanches dans un modèle de bord fluide est entreprise en quantifiant l’impact du chaos sur l’auto-organisation. Pour un modèle cinétique restreint aux instabilités basse fréquence, la capacité de se bloquer dans deux régimes exclusifs, l’un isolant, l’autre conducteur, est étudiée. Ce modèle est amélioré pour permettre des relaxations entre ces deux états. Pour ces modèles fluide et cinétique, des modèles réduits obtenus avec la méthode PoPe sont proposés. / Numerical analysis is now a key component of research, especially for the understanding and the control of complex systems. Simulations of magnetic confinement plasmas fall within this approach. One of the difficulties of this field is the wide range of spatial scales, time scales, the chaotic nature of plasmas and the strong anisotropies require advanced numerical methods. Each of the two parts of my thesis takes place in this frame of numerical simulation and fusion plasmas.The first part of my thesis is dedicated to the method PoPe, a general method for code verification and model reduction. The principle of this method is to determine the equations which have generated a set of data. If the data was produced by a simulation tool, finding these equations and comparing them to the ones theoretically implemented is equivalent to verifying this simulation tool. The accuracy of this procedure allows to characterize the numerical error and to recover the order of each numerical scheme used.The second part of my thesis deals with the study of turbulent transport which determines the efficiency of fusion plasma. The chaotic avalanches of a fluid model are studied considering the impact of the chaos on the self-organization. For a kinetic model restricted to the low frequency instabilities, the ability to block itself in two regimes, one insulating and the other conducting, is studied. Upgrades of this model are undertaken in order to introduce the possibility of relaxations between the two previous states. For both the fluid and the kinetic model, reduce models are proposed thank to the PoPe method.

Dans le domaine de l'électrotechnique, la simulation numérique permet de s'affranchir d'essais qui peuvent être coûteux ou difficiles à réaliser. La Méthode des Éléments Finis est ainsi devenue une approche de référence dans ce contexte car elle permet d'obtenir des résultats précis sur des systèmes aux géométries complexes. Or, la simulation numérique d’un dispositif électrotechnique peut s’avérer coûteuse en temps de calcul du fait d’un nombre d’inconnues et de pas de temps important, ainsi que de fortes non-linéarités des matériaux ferromagnétiques. Il est alors nécessaire de mettre en œuvre des techniques permettant de réduire les temps de calcul nécessaires à la résolution de tels modèles numériques. Les méthodes de réduction de modèles semblent bien adaptées à ce type de problèmes car elles ont déjà été appliquées avec succès dans de nombreux domaines de l’ingénierie, notamment en mécanique des fluides et du solide. Une première catégorie de méthodes permet de rechercher la solution dans une base réduite afin de diminuer le nombre d’inconnues du modèle numérique. Pour ce type d’approche, les méthodes les plus connues sont la Proper Orthogonal Decomposition, la Proper Generalized Decomposition et la Projection d’Arnoldi. Une seconde catégorie regroupe les approches permettant de réduire le coût de calcul dû aux phénomènes non linéaires, grâce à des méthodes d’interpolation telles que l‘Empirical Interpolation Method et la Gappy POD. Cette thèse CIFRE a ainsi été effectuée dans le cadre du LAMEL (laboratoire commun entre le L2EP et EDF R&D) avec pour but d’identifier et d’implémenter les méthodes de réduction les mieux adaptées à l’électrotechnique. Celles-ci devront être capables de réduire le coût de calcul tout en prenant en compte le mouvement du rotor, les non-linéarités des matériaux ferromagnétiques mais aussi l’environnement électrique et mécanique du dispositif. Enfin, un indicateur évaluant l’erreur commise par le modèle réduit a été développé, offrant ainsi la garantie d’une précision suffisante sur les résultats. / In the electrical engineering field, numerical simulation allows to avoid experiments which can be expensive, difficult to carry out or harmful for the device. In this context, the Finite Element Method has become to be one of the most used approach since it allows to obtain precise results on devices with complex geometries. However, these simulations can be computationally expensive because of a large number of unknowns and time-steps, and of strong nonlinearities of ferromagnetic materials to take into account. Numerical techniques to reduce the computational effort are thus needed. In this context, model order reduction approaches seem well adapted to this kind of problem since they have already been successfully applied to many engineering fields, among others, fluid and solid mechanics. A first class of methods allows to seek the solution in a reduced basis, allowing to dramatically reduce the number of unknowns of the numerical model. The most famous technics are probably the Proper Orthogonal Decomposition, the Proper Generalized Decomposition and the Arnoldi Projection. The second class of approaches consists of methods allowing to reduce the computational cost associated to nonlinearities, using interpolation methods like the Empirical Interpolation Method and the Gappy POD. This Ph.D. has been done within the LAMEL, the joint laboratory between the L2EP and EDF R&D, in order to identify and implement the model order reduction methods which are the most adapted to electrical engineering models. These methods are expected to reduce the computational cost while taking into account the motion of an electrical machine rotor, the nonlinearities of the ferromagnetic materials and also the mechanical and electrical environment of the device. Finally, an error indicator which evaluates the error introduced by the reduction technic has been developed, in order to guarantee the accuracy of the results obtained with the reduced model.

