Problèmes d’existence globale pour les équations d’évolution non-linéaires critiques à données petites et analyse semi-classique

Global existence problems for non-linear critical evolution equations with small initial data and semi-classical analysis

• Auteur / Autrice : Annalaura Stingo
• Direction : Jean-Marc Delort, Anne-sophie De Suzzoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathematiques
• Date : Soutenance le 30/08/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université Sorbonne Paris Nord (Bobigny, Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Analyse, géométrie et applications (LAGA) (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Duyckaerts
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Debris-Alazard, Cécile Huneau, Jacques Smulevici
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nikolay Tzvetkov, Philippe G. LeFloch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations d'onde non linéaires -- Solutions numériques

Formes normales (mathématiques)

Klein-Gordon, Équation de

Équations dispersives non linéaires

Mots clés libres

Systèmes ondes-Klein-Gordon

Champs de vecteurs de Klainerman

Structure nulle.

Wave- Klein-Gordon systems

Klainerman vector fields

Null structure

Résumé

Cette thèse est consacrée à l’étude de l’existence globale de solutions pour des équations de Klein-Gordon – ou des systèmes ondes-Klein-Gordon – quasi-linéaires critiques, à données petites,régulières, décroissantes à l’infini, en dimension un ou deux d’espace. On étudie d’abord ce problème pour des équations de Klein-Gordon à non-linéarité cubique en dimension un, pour lesquelles il est connu qu’il y a existence globale des solutions lorsque la non-linéarité vérifie une condition de structure et les données initiales sont petites et à support compact. Nous prouvons que ce résultat est vrai aussi lorsque les données initiales ne sont pas localisées en espace mais décroissent faiblement à l’infini, en combinant la méthode des champs de vecteurs de Klainerman avec une analyse micro-locale semi-classique de la solution. La deuxième et principale contribution à la thèse s’attache à l’étude de l’existence globale des solutions pour un système modèle ondes-Klein-Gordon quadratique, quasi-linéaire, en dimension deux,toujours pour des données initiales petites régulières à décroissance modérée à l’infini, les non-linéarités étant données en termes de «formes nulles ». Notre but est d’obtenir des estimations d’énergie sur la solution sur laquelle agissent des champs de Klainerman, et des estimations de décroissance uniforme optimales, dans une version para-différentielle. Nous prouvons les secondes par une réduction du système d’équations aux dérivées partielles du départ à un système d’équations ordinaires, stratégie qui pourrait nous emmener, dans le futur, à traiter le cas de non-linéarités plus générales.

In this thesis we study the problem of global existence of solutions to critical quasi-linear Klein-Gordon equations – or to critical quasi-linear coupled wave-Klein-Gordon systems – when initial data are small, smooth, decaying at infinity, in space dimension one or two. We first study this problem for Klein-Gordon equations with cubic non-linearities in space dimension one. It is known that, under a suitable structure condition on the non-linearity, the global well-posedness of the solution is ensured when initial data are small and compactly supported. We prove that this result holds true even when initial data are not localized in space but only mildly decaying at infinity, by combining the Klainerman vector fields’ method with a semi-classical micro-local analysis of the solution. The second and main contribution to the thesis concerns the study of the global existence of solutions to a quadratic quasilinear wave-Klein-Gordon system in space dimension two, again when initial data are small smooth and mildly decaying at infinity. We consider the case of a model non-linearity, expressed in terms of ''nullforms''. Our aim is to obtain some energy estimates on the solution when some Klainerman vector fieldsare acting on it, and sharp uniform estimates. The former ones are recovered making systematically use of normal forms’ arguments for quasi-linear equations, in their para-differential version. We derive the latter ones by deducing a system of ordinary differential equations from the starting partial differential system, this strategy maying leading us in the future to treat the case of the most general non-linearities.