Olivier Benoist (École Normale Supérieure de Paris)

Le 17ème problème de Hilbert, résolu en 1927 par Artin, affirme que tout polynôme réel qui ne prend que des valeurs positives est une somme de carrés. La positivité des sommes de carrés est donc la seule source d’inégalités polynomiales ! Je présenterai l’histoire de cette question, des développements récents, et des problèmes ouverts d’énoncés élémentaires.

Emmanuel Kowalski (ETH, Zurich)

Les objets arithmétiques d’apparence les plus simples, par exemple les
nombres entiers, ou des sommes finies de racines de l’unité, semblent
souvent avoir un comportement imprévisible, mais qui obéit
statistiquement à des règles précises. L’exposé présentera différents
exemples de tels phénomènes ainsi que des applications récentes.

Marie Theret (Université Paris Nanterre)

Considérons le graphe de sommets les points de Z^d muni des arêtes reliant les sommets à distance euclidienne 1. Le modèle de percolation de premier passage sur Z^d consiste à associer aux arêtes de ce graphe une famille de variables aléatoires indépendantes et de même loi, à valeurs positives. La variable associée à une arête représente le temps nécessaire pour traverser l’arête, ce qui permet de modéliser des phénomènes de propagation (propagation d’une information dans un réseau social, d’une maladie au sein d’une population, de l’eau à l’intérieur d’une roche poreuse). Nous présenterons une propriété qui joue un rôle central dans l’étude de ce modèle : la sous-additivité.

Vincent Borrelli (Université de Lyon)

Au milieu des années 50, John Nash énonce un théorème de « plongements isométriques » dont les conséquences sont déconcertantes. Il implique en effet que l’on peut réaliser un tore plat dans l’espace ambiant c’est-à-dire identifier les bords opposés d’une feuille de papier sans créer le moindre pli ni la moindre intersection. Il implique également l’existence d’une application qui envoie la sphère unité à l’intérieur d’une boule de rayon arbitrairement petit tout en préservant les longueurs des courbes tracées à sa surface. Ces objets, appelés tore plat 3D et sphère réduite, sont restés longtemps mystérieux jusqu’à ce qu’une théorie inventée par Mikhail Gromov, l’intégration convexe, ouvre la voie à leur construction explicite et à leur visualisation. Dans cet exposé, nous nous intéresserons à cette construction ainsi qu’à la structure géométrique en « fractale lisse » qu’elle a révélée.

Joerg Seiler (Turin)

There are many examples of calculi/algebras of pseudodifferential operators that have been designed to analyze different sorts of elliptic partial differential operators, in particular to characterize their Fredholm property and regularity properties of solutions of associated pde’s in suitable function spaces, using a parametrix construction within the algebra. This ranges from  pseudodifferential operators on smooth closed manifolds (where ellipticity of an operator is characterized by the invertibility of its homogeneous principal symbol) to operator algebras for singular manifolds like manifolds with conical points, edges, and corners (where ellipticity is characterized by a hierarchy of principal symbols associated with the stratification of the manifold). Also boundary value problems can be treated in such a way. L. Boutet de Monvel developed a calculus for smooth manifolds with boundary which allows to treat classical boundary conditions like Dirichlet or Neumann conditions. Ellipticity in this calculus corresponds to the classical Shapiro-Lopatinskij ellipticity. This calculus has been extended by Schulze to also cover so-called global projection conditions, for example spectral boundary conditions for Dirac operators.

It will be discussed how parts of Schulze’s construction can be obtained in a general framework of  so-called operators of Toeplitz type associated with a given algebra of pseudodifferential operators and that a corresponding approach also applies to complexes of operators. Fredholm property in this context means finite dimension of all associated cohomology spaces. For smooth manifolds with boundary it turns out that every complex of differential operators, which is fibre-wise exact on the level of homogeneous principal symbols, can be complemented with boundary conditions (i.e., a complex-isomorphism to a complex of operators on the boundary) in such a way that the resulting mapping cone is a Fredholm complex. There is a topological obstruction which decides whether these boundary conditions can be chosen from the usual Boutet de Monvel calculus or when they must involve global projection conditions. This extends and makes precise results due to A. Dynin. Parts of this talk are joint work with B.-W. Schulze.

