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National audience; Nous présentons un algorithme d'inférence variationnelle pour les modèles à blocs stochastiques et à blocs latents pour les graphes creux, qui tire parti de la rareté des arêtes pour passer à l'échelle sur un très grand nombre de noeuds. Cet algorithme est implémenté sous la forme d'un module python, appelé sparsebm, qui peut traiter des graphes comportant des millions de noeuds. Abstract. We present a variational inference algorithm for the Stochastic Block Model and the Latent Block Model for sparse graphs, which leverages on the sparsity of edges to scale up to a very large number of nodes. This algorithm is implemented as a python package, called sparsebm, which can handle graphs with millions of nodes.

The main objective of this thesis is to study the contributions and limitations of two particle- based methods, SPH and LBM, for the simulation of slug flows in pipes. In the petroleum industry, these flow regimes, found for example during the transportation of oil and gas from reservoirs to refinery facilities through pipelines, are highly undesirable because they are known to damage facilities and to reduce flow efficiency. Therefore, it is important to understand its formation. We have implemented both methods, as well as their multiphase variants, and have led a validation and comparison campaign in order to to select the most suited method and to continue with simulations of more applied and realistic cases. The main contributions of this work can summarized in 3 points. First, we had to write the necessary computation codes, validate them and compare the different multiphase formulations available for SPH and LBM. Then, we have developed inlet/outlet boundary conditions adapted to the multiphase context so that we are able to inject fluids with prescribed velocities and let them exit he domain with a given pressure. Finally, we have simulated different academic test cases of slug flows with SPH and LBM and then on applied cases with realistic geometries and air-water like density and viscosity ratios with SPH only.; L’objectif de cette thèse est d’étudier les apports et les limitations de deux méthodes d’origine particulaire, SPH et LBM, dans le cadre de la simulation des écoulements à bouchons dans des conduites. Dans l’industrie pétrolière, ce type d’écoulement, que l’on retrouve par exemple dans les pipelines qui acheminent le pétrole et le gaz jusqu’aux raffineries, est connu pour endommager les installations et pour réduire l’efficacité du transport des fluides. Il est donc important de bien comprendre leur formation. Nous avons donc implémenté ces deux méthodes, ainsi que leurs variantes polyphasiques, et avons mené une campagne de validation et de comparaison afin de sélectionner la méthode la plus adéquate, pour poursuivre ensuite avec des simulations de cas plus appliqués et réalistes. Les contributions présentées se concentrent principalement sur trois axes. Tout d’abord, il a fallu construire les codes de calcul nécéssaires, les valider puis comparer des différentes formulations polyphasiques disponibles pour SPH et LBM. Ensuite, nous avons développé des conditions aux limites d’entrée/sortie adaptées au contexte polyphasique pour être en mesure d’injecter les fluides avec des vitesses imposées et de ler évacuer du domaine avec un pression donnée. Enfin, nous avons simulé différents cas d’écoulements à bouchons académiques avec SPH et LBM, puis sur des cas appliqués avec des géométries réalistes et des ratios de densité et de viscosité de type air/eau avec SPH seulement.

The main objective of this thesis is to study the contributions and limitations of two particle- based methods, SPH and LBM, for the simulation of slug flows in pipes. In the petroleum industry, these flow regimes, found for example during the transportation of oil and gas from reservoirs to refinery facilities through pipelines, are highly undesirable because they are known to damage facilities and to reduce flow efficiency. Therefore, it is important to understand its formation. We have implemented both methods, as well as their multiphase variants, and have led a validation and comparison campaign in order to to select the most suited method and to continue with simulations of more applied and realistic cases. The main contributions of this work can summarized in 3 points. First, we had to write the necessary computation codes, validate them and compare the different multiphase formulations available for SPH and LBM. Then, we have developed inlet/outlet boundary conditions adapted to the multiphase context so that we are able to inject fluids with prescribed velocities and let them exit he domain with a given pressure. Finally, we have simulated different academic test cases of slug flows with SPH and LBM and then on applied cases with realistic geometries and air-water like density and viscosity ratios with SPH only., L’objectif de cette thèse est d’étudier les apports et les limitations de deux méthodes d’origine particulaire, SPH et LBM, dans le cadre de la simulation des écoulements à bouchons dans des conduites. Dans l’industrie pétrolière, ce type d’écoulement, que l’on retrouve par exemple dans les pipelines qui acheminent le pétrole et le gaz jusqu’aux raffineries, est connu pour endommager les installations et pour réduire l’efficacité du transport des fluides. Il est donc important de bien comprendre leur formation. Nous avons donc implémenté ces deux méthodes, ainsi que leurs variantes polyphasiques, et avons mené une campagne de validation et de comparaison afin de sélectionner la méthode la plus adéquate, pour poursuivre ensuite avec des simulations de cas plus appliqués et réalistes. Les contributions présentées se concentrent principalement sur trois axes. Tout d’abord, il a fallu construire les codes de calcul nécéssaires, les valider puis comparer des différentes formulations polyphasiques disponibles pour SPH et LBM. Ensuite, nous avons développé des conditions aux limites d’entrée/sortie adaptées au contexte polyphasique pour être en mesure d’injecter les fluides avec des vitesses imposées et de ler évacuer du domaine avec un pression donnée. Enfin, nous avons simulé différents cas d’écoulements à bouchons académiques avec SPH et LBM, puis sur des cas appliqués avec des géométries réalistes et des ratios de densité et de viscosité de type air/eau avec SPH seulement.

