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Motsch, Sebastien. Modélisation mathématique des déplacements d'animaux et dérivation de modèles macroscopiques

Motsch, Sebastien (2009). Modélisation mathématique des déplacements d'animaux et dérivation de modèles macroscopiques.

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Résumé en francais

La modélisation des déplacements d'animaux peut se faire à deux échelles différentes. On peut soit décrire les trajectoires de chaque individu séparément en utilisant des modèles dit individu centré (échelle "microscopique"), ou bien on peut décrire la dynamique collective du groupe d'individus au moyen de quantités "macroscopiques" (densité, flux...). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à relier ces deux échelles de description, à savoir dériver des modèles macroscopiques à partir de modèles microscopiques. Cette approche permet de relier dynamique individuelle et dynamique collective. Nous nous sommes tout d'abord intéressé à un nouveau modèle de déplacement de poisson appelé "Persistent Turning Walker" (PTW) introduit à partir de données expérimentales. Nous avons donnés deux méthodes pour dériver une équation de diffusion à partir de ce modèle, une méthode utilisant des outils d'analyse fonctionnelle et une deuxième méthode utilisant des outils probabilistes. L'originalité du modèle PTW réside principalement dans l'utilisation de la courbure pour décrire le déplacement individuel, cette nouveauté permet d'étendre d'autres types de modèles ainsi que l'analyse statistique de trajectoires expérimentales. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le modèle dit de Vicsek qui est un modèle individu centré très répandu dans la modélisation de déplacements d'animaux. Nous avons pour la première fois dérivé un modèle macroscopique à partir de ce modèle (un système hyperbolique non-conservatif avec une contrainte géométrique). Les simulations numériques du modèle macroscopique obtenu nous ont ensuite montré la pertinence du modèle macroscopique pour décrire la dynamique microscopique du modèle Vicsek à grandes échelles. Mots clés : Mathématiques et Biologie, Modèle Individu Centré, Équations Différentielles Stochastiques, Équations Cinétiques, Analyse Asymptotique, Approximation Diffusion, Systèmes Hyperboliques.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Degond, Pierre
Theraulaz, Guy
Ecole doctorale:Mathématiques, informatique, télécommunications de Toulouse (MITT)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Mathématiques de Toulouse (IMT), UMR 5219
Mots-clés libres :Mathématiques et Biologie - Modèle Individu Centré - Équations Différentielles Stochastiques - Équations Cinétiques - Analyse Asymptotique - Approximation Diffusion - Systèmes Hyperboliques
Sujets :Mathématiques
Déposé le :30 Sep 2010 10:20