ED Mathématiques et Informatique
Méthodes de décomposition de domaine non-linéaires: analyse et applications industrielles
par El Mehdi ETTAOUCHI (Institut national de recherche en informatique et en automatique - Bordeaux - Sud-Ouest)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - amphi 2, bâtiment Azur d'EDF R&D Paris-Saclay 7 bd Gaspard Monge, 91120 Palaiseau
devant le jury composé de
- Luc GIRAUD - Directeur de recherche - Inria - Directeur de these
- Victorita DOLEAN - Professeure - TU Eindhoven - Examinateur
- Nicole SPILLANE - Chargée de recherche - CNRS, CMAP - Examinateur
- Carola KRUSE - Chercheuse senior - CERFACS - CoDirecteur de these
- Pierre GOSSELET - Professeur - Université de Lille - Examinateur
- Augustin PARRET-FRéAUD - Ingénieur de recherche - Safran - Examinateur
- Martin GANDER - Professeur - Université de Genève - Rapporteur
- Félix KWOK - Professeur - Université Laval - Rapporteur
Cette thèse porte sur la conception, l'analyse et l'implémentation haute performance de solveurs non-linéaires parallèles pour des équations aux dérivées partielles non-linéaires discrétisées à grande échelle. Ces problèmes conduisent à de grands systèmes non-linéaires dont le coût est dominé par les linéarisations successives et les résolutions de type Krylov. Comme la décomposition de domaine linéaire n'atteint pas une efficacité parallèle parfaite à grande échelle, son surcoût est payé à chaque itération non-linéaire, ce qui motive des méthodes agissant directement sur la boucle de convergence non-linéaire. Nous développons des préconditionneurs non-linéaires par décomposition de domaine pour la méthode de Newton, en mettant l'accent sur l'approche RASPEN et sa variante sous-structurée SRASPEN. Nous développons une analyse théorique qui met en évidence la manière dont les corrections non-linéaires sur sous-domaines concentrent la non-linéarité sur l'interface et améliorent les propriétés de contraction de l'itération de Newton. Nous introduisons ensuite un préconditionnement non-linéaire à deux niveaux via une correction grossière algébrique calculée par une itération non linéaire de sous-espace. Nous nous focalisons sur une approche multiplicative, en identifiant des conditions sur l'espace grossier qui améliorent des propriétés spectrales favorables de la matrice jacobienne initiale à deux niveaux. Des constructions pratiques sont obtenues à partir de problèmes locaux de valeurs singulières posés sur les interfaces des sous-domaines recouvrants, conduisant à des espaces grossiers guidés par la propagation de l'erreur ou par le conditionnement de la matrice Jacobienne. Une contribution majeure est l'implémentation entièrement parallèle dans la classe solveur de Code_Aster, évaluée sur des discrétisations fines et sur un grand nombre de processeurs. L'approche est validée principalement sur des configurations d'écoulement non saturé diphasique à deux composants en milieu poreux, au cœur des simulations thermo-hydro-mécaniques pour des études à l'échelle d'un stockage. Comme cas d'intérêt complémentaire, elle est également évaluée sur des simulations à grande échelle d'élasto-visco-plasticité, confirmant sa capacité à rendre plus robuste la simulation et à réduire les coûts de calcul.
ED Sciences Chimiques
Des dispersions d'ionomère et suspensions de noir de carbone aux encres catalytiques : formulation, structure et rhéologie pour la fabrication d'électrodes de piles à combustible
par Jackie BURGHART (Laboratoire du Futur)
Cette soutenance a lieu à 9h30 - Amphithéâtre F ENSEIRB-MATMECA 1 Avenue du Dr Albert Schweitzer 33402 Talence
devant le jury composé de
- Yaocihuatl MEDINA-GONZALEZ - Directrice de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Martine MEIRELES - Directrice de recherche - Université de Toulouse - Rapporteur
- Arnaud MORIN - Directeur de recherche - CEA-Liten - Rapporteur
- Stéphane CHEVALIER - Maître de conférences - Université de Bordeaux - Examinateur
Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons sont des technologies clés pour la transition énergétique, notamment dans le secteur des transports. La performance de ces dispositifs dépend fortement de la qualité des électrodes, et en particulier de la couche catalytique, obtenue par dépôt d'une encre catalytique complexe. Malgré les avancées récentes, la compréhension de liens entre formulation, structuration multi-échelle et rhéologie des encres catalytiques demeure incomplète, limitant l'optimisation rationnelle des procédés de fabrication. Cette thèse vise à élucider les mécanismes physico-chimiques gouvernant la structuration et le comportement rhéologique de ces encres. L'approche adoptée repose sur l'étude progressive des principaux constituants des encres : un ionomère et un noir de carbone, analysés séparément puis en combinaison dans une gamme de solvants. Des techniques complémentaires de caractérisation structurale (diffusion des rayons X aux petits angles, diffusion dynamique de la lumière, cryo-microscopie électronique en transmission, microscopie, rhéo-microscopie), d'adsorption et de rhéologie ont été mobilisées pour explorer l'influence des paramètres de formulation (solvant, concentration, ratio ionomère / noir de carbone, protocoles de préparation) sur la structuration interne et les propriétés d'écoulement. L'étude des dispersions d'ionomère a révélé l'impact du solvant, de la concentration et du traitement thermique sur la formation d'agrégats et d'agglomérats, ainsi que sur la dynamique de structuration, avec des conséquences directes sur la viscosité. L'approche adoptée a également permis de montrer, pour les suspensions de noir de carbone, le rôle du solvant et de la concentration dans la formation de réseaux percolants et la modulation du seuil d'écoulement, ainsi qu'une forte sensibilité à l'histoire de cisaillement. L'analyse des encres catalytiques complètes a montré que l'ajout d'ionomère module la dispersion du noir de carbone et contrôle, au-delà d'un certain seuil, la rhéologie du système. Les études d'adsorption ont mis en lumière le double rôle de l'ionomère comme dispersant et matrice continue, tandis qu'une première exploration de la cinétique de séchage ouvre des perspectives sur le lien entre formulation et dépôt. Ce travail se distingue par la mise en œuvre d'une approche intégrative et multi-échelle, combinant l'analyse approfondie de la structuration interne et des propriétés d'écoulement des différents composants d'une encre catalytique, étudiés séparément puis conjointement. Cette démarche permet de relier de façon systématique les phénomènes de dispersion, d'agrégation et d'interaction à la rhéologie des encres, offrant ainsi une compréhension nouvelle et globale de ces systèmes. Les connaissances acquises constituent une base pour rationaliser les étapes ultérieures de la fabrication des couches catalytiques et ouvrent la voie à des études futures sur le lien entre rhéologie, microstructure des couches et performances électrochimiques.