Nous présentons dans ce document des modèles d'écoulements bicouches. Il s'agit de modèles d'écoulement en eaux peu profondes et de modèles de transport de sédiments. Nous dérivons dans un premier temps des modèles de Saint-Venant visqueux, bicouches et bidimensionnels en supposant que l'écoulement est composé de deux fluides immiscibles (cas du détroit de Gibraltar). Nous donnons quelques résultats numériques sur les modèles visqueux dérivés. On étend alors les résultats d'existence de solutions obtenus dans le cas monocouche au cas bicouches. Dans cette analyse, la difficulté provient des termes de frottement au vu des multiplicateurs utilisés dans les estimations d'entropies. Nous proposons ensuite de nouveaux modèles de transport de sédiments énergétiquement consistants pour lesquels nous obtenons des résultats théoriques de stabilité. Enfin, nous développons une nouvelle version flux limiteur de schéma numérique volumes finis, bien équilibré, en combinant un schéma de type Roe et de Lax-Wendroff, tous deux étant construits en tenant compte de la variation tangentielle des quantités. Ce schéma numérique est utilisé pour simuler le transport de sédiment.
Dans cet exposé nous allons faire une présentation de notre code d'hydrodynamique côtière VOLNA. Tout d'abord, nous commençons par le contexte physique de cette étude qui tourne autour des tsunamis, de la simulation numérique du run-up et du couplage avec des modèles phase moyennée. Ensuite, nous passerons par une brève présentation des méthodes numériques mises en oeuvre dans notre code. Notamment, nous utilisons un schéma volumes finis d'ordre deux avec un maillage triangulaire non structuré. La complexité géométrique de la ligne côtière justifie l'utilisation de ce type de maillages. Ce schéma a été initialement développé dans le cadre des écoulements diphasiques. Mathématiquement nous résolvons pour l'instant les équations de Saint-Venant et nous travaillons actuellement sur une extension au système de Boussinesq. Finalement, nous montrerons quelques cas-tests assez réalistes pour faire preuve des perfomances du code.
Les méthodes de Monte-Carlo sont des méthodes statistiques basées sur l'utilisation de nombres aléatoires dans des expériences répétées. Les méthodes quasi-Monte Carlo sont des versions déterministes des méthodes de Monte-Carlo. Les suites aléatoires sont remplacées par des suites à faible discrépance. Ces suites ont une meilleure répartition uniforme dans le cube unité. Nous nous intéressons essentiellement à la discrépance (qui est une mesure de la déviation d'une suite par rapport à la distribution uniforme) et à une classe particulière de suites. Dans cette thèse, nous développons et analysons des méthodes particulaires Monte Carlo et quasi-Monte Carlo pour les phénomènes d'agglomération, en particulier pour la simulation numérique des équations suivantes : l'équation de Smoluchowski continue, l'équation de coagulation-fragmentation continue et l'équation générale de la dynamique des aérosols. Ces méthodes particulaires comportent les étapes suivantes : initialisation, discrétisation en temps (schéma d'Euler explicite), approximation de la densité de masse par un nombre fini de mesures de Dirac et quadrature d'intégration quasi-Monte Carlo utilisant des réseaux. Une étape supplémentaire de renumérotage (ou tri) des particules par masse croissante à chaque pas de temps est nécessaire pour assurer la convergence du schéma numérique. Ensuite, nous démontrons un résultat de convergence du schéma numérique pour l'équation de coagulation-fragmentation, quand le nombre des particules numériques tend vers l'infini. Tous nos tests numériques montrent que les solutions numériques calculées par ces nouveaux algorithmes convergent vers les solutions exactes et fournissent des meilleurs résultats que ceux obtenus par les méthodes de Monte Carlo correspondantes.
Les probabilités de ruine dans le modèle classique de la théorie du risque pour une compagnie d'assurance sont représentées par la formule de Pollaczek-Khintchine. Cette représentation a la forme d'une série de convolutions. L'approche consiste à faire une troncature de la série et à approcher les convolées par une quadrature de type quasi-Monte Carlo ou de type Monte Carlo.
