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Dhaouadi, Firas. An augmented lagrangian approach for Euler-Korteweg type equations

Dhaouadi, Firas (2020). An augmented lagrangian approach for Euler-Korteweg type equations.

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Résumé en francais

On présente un modèle hyperbolique quasi-linéaire de premier ordre approximant les équations d'Euler-Korteweg (E-K), qui décrivent des écoulements de fluides compressibles dont l'énergie dépend du gradient de la densité. Le système E-K peut être vu comme les équations d'Euler-Lagrange d'un Lagrangien soumis à la conservation de la masse. Vu la présence du gradient de la densité dans le Lagrangien, des dérivées d'ordre élevé de la densité apparaissent dans les équations du mouvement. L'approche présentée ici permet d'obtenir un système d'équations hyperboliques qui approxime le système E-K. L'idée est d'introduire un nouveau paramètre d'ordre qui approxime la densité via une méthode de pénalisation classique. Le gradient de cette nouvelle variable remplace alors le gradient de la densité dans le Lagrangien, ce qui permet de construire le Lagrangien augmenté. Les équations d'Euler-Lagrange associées à celui-ci, sont des équations hyperboliques avec des termes sources raides et des vitesses de caractéristiques rapides. Ce système est analysé puis résolu numériquement en utilisant des schémas de type IMEX. En particulier, cette approche a été appliquée à l'équation de Schrödinger non-linéaire défocalisante (qui peut être réduite au système E-K via la transformée de Madelung), pour laquelle des comparaisons avec des solutions exactes et asymptotiques ont été faites, notamment pour des solitons gris et des ondes de choc dispersives. La même approche a été également appliquée aux équations de filmes minces avec capillarité, pour lesquelles une comparaison avec des résultats numériques de référence et des résultats expérimentaux a été faite. Il a été démontré que le modèle augmenté peut aussi bien s'appliquer pour des modèles dont le terme de capillarité est non-linéaire. Dans ce même cadre, une étude de gouttes stationnaires sur un substrat solide horizontal a été établie afin de classifier les profils possibles de gouttes selon leur énergie. Ceci a permis également de faire des comparaisons du modèle augmenté sur des solutions stationnaires. Enfin, une partie indépendante de ce travail est consacrée à l'étude des équations équivalentes associées aux schémas numériques, où l'on démontre que les conditions de stabilité qui dérivent d'une troncature de l'équation équivalente, n'a du sens que si la série correspondante dans l'espace de Fourier est convergente, sur les longueurs d'onde admissibles dans la pratique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Vila, Jean-Paul
Favrie, Nicolas
Ecole doctorale:Mathématiques, informatique, télécommunications de Toulouse (MITT)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Mathématiques de Toulouse (IMT), UMR 5219
Mots-clés libres :Lagrangien augmenté - Équations d'Euler-Korteweg - Équations hyperboliques - Équations dispersives - Schémas IMEX - Schémas de Godunov
Sujets :Mathématiques
Déposé le :17 Mar 2021 14:21