Expansion asymptotique pour des problèmes de Stokes perturbés - Calcul des intégrales singulières en Électromagnétisme.

par Imen Balloumi

Thèse de doctorat en Mathématiques - EM2PSI

Sous la direction de Christian Daveau et de Ali Abdennadher.

Thèses en préparation à Cergy-Pontoise en cotutelle avec l'Ecole Polytechnique de Tunisie , dans le cadre de Ecole doctorale Économie, Management, Mathématiques , Physique et Sciences Informatiques (EM2PSI) (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec AGM - Analyse Géometrie Modélisation (laboratoire) .


  • Résumé

    La premième partie a pour but l'établissement d'un développement asymptotique pour la solution du problème de Stokes avec une petite perturbation du domaine. Dans ce travail, nous avons appliqué la théorie du potentiel. On a écrit les solutions du problème non-perturbé et du problème perturbé sous forme des opérateurs intégraux. En calculant la différence, et en utilisant des propriétés liées aux noyaux des opérateurs on a établi un développement asymptotique de la solution. L'objectif principal de la deuxième partie de ce rapport est de déterminer les termes d'ordre élevé de l'expansion asymptotique des valeurs propres et fonctions propres pour l'opérateur de Stokes dues aux changements d'interface de l'inclusion. Dans la troisième partie, nous proposons une méthode pour l'évaluation des integrales singulières provenant de la mise en oeuvre de la méthode des éléments finis de frontière en électromagnetisme. La méthode que nous adoptons consiste en une réduction récursive de la dimension du domaine d'intégration et aboutit à une représentation de l'intégrale sous la forme d'une combinaison linéaire d'intégrales mono-dimensionnelles dont l'intégrand est régulier et qui peuvent s'évaluer numériquement mais aussi explicitement. Pour la discrétisation du domaine, des triangles plans sont utilisés ; par conséquent, nous évaluons des intégrales sur le produit de deux triangles. La technique que nous avons développée nécessite de distinguer entre diverses configurations géométriques.

  • Titre traduit

    Asymptotic expansion for Stokes prturbed problems - Évaluation of singular integrals in Electromagnetism.


  • Résumé

    This thesis contains three main parts. The first part concerns the derivation of an asymptotic expansion for the solution of Stokes resolvent problem with a small perturbation of the domain. Firstly, we verify the continuity of the solution with respect to the small perturbation via the stability of the density function. Secondly, we derive the asymptotic expansion of the solution, after deriving the expansion of the density function. The procedure is based on potential theory for Stokes problem in connection with boundary integral equation method, and geometric properties of the perturbed boundary. The main objective of the second part on this report, is to present a schematic way to derive high-order asymptotic expansions for both eigenvalues and eigenfunctions for the Stokes operator caused by small perturbations of the boundary. Also, we rigorously derive an asymptotic formula which is in some sense dual to the leading-order term in the asymptotic expansion of the perturbations in the Stokes eigenvalues due to interface changes of the inclusion. The implementation of the boundary element method requires the evaluation of integrals with a singular integrand. A reliable and accurate calculation of these integrals can in some cases be crucial and difficult. In the third part of this report we propose a method of evaluation of singular integrals based on recursive reductions of the dimension of the integration domain. It leads to a representation of the integral as a linear combination of one-dimensional integrals whose integrand is regular and that can be evaluated numerically and even explicitly. The Maxwell equation is used as a model equation, but these results can be used for the Laplace and the Helmholtz equations in 3-D. For the discretization of the domain we use planar triangles, so we evaluate integrals over the product of two triangles. The technique we have developped requires to distinguish between several geometric configurations.