PDE and applications seminar | Nancy

Dans cet exposé nous présenterons des résultats d’existence, d’unicité et de régularité de solution pour certains problèmes elliptiques du second ordre complètement non linéaires. Les opérateurs sont du modèle du p-Laplacien mais ne peuvent pas se mettre sous forme divergente. Les solutions le seront donc dans le sens des solutions de viscosité.  Dans la première partie, notre démarche sera d’abord de prouver l’existence de sous- et sur- solutions de viscosité. Puis, nous montrerons l’existence de solutions de viscosité à l’aide de la méthode de Perron. Nous prouverons l’unicité de la solution et discuterons sa régularité. Dans la deuxième partie, nous considérerons un opérateur symétriquement radiale (un des opérateurs  de Pucci) et prouverons l’existence et l’unicité de solution radiale dans un anneau. Enfin nous donnerons certains résultats récents et perspectives de recherche sur les propriétés de ces équations.

Dans ce travail, nous étudions un problème de contrôle optimal impliquant un modèle simplifié pour la protection d’un champ de culture. Plus précisément, nous considérons une protection sur un champ de culture et cherchons à placer des zones d’intervention, représentées par un contrôle, afin de maximiser la protection sur le champ pendant une période donnée. En utilisant une méthode de relaxation, nous prouvons qu’il existe un contrôle qui maximise la protection et, de plus, ce contrôle doit être de type bang-bang. Par ailleurs, avec des hypothèses supplémentaires sur la géométrie du champ de culture, certains résultats sur la forme de l’intervention optimale sont démontrés en utilisant des résultats de comparaison via les symétrisations de Schwarz et de Steiner. Enfin, des simulations numériques sont réalisées pour illustrer ces résultats.

Je vais présenter un problème d’optimisation à frontière libre analogue au problème de Alt-Caffarelli pour les fonctions biharmoniques. Ce problème apparaît dans différentes questions d’optimisation de forme, dont la minimisation de la trainée d’un obstacle dans un fluide sous contrainte de mesure, la minimisation de la première valeur propre de l’opérateur de Stokes (ou de flambage) dans les domaines du plan, etc.. On s’attend à ce que la frontière libre obtenue soit généralement une union de courbes lisses, pouvant se rejoindre avec un angle d’environ 1.43pi, et je présenterai plusieurs résultats allant dans ce sens.

C’est un travail en collaboration avec Jimmy Lamboley.

More than 50 years ago, Moore predicted that the number of transistors on a microchip doubles every two years. This exponential growth is approaching its physical limit, highlighting the need for alternative computing paradigms. One promising avenue is neuromorphic computing, which aims to emulate the structure and function of the human brain. A key enabling technology is the memristor, a nonlinear resistor with memory. Memristors are capable of mimicking the dynamic conductance behavior of biological synapses, making them well-suited for implementing energy-efficient neural networks.

This talk focuses on the mathematical analysis of three-species drift-diffusion equations for memristors. We investigate the existence and boundedness of global-in-time weak solutions. The mathematical difficulties originate from the three-species situation and the different types of boundary conditions. These issues are addressed by combining free energy estimates with local and global compactness arguments. Additionally, we analyze memristor models coupled with electrical networks. One-dimensional numerical simulations capture the characteristic hysteresis behavior in the current-voltage curves, which are a fingerprint for memristive devices.

In this talk, I will present recent results on unique continuation for semilinear wave and Schrödinger equations with analytic nonlinearities. After recalling some motivation and classical results on the topic, I will describe a new method, introduced in a joint work with Camille Laurent (CNRS, LMR), that relies on analyticity-in-time regularization in finite time for solutions vanishing on a subset satisfying the Geometric Control Condition (GCC). The proof combines tools from control theory with ideas of Hale and Raugel on the regularity of attractors in dynamical systems. In a more recent work, we refined this approach and applied it to Schrödinger equations on compact manifolds, showing that the GCC suffices for unique continuation, thus answering in the affirmative an open problem posed by Dehman, Gérard, and Lebeau (2006) for the nonlinear case. The method is abstract and can also be applied to study similar questions for other PDEs.

Attention, ce séminaire aura lieu en salle Döblin.

Water-wave models play a crucial role in understanding, predicting, and controlling the dynamics of surface water waves across various real-world scenarios, including oceanic waves, waves in lakes and rivers, and those affecting man-made structures. These models integrate mathematical, physical, and numerical frameworks with wide-ranging applications in environmental science, engineering, and maritime industries. In this talk, we will explore key mathematical results for several water-wave models, highlighting their relevance to real-world applications.

