Séminaire de mathématiques appliquées (archives)

Nous nous intéressons à la résolution numérique des équations d’Euler faiblement compressible. Dans ce régime dit bas-Mach, les ondes acoustiques sont très rapides comparativement aux ondes de matière. Pour éviter des contraintes de stabilité trop fortes, des méthodes numériques implicites sont donc généralement considérées. Cela nécessite néanmoins de résoudre des problèmes implicites non linéaires de conditionnement d’autant plus élevé que le nombre de Mach est faible, ce qui peut s’avérer coûteux. Nous proposons dans ce travail un schéma basé sur une approximation des équations d’Euler par un système de type relaxation à deux vitesses de taille plus grande. Ce système augmenté est résolu par splitting entre la partie advective et une partie acoustique, dont la résolution implicite requiert seulement l’inversion de Laplacien à coefficient constant. Nous présenterons des résultats numériques montrant les bonnes propriétés de ce schéma. Ce travail a été réalisé en collaboration avec F. Bouchut et E. Franck.

L'écoulement du sang dans les artères est a priori modélisé par les équations de Navier-Stokes 3D, avec une force de rappel élastique pour la paroi. Cela s'avère extrêmement coûteux lorsque l'on veut simuler tout un réseau. En intégrant sur la section transverse de l'artère et en faisant certaines hypothèses simplificatrices, on peut obtenir un modèle 1D plus simple sous la forme d'un système hyperbolique d'EDP. Dans cet exposé, j'expliquerai d'abord comment on obtient ce modèle à partir de Navier-Stokes, avant de donner ses principales propriétés. Je proposerai ensuite une méthode numérique pour approcher les solutions, ainsi qu'une extension à l'ordre 2. On verra que le schéma construit vérifie plusieurs propriétés importantes (robustesse, préservation des états d'équilibre, inégalité d'entropies discrètes). Je terminerai en présentant quelques résultats numériques illustrant ces propriétés

Nous présentons un nouveau schéma numérique volume fini pour l'étude des écoulements stratifiés, capable de capturer à la fois des flots à faible Mach et à haut Mach (tout régime) et qui préserve l'équilibre hydrostatique à la précision machine (well-balanced). Le schéma est basé sur une stratégie de "splitting" entre la partie acoustique et la partie transport du système d'Euler et peut être mis en oeuvre selon une approche implicite-explicite pour supprimer la condition de courant trop restrictive tout en restant totalement conservatif (pour la masse, l'énergie et la quantité de mouvement transverse à la gravité). Ce nouveau schéma a été implémenté dans le code "ARK" à l'aide de la bibliothèque Kokkos, qui permet une portabilité de performance sur différentes architectures HPC (CPU, GPU, Manycore).

à l'aide de ce nouveau schéma, nous effectuons des simulations numériques de différentes instabilités de convection et montrons que la présence de termes sources conduit à une nouvelle famille de systèmes instables. En généralisant la théorie de la convection à tout type de termes sources thermiques et compositionnels (processus diabatiques), nous montrons que la convection thermohaline dans les océans terrestres, la "fingering convection" dans les atmosphères stellaires, la convection humide dans l'atmosphère terrestre sont tous issus de la même instabilité générale de la convection diabatique. Nous montrons également que la convection déclenchée par la transition CO / CH4 avec transfert radiatif dans l'atmosphère des naines brunes est un analogue de la convection humide et thermohaline terrestre.

La convection diphasique dans les systèmes de refroidissement des centrales nucléaires peut être aussi vu dans une certaine limite comme un analogue de la convection humide terrestre. La transition L / T dans le spectre des naines brunes pourrait être interprétée comme une crise de refroidissement géante et vue aussi comme un analogue de la crise d'ébullition dans les systèmes diphasiques. Ces transitions violentes peuvent être interprétées comme une bifurcation entre le transport convectif diabatique et adiabatique.

