Physical theories and numeral computation : studies and consequences of discrete mechanics

Avec le développement des ordinateurs, la résolution numérique des équations de la physique est devenue un outil de calcul puissant pour établir des prédictions physiques. Mais le recours au calcul numérique entraîne des changements plus profonds pour les théories physiques. Le but de cette thèse est de montrer que le calcul numérique sur machine conduit à une véritable reformulation des théories physiques. Les lois et les principes fondamentaux formulés à l'aide d'équations différentielles sont reformulés de manière discrète. Pour cela, je me concentre sur le cas d'une théorie physique: la mécanique classique. Je montre que depuis les années 1980 une mécanique discrète a été développée. J'analyse cette approche et j'examine en particulier ce qu'elle nous apprend sur la représentation du temps comme continu dans les théories physiques. Dans une première partie, j'examine la résolution numérique sur machine en tant qu'outil pour la prédiction quantitative en physique. Je montre la nécessité pour les scientifiques d'y recourir et je propose une analyse des concepts fondamentaux de ce type de résolution. Dans une deuxième partie, j'examine dans quelle mesure le calcul numérique est un élément constitutif des théories physiques. Je défends la thèse selon laquelle la mécanique discrète est une nouvelle théorie du mouvement classique. Dans une troisième partie, je soutiens une thèse sur la représentation du temps comme continu dans les théories physiques. C'est une représentation dont les scientifiques peuvent se passer. J'examine ensuite en quel sens la représentation traditionnelle du temps comme continu est plus simple que la représentation discrète.The numerical computation of the solutions of equations in physical theories enables scientists to make powerful predictions. But numerical computation also challenges physical theories in a more fundamental way. The aim of this dissertation is to show how numerical computation leads to a reformulation of physical theories. Fundamental laws and first principles usually formulated with differential equations are reformulated with discrete equations. To fulfill this goal, I focus on the case of classical mechanics. I study a discrete approach called discrete mechanics developed since the 1980's and I discuss its consequences on the usual continuous representation of time in physics. First, I study numerical computation as a means to make predictions in physics. The fundamental concepts of exact and numerical computations of differential equations are discussed. In the second part, I examine how numerical computation changes the fundamental principles of physical theories. I claim that discrete mechanics has to be considered as a new theory of classical motion. In a third part, I investigate the consequences of discrete mechanics on the continuous representation of time in physics. I claim that physicists do not have to necessarily represent time as continuous in their theories. The discrete representation is another possible choice. Finally, I compare the continuous representation of time and the discrete one according to criteria of simplicity