National audience; Nous présentons un modèle statistique basé sur le LBM pour réaliser une recommandation sociale. Le modèle utilise des variables latentes pour modéliser un pro-cessus de manquement de données de type NMAR. Mots-clés. Recommandation sociale, LBM , NMAR Abstract. We present a statistical model based on the LBM for collaborative filtering. The model introduces some latent variables to model the NMAR missing data procesus.

Laser powder bed fusion process (LPBF) offers many advantages for industrials compared to conventional processes: complex shapes, structural lightening, faster prototyping, etc. Unlike other metals already industrially qualified, aluminium alloys still face several difficulties with this process: high optical reflectivity, significant thermical conductivity, crack phenomenon or porosity due to the presence of unmelted alumina. Studies carried out during the thesis focused on improving optical properties of aluminium powders. For this purpose, two strategies were studied. The first is the development of a silicon coating in order to create interferential phenomena to maximize the optical absorption for a specific wavelength (1 064 nm). Model-based work using Mie theory has identified the interest in deposing a silicon coating of 215 nm on the surface of aluminium particles reducing the reflectivity from 96 % to 75 %. The second strategy is the increase of the roughness of aluminium powder with nanoparticles deposit on the surface. The process used is electroless to deposit copper on the powder. The objective here, in addition to a better optical absorption, is the in situ formation of a new Al–Cu alloy during the process. After copper deposition (4 %wt), the absorption of the powder at 1 064 nm is improved by 70 %. Finally, laser melting tests of the AlSi12 powder coated by 4 %wt of copper were performed to evaluate the impact of the coating on the energy density to print dense parts. Results showed a reduction of the necessary energy density with respect to literature data for other Al-Cu alloys. However, due to differences in stoechiometry, such an improvement cannot be unambiguously assigned to a better optical absorption., Le procédé de fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre (LBM) propose de nombreux avantages pour beaucoup de secteurs industriels par rapport à d’autres procédés conventionnels : formes complexes, allégement structural, temps de fabrication plus rapide, etc. Contrairement à de nombreux alliages déjà qualifiés industriellement, les alliages d’aluminium demeurent encore pénalisés lors de la mise en oeuvre avec ce procédé : réflectivité optique élevée, conductivité thermique importante, phénomène de fissuration ou encore porosité liée à la présence d’alumine non fondue. Les travaux réalisés au cours de cette thèse se sont portés sur l’amélioration des propriétés optiques des poudres d’aluminium par une approche de nanostructuration de la surface des particules. Pour cela, deux voies de fonctionnalisation des poudres ont été étudiées. La première s’est portée sur la réalisation de revêtements uniformes de silicium créant alors des phénomènes interférentiels et permettant de maximiser l’absorption optique à une longueur d’onde précise qui correspond à celle des lasers utilisés en LBM (1 064 nm). Les travaux basés sur un modèle utilisant la théorie de Mie ont permis d’identifier l’intérêt de déposer un revêtement de silicium de 215 nm augmentant ainsi l’absorbance d’une particule d’aluminium de 4 % à 25 %. La seconde solution étudiée est l’augmentation de la rugosité de la poudre d’aluminium par un dépôt en surface de particules nanométriques. Ce procédé a été réalisé par réduction chimique en voie liquide pour déposer du cuivre. L’objectif ici, en plus d’une augmentation de l’absorption optique, est la formation in situ d’un alliage Al–Cu lors du procédé de fusion laser. Après dépôt de cuivre, l’absorption optique de la poudre à 1 064 nm est améliorée de 70 %. Pour terminer, des essais de fusion laser de la poudre d’AlSi12 revêtue de 4 % massique de cuivre ont été réalisés pour étudier l’impact du revêtement sur la densité d’énergie permettant de fabriquer une pièce dense. Il a été constaté une diminution notable de cette densité en comparaison de celle d’autres alliages Al–Cu de la littérature, sans toutefois pouvoir attribuer ce résultat à la seule amélioration de l’absorption optique de la poudre dans la mesure où les alliages sont de stoechiométrie légèrement différente.