Sébastien Gouëzel

Les assistants de preuve sont des outils informatiques qui permettent de formaliser et vérifier tous les détails d’une preuve. Alors qu’ils sont développés et utilisés depuis longtemps par des informaticiens (notamment pour prouver qu’un programme fait bien ce qu’il attend de lui), leur adoption par des mathématiciens est beaucoup plus récente. Je décrirai à travers mon expérience personnelle ce que ces outils permettent déjà de faire, notamment pour des résultats niveau recherche, mais aussi les difficultés que pose leur utilisation pour un mathématicien. Et j’espère aussi dissiper quelques fantasmes !

François Baccelli (ENS Paris)

Résumé :

L’exposé portera sur les dynamiques déterministes sur des graphes aléatoires infinis. Une telle dynamique peut être vue comme un ensemble de règles de navigation sur les noeuds du graphe, qui sont des fonctions de la seule géométrie locale du graphe enraciné. Nous nous concentrerons sur des graphes aléatoires qui sont unimodulaires (vérifient les équations de transport de masse) et sur les règles de navigation qui sont covariantes (invariantes par isomorphismes de graphes enracinés).

Nous donnerons une classification de ces dynamiques basée sur les propriétés de leurs variétés stables. Cette classification est fondée sur l’identification d’une famille d’arbres aléatoires critiques dont les propriétés fondamentales seront présentées.

Ces notions seront illustrées par des exemples issus de la théorie des processus ponctuels, des processus de branchement, de la théorie des graphes aléatoires infinis et de celle des processus aléatoires.

Travail en collaboration avec M.-O. Haji-Mirsadeghi et A. Khezeli.

Jean-Yves Chemin (Université Pierre et Marie Curie)

Résumé:  Dans le cas des groupes commutatifs, l’espace des fréquences, c’est-à-dire l’espace de la variable de Fourier est l’ensemble des caractères, ou l ‘une de ses paramétrisations. Dans le cas familier de l’analyse sur $mathbf{R}^n$, il s’agit de l’ensemble des formes linéaires sur $mathbf{R}^n$. Rien de tel dans le cadre des groupes non commutatifs où l’on doit utiliser les représentations. Après avoir rappeler les points essentiels de cette théorie,  nous expliquerons les problèmes qu’elle pose et définirons la transformation de Fourier comme fonction sur un espace métrique complet  singulier  explicite.

Texte de l’auteur

James Maynard (University of Oxford)

James Maynard est un théoricien des nombres, professeur à l’université d’Oxford. Il s’est fait connaître en donnant une nouvelle preuve du théorème de Zhang concernant l’infinité des paires de nombres premiers séparés d’une quantité bornée.

En 2016, il a résolu une conjecture d’Erdös sur les grands écarts entre nombres premiers. C’est la conjecture résolue pour laquelle Erdös avait offert le prix le plus élevé.

Abstract: One of the oldest problems about prime numbers is asking how many primes there are of a given size in an arithmetic progression. Dirichlet’s famous theorem shows that there are large primes in the progression unless there is an obvious reason why not, but more refined questions lead quickly to statements equivalent to versions of the Riemann Hypothesis, which unfortunately remains unsolved.

Chengbo Zhu (National University of Singapore)

Olivier Debarre (ENS Paris)

La définition de la rationalité d’une variété algébrique X définie sur un corps K peut être donnée de deux façons.

La première, géométrique, est de dire que la variété X est très proche d’être un space affine K^n, c’est-à-dire qu’on peut  paramétrer, de façon presque biunivoque, a variété X par K^n (ici, n est la dimension de X).

La seconde, algébrique, est de demander que le corps des fonctions rationnelles sur X soit une extension transcendante pure de K, isomorphe donc au corps des fractions rationnelles K(T_1,…,T_n)$ en n indéterminées.

La question de décider si une variété algébrique donnée (par exemple par des équations polynomiales) est rationnelle ou non est en général très difficile mais est plus accessible du point de vue géométrique.

Après avoir présenté des exemples classiques, je parlerai de résultats spectaculaires obtenus récemment sur le comportement de la rationalité dans une famille de variétés (X_t) (l’ensemble des t pour lesquels X_t est rationnelle est-il ouvert, fermé, etc. ?).

Jan Derezinsky

(Université de Varsovie)

Abstract: First I will describe a certain natural holomorphic family of closed operators with interesting spectral properties. These operators can be fully analyzed using just trigonometric functions. Then I will discuss one- dimensional Schrödinger operators with inverse square potential and general boundary conditions, which I studied recently with S.Richard. Even though their description involves Bessel and Gamma functions, they turn out to be equivalent to the previous family.