La représentation des images par des descripteurs géométriques locaux s'est imposée dans nombre d'applications comme la détection d'objets, l'identification de scène, la reconstruction 3D, la création de panorama, etc. Ces descripteurs sont généralement construits autour de points d'intérêt, par exemple sous la forme d'histogrammes locaux d'orientation du gradient de l'image (cas des descripteurs SIFT proposés par D. Lowe), ce qui leur permet d'être invariants ou robustes à de nombreuses transformations et altérations de l'image. Dans cet exposé, on s'intéresse à l'appariement de tels descripteurs. Pour chaque descripteur d'un ensemble de requêtes, on souhaite décider s'il ressemble ou non à certains descripteurs d'une base de données. Dans la littérature, cette étape se résume souvent au choix d'un seuil sur la distance euclidienne au plus proche voisin. La procédure de mise en correspondance que nous proposons utilise d'une part une distance de transport entre descripteurs et d'autre part une approche a contrario qui permet de valider ou pas les mises en correspondance. Cette approche fournit des seuils de validation qui s'adaptent automatiquement à la complexité de chaque descripteur requête et à la diversité de la base de données. Elle permet à la fois de détecter plusieurs occurences d'une même requête et de gérer correctement les cas où aucune de ces requêtes n'est présente dans la base de données. Aux appariements ainsi validés correspondent des transformations dans le plan des images. La détection de groupes spatialement cohérents dans l'espace de ces transformations permet in fine de reconnaître des ``formes globales'' entre les images considérées.
Dans cette exposé nous étudions le problème d'évolution associé à l'équation de Monge-Kantorovich pour le transport optimale de masse. Il est aussi appelé le modèle de Prigozhin pour le tas de sable. Nous démontrons les résultats d'existence et d'unicité de solution dans le cas où les données sont des mesures et nous montrons comment appliquer des méthodes de dualités pour la résolution numérique. Enfin nous présentons quelques résultats de simulations numérique.
The purpose of this communication is to discuss the simulation of a free surface compressible flow between two fluids, typically air and water. We use a two fluid model with the same velocity, pressure and temperature for both phases. In such a model, the free surface becomes a thin three dimensional zone. The present model has at least three advantages: (i) the free-surface treatment is completely implicit; (ii) it can naturally handle wave breaking and other topological changes in the flow; (iii) one can easily vary the Equation of States (EOS) of each fluid (in principle, one can even consider tabulated EOS). Moreover, our model is unconditionally hyperbolic for reasonable EOS. First, we present the physical context of our study. Then, we introduce the governing equations and we give some rationales on the limit of this model to the classical free surface model. Finally, we present our numerical method based on a flux scheme which is, in particular, constructed to model accurately impacts of waves on walls. Since our code is designed for unstructured meshes, it can easily treat complex geometries (for example, liquified natural gas carrier tank). This communication will conclude with the presentation of different simulation results on the sloshing of a liquid in a closed container.
Le vitrier ou le carreleur exploite un phénomène que nous nous proposons d'analyser : une petite incision dans un matériau cassant permet de générer des concentrations de contraintes localisées. En termes mathématiques, nous considèrerons une perturbation singulière de la géométrie d'un domaine et présenterons l'analyse asymptotique de la solution de l'équation de Laplace dans ce domaine perturbé. Nous montrerons comment utiliser cette analyse pour le calcul numérique et le cas de plusieurs perturbations. Ces travaux sont réalisés dans le cadre de l'ANR Macadam.
On présente un ensemble d'études traitant de la modélisation numérique d'écoulements à surface libre. Les équations considérées peuvent être des équations de Navier-Stokes surface libre (résolues par des schémas éléments finis en formulation ALE - caractéristiques) ou encore leurs dérivées asymptotiques type ``shallow'' (non visqueux, schémas volumes finis). La première partie traite de la modélisation des plaines d'inondations et porte tout particulièrement sur les aspects inverses tels que la calibration des modèles, leur couplage faible simultané, l'identification de paramètres et l'assimilation de données. Ces approches sont basées sur les méthodes de contrôle optimal et des équations adjointes. La seconde partie traite d'une modélisation de la dynamique de la ligne triple en microfluidique (modèle de Shikhmurzaev). On y présente aussi bien des aspects analyse mathématique qu'élaboration d'algorithmes et illustration avec l'étalement d'une gouttelette sur un substrat solide. La troisième partie, dont les travaux viennent seulement de commencer, traite d'écoulements glaciaires multi-échelles. On y retrouve alors un ensemble d'ingrédients mathématiques, numériques et logiciels abordés dans les deux applications précédentes.
