THESE Alexandre MONTARU

270 Pages·2014·2.07 MB·French

Université Paris 13 Nord
N attribué par la bibliothèque
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THESE
pour obtenir le grade de
Docteur de l’UNIVERSITE PARIS 13
Spécialité : Mathématiques
préparée au laboratoire Analyse, Géométrie et Applications
dans le cadre de l’Ecole Doctorale Galilée
présentée et soutenue publiquement
par
Alexandre MONTARU
le 29 Septembre 2014
Titre :
Etude qualitative d’un système parabolique-elliptique de
type Keller-Segel et de systèmes elliptiques non coopératifs
Directeur de thèse : Philippe SOUPLET
Jury
M. Thomas BARTSCH, Rapporteur
M. Benoit PERTHAME, Rapporteur
Mme. Lucilla CORRIAS, Examinateur
M. Jean DOLBEAULT, Examinateur
M. Philippe LAURENÇOT, Examinateur
M. Dong YE, Examinateur
M. Hatem ZAAG, Examinateur
M. Philippe SOUPLET, Directeur de thèse
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Cette thèse est dédiée à
la mémoire de mes grand-parents,
paysans,
les uns à Saint-Calais dans la Sarthe,
les autres à Tourailles dans le Loir-et-Cher.
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Un voyage de mille lis commence par un pas.
Lao Tseu
Admirant les gestes harmonieux de son boucher
et le rythme musical de son couteau dans les car-
casses qu’il dépeçait, le prince Mai loua l’habileté
de son art. Le boucher lui répondit :
- Mon habileté vient du fait que je suis le Tao.
Au tout début de ma carrière je ne voyais que le
boeuf. Après des années de pratique je ne considère
plus l’animal entier et travaille en me laissant gui-
der par mon esprit plutôt que par mes yeux.
Je m’accorde à la constitution naturelle de l’ani-
mal et le fil de mon couteau suit les interstices et
s’engage dans les cavités. Je ne coupe ni muscles ni
nerfs et encore moins les os. Un bon boucher change
son couteau tous les ans parce qu’il tranche, un bou-
cher ordinaire tous les mois parce qu’il hache. Moi,
je me sers du même couteau depuis dix-neuf ans et
bien qu’il ait découpé des milliers de boeufs, on di-
rait que son tranchant vient d’être aiguisé.
La finesse de la lame s’introduit dans les espaces
des articulations et des fibres et je manie mon cou-
teau avec aisance dans les espaces vides que j’élargis
ainsi.
Je pose mon attention sur les difficultés parti-
culières rencontrées à chaque fois, agis lentement,
et les parties se séparent d’elles-mêmes, comme si
j’émiettais une poignée de terre.
Alors je retire mon couteau, me relève, souffle
et le range.
- Bien, dit le prince, les paroles de ce boucher m’ap-
prennent l’art de diriger ma vie.
Tchouang Tseu
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Remerciements
On ne fait jamais rien seul. Je tiens donc à manifester ma sincère gratitude à
toutes celles et ceux qui m’entourent ou m’ont entouré et ont, d’une manière ou
d’une autre, contribué à me donner l’envie et la force de mettre mon embarcation
sommaire à l’eau, il y a trois ans, sur cette mer plutôt agitée qu’est une thèse. Si
j’ai pu naviguer (souvent à vue) puis finalement arriver à bon port, c’est bien parce
qu’un nombre incalculable de petites mains a depuis fort longtemps et sans le
savoir créé les conditions pour que ce soit possible.
En premier lieu, je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à mon directeur de
thèse Philippe Souplet, qui a su me mettre dans les dispositions idéales pour mener
à bien cette thèse. Il a été vraiment très agréable pour moi de travailler avec lui et
je souhaite le remercier chaleureusement pour sa disponibilité, sa bienveillance, son
humeur égale (et très bonne!), pour les jolis sujets qu’il m’a donnés et pour les
nombreuses discussions que nous avons eues. A n’en pas douter, cette thèse doit
beaucoup à sa présence rassurante et encourageante, à son enthousiasme
communicatif.
Pour l’avenir, je lui souhaite de continuer à être heureux et d’avoir de nombreux
thésards... et je souhaite également aux nombreux futurs thésards, s’il veulent être
heureux, de l’avoir comme directeur de thèse.
Un signe distinctif, pour ceux qui n’ont pas l’heur de le connaître, il lui prend
parfois l’envie de jouer quelques belles phrases de jazz sur le piano imaginaire du
séminaire, toujours en accord avec le thème mathématique bien entendu!
Je tiens également à remercier Thomas Bartsch et Benoit Perthame qui ont eu la
gentillesse et le courage d’accepter de lire et de rapporter cette thèse. C’est un
honneur de voir mon travail jugé par leurs soins et ceux de Lucilla Corrias, Jean
Dolbeault, Philippe Laurençot, Dong Ye et Hatem Zaag, à qui je sais gré d’avoir
bien voulu faire partie de mon jury de thèse.