Ce mécanisme généralisé à d'autres transitions chimiques devrait être présent dans de nombreuses exoplanètes géantes ou rocheuses. L'étude de l'impact de différents paramètres (par exemple température effective, changements de composition, etc.) sur la convection radiative CO / CH4 et la similarité avec la convection humide terrestre ouvre également la possibilité d'utiliser les naines brunes et les simulations numériques 3D de la convection diabatique thermo-compositionnelle comme laboratoire pour mieux comprendre certains aspects de la physique à l'oeuvre dans le climat de notre planète.

L'équation KPZ modélise le comportement d'une dynamique de croissance de surface aléatoire. Introduite par Kardar, Parisi et Zhang en 1986 pour étudier le comportement de surfaces séparant deux phases d'un système physique, il a fallu attendre plusieurs années avant que Hairer ne développe des outils appropriés pour donner un sens direct à la solution de l'équation. Il se trouve que l'équation KPZ est intimement liée au modèle de polymères dirigés en environnement aléatoire, lequel décrit le comportement d'une longue chaine de particules qui s'étend dans un milieu où se trouvent des impuretés tirées aléatoirement. Supposant par exemple que les particules essaient d'éviter les impuretés, on est alors intéressé par le comportement de la chaîne à grande échelle. Dans cet exposé, j'expliquerai en quoi consiste le lien entre les modèles et je présenterai certains des résultats obtenus pendant ma thèse qui exploitent cette correspondance.

TBA

On s'intéresse à la simulation numérique de l'écoulement de particules dans un fluide de Stokes. La gestion des interactions entre particules proches est une question importante et délicate car, lorsque les particules se rapprochent, les champs de vitesse et de pression deviennent singuliers et il est difficile de les approcher numériquement. La méthode proposée ici décompose le problème fluide-particules en un problème singulier (dont la solution est supposée connu) et un problème régulier. Différentes approches pour obtenir le champ singulier ont déjà été proposées permettant d'obtenir des premiers résultats mais sur des particules sphériques ou avec des résultats se dégradant lorsque la distance entre les particules tend vers 0. Nous proposons ici une méthode, basée sur un développement asymptotique du champ singulier. Cette méthode permet de prendre en compte les effets de la lubrification sur les champs de vitesse et de pression dans tout le domaine et permet également la prise en compte de particules de formes quelconques. Nous présentons des résultats numériques basés sur une discrétisation éléments finis. Ce travail a été réalisé en collaboration avec Aline Lefebvre-Lepot.

A broad guiding principle in applied statistics is that high-dimensionnal data live on smaller dimensionnal structures. In this context, we investigate the problem of density estimation when the data are supported on an unknown submanifold M of possibly unknown dimension d. We will try to adapt standard nonparametric tools such as kernel methods to this framework, and discuss the effect of the lack of knowledge on M on the accuracy of the estimate.

In the numerical simulation of fluid flows, adaptive grid refinement is the local modification of the computational grid during the simulation, based on the requirements of the flow being simulated. In this talk, I will argue that adaptive refinement is becoming essential today for the simulation of realistic, complex flows. After a discussion of design principles for grid refinement methods, the talk will present several case studies of industrial and research flow simulations which rely on adaptive mesh refinement to obtain sufficient accuracy and reliability.

Pour étudier le système de Keller-Segel dans sa forme parabolique, on propose un système de particules stochastique avec une interaction inhabituelle : chaque particule interagit avec le passé de toutes les autres par l’intermédiaire d'un noyau espace-temps fortement singulier. On montrera l'existence et la propagation de chaos pour ce système dans le cas unidimensionnel. On discutera les résultats numériques dans le cas bi-dimensionnel et pourquoi les techniques de preuves développées en d=1 ne s’appliquent pas ici. Nous énoncerons aussi un résultat d’existence et unicité pour l’EDS non-linéaire au sens de McKean sous des conditions explicites sur les paramètres du modèle dans le cas bi-dimensionnel.