Cette thèse est constituée de trois chapitres. Le premièr chapitre porte sur l’examen desconditions de validité du principe d’équipartition de l’énergie totale de la solution de l’équationdes ondes associée au laplacien de Dunkl trigonométrique. Enfin, nous établissons lecomportement asymptotique de l’équipartition dans le cas général. Les résultats de cettepartie ont fait l’objet de la publication [8]. Le deuxième chapitre, publié avec J.Ph. Ankeret M. Sifi [6], montre que les fonctions d’Opdam dans le cas de rang 1 satisfont à uneformule produit. Cela nous a permis de définir une structure de convolution du genre hypergroupe.En particulier, on montre que cette convolution satisfait l’analogue du phénomènede Kunze-Stein. Le dernier chapitre est consacrée à l’étude des propriétés dispersives et estimationsde Strichartz pour la solution de l’équation de Schrödinger associée au laplaciende Dunkl trigonométrique unidimensionnel [7]. Cette étude commence par des estimationsoptimales du noyau de la chaleur et de Schrödinger. À l’aide de ces résultats, ainsi que lesoutils d’analyse harmonique dévellopée dans le chapitre 2, on montre des éstimées de typeStrichartz qui permettent de trouver des conditions d’admissibilité pour des équations deSchrödinger semi-linéaires. / This thesis consists of three chapters. The first one is concerned with energy properties of the wave equation associated with the trigonometric Dunkl Laplacian. We establish the conservation of the total energy, the strict equipartition of energy under suitable assumptions and the asymptotic equipartition in the general case. These results were published in [8]. The second chapter, in collaboration with J.Ph. Anker and M. Sifi [6], shows that Opdam’s functions in the rank one case satisfy a product formula. We then define and study a convolution structure related to Opdam’s functions. In particular, we prove that this convolution fulfills a Kunze-Stein type phenomena. The last chapter deals with dispersive and Strichartz estimates for the linear Schrödinger equation associated with the one dimensional trigonometric Dunkl Laplacian [7]. We establish sharp estimates for the heat kernel in complex time, and therefore for the Schrödinger kernel. We then use these estimates together with tools from chapter 2 to deduce dispersive and Strichartz inequalities for the linear Schrödinger equation and apply them to well–posedness in the nonlinear case.

Dans cette thèse nous étudions trois modèles décrivant la dynamique de l’écoulement d’un fluide à densité variable, dans des échelles spatio-temporelles grandes. Dans ce cadre, le mouvement relatif induit par des forces extérieures,comme la force de Coriolis ou la poussée hydrostatique, s’avère être beaucoup plus important que le mouvement intrinsèque du fluide induit par le transport des particules. Une tel déséquilibre contraint ainsi le mouvement, induisant des structures persistantes dans l’écoulement du fluide.D’un point de vue mathématique, l’une des difficultés consiste en l’étude des perturbations induites par les forces extérieures, qui se propagent à grande vitesse.Ce type d’analyse peut être effectué au moyen de plusieurs outils mathématiques ;on choisit ici d’employer des techniques caractéristiques de l’analyse de Fourier,comme l’analyse des propriétés dispersives des intégrales oscillantes.Tout au long de cette thèse, on se restreint à considérer des domaines spatiaux sans frontière : c’est le cas de l’espace entier, ou encore de l’espace périodique. Les modèles considérés sont donc les suivants: équations primitives dont les nombres de Froude et de Rossby sont comparables,et pour lesquelles la diffusion verticale est nulle, fluides stratifiés dans un régime à faible nombre de Froude, fluides faiblement compressibles et tournants dans un régime où les nombres de Mach et de Rossby sont comparables.On prouve que ces systèmes propagent globalement dans le temps des donnés peu régulières. Nous n’imposons jamais de condition de petitesse sur les données initiales. Toutefois, on prendra en compte certaines hypothèses spécifiques de régularité, lorsque des raisons techniques l’imposent. / In this thesis we discuss three models describing the dynamics of density-dependent fluids in long lifes pans and on a planetary scale. In such setting the relative displacement induced by various external physical forces, such as the Coriolis force and the stratification buoyancy, is far more relevant than the intrinsic motion generated by the collision of particles of the fluid itself. Such disproportion of balance limits hence the motion, inducing persistent structures in the velocity flow.On a mathematical level one of the main difficulties relies in giving a full description of the perturbations induced by the external forces, which propagate at high speed. This analysis can be performed by the aid of several tools, we chose here to adopt techniques characteristic of harmonic analysis, such as the analysis of the dispersive properties of highly oscillating integrals.All along the thesis we consider boundary-free, three-dimensional domains, and inspecific we study only the case in which the domain in either the whole space or the periodic space . The models we consider are the following ones : primitive equations with comparable Froude and Rossby number and zero vertical diffusivity, density-dependent stratified fluids in low Froude number regime, weakly compressible and fast rotating fluid in a regime in which Mach and Rossbynumber are comparable. We prove that these systems propagate globally-in-time data with low-regularity. Nosmallness assumption is ever made, specific constructive hypothesis are assumed on the initial data when required.

