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Estimateur d'erreurs et construction de métriques

Participants : Manolo Castro-Diaz (projet Menusin), Frédéric Hecht, Bijan Mohammadi (projet M3N), Rachid Ouachtaoui

Mots-clés : estimation a posteriori, métrique

Les outils de maillage dont nous disposons, reposent sur la connaissance d'un champ de matrices tex2html_wrap_inline458 symétriques positives en tous points de l'espace que nous appelons métrique. Cette métrique définit un espace riemannien, où la longueur l d'une courbe tex2html_wrap_inline462 est donnée par tex2html_wrap_inline464 . Les mailleurs construisent des maillages tels que les longueurs d'arêtes soient le plus proche possible de l'unité.

La première idée pour construire cette métrique, est d'équi-répartir l'erreur d'interpolation de la solution u du problème.

Pour une méthode d'éléments finis tex2html_wrap_inline468 et pour la norme tex2html_wrap_inline470 , la métrique définie par

displaymath472

équi-répartit l'erreur à niveau constant égale à tex2html_wrap_inline474 . La valeur absolue |A| d'une matrice symétrique A est la matrice symétrique positive qui a les mêmes vecteurs propres que A, et qui a pour valeurs propres, les valeurs absolues des valeurs propres de A (i.e. tex2html_wrap_inline484 ).

Castro Diaz a montré comment construire des métriques pour d'autres types d'interpolation ( tex2html_wrap_inline486 ,..), ou d'autres normes ( tex2html_wrap_inline488 , energie, ...)

Ces idées donnent de bons résultats dans les cas scalaires (une inconnue) mais généralement les vrais problèmes sont vectoriels. D'où l'idée de construire une métrique par inconnue et de trouver une nouvelle métrique telle que la boule unité en tout point soit contenue dans les boules unités de chaque inconnue.

Une fois appliquée cette technique, le problème est de choisir les dimensions pour chaque variable, c'est à dire d'adimensionner ces variables.

De plus, il est facile d'ajouter d'autres contraintes dans la construction des métriques, telle qu'imposer le nombre de pas dans l'épaisseur de la couche limite, de prendre en compte la géométrie (les rayons de courbures).

Dans de nombreux cas, travailler avec une norme, ne nous donne qu'une erreur globale, ce qui n'est pas suffisant quand les solutions des problèmes varient de plusieurs ordres de grandeur. Il est préférable alors travailler avec une erreur relatives tex2html_wrap_inline490 définie par

displaymath492

ou tex2html_wrap_inline494 est l'opérateur d'interpolation des éléments finis tex2html_wrap_inline468 , et ou troncature est un nombre positif pour éviter de diviser par zéro. La métrique définie par

displaymath500

équi-répartit l'erreur relative à un niveau constant de tex2html_wrap_inline474 .

Les deux figures 1 montrent les différences entre ces deux types d'erreurs.

=by 8 by 10 by 3

=by 8 by 10 by 5

  figure228
Figure 1:   Vue partielle d'une adaptation après un calcul d'écoulement derrière une marche. Les premiere et seconde recirculations sont correctement identifiées avec le critère relatif alors que la seconde recirculation n'est pas capturée avec le critère d'erreur globale.



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