Colloquium (archives)

Le problème du sous-espace invariant est l'un des problèmes ouverts les plus connus en analyse fonctionnelle, et il a fait l'objet de nombreuses spéculations. Il s'énonce ainsi: Etant donné un opérateur linéaire continu T agissant sur un espace de Banach (réel ou complexe) séparable de dimension infinie X, est-il toujours vrai qu'il existe un sous-espace M de X, distinct de {0} et X, qui soit invariant par T ? Des contre-exemples sont connus sur de nombreux espaces non-réflexifs, en particulier grâce aux travaux pionniers d'Enflo et Read, et il découle d'une construction récente d'Argyros et Haydon qu'il existe des espaces X sur lesquels tout opérateur a un sous-espace invariant non-trivial.

Après avoir rappelé des résultats classiques de nature géométrique, liant la contrôlabilité des systèmes différentiels et les crochets de Lie des champs de vecteurs impliqués dans l'équation, nous présenterons un résultat récent d'alternative quadratique, de nature plus analytique, qui souligne l'importance du cadre fonctionnel utilisé pour les contrôles (selon le cadre fonctionnel utilisé, un même système peut être localement contrôlable, ou ne pas être localement contrôlable, même si l'état vit dans un espace de dimension finie).

Après avoir rappelé les principales caractéristiques de la transformation de Fourier sur ${\mathbb R}^n$, nous introduirons le groupe d'Heisenberg et expliquerons de manière très élémentaire comment l'on peut voir la transformation de Fourier dans ce cadre comme fonction continue sur un espace singulier (l'espace des fréquences) que nous définirons de manière explicite.

Texte Colloquium

Les logiciels de vérification de démonstrations existent depuis la fin des années 60 et ont fait de grands progrès ces dernières années. On pourrait imaginer que les mathématiciens les utilisent, que ce soit à petite échelle ou pour vérifier des théories très techniques, ou encore pour enseigner la notion de démonstration. Cependant presque aucun mathématicien ne le fait. On sait depuis la vérification en 2012 du théorème de Feit-Thompson que, entre les mains d'informathématiciens experts, ces logiciels peuvent vérifier une démonstration longue et compliquée mais ne faisant intervenir que des objets simples à définir.

Dans cet exposé, je m'intéresse à l'approximation numérique des problèmes hyperboliques non linéaires. Il est bien connu que la solution générique du problème de Cauchy pour un problème de ce type n'est même pas continue, en général, d'où la notion de solution faible. Il faut aussi rajouter un principe de sélection au moyen d'entropies, et donc des inégalités supplémentaires. Du point de vue numérique, la notion de solution faible se traduit, grâce au théorème de Lax Wendroff (1960), par la notion de flux qui donne aussi la forme que doit posséder un schéma numérique pour fournir des solutions convergeant vers une solution faible. Les contraintes d'entropies se traduisent simplement par des contraintes sur des flux liés à l'entropie.

Depuis une douzaine d'années, les modèles utilisant des patchs (ou imagettes) pour traiter les images ont conduit à des améliorations très significatives aussi bien dans la résolution de problèmes inverses de restauration (débruitage, inpainting, interpolation d'images) que dans des problèmes de synthèse ou d'édition d'images. Ils soulèvent des questions passionnantes touchant de nombreuses facettes des mathématiques appliquées (statistique, optimisation, géométrie), et nécessitent des méthodes numériques efficaces pour les résoudre. Une des questions se posant par exemple dans ce contexte est celle des modèles statistiques et géométriques adéquats pour représenter les espaces de patchs.

Considérons une suite $un$ qui est définie par une relation de récurrence linéaire. Le théorème de Skolem, Mahler et Lech stipule que les indices $n$ en lesquels $un$ s’annule forment une union finie de progressions arithmétiques. J’expliquerai comment l’approximation des fonctions continues par des polynômes et les bases de l’analyse $p$-adique permettent d’obtenir un tel énoncé. La méthode employée couvre maintenant des situations non linéaires et a de multiples conséquences; j’en décrirai quelques unes.

Les équations de Navier-Stokes constituent un modèle mathématique de base pour décrire le mouvement d'un fluide. Dans son célèbre article « Sur le mouvement d'un liquide visqueux emplissant l'espace » publié dans Acta Mathematica en 1934, Jean Leray (1906-1998) introduit (entre autres) le concept de solutions faibles globales en temps en donnant une définition précise de ce qu'est une solution irrégulière du système, et montre qu'il existe une telle solution faible pour les équations de Navier-Stokes dans leur version incompressible et homogène (densité constante). On appelle maintenant « solutions à la Leray » ces solutions d'énergie finie. En 2007, J.-Y.

Les systèmes toriques (ou variétés toriques) sont bien connus en géométries algébrique et symplectique, en particulier depuis les travaux d'Atiyah, Guillemin-Sternberg et Delzant dans les années 1980. Ils correspondent à des systèmes hamiltoniens intégrables dont tous les flots sont périodiques. Mais ce sont des objets trop rigides pour la mécanique (classique ou quantique). Il y a une dizaine d'années, une timide généralisation a vu le jour: les systèmes semi-toriques, qui s'est finalement révélée très riche et a donné lieu à de nombreuses applications, de la topologie à l'analyse microlocale et la théorie spectrale. J'essaierai de faire le point, et d'évoquer les pistes de développements futurs.

En s'inspirant de travaux de Benjamini et Schramm sur les empilements de sphères, on introduit une notion d'application conforme à grande échelle entre espaces métriques. Elle contient toutes les classes précédemment étudiées. Néanmoins, on démontre une obstruction à l'existence de telles applications, entre groupes hyperboliques notamment.