PDE and applications seminar | Metz

Le système de Vlasov-Navier-Stokes est un couplage fluide/cinétique décrivant l’évolution d’un aérosol au sein d’un fluide. Dans le contexte de l’aérosolthérapie, l’absorption est la condition aux bords la plus adéquate pour la phase dispersée, en raison de la présence de mucus sur les voies aériennes pulmonaires. En gardant ce cadre applicatif à l’esprit, on s’interrogera sur la possibilité de récupérer cette condition au bord par l’étude du même système dans tout l’espace, dans une limite (localisée) de grande viscosité, en utilisant la théorie des traces renormalisées de Boyer-Mischler pour les équations de transport.

L’interpolation et l’approximation de fonctions définies sur la sphère sont des questions classiques en analyse harmonique et en analyse numérique.
Elles interviennent de façon essentielle dans de nombreux domaines en physique et en chimie: climatologie sur la sphère terrestre, chimie quantique, neutronique, analyse des données sur la sphère, etc.
On présente ici un algorithme de calcul en harmoniques sphériques associé à une grille sphérique particulière, la “Cubed Sphere” équiangulaire.
Différentes applications seront également présentées, dont des formules de quadrature sphériques.

Il s’agit d’un travail avec Jean-Baptiste Bellet et Matthieu Brachet.

Le système de Vlasov-Navier-Stokes est un couplage fluide/cinétique décrivant l’évolution d’un aérosol au sein d’un fluide. Dans le contexte de l’aérosolthérapie, l’absorption est la condition aux bords la plus adéquate pour la phase dispersée, en raison de la présence de mucus sur les voies aériennes pulmonaires. En gardant ce cadre applicatif à l’esprit, on s’interrogera sur la possibilité de récupérer cette condition au bord par l’étude du même système dans tout l’espace, dans une limite (localisée) de grande viscosité, en utilisant la théorie des traces renormalisées de Boyer-Mischler pour les équations de transport.

We are discussing the weak solvability of the fourth-order elliptic problems with variable exponents. When dealing with variable exponent problems, we can cover situations that cannot occur when treating constant exponent problems. Here we consider nonhomogeneous differential operators that extend the p(x)-biharmonic operators and we work on a class of general domains that includes both smooth and non-smooth domains.

We investigate the energy decay of hyperbolic system of wave-wave with generalized acoustic boundary conditions in N-dimensional space, with the equations being coupled through boundary connection. First, by spectrum approach combining with a general criteria of Arendt-Batty, we prove that our model is strongly stable. Then, after proving that this system lacks the exponential stability, we establish different type of polynomial energy decay rates provided that the coefficients of the acoustic boundary conditions satisfy some assumptions. Further, we present some appropriate examples and show that our assumptions have been set correctly. Finally, we prove that the obtained energy decay rate is optimal in particular case.

This is a joint work with Dan Tiba (Institute of Mathematics, Romanian Academy, dan.tiba@imar.ro).
We study the penalized steady Navier-Stokes with Neumann boundary conditions system in a holdall domain, its approximation properties (with error estimates) and the uniqueness of the solution that is obtained in a non standard manner. Numerical tests are presented.

We consider the wave propagation in a periodic structure made of a honeycomb arrangement of thin tubes. We prove the presence of Dirac points (in the dispersion surfaces of the associated operator). In addition, cutting the structure in the Zig Zag direction creates guides modes. Those results are proved by asymtptotic analysis: as the width of the tubes goes to zeros the domain tends to a graph (where explicite computations can be done). This is a joint work with Sonia Fliss (POEMS, Inria-ENSTA-CNRS).

On présente d’abord les notions de base et quelques résultats connus sur les plongements isométriques de régularité faible des variétés riemanniennes dans les espaces euclidiennes en basse dimension, sur leurs deux versants de flexibilité (h-principe) et rigidité, dont quelques résultats récents. En particulier, on note que Borisov, et le suivant, Conti-De Lellis et Székelyhidi, ont démontré la convexité de l’image d’un tel plongement dans ${\mathbb R}^3$ d’une surface sans bord si sa métrique est régulière de classe $C^{2,\beta}$, la courbure est positive, et le plongement est de classe $C^{1,\alpha}$ pour $\alpha>2/3$. On discute la généralisation de ce résultat au cas où la métrique est seulement de classe $C^{1,\alpha}$ et la courbure au sens distributionnel est seulement non-négative. Pour établir cette généralisation, une nouvelle approche moyennant l’étude de l’équation de Monge-Ampère au sens très faible devient nécessaire.

On s’intéresse à un problème de contrôle approché de l’équation de la chaleur par des “formes” : à l’aide d’un terme source donné par la fonction caractéristique d’un ensemble (variable dans le temps, de mesure uniformément bornée), on cherche à emmener la solution près d’un état final donné.

Ces contrôles très particuliers peuvent être vus comme des points extrémaux d’un certain ensemble convexe : or beaucoup de problèmes de contrôle optimal (et d’optimisation en général) ont pour minimiseurs (ou maximiseurs) des points extrémaux. Pour trouver le “bon” problème d’optimisation, on combine la dualité de Fenchel-Rockafellar, qui associe à un problème d’optimisation (dit primal) un problème dit dual, et le principe “de la baignoire”, qui concerne la maximisation sous contraintes d’un produit scalaire. Les contrôles optimaux associés à ce “bon” problème ont alors de bonnes chances d’être des formes, et de répondre ainsi à la question initiale.

La méthode de preuve permet d’étudier plus généralement la question du contrôle d’EDP avec des contraintes sur le contrainte, notamment le phénomène dit “bang-bang” : en dimension finie, il a été souvent observé que les contrôles optimaux (notamment les contrôles en temps minimal) saturent les contraintes qui leur sont imposées, et ont donc une forme plus simple (par exemple, une fonction constante par morceaux en temps). Le phénomène apparaît également en dimension infinie et nous verrons comment l’approche développée pour l’équation de la chaleur permet de l’étudier.

On considère des modèles de théorie quantique des champs décrivant l’évolution d’une particule non-relativiste couplée à un champ quantifié. L’énergie d’un tel système est associée à un opérateur auto-adjoint, un hamiltonien, agissant sur un espace de Hilbert approprié. Dans cet exposé, nous nous intéressons à la minimisation de l’énergie quasi-classique de ce système, c’est-à-dire l’énergie lorsque le champ se trouve dans un état cohérent. Les minimiseurs d’une telle énergie sont appelés états fondamentaux quasi-classiques. Nous verrons que le problème de minimisation peut se réduire à la minimisation d’une fonctionnelle de Hartree, ou d’un système couplé Maxwell-Schrödinger, selon le modèle considéré. Nous montrerons l’existence et l’unicité d’un état fondamental quasi-classique pour ces modèles. Enfin, nous verrons que ces états permettent de décomposer l’énergie fondamentale du modèle en deux parties : une quasi-classique, calculée lors de la minimisation sur les états cohérents, et une autre correspondant à la contribution des états excités.