Developpement asymptotique de la solution du probleme de riemann generalise et application au systeme de la dynamique des gaz. Conditions aux limites pour des systemes de lois de conservation. Definition d'une solution faible entropique d'un systeme hyperbolique non lineaire sous forme non conservative. Application des resultats a la dynamique des gaz et a un systeme d'elastodynamique

DEVELOPPEMENT ASYMPTOTIQUE DE LA SOLUTION DU PROBLEME DE RIEMANN GENERALISE ET APPLICATION AU SYSTEME DE LA DYNAMIQUE DES GAZ. CONDITIONS AUX LIMITES POUR DES SYSTEMES DE LOIS DE CONSERVATION. DEFINITION D'UNE SOLUTION FAIBLE ENTROPIQUE D'UN SYSTEME HYPERBOLIQUE NON LINEAIRE SOUS FORME NON CONSERVATIVE. APPLICATION DES RESULTATS A LA DYNAMIQUE DES GAZ ET A UN SYSTEME D'ELASTODYNAMIQUE

LA PREMIERE PARTIE DU TRAVAIL EST CONSACREE A L'ETUDE DES FORMULATIONS MATHEMATIQUES DE PROBLEMES MIXTES POUR DES SYSTEMES HYPERBOLIQUES NON LINEAIRES A UNE VARIABLE D'ESPACE. UN THEOREME D'EXISTENCE ET D'UNICITE EST DONNE DANS LE CAS DU P-SYSTEME. LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DE SCHEMAS NUMERIQUES POUR L'APPROXIMATION DE SYSTEMES HYPERBOLIQUES NON LINEAIRES A DEUX VARIABLES D'ESPACE. UN SCHEMA ADAPTE A LA CAPTURE DES CHOCS OBLIQUES EST PROPOSE. LE TRAVAIL SE TERMINE PAR LA DESCRIPTION RAPIDE D'UN CODE DE CALCUL D'AERODYNAMIQUE SUPERSONIQUE ET PAR LA PRESENTATION DE RESULTATS NUMERIQUES

Cette thèse concerne d'une part l'approximation numérique de systèmes hyperboliques non-linéaires, et d'autre part les applications d'équations de Hamilton-Jacobi. Dans la première partie, on s'est intéressé à l'approximation numérique d'un exemple pathologique de p-système, pour lequel il existe des solutions périodiques en x et t, qui comportent de grands pics localisés près du centre d'ondes de compression centrées. Sur ce problème -et sur les équations d'Euler- nous avons testé les schémas de relaxation avec deux relaxations différentes, nous avons comparé systématiquement les résultats numériques avec les autres schémas classiques d'ordre élevé (supérieur ou égal à deux). Dans la deuxième partie, on a généralisé l'approche par ensemble de niveau à la Osher-Sethian pour la génération de maillage. Pour l'équation eikonale usuelle, on engendre ainsi la famille de courbes ct = {x ; d(x, co) = t}. L'idée est de faire avancer les points à vitesse Riemannienne constante sur le graphe d'une approximation d'une fonction z de manière à resserrer leurs projections dans la région où ce graphe est "raide". On étudie l'équation de Hamilton-Jacobi anisotrope sous-jacente ainsi que le problème stationnaire associé. Nous proposons des schémas, présentons et discutons des résultats numériques sur la génération de maillages et la détections de contours

On s'intéresse dans cette thèse à l'étude des systèmes hyperboliques de lois de conservation non-linéaires avec termes sources. D'un point de vue théorique, on commence par étudier le problème de Riemann généralisé. Ensuite, on montre qu'une condition suffisante de convergence des approximations visqueuses pour une loi scalaire non-homogène est d'assurer une estimation uniforme en amplitude. Le problème est plus délicat pour un système. L'étude des discrétisations implicites d'une loi scalaire générale montre qu'il existe des conditions de type CFL pour garantir l'invisibilité du schéma et prévenir l'apparition d'oscillations parasites dans la solution numérique. On introduit ensuite un schéma "well-balanced" au sens de Greenberg et Leroux convergeant vers la solution entropique dans le cas scalaire. L'extension aux systèmes généraux se fait par le biais d'une reformulation des termes sources en produits non-conservatifs. On calcule alors une linéarisée de type Roe pour les équations d'Euler non-homogènes. Par souci de robustesse, on dérive aussi un schéma de type "décomposition de flux" non-conservatif permettant d'approcher des systèmes variés et consistant avec les limites relaxées. Des tests sont aussi effectués en régime résonant et pour des problèmes diphasiques simplifiés bidimensionnels.

Dans ce travail, on s’intéresse à plusieurs aspects de l’approximation numérique des systèmes hyperboliques de lois de conservation. La première partie est dédiée à la construction de schémas dordre élevé sur des maillages 2D non structurés. On développe une nouvelle technique de reconstruction de gradients basée sur l’écriture de deux schémas MUSCL sur deux maillages imbriqués. Cette procédure augmente le nombre d’inconnues numériques, mais permet d’approcher la solution avec une grande précision. Dans la deuxième partie, on étudie la stabilité des schémas d’ordre élevé. On montre dans un premier temps que les inégalités d’entropie discrètes usuelles vérifiées par les schémas d’ordre élevé ne sont pas pertinentes pour assurer le bon comportement dans le régime de convergence. On propose alors une extension des techniques de limitation a posteriori pour forcer la vérification des inégalités d’entropie discrètes requises. Dans la dernière partie, on s’intéresse à la construction de schémas well-balanced pour le modèle de Saint- Venant, le modèle de Ripa et les équations d’Euler avec gravité. On propose plusieurs stratégies permettant d’obtenir des schémas numériques capables de préserver tous les régimes stationnaires au repos. On développe également des extensions d’ordre élevé.

Dans ce travail de thèse sont étudiés des problèmes mathématiques (théorie et approximation) issus de la théorie de la dynamique des gaz compressibles et modélisés par les équations d'Euler. L'approximation numérique de ces problèmes physiques a nécessite une étude détaillée de quelques problèmes de conditions aux limites. Les approximations numériques obtenues sont basées sur la methode des volumes finis, qui nous a semble la mieux adaptée pour la discrétisation des systèmes hyperboliques de lois de conservation en général. La convergence de la methode des volumes finis est obtenue pour les problèmes de lois de conservation scalaires avec des conditions aux limites, a l'aide d'unicité dans l'espace des solutions mesures