Je pense aussi à mes camarades de thèse car un bon entourage contribue, par la
bonne ambiance qu’il dégage, à stimuler l’envie de travailler (ou pas, quand
l’ambiance est vraiment très bonne...). J’ai eu la chance de tomber dans le bureau
A 301 où les sourires, la joie et l’entraide dominent. Merci donc à mes camarades
de bureau Amal, Khue, Bakari, Van Tien, Kaouther, Phong et Van Tuan. Merci
aussi à mes autres camarades de thèse officiant au 4ème étage, notamment à
vii
Asma, Amine, Rémi et Julien, ainsi qu’à Thomas que j’ai retrouvé avec plaisir au
LAGA.
Mes pensées affectueuses vont aussi vers mon frère Julien et mes compagnons de
route Adour, Christine, Didier, Diego, Emilie et Jeremy, Eric, Florence, François,
Fred, Graham, Hélène, Joan, Julie, Juliette, Laurence, Maïté et Serge, Mélanie et
Jean-Nicolas, Raphael, Romain, Sarah, Sheeraz, Xavier et aussi un peu plus
spécialement vers Azad qui, disparu trop tôt, a néanmoins eu le temps de semer
une des graines ayant conduit la plante mathématique à repousser en moi. J’ai
aussi une pensée spéciale pour M. Wong et mes compagnons d’arts martiaux
Ariane, Clément, Dan, Eddy, Fabienne, Gilles, Marc, Médi, Philibert, Raphael,
Rodolphe et Sébastien.
C’est aussi pour moi l’occasion de remercier profondément mes parents de m’avoir
toujours fait confiance et laissé libre de suivre mes goûts sans chercher à
m’influencer. Ainsi, à mes affaires, j’ai pu vaquer et divaguer selon mon gré.
Enfin, je remercie infiniment Gabriela de m’avoir soutenu au quotidien (beaucoup)
et même supporté (probablement davantage mais je ne me rends pas trop compte
car heureusement ce n’est pas à moi de le faire). Ceci depuis longtemps mais en
particulier depuis que je me suis mis en tête de me remettre aux mathématiques,
donc depuis un master mené en parallèle de mes cours au lycée François Villon aux
Mureaux jusqu’à ces trois dernières années de doctorat à l’Université Paris 13.
A propos de celle-ci, j’en profite pour dire qu’elle a été pour moi un cadre de
travail agréable, bien plus en tout cas que l’image grise qui en est souvent donnée
d’une université coincée entre les tours de « cités ». J’y ai vu aussi de la verdure,
des arbres et des fleurs. De plus, j’ai souvent été reçu avec le sourire dans ses
différents services administratifs ou à la cantine. Concernant le LAGA, merci
notamment à Isabelle et Yolande pour leur bonne humeur et leur gentillesse, qui
rendent les démarches administratives tellement plus agréables.
Je remercie également les moutons broutant tranquillement l’herbe en face de la
cantine, ils m’ont donné une touche bucolique propre à apaiser un esprit encombré
de problèmes mathématiques1.
1. Merci aussi à celles et ceux (très rares j’espère) que j’aurais malencontreusement oubliés et
qui, sans rancune, ont poussé leur lecture jusqu’ici. Un grand merci pour leur intérêt à celles et
ceux (plus rares encore?) qui ne sont pas en train de lire leur dernière ligne de cette thèse mais
sont bien décidés à aller voir plus loin de quoi il retourne.
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Résumé
Cette thèse est consacrée à l’étude de deux problèmes :
D’une part, nous considérons un système parabolique-elliptique de type Patlak-
Keller-Segel avec sensitivité de type puissance et exposant critique. Nous étudions
les solutions radiales de ce système dans une boule de l’espace euclidien et obtenons
des résultats d’existence-unicité, de régularité ainsi qu’une alternative d’explosion.
Concernant le comportement qualitatif en temps long des solutions radiales, pour
toute dimension d’espace supérieure ou égale à trois, nous montrons un phénomène
demasse critique quigénéralise le casdéjà connu dela dimension deux maisprésente
parrapportàcelui-ciuncomportement trèsdifférent danslecasdelamasse critique.
Dans le cas d’une masse sous-critique, nous montrons de plus que les densités de
cellule convergent uniformément à vitesse exponentielle vers l’unique solution sta-
tionnaire. Ce dernier résultat est valable pour toute dimension d’espace supérieure
ou égale à deux et n’était, à notre connaissance, pas connu même pour le cas très
étudié de la dimension deux.
D’autre part, nous étudions des systèmes elliptiques (semi-linéaires et complète-
ment non-linéaires) non coopératifs. Dans le cas de l’espace ou d’un demi-espace (ou
même d’un cône), sous une hypothèse de structure naturelle sur les non-linéarités,
nous donnons des conditions suffisantes pour avoir la proportionnalité des compo-
santes, ce qui permet de ramener l’étude à celle d’une équation scalaire et ainsi
d’obtenir des résultats de classification et de type Liouville pour le système. Dans le
cas d’un domaine borné, grâce aux théorèmes de type Liouville obtenus, la méthode
de renormalisation de Gidas et Spruck permet d’obtenir une estimation a priori des
solutions bornées et finalement de déduire l’existence d’une solution non triviale, via
une méthode topologique utilisant la théorie du degré.
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