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Dans les domaines mathématique ou applicatif, la multiplication de nombres possède un rôle clef pour le Calcul. En Science et en Ingénierie, la nonlinéarité offre de grands défis de modélisation mais aussi de résolution. Notre approche vise, via la multiplication, l'étude de certains phénomènes non linéaires que l'on retrouve fréquemment dans le domaine de la Science et de l'Industrie. Pour cela, nous étudions dans cette thèse la multiplication de nombres multidimensionnels, associée à des structures algébriques en dimension finie appelées algèbres hypercomplexes. Nous utilisons la multiplication comme lien entre les divisions apparentes des différents domaines théorique et pratique que nous abordons par une approche transdisciplinaire. Nous effectuons une analyse comparative entre les algèbres hypercomplexes et les principaux outils de Calcul, approche qui n’est pas développée dans la littérature existante. Nous présentons une synthèse des applications existantes (par ex. robotique, modélisation 3D, électromagnétisme) et des principaux avantages des algèbres hypercomplexes, pour la Science et l’Ingénierie. A partir des conséquences de l’utilisation des structures alternatives (autres que réelles ou complexes), nous proposons une extension nouvelle de la théorie spectrale présentée sous le nom de couplage spectral. Grâce aux algèbres hypercomplexes et à la théorie du couplage spectral, nous présentons des applications inédites à la mécanique et à la chimie ainsi que des perspectives pour le domaine du calcul quantique. Pour les domaines d’applications présentés, existants ou inédits, nous étudions les aspects de modélisation théorique et aussi d’analyse numérique. Nous montrons que suivant les cas d'étude, les aspects numériques avantageux découlent d'un choix judicieux des modèles et des algèbres hypercomplexes associées. Ces avantages sont principalement dus à la manière de définir la multiplication dans les algèbres concernées. Dans les domaines applicatifs abordés, une grande partie des modèles théoriques et numériques repose actuellement sur l’utilisation des nombres réels ou complexes ainsi que sur l’algèbre linéaire. Nous montrons dans cette thèse que les algèbres hypercomplexes sont complémentaires des outils algébriques actuellement utilisés et possèdent un vaste potentiel théorique et pratique, grandement sous-exploité pour le Calcul.

Jury :

Mme Françoise CHATELIN (Université Toulouse 1 Capitole)  Directeur de thèse
M. Mario ARIOLI (Università LUM Jean Monnet, Casamassima, Bari, Italy)  Rapporteur
M. Serge PETITON (Université des Sciences et Technologies de Lille)  Rapporteur
Mme Bénédicte ALZIARYCHASSAT (IMT-CEREMATH Université Toulouse 1 Capitole)  Examinateur
M. Philippe RICOUX (MIT, ex TOTAL SA Direction Scientifique, Fellow du Groupe TOTAL)  Invité