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Article

1 - ÉQUATION DES ONDES

  • 1.1 - Contexte
  • 1.2 - Résultats globaux
  • 1.3 - Formules explicites
  • 1.4 - Analyse à haute fréquence
  • 1.5 - Application de l’analyse haute fréquence
  • 1.6 - Propriétés spécifiques du problème extérieur et équation d’Helmholtz

2 - ÉQUATIONS DE L’HYDRODYNAMIQUE

3 - MÉCANIQUE MOLÉCULAIRE

  • 3.1 - Équation de Boltzmann
  • 3.2 - De l’équation de Boltzmann aux équations hydrodynamiques
  • 3.3 - Dérivation de l’équation d’Euler compressible
  • 3.4 - Dérivation de l’équation de Navier-Stokes compressible
  • 3.5 - Dérivation de l’équation de Navier-Stokes et d’Euler incompressibles
  • 3.6 - Démonstrations rigoureuses de convergence

4 - DÉRIVATION DES ÉQUATIONS DE CHAMP MOYEN : VLASOV ET SCHRÖDINGER NON LINÉAIRE

5 - ÉQUATION DE KORTWEG ET DE VRIES (KDV) ET SYSTÈMES INTÉGRABLES

  • 5.1 - Contexte
  • 5.2 - Paire de Lax et méthode de Gelfand-Levitan-Marchenko
  • 5.3 - Intégrabilité de l’équation de KdV et systèmes hamiltoniens en dimension infinie
  • 5.4 - Généralisations

6 - ÉQUATIONS DE L’ÉLASTICITÉ

  • 6.1 - Contexte
  • 6.2 - Équations linéarisées et propriétés spécifiques
  • 6.3 - Équation d’Euler-Bernouilli et de Timoshenko

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AF191 v1

Équations de l’hydrodynamique
Équations aux dérivées partielles - Partie 2

Auteur(s) : Claude BARDOS, Thierry PAUL

Date de publication : 10 oct. 2010

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RÉSUMÉ

La résolution des équations aux dérivées partielles (EDP) est au cœur de la compréhension de nombreux phénomènes physiques. De la simulation aéronautique à l'imagerie, en passant par la prévision météorologique, les EDP sont présentes dans de nombreux domaines appliqués de l'ingénierie et de la physique. Dans ce dossier, seront analysés certaines équations importantes, comme par exemple celles de Navier-Stokes, d'Euler, de Boltzmann, d'Helmholtz, de Kortweg et de De Vries, ou encore des modèles de turbulence.

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ABSTRACT

Solving partial differential equations (PDEs) is at the heart of the understanding of many physical phenomena. From aeronautic simulation to imagery and including weather forecasting, the PDEs are present in many applied fields of engineering and physics. This report analyses certain major equations such as that of Navier-Stokes, Euler, Boltzmann, Helmholtz, Kortweg and De Vries as well as turbulence models.

Auteur(s)

  • Claude BARDOS : Professeur émériteLaboratoire Jacques-Louis Lions, Université Pierre et Marie Curie

  • Thierry PAUL : Directeur de recherche CNRSCentre de mathématiques Laurent Schwartz, École polytechnique

INTRODUCTION

Il s'agit ici de la seconde partie de l'article consacré aux équations aux dérivées partielles. Un guide de lecture en début d'article permet de se repérer aisément dans le présent article et dans l'article [AF 190].

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af191


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2. Équations de l’hydrodynamique

2.1 Contexte

Les équations de la mécanique des fluides occupent une place privilégiée dans la théorie des équations aux dérivées partielles pour les raisons suivantes :

1) La facilité à observer l’évolution des fluides. Cette observation se retrouve chez de nombreux auteurs et, en particulier, les commentaires de Léonard de Vinci sur la turbulence sont un classique de la discipline.

doue la turbulence dellacqua sigenera

doue la turbolenza dellacqua simantiene plugho

doue la turbolenza dellacqua si posa.

La construction de navires ou d’ouvrages hydrauliques a stimulé une approche analytique du sujet. L’appel de Frédéric II à Euler (inventeur des équations fondamentales de la mécanique des fluides) pour résoudre les problèmes techniques posés par les fontaines du château de Sans souci en est un exemple ;

2) L’introduction, à la fin du 19e siècle et au début du 20e siècle par Maxwell et Boltzmann, des équations cinétiques, puis l’étude de leur relations avec les équations macroscopiques de la mécanique des fluides (cf. section 4) ;

3) Enfin l’aspect universel des équations de la mécanique des fluides qui, par leur nature non linéaire et les propriétés qui en découlent (apparition de singularités, instabilités, bifurcation d’états stationnaires et instabilités) sont des modèles pour l’étude d’autres équations aux dérivées partielles. Cette dernière observation explique l’accent mis par la communauté mathématique sur la résolution des équations de Navier-Stokes, objet d’un prix Clay.

Différentes équations apparaissent selon le degré de détail avec lesquels on examine les phénomènes. En allant...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ARNOL’D (V.) -   Méthodes mathématiques de la mécanique classique  -  MIR, Moscou (1976).

  • (2) - ALINHAC (S.), GERARD (P.) -   Opérateurs pseudo-différentiels et théorème de Nash-Moser  -  InterÉditions-CNRS, Paris (1991).

  • (3) - BEREZIN (F.), SHUBIN (M.) -   The Schrödinger equation  -  Kluwer, London (1991).

  • (4) - BREZIS (H.) -   Analyse fonctionnelle : théorie et applications  -  Masson, Paris (1983).

  • (5) - CERCIGNANI (C.) -   Ludwig Boltzmann : the man who trusted atoms  -  Oxford University Press, Oxford (1998).

  • (6) - COURANT (R.), HILBERT (D.) -   Methods of mathematical physics  -  Interscience Publishers, New-York (1953).

  • ...

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