Séminaires

Exposé donné dans le cadre des Journées Analyse et Physique mathématique
The anisotropic Calderon problem is the inverse problem consisting in determining a metric on a compact Riemannian manifold with boundary from the Dirichlet-to-Neuman map. The resolution of the problem in a conformal class follows from a similar inverse problem on the Schrödinger equation and remains an open question in dimensions higher than 3. In previous works, we could solve this inverse problem under structural assumptions on the known metric (namely that it is conformal to a warped product with an Euclidean factor) and additional geometric assumptions on the transversal manifold. The proof of uniqueness relies on the high frequency limit in a Green identity involving pairs of complex geometrical optics solutions to the Schrödinger equation. This talk will be concerned with a description of the resolution of this nonlinear inverse problem under strong assumptions on the metric and our attempts to remove the additional transversal assumptions on the geometry by refraining from passing to the limit in the linearised problem. Unfortunately, this path only leads to partial results on the linearised problem for the time being, that is recovery of singularities of the potential in the transversal variables. This a joint work with Yaroslav Kurylev, Matti Lassas, Tony Liimatainen and Mikko Salo.

Le but de l’exposé est de présenter les grandes lignes de la méthode des éléments finis inversés. Cette méthode, introduite par l’orateur il y a quelques années, vise à  résoudre des EDP en domaines non bornés sans aucune troncature. Après une analyse de la convergence, on présente quelques résultats numériques obtenus en résolvant plusieurs problèmes issus de la physique. Ces résultats confirment l’efficacité de la méthode et son adaptativité dans de nombreuses situations.

Le spectre de Steklov d’un espace compact est constitué des valeurs propres de l’opérateur de Dirichlet-Neumann sur son bord. Il est lié à  la géométrie de cet espace. Dans cet exposé, je vous présenterai quelques résultats de type isopérimétrique dans le contexte d’hypersurfaces dont le bord dans l’espace euclidien est prescrit. Des bornes supérieures très générales seront présentées, ainsi que des bornes inférieures pour les hypersurfaces de révolutions. Il sera aussi question d’isospectralité en dimension 2. Ce travail est conjoint avec Bruno Colbois et Katie Gittins de l’Université de Neuchâtel, ainsi qu’avec Antoine Métras qui est doctorant à  l’Université de Montréal.

Résumé

The talk discusses two works of the author linking the topological properties, i.e. “something that can be seen”, with the analytical properties of dispersion relations in waveguides. The first example is related to a quantum waveguide, i.e. to a periodic (elongated in one dimension) graph-like structure consisting of edges bearing a wave equation and nodes considered as joints. In acoustics the edges are thin pipes. The problem of this research was to estimate the number of modes that can travel (or decay) in each direction along such a waveguide. The final result is as follows. One should build a graph consisting of a closed single cell of the periodic graph. The estimation of the number of modes is a maximum degree of a linear subgraph of this graph. Thus, although the consideration is held in the algebraic way (a determinant- like dispersion equation is solved), the answer is given in the graph language. The second example is related to 2D waveguiding structures that are layered in the transversal direction. It may happen that the group velocities of all waveguide modes are lower than the biggest velocity in one of the layers. In this case, one can observe a forerunner, i.e. a pulse travelling faster than all the modes and decaying exponentially. The problem is how to find it on the dispersion diagram of the waveguide. The result is as follows. The dispersion diagram should be considered as a multivalued analytical function of, say, temporal frequency, taken on its Riemann surface. The forerunner branch then can be found on the analytical continuation of the diagram. The branch point of the diagram describes interaction between the layers.

Le résumé se trouve ici

Le résumé se trouve ici.

Le laplacien occupe, au sein de l’analyse mathématique des équations aux dérivées partielles, une place centrale. Récemment, les travaux de Jun Kigami, poursuivis par Robert S. Strichartz, ont permis la construction d’un opérateur de même nature, défini localement, sur des domaines présentant un caractère fractal. Curieusement, le cas du graphe de la fonction de Weierstrass, introduite en 1872 par K. Weierstrass, continue partout, mais nulle part dérivable, et qui présente des propriétés d’auto-similarité, ne semble pas avoir été envisagé. Nous nous sommes posé la question suivante : si on se donne une fonction définie et continue sur le graphe de la fonction de Weierstrass, est-il possible de lui associer une fonction qui soit, au sens faible, son laplacien ? En pratique, il suffit d’utiliser une formulation faible, écrite à  l’aide de formes de Dirichlet, construites par itérations successives sur une suite de graphes convergeant vers le domaine considéré. Pour une fonction continue sur ce domaine, son laplacien est obtenu comme la limite normalisée de la suite de laplaciens obtenus à  chaque itération. Le spectre du laplacien ainsi construit est obtenu par décimation spectrale. Par rapport aux travaux existant, les résultats que nous présentons mettent en avant les spécificités dues au caractère non affine de notre étude. Déjà , la construction des formes de Dirichlet requiert la prise en compte de la géométrie très particulière du graphe. Ensuite, il faut disposer d’une mesure adaptée à  l’intégration le long de courbes fractales.

Dispersion is the phenomenon in which the phase velocity of a wave depends on its frequency, or alternatively when the group velocity depends on the frequency. Examples of classical nonlinear dispersive equations are the (generalized) KdV equation, the Nonlinear Schrödinger equation, and the Boussinesq equation. In addition to the well-posedness it is known blow-up effect, for critical and super-critical cases that generally depend on the exponent p > 0 present in the nonlinearity of these equations. Dispersive blow-up is a focussing type of behavior which is due to both the unbounded domain in which the problem is set and the propensity of the dispersion relation to propagate energy at different speeds. On the other hand, a damping term can prevent this blow-up effect in the dispersive equations, and it is what is studied in several works, both for the KdV and for the Schrödinger equation.

Ce travail, en collaboration avec E. Bonnetier et F. Triki s’intéresse au spectre de l’opérateur de Poincaré-Neumann. Cet opérateur intégral intervient de manière récurrente dans l’étude de problèmes de conductivité mettant en jeu plusieurs phases, et son spectre gouverne certains phénomènes physiques découverts récemment, tels que celui de « résonances plasmoniques ». Le cadre d’étude de ce travail met en jeu une distribution périodique de petites inclusions de taille caractéristique $varepsilon$. En combinant des techniques appartenant à  la théorie de l’homogénéisation périodique et à  la théorie du potentiel, nous prouvons que le spectre de l’opérateur de Poincaré-Neumann associé à  cette collection d’inclusions est composé de deux valeurs propres 0 et 1 (dont les sous-espaces propres sont ‘triviaux’), ainsi que d’une partie qui est uniformément éloignée de 0 et 1 lorsque la taille des inclusions tend vers 0. Cette partie non triviale s’écrit comme l’union d’un `spectre de Bloch’ – composé de bandes décrivant les résonances collectives des cellules – ainsi que d’un `spectre de couche limite’, associé aux fonctions propres qui conservent une fraction non négligeable de leur énergie près de la frontière du domaine macroscopique. Ces résultats donnent un éclairage nouveau au problème de l’homogénéisation du potentiel électrique engendré par une source donnée dans un milieu diélectrique ponctué de petites inclusions distribuées périodiquement, remplies d’une conductivité arbitraire (y compris négative).