Dans le dimensionnement des lanceurs spatiaux, la maîtrise de l'amortissement est une problématique majeure. Faute d'essais sur structure réelle très couteux avant la phase finale de qualification, la modélisation de l'amortissement peut conduire à un sur-dimensionnement de la structure alors que le but recherché est de diminuer le coût du lancement d'une fusée tout en garantissant le confort vibratoire de la charge utile.Nos contributions sont les suivantes. Premièrement, une méthode de prédiction par le calcul des niveaux vibratoires dans les structures de lanceurs en utilisant une stratégie d'essais virtuels qui permet de prédire les amortissements en basses fréquences, est proposée. Cette méthode est basée sur l'utilisation de méta-modèles construits à partir de plans d'expériences numériques à l'aide de modèles détaillés des liaisons. Ces méta-modèles peuvent être obtenus grâce à des calculs spécifiques utilisant une résolution 3D par éléments finis avec prise en compte du contact. En utilisant ces méta-modèles, l'amortissement modal dans un cycle de vibration peut être calculé comme étant le ratio entre l'énergie dissipée et l'énergie de déformation. L'approche utilisée donne une approximation précise et peu coûteuse de la solution. Le calcul non-linéaire global qui est inaccessible pour les structures complexes est rendu accessible en utilisant l'approche virtuelle basées sur les abaques.Deuxièmement, une validation des essais virtuels sur la structure du lanceur Ariane 5 a été élaborée en tenant compte des liaisons boulonnées entre les étages afin d'illustrer l'approche proposée. Lorsque la matrice d'amortissement généralisé n'est pas diagonale (car des dissipations localisées), ces méthodes modales ne permettent pas de calculer ou d'estimer les termes d'amortissement généralisé extra-diagonaux. La problématique posée est alors la quantification de l'erreur commise lorsque l'on néglige les termes extra-diagonaux dans le calcul des niveaux vibratoires ; avec un bon ratio précision / coût de calcul.Troisièmement, la validité de l'hypothèse de diagonalité de la matrice d'amortissement généralisée a été examinée et une méthode très peu coûteuse de quantification a posteriori de l'erreur d'estimation de l'amortissement modal par la méthodes des perturbations a été proposée.Finalement, la dernière contribution de cette thèse est la proposition d'un outil d'aide à la décision qui permet de quantifier l'impact des méconnaissances sur l'amortissement dans les liaisons sur le comportement global des lanceurs via l'utilisation de la méthode info-gap. / In the dimensioning of space launchers, controlling depreciation is a major problem. In the absence of very expensive real structural tests before the final qualification phase, damping modeling can lead to over-sizing of the structure while the aim is to reduce the cost of launching a rocket while guaranteeing the vibratory comfort of the payload.[...]

Le crissement de frein est une nuisance sonore classique dans l'automobile. L'augmentation des coefficients de friction et la réduction de la masse mènent aujourd'hui à de hauts niveaux vibratoires dans les fréquences auditives, et ces problèmes de qualité se traduisent par des pénalités économiques aux équipementiers, bien qu'il n'existe pas de méthode robuste de conception. La pratique industrielle repose donc sur de coûteuses phases de prototypage et d'ajustement. L'évolution de la puissance de calcul permet le calcul de grands assemblages mécaniques mais les études vibratoires non-linéaires restent généralement hors de portée. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de fournir, dès les phases de conception, des outils de conception numérique d'aide à la résolution du crissement. Une méthode de réduction paramétrée utilisant comme base de Rayleigh-Ritz les modes réels du système assemblé permet la génération de modèles réduits très compacts, avec modes réels exacts. La méthode proposée d'ajustement des modes de composants utilise les modes libres de composants comme degrés de liberté explicites. L'étude des sensibilités et la réanalyse d'un assemblage en fonction de modifications à l'échelle d'un composant deviennent possibles. Les études temporelles non-linéaires sont rendues possibles par deux développements. Un schéma de Newmark non-linéaire modifié et un Jacobien fixe adapté aux vibrations de contact sont introduits. Le frein est réduit en un superélément avec modes réels exacts et une zone non réduite au niveau du contact. Un ensemble d'outils de conception est illustré sur un modèle industriel de frein. La stabilité instantanée et les trajectoires de modes complexes sont étudiées. Les interactions modales et les phénomènes non-linéaires au sein des cycles limites sont alors mieux compris. Des corrélations temps/fréquence sont obtenues par l'identification modale instantanée et une décomposition espace-temps. La grande utilité d'un modèle temporel d'amortissement modal est illustrée. Enfin, la modification d'un composant critique au crissement est testée et validée.