The work reported in this thesis consists in a discrete modelling of the backward front propagation of an erosion pipe, as can take place in embankment dams or dikes. Some numerical tools have been developed to this end, based on the coupling between the Discrete Element Method (DEM) and the Lattice Boltzmann Method (LBM) for the representation of the solid and uid phases, respectively. The implementation of DEM follows a standard molecular dynamics approach and the interaction among grains are regulated by unilteral frictional visco-elastic and breakable visco-elastic bonds, in order to take into account a slightly cohesive soil behaviour. The LBM was implemented according to the Multiple Relaxation Time (MRT) scheme along with an interpolated non-slip conditions for moving boundaries, in order to improve the numerical stability of the calculations. The coupling scheme is described along with the criteria for the numerical parameters of the two methods. A representative specimen of a granular soil located at the front of an erosion pipe is first assembled by a \dry" preparation precedure and then tested under fully-saturated conditions and increasing hydraulic load over time. Backward erosion is takes place in the form of clusters of grain being eroded at the erosion front after a degradation of the material due to the breakage of tensile bonds. The other interesting feature that was observed is the creation of arches of compressive force chains. These arches enabled the specimen to maintain a stable or metastable configuration under the increasing hydraulic load.; Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la modélisation discrète de l’évolution régressive du front d’un conduit d’érosion qui peut se produire dans les barrages ou digues en remblai. Des outils numériques ont été développés en se basant sur le couplage entre la méthode des éléments discrets (DEM) et la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) pour la description, respectivement, des phases solide et fluide. L’implémentation de la méthode DEM suit une approche standard de type dynamique moléculaire (DM) et les interactions intergranulaires sont modélisées par des contacts unilatéraux visco-élastiques frottants ou bilatéraux (ponts solides) viscoélastiques, afin de permettre la modélisation d’un sol légèrement cohésif. La méthode LBM est implémentée ici avec des temps de relaxation multiples (MRT) et une condition de rebondissement interpolée pour les frontières solides en mouvement, afin d’améliorer la stabilité numérique des calculs. Le schéma du couplage entre les deux méthodes, ainsi que les critères pour le choix des paramètres numériques des deux méthodes. Pour étudier le phénomène visé, un échantillon représentatif de sol granulaire situé au front d’un conduit d’érosion est d’abord assemblé par une procédure de préparation “à sec”, puis testé dans des conditions saturées sous un chargement hydraulique monotone croissant. L’érosion régressive se produit par amas de grains au niveau du front d’érosion ayant subi au préalable une dégradation due à de nombreuses ruptures de ponts solides en traction. L’autre phénomène important observé est la présence d’arcs associés a` des chaines de forces en compression qui parviennent à maintenir parfois totalement, parfois partiellement l’intégrité du matériau non érodé.