Some operators that I will describe are homogeneous – they get multiplied by a constant after a change of the scale. In general, their homogeneity is weakly broken-scaling and induces a simple but nontrivial ow in the parameter space. One can say (with some exaggeration) that they can be viewed as « toy models of the renormalization group ».

Based on

Djalil Chafaï (Université Paris-Dauphine)

Résumé : 

Cet exposé présente quelques aspects de l’étude de modèles de matrices aléatoires, notamment le comportement des valeurs propres en grande dimension. Un effort particulier est fait pour mettre en avant la structure et les méthodes, entre analyse, probabilités, et physique statistique.

Élise Janvresse (Université de Picardie)

Résumé : Il est bien connu que les suites de Fibonacci croissent exponentiellement vite. En 2000, Viswanath a introduit les suites de Fibonacci aléatoires, définies par la relation de récurrence suivante :

F(n+1)= F(n)±F(n-1)

où le signe + ou – est donné par une suite de tirages à pile ou face.
Nous nous intéresserons dans cet exposé à la croissance des suites de Fibonacci aléatoires et de leurs généralisations.

Élise Janvresse est une spécialiste de théorie ergodique et probabilités. Après s’être intéressée au comportement asymptotique des systèmes de particules, son spectre scientifique s’est élargi aux suites de Fibonacci aléatoires, loi de Benford, marches aléatoires sur la sphère et le groupe orthogonal, applications au traitement d’images cérébrales, suspensions de Poisson et systèmes dynamiques en mesure infinie parmi d’autres sujets.

Elle est aussi une excellente vulgarisatrice, auteure de plusieurs livres, exposés grand public et articles dans de nombreux magazines.

Gilles Lebeau (Université de Nice)

Résumé de l’exposé. Dans l’article « Restriction of Fourier Transform to Quadratic Surfaces and Decay of Solutions of Wave Equations. Duke Math. Journal, 44, 1977 », R. Strichartz a introduit les inégalités qui portent son nom, pour résoudre certaines équations d’ondes non linéaires. Elles sont devenues un outil fondamental pour l’étude du problème de Cauchy pour les équations d’évolutions dispersives non linéaires (ondes, Schrödinger,…) et en analyse harmonique pour l’étude des estimations Lp des projecteurs spectraux. Nous présenterons ces inégalités, ainsi que des résultats récents (en collaboration avec R. Lascar, O. Ivanovici et F. Planchon) dans des domaines bornés, et certains problèmes ouverts.

Stéphane de Bièvre
(Université de Lille)

Que les systèmes macroscopiques isolés tendent vers un état d’équilibre thermodynamique est une loi de base de la thermodynamique. Expliquer comment et pourquoi ceci se passe en termes de la dynamique sous-jacente des constituents de ces systèmes reste un problème difficile et largement ouvert et activement étudié. Après avoir posé le problème, je passerai en revue quelques résultats récents sur des systèmes modèle simples.

Maciej Zworski (University of California, Berkeley)

Maciej Zworski est un spécialiste des aspects mathématiques de la mécanique quantique. Il s’intéresse en particulier à la théorie de la diffusion (scattering) et à l’analyse micro-locale.

Résumé : 

As a more recent application I will present a result obtained with Dyatlov: for compact surfaces with Anosov geodesic flows, Ruelle zeta function at 0 has a pole of multiplicity given by the Euler characteristic. In articular, the lengths spectrum (the set of the lenghts of closed geodesics) determines the genus.

Nicolas Bergeron

Résumé : En 1979 T. Jorgensen surprend les géomètres en construisant une variété hyperbolique de dimension 3 qui fibre sur le cercle. Trente trois ans plus tard I. Agol, répondant positivement à une question de W. Thurston et en se basant sur des travaux de D. Wise, démontre que toute variété hyperbolique de dimension 3 possède en fait un revêtement fini qui fibre sur le cercle.

Dans cet exposé je commencerai par construire une exemple explicite de variété hyperbolique de dimension 3 qui fibre sur le cercle, en suivant une idée de Thurston. La construction est élémentaire et peut être rendue complètement visuelle. L’exposé sera ainsi constitué d’une succession de petits films, réalisés avec Jos Leys. En commentant ces films j’essaierai d’expliquer comment certaines des idées derrière cette construction d’une variété hyperbolique fibrée sont à la base des travaux d’Agol et Wise.
L’exposé sera précédé du thé du laboratoire à 16h30 et pour ceux qui le souhaitent, il y aura un repas en ville (participation de 20€ par personne). Si vous souhaitez participer à ce repas, merci de me prévenir avant vendredi 16 à midi.

