[ca] La formació i evolució d'estructures còsmiques avança a través del col·lapse gravitacional de fluctuacions de densitat primordials, que és un procés no-lineal que dona lloc a l'aparició de la teranyina còsmica i una rica jerarquia d'estructures. A més de la gravetat, molts altres fenòmens associats a la física dels barions estan presents durant aquesta evolució i configuren les propietats físiques i observacionals de galàxies, cúmuls de galàxies i els entorns que habiten. Els processos de formació d'estructures cosmològiques són complexos, en el sentit de ser altament no-lineals, i involucren una àmplia gamma d'escales físiques, fent que les simulacions numèriques esdevinguen una eina indispensable per a la seua comprensió. Els objectius científics d'aquesta Tesi s'han orientat principalment cap a l'estudi numèric de l'assemblatge de cúmuls de galàxies, en primer lloc, i buits còsmics, en segon lloc, com a dos extrems complementaris de l'abast d'estructures còsmiques. En els cúmuls de galàxies, l'agitació del gas a causa de l'acreció i les fusions, juntament amb altres processos, genera dos importants fenòmens hidrodinàmics no-lineals: ones de xoc i turbulència, que tenen un impacte decisiu en les propietats dinàmiques, termodinàmiques i observacionals dels cúmuls. Pel que fa als buits còsmics, malgrat que molt del seu interés prové del seu paper com a entorns pristins per a l'evolució galàctica a causa del seu camp de velocitat majoritàriament sortint, la situació és més complexa en un context cosmològic. Els resultats principals d'aquesta Tesi es poden resumir en quatre línies principals, estretament relacionades. La primera línia de treball ha estat el desenvolupament d'eines numèriques per a l'anàlisi de simulacions cosmològiques de diferents tipus. Els resultats més destacats han sigut vortex, un codi per realitzar una descomposició de Helmholtz-Hodge de camps de velocitat multiresolució, i una nova versió d'ASOHF, un buscador d'halos i galàxies de sobredensitat esfèrica. Ambdós codis s'han posat a disposició de la comunitat científica. La segona línia tracta de l'assemblatge de cúmuls de galàxies, amb dos treballs diferents que exploren l'estudi quantitatiu de les seues històries d'acreció i la determinació de l'estat d'assemblatge dels halos de matèria fosca a partir d'un conjunt d'observables. Un tercer eix d'aquesta Tesi és l'estudi dels fenòmens hidrodinàmics no-lineals esmentats prèviament, incloent-hi la presència de moviments turbulents en el medi intracúmul en connexió amb la seua història d'assemblatge, i les propietats de les ones de xoc d'acreció cosmològiques. Finalment, la quarta línia de treball s'ha dedicat a l'estudi del camp de velocitat en buits còsmics, inclòs el desenvolupament d'un nou mètode per a la seua identificació en simulacions cosmològiques.

[en] The formation and evolution of cosmic structures proceed through the gravitational collapse of primordial density fluctuations, which is a non-linear process that results in the emergence of the cosmic web and a rich hierarchy of structures. Besides gravity, many more phenomena associated with the physics of baryons are at play during this evolution and shape the physical and observational properties of galaxies, galaxy clusters and the environments they inhabit. The processes of cosmological structure formation are complex, in the sense of very non-linear, and involve a wide range of physical scales, making numerical simulations an indispensable tool for their understanding. The scientific goals of this Thesis have been mainly oriented towards the numerical study of the assembly of galaxy clusters, in the first place, and cosmic voids, in the second place, as two complementary ends of the range of cosmic structures. In galaxy clusters, the stirring of the gas due to accretion and mergers, together with other processes, generates two important non-linear hydrodynamic phenomena: shock waves and turbulence, which have a consequential impact on the dynamical, thermodynamical and observational properties of clusters. Regarding cosmic voids, although much of their interest comes from their role as pristine environments for galaxy evolution due to their mostly outflowing velocity field, the situation can be more complex in a cosmological context. The main results of this Thesis can be summarised in four closely intertwined main lines. The first line of work has been the development of numerical tools for the analysis of cosmological simulations of different types. The most salient outputs have been vortex, a code for performing a Helmholtz-Hodge decomposition of multiresolution velocity fields, and a new version of ASOHF, a spherical overdensity halo and galaxy finder. Both codes have been publicly released. The second line concerns the assembly of galaxy clusters, comprising two different works exploring the quantitative study of their accretion histories and the determination of the assembly state of dark matter haloes from a set of observables. A third axis of this Thesis is the study of the previously mentioned non-linear hydrodynamic phenomena, including the presence of turbulent motions in the intracluster medium in connection with its assembly history and the properties of cosmological accretion shock waves. Finally, the fourth line of work has been devoted to the study of the velocity field in cosmic voids, including the development of a new method for their identification in cosmological simulations.