Laurent    DUMAS
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 Les travaux réalisés ces dernières années portent sur différents problèmes tous issus des sciences de l'ingénieur (automobile, aéronautique, télécommunications, chimie, etc...) ou de la médecine. Ils sont abordés suivant les cas, dans un cadre mathématique abstrait ou appliqué.On peut distinguer principalement cinq grands thèmes:

Thème 1: méthodes d'optimisation globale et applications
Thème 2: turbulence (écoulements diphasiques, méthodes LES)
Thème 3: modèles de billards
Thème 4: homogénéisation d'équations cinétiques
Thème 5: modélisation des polymères semi-cristallins

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Thème 1: méthodes d'optimisation globale et applications

Résumé: De nouvelles méthodes d'optimisations globales plus performantes que celles déjà existante (gradient, BFGS, algorithmes génétiques, ...) ont été développées et appliquées à des problèmes industriels complexes. Parmi ceux-ci ,on peut citer l'exemple de l'optimisation de formes d'une automobile. Dans un tel problème, on cherche à minimiser une certaine fonction coût (par exemple un coefficient aérodynamique) en fonction de variables de contrôle géométriques (par exemple les coordonnées de points définissant le profil d'une automobile). Les contraintes sur ce problème s'expriment à travers les variables aérodynamiques associées (celles-ci doivent vérifier une équation de type Navier Stokes) ou directement sur les points de contrôle. Dans le cadre d'un stage de DEA puis d'une thèse CIFFRE en partenariat avec Peugeot Citroën PSA, un nouveau modèle a été développé (couplant les algorithmes génétiques et les méthodes de descente ainsi qu'une procédure rapide d'évaluation approchée) et validé par des simulation en soufflerie. D'autres applications de ces méthodes hybrides ont déjà été effectuées (optimisation d'un réseau de Bragg avec Alcatel, optimisation d'un compresseur haute pression avec Snecma) ou sont en cours de réalisation (optimisation de la forme d'un stent).
Voir
: page  de présentation PSA/P6 , talk5, talk 6


Thème 2: turbulence (écoulements diphasiques, méthodes LES)

Résumé: le problème des écoulements diphasiques turbulents a été abordé dans un cadre industriel avec les différents partenaires du programme Ariane 5.  Il s'agissait de simuler numériquement  le comportement des propulseurs d'appoint à poudre afin de modéliser les phénomènes de dépôt d'alumine et d'oscillations de poussée. On est en particulier amené à étudier le problème du transport et la diffusion de particules placées dans un écoulement fortement turbulent à petite comme à grande échelle. Pour cela, l'approche retenue a consisté à coupler les deux phases par l'intermédiaire d'un modèle k-epsilon et à développer un modèle stochastique de suivi de particules. Plus récemment, une réflexion a été engagée dans le cadre d'un groupe de travail créé à l'ASCI sur la justification mathématique des méthodes de simulation des grandes échelles (par exemple la détermination du filtre numérique effectif dans de telles méthodes).
Voir: talk1 and talk2 on 2-phase flows


Thème 3: modèles de billards

Résumé: Les problèmes de billard correspondent à l'étude de systèmes dynamiques associés au déplacement de particules ponctuelles se réfléchissant à la surface d'obstacles sphériques disposés périodiquement. Une telle modélisation se retrouve dans de nombreux modèles physiques, en neutronique ou en photonique par exemple. L'objectif principal consiste alors à caractériser un régime asymptotique atteint après de nombreuses collisions à la manière des limites hydrodynamiques. L'approche choisie, différente de celle de l'école russe de Sinaï, est de type EDP et rajoute une irréversibilité initiale au système dynamique en incluant un effet d'accommodation lors de la réflexion sur les obstacles. Moyennant cette hypothèse, des résultats d'approximation par la diffusion ont pu être établis en termes de convergence forte et pour tout réseau d'obstacles (à horizon fini ou non).
Voir: talk3 on billiards, 1er preprint LMENS 95, 2eme preprint LMENS 95

Thème 4: homogénéisation d'équations cinétiques

Résumé: Les phénomènes physiques régnant dans les milieux fortement hétérogènes (matériaux composites, c'ur nucléaire) sont souvent très complexes à caractériser et à simuler numériquement. Afin de déterminer leurs propriétés macroscopiques équivalentes (section efficace en l'occurrence), on recourt aux méthodes d'homogénéisation. Celles-ci consistent à définir précisément les différentes échelles mises en jeu, à modéliser les grandeurs physiques significatives pour chaque échelle puis à en déduire un comportement simplifié au niveau macroscopique. L'ensemble de ces étapes a été étudié pour différentes modélisations du transport de particules à partir de l'équation linéarisée  de Boltzmann-Grad : on montre que pour certains type de sections efficaces (périodiques ou aléatoires), le milieu fortement hétérogène se comporte asymptotiquement de la même façon mais avec des grandeurs caractéristiques moyennées.
Voir: publication SIAM 2000

Thème 5: modélisation des polymères semi-cristallins

Résumé: dans le cadre de l'étude des polymères semi-cristallins (dont un modèle naturel est le fil d'araignée), un travail initialement numérique a été réalisé en collaboration avec Rhône-Poulenc. Il s'agissait dans un premier temps de retrouver le comportement de tels polymères (morphologie, courbe des contraintes) à partir d'un  modèle connu, lorsqu 'on les soumet à une déformation longitudinale à taux constant. L'amélioration de l'algorithme numérique de simulation (se ramenant principalement à un problème de recherche de minimum d'une fonctionnelle fortement non linéaire et à très grand nombre de variables) est actuellement à l'étude ainsi que la dérivation d'un modèle macroscopique asymptotiquement équivalent.