Tony Lelièvre

Résumé : La simulation moléculaire consiste à modéliser la matière à l’échelle des atomes. En utilisant ces modèles, on espère obtenir des simulations plus précises et plus prédictives, et ainsi avoir accès à une sorte de microscope numérique, permettant de scruter les phénomènes moléculaires à l’origine des propriétés macroscopiques. Les perspectives applicatives sont innombrables: prédiction des structures des protéines, conception de nouveaux médicaments ou de nouveaux matériaux, simulation de la dynamique des défauts dans un matériau, etc. La simulation moléculaire occupe aujourd’hui une place importante dans de nombreux domaines scientifiques (biologie, chimie, physique) au même titre que les développements théoriques et les expériences.

Malgré la formidable explosion de la puissance des ordinateurs, il reste difficile de simuler suffisamment d’atomes sur des temps suffisamment longs pour avoir accès à toutes les quantités d’intérêt. Les mathématiques jouent un rôle fondamental à la fois pour dériver rigoureusement des modèles réduits moins coûteux, et pour analyser et améliorer des algorithmes permettant de relever les défis posés par les différences d’échelles en temps et en espace entre le modèle atomique et notre monde macroscopique.

L’objectif de l’exposé sera de présenter les modèles utilisés en dynamique moléculaire ainsi que quelques questions mathématiques soulevées par leur simulation.

Biographie de l’auteur : Tony Lelièvre est chercheur en mathématiques appliquées, professeur à l’Ecole des Ponts ParisTech et à l’Ecole Polytechnique. Il est membre de l’équipe Matherials (INRIA Paris). Ses recherches portent principalement sur l’analyse mathématique de modèles pour les matériaux, et des méthodes numériques associées. Il coordonne le projet ERC MsMath sur la simulation moléculaire.

Olivier Rioul

Nous fêtions en 2016 le centenaire de la naissance de Claude Shannon, un mathématicien et ingénieur américain considéré comme le “père de l’Âge de l’information”. Son nom ne vous dit peut-être pas grand chose : Hollywood a glorifié d’autres héros scientifiques comme Alan Turing ou John Nash. Shannon, lui, a eu une vie rangée, modeste… et surtout ludique : adepte du monocycle et du jonglage, il s’est amusé à construire des machines plus ou moins loufoques. Dans le même temps, il a fait des avancées théoriques décisives dans des domaines aussi divers que les circuits logiques, la cryptographie, l’intelligence artificielle, l’investissement boursier, le wearable computing… et surtout, la théorie de l’information. Son article fondateur de 1948 rassemble tellement d’avancées fondamentales et de coups de génie que Shannon est aujourd’hui le héros de milliers de chercheurs, loué presque comme une divinité. On peut dire, sans exagérer, que c’est le mathématicien dont les théorèmes ont rendu possible le monde du numérique que nous connaissons aujourd’hui.

Dans cet exposé on décrit ses contributions les plus marquantes : le paradigme de Shannon; les modèles probabilistes des données; l’unité logarithmique d’information; les limites de performances; l’entropie, l’entropie relative et la définition mathématique de l’information; la technique du codage aléatoire; la formule de capacité. On va jusqu’à présenter les idées des démonstrations des premier et second théorèmes de Shannon avec des moyens élémentaires. Si le temps le permet, on abordera une preuve récente de l’inégalité de la puissance entropique dont Shannon a eu l’intuition géniale.

Biographie de l’orateur :

Olivier Rioul (PhD, HDR) est ingénieur général du Corps des Mines, professeur à Télécom ParisTech et à l’Ecole Polytechnique. Ses activités de recherche en mathématiques appliquées sont consacrées à diverses applications parfois non conventionnelles de la théorie de l’information, comme les inégalités en statistiques, la sécurité physique des systèmes embarqués et la psychologie expérimentale dans les interactions homme-machine. Il enseigne la théorie de l’information dans plusieurs grandes écoles depuis vingt ans et a publié un livre qui est devenu une référence française du domaine et sera bientôt réédité.

Voir aussi les sites http://centenaire-shannon.cnrs.fr et http://shannon100.com.