PDE and applications seminar | Metz

We derive a one-dimensional cable model for the electrical potential propagation along an axon. Since the typical thickness of an axon is much smaller than its length, and the myelin sheath is distributed periodically along the neuron, we simplify the problem geometry to a thin cylinder with alternating myelinated and unmyelinated parts. Both the microstructure period and the cylinder thickness are assumed to be of order h, a small positive parameter. Assuming a nonzero conductivity of the myelin sheath, we find a critical scaling with respect to h which leads to the appearance of an additional potential in the homogenized nonlinear cable equation. This potential contains information about the geometry of the myelin sheath in the original three-dimensional model.

Les équations de Maxwell-Stefan décrivent le comportement d’un mélange gazeux dont l’effet prédominant est la diffusion. Dans cet exposé, nous montrerons les liens entre la diffusion Fickienne et la diffusion à  la Maxwell-Stefan. Ensuite nous considérerons le cas non isotherme et étudierons quelques propriétés mathématiques de ces équations, notamment l’existence et l’unicité de la solution.

A partir de notions bien connues de mécanique quantique, cet exposé présente une version simplifiée du formalisme quantique. Plus précisément, je rappellerai quelques fondamentaux au sujet de la fonction d’onde, des observables et de l’équation de Schrödinger et expliquerai comment on peut résoudre certains problèmes de physique quantique à  l’aide d’algèbre linéaire en dimension finie. Le second objectif de cet exposé est d’appliquer ce formalisme simplifié à  un problème particulier : la théorie de la réponse linéaire et les fluctuations entropiques des systèmes en interactions répétées. D’un point de vue physique, on peut se représenter un faisceau d’atomes dont les températures sont différentes. Ce faisceau traverse une cavité remplie d’un champ électromagnétique. En moyenne, ce champ absorbera l’énergie des atomes les plus chauds et en injectera aux atomes les plus froids. Dans ce contexte, on peut retrouver certains résultats bien connus de thermodynamique hors-équilibre sous une forme particulière, notamment la formule de Green-Kubo et les relations de réciprocité d’Onsager.

Nous étudions la dynamique d’une population structurée en âge dont l’évolution est modélisée par les équations de McKendrick–Von Foerster avec un terme de diffusion spatiale. Pour ce modèle, nous examinons le problème de la conception d’un observateur, supposant que l’on observe l’état de la population sur une sous-domaine. Cet observateur fournit à  la fois une estimation de l’évolution de la population et celle du coefficient de diffusion spatiale supposé inconnu. Il est obtenu en généralisant la construction d’un observateur de Luenberger en dimension finie à  notre système en dimension infinie.

Le résumé se trouve ici

I will talk about the spectrum of double layer potential operators for 3D surfaces with rough features. The existence of spectrum reflects the fact that transmission problems across the surface may be ill-posed for (complex) sign-changing coefficients. The spectrum is very sensitive to the regularity sought of solutions. For $L^2$ boundary data, for domains with corners and edges, the spectrum is complex and carries an associated index theory. Through an operator-theoretic symmetrisation framework, it is also possible to recover the initial self-adjoint features of the transmission problem – corresponding to $H^{1/2}$ boundary data – in which case the spectral picture is more familiar.

Résumé à  préciser

Je vais commencer par présenter la modélisation des avalanches denses (modèle mécanique et géométrique, les hypothèses de l’écoulement de faible épaisseur, le modèle asymptotique, etc). Puis je vais lier l’analyse (statique) du déclenchement d’une avalanche avec les problèmes d’analyse limite et du spectre du 1-Laplacien (problème de Cheeger). Une deuxième partie sera consacrée à  la modélisation numérique de l’évolution dynamique d’une avalanche. Je vais terminer avec une comparaison entre le modèle et les expériences de laboratoire et quelques simulations sur des topographies réelles.

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.

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.