We survey interesting properties of some nonlocal operators that have no analogue for linear second order elliptic PDE.

Je présenterai un travail en collaboration avec Thibault Lacombe, où
nous démontrons que les solutions Lipschitz $u$ de $\mathrm{div}\,
G(\nabla u)=0$ dans un domaine du plan sont $C^1$, pour des champs de
vecteurs strictement monotones $G$ dans $C^0(\mathbb R^2;\mathbb R^2)$
satisfaisant une condition d’ellipticité très générale. Lorsque le champ
de vecteurs $G$ est le gradient d’une fonction strictement convexe,
notre résultat généralise des résultats de De Silva et Savin (Duke Math.
J. 2010). Lorsque $G$ n’est pas un gradient, l’hypothèse d’ellipticité
doit être interprétée correctement, et nous produisons un exemple qui
montre l’effet non trivial de la partie antisymétrique de $\nabla G$.

Il s’agit d’un travail en collaboration avec Guedes-Bonthonneau, Chhaibi, Rivière et To.

Sur une surface riemannienne, nous construisons une mesure de Yang-Mills sur les connexions distributionnelles, avec le processus d’holonomie correspondant. Les ingrédients de notre construction sont: une nouvelle jauge de Morse et l’analyse d’équations de transport pour les flots de gradient en très faible régularité. Nous montrons que notre mesure retrouve les formules de la théorie de Yang-Mills en dimension 2, telles qu’on les trouve dans les travaux de Witten, Driver, Sengupta et Lévy. Enfin, nous expliquons en quel sens notre mesure converge vers le volume symplectique d’Atiyah–Bott–Goldman sur l’espace de modules des connexions plates dans la limite semi-classique.

It is well established that the L_1 optimal transport can be employed to characterize solutions of the Beckmann problem, where one looks for a vector-valued measure of minimal total variation with the constraint that fixes its divergence as the difference of two probabilities distributions. In turn, the Beckmann problem underlies optimal design of heat conductors.

I will talk about a second-order counterpart of this theory, where in the Beckmann problem we have a constraint on the double divergence. In 2D, this problem enjoys the interpretation of optimally designing a ceiling using a grillage structure. I will show that its solutions can be characterized through a new formulation where we look for a probability that dominates the data in the sense of convex order while attaining minimal variance. Afterwards, equivalent optimal transport formulations can be proposed for efficient numerical treatment.

Work in collaboration with Guy Bouchitté.

Dans le cadre de coefficients réguliers et sous une hypothèse de contrôle géométrique que je rappellerai, l’une des méthodes les plus modernes pour démontrer l’observabilité des ondes repose sur la considération de paquets d’ondes dont la fréquence typique tend vers l’infini, sur la compréhension du transport des mesures semiclassiques le long des rayons de l’optique géométrique, ainsi que sur un argument de prolongement unique, le tout enrobé dans un raisonnement par contradiction. J’exposerai cette recette subtile et montrerai comment elle permet de généraliser le résultat d’observabilité à des cas où les coefficients présentent une régularité plus faible, jusqu’à des coefficients de classe C^1. Dans ce cas, le champ de vecteurs hamiltonien qui gouverne les rayons n’est plus que C^0. L’unicité des rayons est alors perdue. Une régularité encore moindre compromettrait l’existence même des rayons.

In the derivation of the wave kinetic equation coming from the Schrödinger equation, a key feature is the invariance of the Schrödinger equation under the action of U(1). This allows quasi-resonances of the equation to drive the effective dynamics of the statistical evolution of solutions to the Schrödinger equation. In this talk, I will give an example of an equation that does not have the same invariance as the Schrödinger equation, and I will show that in this example, exact resonances (always) take precedence over quasi-resonances, so that the effective dynamics of the statistical evolution of the solutions are not kinetic. However, these dynamics are not linear (let alone trivial). I will present the problem and the ideas involved in deriving the effective dynamics and some elements of proof: in particular, I will describe the representation of solutions of the initial equation in diagrammatic form. This talk is based on a joint work with Annalaura Stingo (X) and Arthur Touati (Bordeaux).

In this talk, I will discuss how a general bilinear finite-dimensional closed quantum system with dispersed parameters can be steered between eigenstates. We show that, under suitable conditions on the separation of spectral gaps and the boundedness of parameter dispersion, rotating wave and adiabatic approximations can be employed in cascade to achieve population inversion between arbitrary eigenstates.