Le travail présenté est une collaboration avec Marius Mitrea, professeur à University of Missouri, Columbia. On s’intéresse aux équations de Navier-Stokes non compressibles pour des conditions au bord de Dirichlet dans des domaines bornés en dimension 3, sans imposer a priori de régularité au bord. La première difficulté est de donner un sens aux équations dans un tel cadre. On montre ensuite l’existence locale de solutions régulières à la Kato pour des données initiales dans un espace critique. Dans le cas où le domaine est àbord lipschitzien, les solutions obtenues ont la meme régularité que dans le cas de domaines réguliers. La preuve repose sur la caractérisation du domaine de l’opérateur de Stokes, ou plutot de ses puissances fractionnaires. http://junon.u-3mrs.fr/monniaux/chambery08.pdf
Dans cette exposé nous étudions les solutions, éventuellement non-bornées et de signe quelconque, des équations de Lane-Emden-Fowler dans des domaines non-bornés. Nous démontrons divers théorèmes de classification ainsi que des résultats de type Liouville. Notre analyse indique l'existence d'un nouvel exposant critique. Ce nouvel exposant critique est plus grand que l'exposant critique classique et il dépend de la dimension ainsi que de la géometrie du domaine considéré.
On se propose d'étudier les régimes périodiques des équations d'Hamilton-Jacobi du premier ordre avec un terme source périodique en temps. L'idée consiste à se ramener au problème stationnaire associé à l'hamiltonien effectif, moyenné en temps, plus simple à étudier. Notre analyse reposera sur la notion de constante ergodique cf. Lions, Papanicolaou, Varadhan. Un autre problème abordé sera celui du comportement en temps long. On montre la convergence vers des solutions périodiques ou fronts périodiques en temps. Ces outils permettent d'étudier le comportement en temps long de certains modèles de dynamique des populations.
Aujourd'hui, la compréhension et le contrôle de phénomènes complexes issus de la dynamique des fluides nécessitent le développement et l'utilisation d'outils de simulation numérique spécifiquement conçus et adaptés au contexte applicatif. Ceci permet de garantir la fiabilité et la pertinence des résultats obtenus, et constitue donc un enjeu majeur pour une multitude d'applications, notamment industrielles ou environnementales. Dans cet exposé, nous présentons la mise au point d'un schéma numérique hybride volumes finis / éléments finis basé sur un splitting en temps, pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles à densité variable. On montre en particulier que ce schéma permet de simuler des phénomènes instables de type Rayleigh-Taylor, en alliant précision et robustesse. Puis nous simulons l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible en régime transitoire au dessus d'une marche descendante par une méthode vortex pour l'étude des zones rotationnelles. Une stratégie de contrôle actif est alors développée, permettant d'affiner la compréhension du processus de déclenchement tourbillonnaire et de le contrôler.
Je présenterai dans cet exposé les résultats obtenus récemment en collaboration avec Ying Hu sur les Équations Différentielles Stochastiques Rétrogrades quadratiques à coefficients non bornés. Si les résultats d'existence pour ce type d'équations sont satisfaisants, nous verrons que l'étude de l'unicité s'avère plus délicate et nécessite des hypothèses plus contraignantes. Il est néanmoins possible d'obtenir des résultats suffisamment précis pour obtenir, dans ce contexte, la formule de Feynman-Kac qui donne une représentation probabiliste de la solution d'une EDP non-linéaire quadratique dans le gradient de la solution. Je préciserai également les problèmes qui demeurent sans réponse pour ce type d'équations du point de vue de l'unicité comme du point de vue de l'approximation.
Je m'intéresse au modèle d'Euler-Poisson pour modéliser un plasma contenant à la fois des régions quasi-neutres et non quasi-neutres. Les discrétisations explicites classiques de ce système souffrent de contraintes numériques très sévères. Elles sont reliées à deux quantités bien connues en physique des plasmas qui sont la longueur de Debye et la période plasma. Ces discrétisations doivent résoudre ces deux échelles afin d'etre stables et consistantes. Or, dans les régions quasi-neutres la longueur de Debye et la période plasma sont très petites. Les couts calculs sont tels qu'il n'est pas possible de réaliser des simulations réalistes en dimensions deux ou trois. Je présenterai un schéma préservant l'asymptotique quasi-neutre, c'est à dire ne nécessitant pas la résolution des petites échelles pour assurer la stabilité et permettant de récupérer une discrétisation du régime quasi-neutre dans la limite quasi-neutre. De plus, une propriété importante de ce schéma est que, pour un pas de temps et un pas d'espace donnés, son cout calcul est le meme que les schémas explicites précédemment cités. Enfin, je terminerai mon exposé, par la description d'un problème de couche limite apparaissant dans la limite quasi-neutre lorsque les conditions aux limites ne sont pas bien préparées au régime quasi-neutre. Cette couche limite doit etre résolue afin d'assurer la stabilité des discrétisations. Je montrerai qu'en introduisant un développement formel de cette couche limite, on peut déterminer des données aux limites bien préparées permettant de s'affranchir de la résolution de la couche limite.