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Laurent Schwartz Franc¸ois Golse Professeur Palaiseau, le 11 octobre 2009 Rapport sur le memoire d'habilitation a diriger des recherches presente par Florent Berthelin Florent Berthelin presente, pour obtenir le diplome d'habilitation a diri- ger des recherches, un memoire scientifique portant sur l'etude des equations hyperboliques et des modeles cinetiques. Ses travaux s'articulent essentiellement autour de trois themes distincts : A) les limites hydrodynamiques de modeles cinetiques, B) l'etude de modeles avec contraintes, C) l'etude de methodes de splitting en analyse numerique. L'etude des limites hydrodynamiques est de loin la partie la plus signifi- cative de ce memoire. Elle comporte plusieurs resultats relatifs a la conver- gence des solutions d'equations cinetiques vers des fonctions de distribution d'equilibre locales, dont les parametres sont solutions de lois de conserva- tion, ou de systemes de lois de conservation hyperboliques. Tous ces resultats reposent essentiellement sur deux types de methodes : l'une utilise la com- pacite de solutions approchees dans une topologie convenable, l'autre est basee sur un controle de l'entropie relative de la solution a la fonction de distribution d'equilibre locale pilotee par l'equation hydrodynamique limite. Pour ce qui est de la methode de compacite, un premier resultat porte sur la derivation du systeme d'Euler de la dynamique des gaz isentropique a partir d'un modele cinetique de type BGK possedant une seule entropie.

  • dynamique de bouchons

  • famille infinie d'entropies intervenant dans la methode de compacite de tartar-diperna

  • loi de conservation scalaire

  • porte sur la limite hydrodynamique

  • production d'entropie

  • modeles de trafic routier

  • controle de l'entropie relative de la solution


Publié le : jeudi 1 octobre 2009
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Fran¸coisGolse Professeur
Palaiseau, le 11 octobre 2009
Rapportsurleme´moiredhabilitationa`dirigerdesrecherches pr´esente´parFlorentBerthelin
FlorentBerthelinpr´esente,pourobtenirlediplˆomedhabilitationa`diri-gerdesrecherches,unm´emoirescientiqueportantsurle´tudedes´equations hyperboliquesetdesmod`elescin´etiques. Sestravauxsarticulentessentiellementautourdetroisth`emesdistincts: A)leslimiteshydrodynamiquesdemode`lescin´etiques, B)le´tudedemod`elesaveccontraintes, C)l´etudedeme´thodesdesplittingenanalysenum´erique. L´etudedeslimiteshydrodynamiquesestdeloinlapartielaplussigni-cativedecem´emoire.Ellecomporteplusieursr´esultatsrelatifs`alaconver-gencedessolutionsd´equationscine´tiquesversdesfonctionsdedistribution de´quilibrelocales,dontlesparame`tressontsolutionsdeloisdeconserva-tion,oudesyste`mesdeloisdeconservationhyperboliques.Touscesr´esultats reposentessentiellementsurdeuxtypesdem´ethodes:luneutiliselacom-pacite´desolutionsapproche´esdansunetopologieconvenable,lautreest bas´eesuruncontroˆledelentropierelativedelasolution`alafonctionde distributiond´equilibrelocalepilote´eparl´equationhydrodynamiquelimite. Pourcequiestdelame´thodedecompacit´e,unpremierr´esultatporte surlade´rivationdusyste`medEulerdeladynamiquedesgazisentropique `apartirdunmode`lecine´tiquedetypeBGKposse´dantuneseuleentropie. Autrementdit,lafamilleinniedentropiesintervenantdanslame´thode decompacit´edeTartar-DiPernaneserel`evepasenunefamilleinniede fonctionnellesdentropieauniveaucine´tiqueexcepte´pouruneseule,qui
correspond`alanaloguepourlemode`ledeBGKdelafonctionHde Boltz-mann.Lame´thodeutilis´eeicie´voqueletravaildeChen-Levermore-Liupour laconvergencedunsyst`emederelaxationversuneloideconservationsca-laire.Lide´eclefconsistea`utiliserlaproductiondentropieetunlemmede moyennepourarrivera`uneestimationsurlegradientdelasolutionhydro-dynamiquea`partirdelaquelleonpeutadapterlame´thodedeDiPerna.Ce r´esultatreposesurlhypoth`esedebornesaprioriuniformessurlavariable devitessecin´etique,ainsiqueduneborneinfe´rieureuniformesurladensite´, hypothe`sedontlav´ericationdemeureunprobl`emeouvert. Unautrere´sultatfortint´eressantobtenuparFlorentBerthelinporte surlalimitehydrodynamique`achampfortpourunmode`ledetypeBGK conduisant`auneloideconservationscalaire.Danscettelimitelacce´l´eration par le champ externe et le terme de collision sont les termes dominants, et sontpr´ecis´ementdumˆemeordre.Cettecirconstancemodielanaturedela solutiond´equilibre,quinestpluslaMaxwellienne,maissobtienta`partir delaMaxwellienneparunesortedop´erateurdeconvolution. EnnFlorentBerthelinproposedenouveauxre´sultatsder´egularit´esur lesmoyennesenvitessedese´quationscine´tiques,quisontunprolongement naturel des lemmes de moyenne classiques. L’apport du travail de Florent Berthelinestuntraitementoriginaldestermesdeforcequie´vitedelesconsi-d´erercommedestermessourcesavecperteduned´erive´eenξidL.tsede´ee serameneraucassansforcepardeschangementslocauxdecoordonne´es consistanta`r´esoudreuniquementlapartieenξoidnseacle´uqtadectra-´e ristiques.Onobtientainsiunere´gularit´eoptimalege´ne´ralisantunre´sultat deP.Ge´rardetdurapporteurdanslecastransversal.Ilfautnotere´gale-mentplusieursre´sultatsoriginauxdanslecasdunchampdeforceconstant r´esultatsobtenusparuneme´thodedinte´gralesoscillantesetdinterpo-lation,sp´eciquea`cecas.Laconditiondenon-d´eg´enerescencedusymbole estdailleurs,danslecasduneforceconstante,di´erentedelacondition usuelle. FlorentBerthelinadautrepartadapte´lam´ethodedentropierelative`a di´erentsexemplesdelimiteshydrodynamiques.Sontravailsappuiesurune analyseexhaustiveduprincipequisous-tendcetteme´thode.Cetteexplora-tionme´thodiquedeslimitesdelestimationdentropierelativeluipermet daborderdescasrest´esjusquicire´fractairesa`lusagedecetypedargu-ment,a`savoirlalimiteversladynamiquedesgazisentropique,ainsiqueles limiteshyperboliquesdesmod`elescin´etiques`avitessesdiscre`tes.Commea` chaqueutilisationdecetteme´thode,lalimitenest´etabliequesurlintervalle detempspourlequellasolutiondel´equationlimiterester´eguli`ere.
Ladeuxi`emepartiedum´emoireportesurlese´quationshyperboliques aveccontraintese´galit´esouin´egalit´esv´eri´eesparuneouplusieurs inconnues.Cetypedeproble`mesurvientenhydrauliquedansdessitua-tionstr`esmod´elise´es(dynamiquedebouchonsdansdese´coulementsmul-
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