Thèse soutenue

Résolution directe rapide pour les éléments finis de frontière en électromagnétisme et acoustique : ℋ-Matrices. Parallélisme et applications industrielles
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Auteur / Autrice : Benoît Lizé
Direction : Olivier Lafitte
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mathématiques
Date : Soutenance le 17/06/2014
Etablissement(s) : Paris 13
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Analyse, géométrie et applications (LAGA) (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
Entreprise : Airbus Industrie
Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Nédélec
Examinateurs / Examinatrices : Luc Giraud, Laurence Halpern, Guillaume Sylvand
Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Darve, Laurent Demanet

Mots clés

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Mots clés libres

Résumé

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La méthode des éléments finis de frontière (BEM) requiert la résolution de systèmes linéaires pleins, mal conditionnés de grande dimension avec un nombre imp ortant de seconds membres ; la difficulté de résolution est le principal obstacle pratique à son utilisation. Une matrice hiérarchique (ℋ-Matrice) est un format de stockage hiérarchique, creux et approché de matrices dont la manipulation permet la réalisation d’un solveur linéaire direct avec une complexité asymptotique en O(N log α2 (N)) en espace et en temps. On s’intéresse aux ℋ-Matrices pour les BEM, avec l’évaluation et la mise en œuvre des ℋ-Matrices sur des cas académiques et industriels complexes d’une part ; et la parallélisation efficace de ces algorithmes d’autre part. Une étude paramétrique rigoureuse et détaillée sur des cas modèles et industriels est présentée. On précise le domaine d’application des ℋ-Matrices pour les BEM, donne des recommendations sur les paramètres des algorithmes, et décrit des optimisations réalisables. Nous montrons la pertinence des ℋMatrices en termes de précision et temps de calcul, en comparaison avec un solveur direct classique et avec un solveur itératif basé sur la méthode multipôle rapide. La parallélisation des algorithmes, en mémoire partagée puis distribuée, repose sur l’expression des calculs sous forme de graphes de tâches composables, dont l’ordonnancement est effectué dynamiquement à l’aide d’un moteur d’exécution. Nous donnons une expression permettant de contrôler la granularité des opérations au travers d’une coupe paramétrable des ℋ-Matrices, et exposons diverses optimisations et extensions de ce formalisme. Une efficacité parallèle quasi-optimale est obtenue en mémoire partagée, ainsi que des résultats prometteurs en mémoire distribuée.