Reducing building energy consumption and estimating the durability of structures are ongoing challenges in the current regulatory framework and construction practice. They suppose a significant increase of the level of detail for simulating the physical phenomena of Civil Engineering to achieve a reliable prediction of structures.Building is the centre of multi-scale, coupled phenomena ranging from the micro (or even nano) to the macro-scale, thus implying complex couplings between materials such as sorption-desorption process which influences the intrinsic properties of matter such as mechanical resistance, mass transfer, thermal conductivity, energy storage or durability.Applied numerical methods allow for the resolution of some of these problems by using multi-grid computing, multi-scale coupling or massive parallelisation in order to substantially reduce the computing time.The present work is intended to evaluate the suitability of the “lattice Boltzmann method” applied to several applications in building physics. This numerical method, said to be “mesoscopic”, starts from the thermodynamic statistical behaviour of a group of fluid particles, mimicking the macroscopic behaviour thanks to a consistent extrapolation across the scales.After having studied the comparative advantages of the method and the oscillatory behaviour it displays under some circumstances, we present - An application to the diffusive properties of cementitious materials during hydration via numerical homogenization and cluster-computing numerical campaign - An application to building energy with the modeling of a solar active wall in forced convection simulated on a graphical processing unit.; Les enjeux de réduction des consommations d’énergie, d’estimation de la durabilité ainsi que l’évolution des pratiques constructives et réglementaires génèrent une augmentation significative du niveau de détail exigé dans la simulation des phénomènes physiques du Génie Civil pour une prédiction fiable du comportement des ouvrages. Le bâtiment est le siège de phénomènes couplés multi-échelles, entre le microscopique (voire le nanoscopique) et le macroscopique, impliquant des études de couplages complexes entre matériaux, à l’instar des phénomènes de sorption-désorption qui influent sur la résistance mécanique, les transferts de masse, la conductivité, le stockage d’énergie ou la durabilité d’un ouvrage. Les méthodes numériques appliquées permettent de résoudre certains de ces problèmes en ayant recours aux techniques de calcul multi-grilles, de couplage multi-échelles ou de parallélisation massive afin de réduire substantiellement les temps de calcul. Dans le présent travail, qui traite de plusieurs simulations ayant trait à la physique du bâtiment, nous nous intéressons à la pertinence d’utilisation de la méthode "Lattice Boltzmann". Il s’agit d’une méthode numérique construite sur une grille – d’où l’appellation de lattice – dite "mésoscopique" qui, à partir d’un raisonnement de thermodynamique statistique sur le comportement d’un groupes de particules microscopiques de fluide, permet d’obtenir une extrapolation consistante vers son comportement macroscopique. Après une étude les avantages comparés de la méthode et sur le comportement oscillatoire qu'elle exhibe dans certaines configurations, on présente :- une application au calcul des propriétés diffusives homogénéisée des matériaux cimentaires en cours d'hydratation, par résolution sur le cluster du LMT.- une application à l'énergétique du bâtiment avec la comportement d'une paroi solaire dynamique, dont le calcul a été porté sur carte graphique afin d'en évaluer le potentiel.

Reducing building energy consumption and estimating the durability of structures are ongoing challenges in the current regulatory framework and construction practice. They suppose a significant increase of the level of detail for simulating the physical phenomena of Civil Engineering to achieve a reliable prediction of structures.Building is the centre of multi-scale, coupled phenomena ranging from the micro (or even nano) to the macro-scale, thus implying complex couplings between materials such as sorption-desorption process which influences the intrinsic properties of matter such as mechanical resistance, mass transfer, thermal conductivity, energy storage or durability.Applied numerical methods allow for the resolution of some of these problems by using multi-grid computing, multi-scale coupling or massive parallelisation in order to substantially reduce the computing time.The present work is intended to evaluate the suitability of the “lattice Boltzmann method” applied to several applications in building physics. This numerical method, said to be “mesoscopic”, starts from the thermodynamic statistical behaviour of a group of fluid particles, mimicking the macroscopic behaviour thanks to a consistent extrapolation across the scales.After having studied the comparative advantages of the method and the oscillatory behaviour it displays under some circumstances, we present - An application to the diffusive properties of cementitious materials during hydration via numerical homogenization and cluster-computing numerical campaign - An application to building energy with the modeling of a solar active wall in forced convection simulated on a graphical processing unit., Les enjeux de réduction des consommations d’énergie, d’estimation de la durabilité ainsi que l’évolution des pratiques constructives et réglementaires génèrent une augmentation significative du niveau de détail exigé dans la simulation des phénomènes physiques du Génie Civil pour une prédiction fiable du comportement des ouvrages. Le bâtiment est le siège de phénomènes couplés multi-échelles, entre le microscopique (voire le nanoscopique) et le macroscopique, impliquant des études de couplages complexes entre matériaux, à l’instar des phénomènes de sorption-désorption qui influent sur la résistance mécanique, les transferts de masse, la conductivité, le stockage d’énergie ou la durabilité d’un ouvrage. Les méthodes numériques appliquées permettent de résoudre certains de ces problèmes en ayant recours aux techniques de calcul multi-grilles, de couplage multi-échelles ou de parallélisation massive afin de réduire substantiellement les temps de calcul. Dans le présent travail, qui traite de plusieurs simulations ayant trait à la physique du bâtiment, nous nous intéressons à la pertinence d’utilisation de la méthode "Lattice Boltzmann". Il s’agit d’une méthode numérique construite sur une grille – d’où l’appellation de lattice – dite "mésoscopique" qui, à partir d’un raisonnement de thermodynamique statistique sur le comportement d’un groupes de particules microscopiques de fluide, permet d’obtenir une extrapolation consistante vers son comportement macroscopique. Après une étude les avantages comparés de la méthode et sur le comportement oscillatoire qu'elle exhibe dans certaines configurations, on présente :- une application au calcul des propriétés diffusives homogénéisée des matériaux cimentaires en cours d'hydratation, par résolution sur le cluster du LMT.- une application à l'énergétique du bâtiment avec la comportement d'une paroi solaire dynamique, dont le calcul a été porté sur carte graphique afin d'en évaluer le potentiel.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Une approche numérique discrète est présentée dans cette contribution afin de modéliser le front régressif d'érosion dans le phénomène de « renard hydraulique» pour les barrages et digues en terre. Les méthodes numériques discrètes DEM et LBM sont utilisées pour reproduire respectivement le comportement du squelette granulaire et du fluide interstitiel dans la région du front d'érosion.

