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PA - C9 - MAT592 : Analyse et applications

Domaine > Mathématiques.

Descriptif

Les domaines classiques des mathématiques que sont l’analyse harmonique et la théorie des équations aux dérivées partielles donnent lieu à de très nombreuses applications dans des domaines de plus en plus variés. La plupart des stages proposés sont de nature essentiellement théorique (certains d’entre eux peuvent comporter une part d’expérimentation numérique) mais les phénomènes qu’ils modélisent couvrent un champ scientifique extrêmement vaste. Il s’agit d’une illustration et non pas d’une liste limitative. Dans la plupart des branches de l’Analyse, d’autres sujets peuvent être proposés au cas par cas, en France ou à l’étranger.

Voici quelques exemples de thèmes qui pourront être abordés :
- Equations de la Mécanique quantique :
Il s’agit d’étudier l’équation de Schrödinger dans différents cadres. Par exemple, l’étude des résonances (généralisation de la notion de valeur propre) pour l’équation de Schrödinger linéaire est liée à la recherche d’états métastables. Des équations de Schrödinger non linéaires interviennent en chimie moléculaire. Un large usage de l’analyse fonctionnelle se joint à des méthodes asympotiques de nature plus géométrique.

- Équations des ondes et relativité générale :
La résolution des équations d’Einstein vues comme système d’équations aux dérivées partielles d’évolution pose de redoutables problèmes. Sur des modèles simplifiés de type « équations des ondes », des phénomènes de type dispersif apparaissent. L’un des outils clefs de la compréhension de ces phénomènes est ce que l’on appelle maintenant l’analyse microlocale, branche issue de l’analyse de Fourier dans les années 1970.

- Modeles cinétiques :
Les modèles cinétiques décrivent différents systèmes physiques (gaz, gaz ionises, plasmas...) par une approche statistique au niveau microscopique (moléculaire ou atomique). Ce sont en général des équations aux dérivées partielles avec des termes non locaux, qui posent toute une variété de problèmes importants de la physique mathématique (comme par exemple les questions liées à la vitessse de convergence vers les états d’équilibre, ou encore certains effets dispersifs). L’étude de ces modèles fait appel aux outils traditionnels de l’analyse, avec dans certains cas des interprétations intéressantes du point de vue probabiliste.

- Modélisation des accidents vasculaires cérébraux :
Certaines modélisations donnent lieu à des équations aux dérivées partielles de type «réaction-diffusion». Il s’agit d’un domaine d’application tout récent.

- Mécanique des fluides géophysiques :
Les modèles simplifiés de fluides géophysiques prennent en compte les effets de la rotation de la Terre. La compréhension des phénomènes d’amortissement et des effets de bord a fait récemment de grands progrès. Les outils mathématiques utilisés sont la théorie des systèmes paraboliques et l’analyse de Fourier.

- Solitons et étude qualitative des solutions :
La description du comportement en temps grand des solutions de Korteweg de Vries (KdV) et de Schrödinger nonlinéaires est un thème de recherche actif mathématiquement et très important du point de vue physique. Les équations de KdV et de Schrödinger sont considérées comme des modèles universels de systèmes hamiltoniens en dimension infinie et apparaissent dans un très grand nombre de phénomènes physiques. Les solitons sont des solutions particulières de ces équations, de type ondes progressives ou périodiques. Le but du stage est d’abord de comprendre des résultats récents sur l’étude des solutions qui sont dans un voisinage des solitons, et dans un deuxième temps de poursuivre l’étude des solutions qui ont un comportement en temps grand proche de celui des solitons.

Exemples de stages effectués les années antérieures :
- Ondelettes et caractérisation des chirps (ENS Cachan).
- Variational problems with 2 phases and their free boundaries (MIT, Cambridge, USA).
- Méthodes topologiques en mécanique des fluides (Cérémade, université Paris IX Dauphine).
- Ondelettes et compression (ENS Cachan).
- Analyse automatique des états veille-sommeil (ENS Cachan).
- Développement asymptotique aux ordres élevés du champ diffracté par un cône semi-infini avec conditions de surface mixtes (CEA, Bruyères-le-Châtel).
- Interfaces dans des problèmes de transitions de phase, (Université Pierre et Marie Curie).
- Inégalités de Carleman et applications (Centre de Mathématiques de l’Ecole polytechnique).
- Ondelettes et approximation non-linéaire (Princeton University, USA).

Langue du cours : Français

Credits ECTS : 20

Format des notes

Numérique sur 20

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

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