Effets dispersifs et asymptotique en temps long d'équations d'ondes dans des domaines extérieurs

par David Lafontaine

Thèse de doctorat en Mathématiques

Sous la direction de Fabrice Planchon.

Soutenue le 25-09-2018

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Université de Nice (établissement de préparation) , Laboratoire J.-A. Dieudonné (Nice) (laboratoire) et de Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Marc Delort.

Le jury était composé de Jean-Marc Delort, Nicolas Burq, Isabelle Gallagher, Thomas Duyckaerts, Danela Oana Ivanovici, Pierre Raphaël.

Les rapporteurs étaient Nicolas Burq.


  • Résumé

    L'objet de cette thèse est l'étude des équations de Schrödinger et des ondes, à la fois linéaires et non linéaires, dans des domaines extérieurs. Nous nous intéressons en particulier aux inégalités dites de Strichartz, qui sont une famille d'estimations dispersives mesurant la décroissance du flot linéaire, particulièrement utiles à l'étude des problèmes non linéaires correspondants. Dans des géométries dites non-captantes, c'est à dire où tous les rayons de l'optique géométrique partent à l'infini, de nombreux résultats montrent que de telles estimations sont aussi bonnes que dans l'espace libre. D'autre part, la présence d'une trajectoire captive induit nécessairement une perte au niveau d'une autre famille d'estimations à priori, les estimations d'effet régularisant et de décroissance locale de l'énergie, respectivement pour Schrödinger et pour les ondes. En contraste de quoi, nous montrons des estimations de Strichartz sans perte dans une géométrie captante instable : l'extérieur de plusieurs obstacles strictement convexes vérifiant la condition d'Ikawa. La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude du comportement en temps long des équations non-linéaires sous-jacentes. Lorsque le domaine dans lequel elles vivent n'induit pas trop de concentration de l'énergie, on s'attend à ce qu'elles diffusent, c'est à dire se comportent de manière linéaire asymptotiquement en temps. Nous montrons un tel résultat pour les ondes non linéaires critiques à l'extérieur d'une classe d'obstacles généralisant la notion d'étoilé. A l'extérieur de deux obstacles strictement convexes, nous obtenons un résultat de rigidité concernant les solutions à flot compact, premier pas vers un résultat général. Enfin, nous nous intéressons à l'équation de Schrödinger non linéaire, dans l'espace libre, mais avec un potentiel. Nous montrons que les solutions diffusent si l'on prend un potentiel répulsif, ainsi qu'une somme de deux potentiels répulsifs ayant des surfaces de niveau convexes, ce qui fournit un exemple de diffusion dans une géométrie captante analogue à l'extérieur de deux convexes stricts.

  • Titre traduit

    Dispersive effects and long-time asymptotics for wave equations in exterior domains


  • Résumé

    We are concerned with Schrödinger and wave equations, both linear and non linear, in exterior domains. In particular, we are interested in the so-called Strichartz estimates, which are a family of dispersive estimates measuring decay for the linear flow. They turn out to be particularly useful in order to study the corresponding non linear equations. In non-captive geometries, where all the rays of geometrical optics go to infinity, many results show that Strichartz estimates hold with no loss with respect to the flat case. Moreover, the local smoothing estimates for the Schrödinger equation, respectively the local energy decay for the wave equation, which are another family of dispersive estimates, are known to fail in any captive geometry. In contrast, we show Strichartz estimates without loss in an unstable captive geometry: the exterior of many strictly convex obstacles verifying Ikawa's condition. The second part of this thesis is dedicated to the study of the long time asymptotics of the corresponding non linear equations. We expect that they behave linearly in large times, or scatter, when the domain they live in does not induce too much concentration effect. We show such a result for the non linear critical wave equation in the exterior of a class of obstacles generalizing star-shaped bodies. In the exterior of two strictly convex obstacles, we obtain a rigidity result concerning compact flow solutions, which is a first step toward a general result. Finally, we consider the non linear Schrödinger equation in the free space but with a potential. We prove that solutions scatter for a repulsive potential, and for a sum of two repulsive potentials with strictly convex level surfaces. This provides a scattering result in a framework similar to the exterior of two strictly convex obstacles.


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