The stability study of differential systems derived from the Navier- Stokes equations consists in analysing the response of the planar linearized system from a disturbance on a flat wave. It cannot account for all possible mechanisms of nonlinear instability. Such non-linear stability analyses were discussed for finite difference of the scalar non-viscous Burger equation. They are based on the analysis in resonant waves, considering a set of waves that form a closed group for the discretized equation. An important conclusion of this work is that some unstable nonlinear mechanisms exist that are beyond the linear analysis, as the focusing mechanism studied and explained using the methods of side band, introduced to initiate instabilities. This approach of resonant waves is extended to non-linear stability analysis for LBM (Lattice Boltzmann Method) methods. We report for the first time a vector equation instead of the scalar Burgers equation, because the LBM method considers a distribution function by discrete speeds. The principle of resonant waves to lattice Boltzmann equations for one-dimensional flow in a compressible and isothermal D1Q3 scheme gives instability maps, in the case of one or more resonant modes , highly dependent upon the initial conditions. The phenomenon of focus has not been obtained in the LBM formulation. Transient growth due to non-normality of operators may exist. They are calculated by a Lagrangian optimization method combined with LBM equations. The principle of resonant waves is extended to a 2D model. We show that the instabilities become dominant., L'étude de stabilité des systèmes différentiels issus des équations de Navier-Stokes consiste à analyser la réponse du système linéarisé à une perturbation en onde plane. Elle ne peut pas rendre compte de tous les mécanismes possibles d'instabilité non linéaire. De telles analyses de stabilité non linéaire ont été abordées pour des discrétisations en différences finies de l'équation scalaire non visqueuse de Burgers. Elles sont basées sur l'analyse en ondes résonantes, en considérant un ensemble d'ondes qui forment un groupe fermé pour l'équation discrétisée. Une conclusion importante de ces travaux est que quelques mécanismes non linéaires instables existent qui échappent à l'analyse linéaire, comme le mécanisme de focalisation étudié et expliqué à l'aide des modes de side band, introduits pour amorcer les instabilités. Cette approche d'ondes résonantes est étendue à l'analyse non linéaire de stabilité pour les méthodes LBM (Lattice Boltzmann Method). Nous présentons pour la première fois une équation vectorielle à la place de l' équation scalaire de Burgers, car la méthode LBM considère une fonction de distribution par vitesses discrètes. L'application du principe des ondes résonantes aux équations de Boltzmann sur réseau pour un écoulement monodimensionnel, compressible et isotherme dans un schéma D1Q3 donne des cartes d'instabilité, dans le cas de 1 ou plusieurs modes résonants, très dépendantes des conditions initiales. Le phénomène de focalisation n'a pas été obtenu dans la formulation LBM. Des croissances transitoires dues à la non-normalité des opérateurs peuvent exister. Elles sont calculées par une méthode d'optimisation Lagrangienne utilisant les équations adjointes de LBM. L'application du principe des ondes résonantes est étendue à un modèle 2D. On montre que les instabilités deviennent prépondérantes.

This thesis is composed of three parts. Firstly a study of LatticeBoltzmann scheme (LBE) is performed. Then Adjoint Lattice Boltzmannscheme (ALBE) is introduced for parameters identification. Finally a new Lattice Boltzmann scheme (BRB) is proposed to model Bérenger's Perfectly Matched Layer (PML) method. The first part introduces and analyzes the LBE method.The second part describes a variational approach for parametersidentification adapted to LBE. A time discrete adjoint method is developed. At first the ALBE method is applied to Stokes' problem andthen to a nonlinear problem. Good results have been obtained in the cases of one or tow unknown parameters.Finally the third part describes an adaptation of PML for LBE. The LBscheme is obtained with 9 discrete velocities. An analysis of reflectedwaves between two one dimensional LB media is performed. It provides us an equivalent for the Fresnel formula for LBE interface. That gives us same ideas to modify the LB scheme at the interface to vanish reflected waves. In the two dimensional case, the same analysis of reflected waves shows the existence of Knudsen modes and transverse waves, which make the analysis more difficult., Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma.La première partie introduit et analyse la méthode.La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus.Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe.