Le titre de ma thèse de doctorat est "Equations de Stokes et de Navier-Stokes avec la con- dition de Navier", où j’ai considéré l’écoulement d’un fluide newtonien visqueux, incompressible dans un domaine borné de R3. L’écoulement du fluide est décrit par les équations bien connues de Navier-Stokes, données par le système suivant ∂t − ∆u + (u • ∇)u + ∇π = 0, div u = 0 dans Ω × (0, T )u • n = 0, 2[(Du)n]τ + αuτ = 0 sur Γ × (0, T )u(0) = u0 dans Ω (0.1) dans un domaine borné Ω ⊂ R3 de frontière Γ, éventuellement non simplement connexe, de classe C1,1. La vitesse initiale u0 et le coefficient de friction α, scalaire, sont des fonctions don- nées. Les vecteurs unitaires normal extérieur et tangents à Γ sont notés n et τ respectivement et Du = 1 (∇u + ∇uT ) est le tenseur des déformations. Les fonctions u et π décrivent respective- ment les champs de vitesses et de pression du fluide dans Ω satisfaisant la condition aux limites (0.1.2).Cette condition aux limites, proposée par H. Navier en 1823, a été abondamment étudiée ces dernières années, qui pour de nombreuses raisons convient parfois mieux que la condition aux limites de Dirichlet sans glissement : elle offre plus de liberté et est susceptible de fournir une solution physiquement acceptable au moins pour certains des phénomènes paradoxaux résultant de la condition de non-glissement, comme par exemple le paradoxe de D’Alembert ou le paradoxe de non-collision.Ma thèse comporte trois parties. Dans la première, je cherche à savoir si le problème (0.1) est bien posé en théorie Lp, en particulier l’existence, l’unicité de solutions faibles, fortes dans W 1,p(Ω) et W 2,p(Ω) pour tout p ∈ (1, ∞), en considérant la régularité minimale du coefficient de friction α. Ici α est une fonction, pas simplement une constante qui reflète les diverses propriétés du fluide et/ou de la frontière, ce qui nous permet d’analyser le comportement de la solution par rapport au coefficient de frottement.Utilisant le fait que les solutions sont bornées indépendamment de α, on montre que la solution des équations de Navier-Stokes avec la condition de Navier converge fortement vers une solution des équations de Navier-Stokes avec la condition de Dirichlet, correspondant à la même donnée initiale dans l’espace d’énergie lorsque α → ∞. Des résultats similaires ont été obtenus pour le cas stationnaire.Le dernier chapitre concerne les estimations pour le problème de Robin pour le laplacien : l’opérateur elliptique de second ordre suivant, sous forme divergentielle dans un domaine bornéΩ ⊂ Rn de classe C1, avec la condition aux limites de Robin a été considéré div(A∇)u = divf + F dans Ω, ∂u+ αu = f n + g sur Γ.∂n (0.2) Les coefficients de la matrice symétrique A sont supposés appartenir à l’espace V MO(R3). Aussi α est une fonction appartenant à un certain espace Lq . En plus de prouver l’existence, l’unicité de solutions faibles et fortes, nous obtenons une borne sur u, uniforme par rapport à α pour α suffisamment large, en norme Lp. Pour plus de clarté, nous avons étudié séparément les deux cas: l’estimation intérieure et l’estimation au bord. / My PhD thesis title is "Navier-Stokes equations with Navier boundary condition" where I have considered the motion of an incompressible, viscous, Newtonian fluid in a bounded do- main in R3. The fluid flow is described by the well-known Navier-Stokes equations, given by thefollowing system 1 )t − L1u + (u ⋅ ∇)u + ∇n = 0, div u = 01u ⋅ n = 0, 2[(IDu)n]r + aur = 0 in Q × (0, T )on Γ × (0, T ) (0.1) 11lu(0) = u0 in Qin a bounded domain Q ⊂ R3 with boundary Γ, possibly not connected, of class C1,1. The initialvelocity u0 and the (scalar) friction coefficient a are given functions. The unit outward normal and tangent vectors on Γ are denoted by n and r respectively and IDu = 1 (∇u + ∇uT ) is the rate of strain tensor. The functions u and n describe respectively the velocity2 and the pressure of a fluid in Q satisfying the boundary condition (0.1.2).This boundary condition, first proposed by H. Navier in 1823, has been studied extensively in recent years, among many reasons due to its contrast with the no-slip Dirichlet boundary condition: it offers more freedom and are likely to provide a physically acceptable solution at least to some of the paradoxical phenomenons, resulting from the no-slip condition, for example, D’Alembert’s paradox or no-collision paradox.My PhD work consists of three parts. primarily I have discussed the Lp -theory of well-posedness of the problem (0.1), in particular existence, uniqueness of weak and strong solutions in W 1,p (Q) and W 2,p (Q) for all p ∈ (1, ∞) considering minimal regularity on the friction coefficienta. Here a is a function, not merely a constant which reflects various properties of the fluid and/or of the boundary. Moreover, I have deduced estimates showing explicitly the dependence of u on a which enables us to analyze the behavior of the solution with respect to the friction coefficient.Using this fact that the solutions are bounded with respect to a, we have shown the solution of the Navier-Stokes equations with Navier boundary condition converges strongly to a solution of the Navier-Stokes equations with Dirichlet boundary condition corresponding to the sameinitial data in the energy space as a → ∞. The similar results have also been deduced for thestationary case.The last chapter is concerned with estimates for a Laplace-Robin problem: the following second order elliptic operator in divergence form in a bounded domain Q ⊂ Rn of class C1, withthe Robin boundary condition has been considered1div(A∇)u = divf + F in Q, 11 )u + u = f ⋅ n + g on Γ. (0.2) 2The coefficient matrix A is symmetric and belongs to V MO(R3). Also a is a function belonging to some Lq -space. Apart from proving existence, uniqueness of weak and strong solutions, we obtain the bound on u, uniform in a for a sufficiently large, in the Lp -norm. We have separately studied the two cases: the interior estimate and the boundary estimate to make the main idea clear in the simple set up.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:02:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Kaye O da Silva.pdf: 935849 bytes, checksum: 3342ffadf63161660c1795053815a170 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / In this work, we employ topological methods in order to study existence and multiplicity of solutions, of nonlinear boundary value problems of the fourth order. More precisely, we make use of results on connected components of fixed points, as well as global bifurcation, to show existence and multiplicity of weak solutions of Partial Differential Equations, involving the Biharmonic operator under Navier boundary conditions. Proofs of the abstract results used, are presented in detail. / Neste trabalho, utilizamos métodos topológicos para estudar existência e multiplicidade de soluções de Problemas de Contorno Elípticos Não Lineares de 4a ordem. Mais precisamente, utilizamos resultados sobre componentes conexas de pontos fixos e tambem bifurcação global, para provar existência e multiplicidade de soluções fracas de Equações Diferenciais Parciais, envolvendo o Operador Binarmônico, sob condições de fronteira de Navier. As demonstrações dos resultados abstratos que utilizamos, são apresentadas em detalhes.

Résumé : Cette thèse est consacrée à l'étude des équations de Stokes et de Navier-Stokes avec des conditions aux limites de Navier dans un ouvert borné de . Le manuscrit ici est composé de trois chapitres. Dans le premier, nous considérons les équations de Stokes stationnaires avec des conditions aux limites de Navier. Nous démontrons l'existence, l'unicité et la régularité de la solution d'abord dans un cadre hilbertien puis dans le cadre de la théorie . Nous traitons aussi le cas de solutions très faibles. Dans le deuxième chapitre, nous nous intéressons aux équations de Navier-Stokes avec la condition de Navier. Sous certaines hypothèses sur les données, nous démontrons l'existence de solution faible dans , avec en utilisant un théorème du point fixe appliqué à un problème d'Oseen. Nous démontrons examinons ensuite les questions de régularité des solutions en particulier dans . Dans le dernier chapitre, nous étudions le problème d'évolution de Stokes avec la condition de Navier. La résolution de ce problème se fait au moyen de la théorie des semi-groupes analytiques qui jouent un rôle important pour établir l'existence et l'unicité de la solution dans le cas homogène. Nous traitons le cas du problème non homogène par le biais des puissances imaginaires de l'opérateur de Stokes. / This thesis is devoted to the study of the Stokes equations and Navier-Stokes equations with Navier boundary conditions in a bounded domain of . The work contains three chapters: In the first chapter, we consider the stationary Stokes equations with Navier boundary condition. We show the existence, uniqueness and regularity of the solution in the Hilbert case and in the -theory. We prove also the case of very weak solutions. In the second chapter, we focus on the Navier-Stokes equations with the Navier boundary condition. We show the existence of the weak solution in , with by a fixed point theorem over the Oseen equation. We show also the existence of the strong solution in . In chapter three, we study the evolution Stokes problem with Navier boundary condition. For this, we apply the analytic semi-groups theory, which plays a crucial role in the study of existence and uniqueness of solution in the case of the homogeneous evolution problem. We treat the case of non-homogeneous problem through imaginary powers of the Stokes operator.

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique mathématique des équations de Stokes et de Navier-Stokes dans un domaine borné de R^3 en utilisant la théorie des semi-groupes. Trois différents types de conditions seront considérés : des conditions aux limites de Navier, de type-Navier et des conditions qui dépendent de la pression. Ce manuscrit est composé de six chapitres. Tout d'abord nous commençons par un état de l'art sur les équations de Navier-Stokes. Ensuite nous démontrons l'analyticité du semi-groupe de Stokes avec chacune des conditions ci-dessus. Ceci permet de résoudre le problème d'évolution en utilisant la théorie des semi-groupes. Nous étudions également les puissances complexes et fractionnaires de l'opérateur de Stokes pour lesquelles nous démontrons certaines propriétés et estimations. Ces résultats seront utilisés dans la suite pour obtenir des estimations de type L^p-L^q pour le semi-groupe de Stokes, un résultat de régularité L^p-L^q maximale pour le problème de Stokes inhomogène et des résultats d'existence et d'unicité locale pour le problème non-linéaire. Après nous étudions le problème d'évolution de Stokes. Outre la régularité L^p-L^q maximale, nous démontrons l'existence des solutions faibles u∈L^q (0,T; W^(1,p) (Ω)), fortes u∈L^q (0,T; W^(2,p) (Ω)) et très faibles u∈L^q (0,T; L^p (Ω)) du problème de Stokes. On termine par l'étude du problème de Navier-Stokes avec chacune des conditions aux limites citées ci-dessus. Tout d'abord, en utilisant les estimations L^p-L^q on démontre l'existence d'une unique solution locale u qui vérifieu∈BC([0,T_0 ); L_(σ,τ)^p (Ω))∩L^q (0,T_0; L_(σ,τ)^r (Ω)), q,r>p, 2/q+3/r=3/p.De plus, pour une donnée initiale petite, on obtient l'existence globale des solutions. Ensuite en estimant le terme non-linéaire en fonction des puissances fractionnaires de l'opérateur de Stokes on démontre la régularité de la solution. / This thesis is devoted to the mathematical theoretical study of the Stokes and Navier-Stokes equations in a bounded domain of R^3 using the semi-group theory. Three different types of boundary conditions will be considered: Navier boundary conditions, Navier-type boundary conditions and boundary condition involving the pressure. This manuscript contains six chapters. We prove first the analyticity of the Stokes semi-group with each of the boundary conditions stated above. This allows us to solve the time dependent Stokes problem using the semi-group theory. We will study also the complex and fractional powers of the Stokes operator for which we prove some properties and estimations. These results will be used in the sequel to prove an estimate of type L^p-L^q for the Stokes semigroup, as well as the maximal L^p-L^q regularity for the inhomogeneous Stokes problem and an existence result for the non-linear problem. Next we study the time dependent Stokes problem, besides the maximal L^p-L^q regularity, we prove the existence of weak u∈L^q (0,T; W^(1,p) (Ω)), strong u∈L^q (0,T; W^(2,p) (Ω)) and very weak u∈L^q (0,T; L^p (Ω)) solutions to the Stokes problem. We end with the study of the Navier-Stokes problem. First using the L^p-L^q estimate for the Stokes semi-group we prove the existence of a unique local in time mild solution for the Navier-Stokes problem that verifies u∈BC([0,T_0 ); L_(σ,τ)^p (Ω))∩L^q (0,T_0; L_(σ,τ)^r (Ω)), q,r>p, 2/q+3/r=3/p.Furthermore, for some initial data the solution is global in time. Finally, by estimating the non-linear term as a function of the fractional powers of the Stokes operator we prove that the solution is regular.