This investigation is devoted to the study of the Fermi-Pasta-Ulam (FPU) lattice dynamics. Approximations of the FPU lattice dynamics have been an old subject, it is believed that the stability of the FPU traveling waves depends on the stability of the KDV solitary waves. The key question is: Are the traveling waves of the FPU lattice stable if the traveling waves of KDV type equation are stable?. We consider the FPU lattice with the nonlinear potential which leads to the generalized Korteweg-de Vries (gKDV) equation, which is known to have orbitally stable traveling waves in a subcritical case and orbitally unstable traveling waves in critical and supercritical cases. In order to pursue the question asked above, we use the energy method. We establish that the H^s(R) norm of the solution of the gKDV equation is bounded by a time-independent constant in the subcritical case, whereas the H^s(R) norm grows at most exponentially in the critical and supercritical cases. With the help of these results, we extend the time scale for the approximation of the traveling waves of the FPU lattice by the traveling waves of the gKDV equation logarithmically in the subcritical case. In the critical and supercritical cases, we extend the time scale by a double-logarithmic factor. Our results show that the traveling waves of the FPU lattice are stable if the solitary waves of the gKDV equation are stable in the subcritical case. On the other hand, in the critical and supercritical cases, our results are restricted to small-norm initial data, which exclude solitary waves. / Thesis / Master of Science (MSc)

Dans cette thèse, nous étudions la dynamique à temps long des solutions des équations de KdV généralisées (gKdV) critiques et surcritiques pour la masse.La première partie de cette thèse est consacrée à la construction d’une dynamique explosive auto-similaire stable pour des équations de gKdV légèrement L2 surcritique dans l’espace d’énergie H1. La preuve repose sur le profil auto-similaire construit par H. Koch. Nous donner une escription précise de la formation des singularité près du temps d’explosion.La deuxième partie est consacrée à la construction de solutions explosive aux équations de gKdV légèrement L2 surcritiques avec plusieurs points d’explosion. L’idée clé est d’envisager des solutions qui se comportent comme une somme de bulles découplée, chaque bulle se comportent comme un solution auto-similaire explosent en un seul point. Nous utilisons les argument topologique classique pour s’assurer que chaque bulle explose en même temps. Ici, nous avons besoin de données initiales plus grande régularité pour contrôler la solution entre les différents points d’explosion.Enfin, dans la troisième partie, nous considérons les équations de gKdV L2 critiques avec une perturbation saturée. Dans ce cas, toute solution avec des données initiales dans H1 est toujours globale en le temps et bornée dans H1. Nous donner une classification explicite de la dynamique près du solitons. Sous certaines hypothèses de décroissance, il n’y a que trois possibilités : (i) la solution converge asymptotiquement vers une onde solitaire ; (ii) la solution reste dans un petit voisinage de la famille modulée de l’état fondamental, en s’étalant par de temps infiniment grande (Blow down) ; (iii) la solution quitte tout petit voisinage de la famille modulée de solitons. / In this thesis, we deal with the long time dynamics for solutions of the L2 critical and supercritical generalized KdV equations.The first part of this work is devoted to construct a stable self-similar blow up dynamics for slightly L2 supercritical gKdV equations in the energy space H1. The proof relies on the self-similar profile constructed by H. Koch. We will also give a specific description of the formation of singularity near the blow up time.The second part is devoted to construct blow up solutions to the slightly L2 supercritical gKdV equations with multiple blow up points. The key idea is to consider solutions which behaves like a decoupled sum of bubbles. And each bubble behaves like a self-similar blow up solutions with a single blow up point. Then we can use a classic topological argument to ensure that each bubble blows up at the same time. Here, we require a higher regularity of the initial data to control the solution between the different blow up points.Finally, in the third part, we consider the L2 critical gKdV equations with a saturated perturbation. In this case, any solution with initial data in H1 is always global in time and bounded in H1. We will give a explicit classification of the flow near the ground states. Under some suitable decay assumptions, there are only three possibilities: (i) the solution converges asymptotically to a solitary wave; (ii) the solution is always in some small neighborhood of the modulated family of the ground state, but blows down at infinite time; (iii) the solution leaves any small neighborhood of the modulated family of the ground state.

Cette thèse est consacrée à l’étude des propriétés dynamiques des solutions de type soliton d'équations aux dérivées partielles (EDP) dispersives non linéaires. `A travers des exemples-type de telles équations, l'équation de Schrödinger non-linéaire (NLS), l'équation de Korteweg-de Vries généralisée (gKdV) et le système de Schrödinger, on traite du comportement des solutions convergeant en temps grand vers des sommes de solitons (multi-solitons). Dans un premier temps, nous montrons que dans une configuration symétrique, avec des interactions fortes, le comportement de séparation des solitons logarithmique en temps est universel à la fois dans le cas sous-critique et sur-critique pour (NLS). Ensuite, en adaptant les techniques précédentes à l'équation (gKdV), nous prouvons un résultat similaire de l'existence de multi-solitons avec distance relative logarithmique; pour (gKdV), les solitons sont répulsifs dans le cas sous-critique et attractifs dans le cas sur-critique. Finalement, nous identifions un nouveau régime de distance logarithmique où les solitons sont non-symétriques pour le système de Schrödinger non-intégrable; une telle solution n'existe pas dans le cas intégrable pour le système et pour (NLS). / This thesis deals with long time dynamics of soliton solutions for nonlinear dispersive partial differential equation (PDE). Through typical examples of such equations, the nonlinear Schrödinger equation (NLS), the generalized Korteweg-de Vries equation (gKdV) and the coupled system of Schrödinger, we study the behavior of solutions, when time goes to infinity, towards sums of solitons (multi-solitons). First, we show that in the symmetric setting, with strong interactions, the behavior of logarithmic separation in time between solitons is universal in both subcritical and supercritical case. Next, adapting previous techniques to (gKdV) equation, we prove a similar result of existence of multi-solitons with logarithmic relative distance; for (gKdV), the solitons are repulsive in the subcritical case and attractive in the supercritical case. Finally, we identify a new logarithmic regime where the solitons are non-symmetric for the non-integrable coupled system of Schrödinger; such solution does not exist in the integrable case for the system and for (NLS).