Equations aux dérivées partielles et systèmes dynamiquesappliqués à des problèmes issus de la physique et de la biologie

Partial differential equations and dynamical systems applied to problems coming from physics and biology

• Auteur / Autrice : Maxime Breden
• Direction : Laurent Desvillettes, Jean-Philippe Lessard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 10/07/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université Laval (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mathématiques et de leurs applications (1990-2019 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : François Golse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Desvillettes, Jean-Philippe Lessard, François Golse, Philippe Laurençot, Michael Plum, Robert Guenette
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Laurençot, Michael Plum

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes dynamiques

Équations aux dérivées partielles

Mots clés libres

Equations aux dérivées partielles

Systèmes dynamiques

Equations de coagulation-Fragmentation

Estimations de moments

Preuves assistées par ordinateur

Validation a posteriori

Partial differential equations

Dynamical systems

Coagulation-Fragmentation equations

Moments estimates

Computer-Assisted proofs

A posteriori validation

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le vaste domaine des équations aux dérivées partielles et des systèmes dynamiques, et s'articule autour de deux sujets distincts. Le premier est relié à l'étude des équations de coagulation-fragmentation discrètes avec diffusion. En utilisant des lemmes de dualité, on établit de nouvelles estimations L^p pour des moments polynomiaux associés aux solutions, sous une hypothèse de convergence des coefficients de diffusion. Ces estimations sur les moments permettent ensuite d'obtenir de nouveaux résultats de régularité, et de démontrer qu'une fragmentation suffisamment forte peut empêcher la gelation dans le modèle incluant la diffusion. Le second sujet est celui des preuves assistées par ordinateur dans le domaine des systèmes dynamiques. On améliore et on applique une méthode basée sur le théorème du point fixe de Banach, permettant de valider a posteriori des solutions numériques. Plus précisément, on élargit le cadre d'application de cette méthode pour inclure des opérateurs avec un terme dominant linéaire tridiagonal, on perfectionne une technique permettant de calculer et de valider des variétés invariantes, et on introduit une nouvelle technique qui améliore de manière significative l'utilisation de l'interpolation polynomiale dans le cadre de ces méthodes de preuves assistées par ordinateur. Ensuite, on applique ces techniques pour démontrer l'existence d'ondes progressives pour l'équation du pont suspendu, et pour étudier les états stationnaires non homogènes d'un système de diffusion croisée.

This thesis falls within the broad framework of partial differential equations and dynamical systems, and focuses more specifically on two independent topics. The first one is the study of the discrete coagulation-fragmentation equations with diffusion. Using duality lemma we establish new L^p estimates for polynomial moments of the solutions, under an assumption of convergence of the diffusion coefficients. These moment estimates are then used to obtain new results of smoothness and to prove that strong enough fragmentation can prevent gelation even in the diffusive case. The second topic is the one of computer-assisted proofs for dynamical systems. We improve and apply a method enabling to a posteriori validate numerical solutions, which is based on Banach's fixed point theorem. More precisely, we extend the range of applicability of the method to include operators with a dominant linear tridiagonal part, we improve an existing technique allowing to compute and validate invariant manifolds, and we introduce an new technique that significantly improves the usage of polynomial interpolation for a posteriori validation methods. Then, we apply those techniques to prove the existence of traveling waves for the suspended bridge equation, and to study inhomogeneous steady states of a cross-diffusion system.