Dans ce travail, nous allons établir des estimations de dispersion et des applications aux inégalités de Strichartz pour les solutions de l’équation des ondes dans un domaine cylindrique convexe Ω ⊂ R³ à bord C∞, ∂Ω ≠ ∅. Les estimations de dispersion sont classiquement utilisées pour prouver les estimations de Strichartz. Dans un domaine Ω général, des estimations de Strichartz ont été démontrées par Blair, Smith, Sogge [6,7]. Des estimations optimales ont été prouvées dans [29] lorsque Ω est strictement convexe. Le cas des domaines cylindriques que nous considérons ici généralise les resultats de [29] dans le cas où la courbure positive dépend de l'angle d'incidence et s'annule dans certaines directions. / In this work, we establish local in time dispersive estimates and its application to Strichartz estimates for solutions of the model case Dirichlet wave equation inside cylindrical convex domains Ω ⊂ R³ with smooth boundary ∂Ω ≠ ∅. Let us recall that dispersive estimates are key ingredients to prove Strichartz estimates. Strichartz estimates for waves inside an arbitrary domain Ω have been proved by Blair, Smith, Sogge [6,7]. Optimal estimates in strictly convex domains have been obtained in [29]. Our case of cylindrical domains is an extension of the result of [29] in the case where the nonnegative curvature radius depends on the incident angle and vanishes in some directions.

L'objet de cette thèse est l'étude des équations de Schrödinger et des ondes, à la fois linéaires et non linéaires, dans des domaines extérieurs. Nous nous intéressons en particulier aux inégalités dites de Strichartz, qui sont une famille d'estimations dispersives mesurant la décroissance du flot linéaire, particulièrement utiles à l'étude des problèmes non linéaires correspondants. Dans des géométries dites non-captantes, c'est à dire où tous les rayons de l'optique géométrique partent à l'infini, de nombreux résultats montrent que de telles estimations sont aussi bonnes que dans l'espace libre. D'autre part, la présence d'une trajectoire captive induit nécessairement une perte au niveau d'une autre famille d'estimations à priori, les estimations d'effet régularisant et de décroissance locale de l'énergie, respectivement pour Schrödinger et pour les ondes. En contraste de quoi, nous montrons des estimations de Strichartz sans perte dans une géométrie captante instable : l'extérieur de plusieurs obstacles strictement convexes vérifiant la condition d'Ikawa. La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude du comportement en temps long des équations non-linéaires sous-jacentes. Lorsque le domaine dans lequel elles vivent n'induit pas trop de concentration de l'énergie, on s'attend à ce qu'elles diffusent, c'est à dire se comportent de manière linéaire asymptotiquement en temps. Nous montrons un tel résultat pour les ondes non linéaires critiques à l'extérieur d'une classe d'obstacles généralisant la notion d'étoilé. A l'extérieur de deux obstacles strictement convexes, nous obtenons un résultat de rigidité concernant les solutions à flot compact, premier pas vers un résultat général. Enfin, nous nous intéressons à l'équation de Schrödinger non linéaire, dans l'espace libre, mais avec un potentiel. Nous montrons que les solutions diffusent si l'on prend un potentiel répulsif, ainsi qu'une somme de deux potentiels répulsifs ayant des surfaces de niveau convexes, ce qui fournit un exemple de diffusion dans une géométrie captante analogue à l'extérieur de deux convexes stricts. / We are concerned with Schrödinger and wave equations, both linear and non linear, in exterior domains. In particular, we are interested in the so-called Strichartz estimates, which are a family of dispersive estimates measuring decay for the linear flow. They turn out to be particularly useful in order to study the corresponding non linear equations. In non-captive geometries, where all the rays of geometrical optics go to infinity, many results show that Strichartz estimates hold with no loss with respect to the flat case. Moreover, the local smoothing estimates for the Schrödinger equation, respectively the local energy decay for the wave equation, which are another family of dispersive estimates, are known to fail in any captive geometry. In contrast, we show Strichartz estimates without loss in an unstable captive geometry: the exterior of many strictly convex obstacles verifying Ikawa's condition. The second part of this thesis is dedicated to the study of the long time asymptotics of the corresponding non linear equations. We expect that they behave linearly in large times, or scatter, when the domain they live in does not induce too much concentration effect. We show such a result for the non linear critical wave equation in the exterior of a class of obstacles generalizing star-shaped bodies. In the exterior of two strictly convex obstacles, we obtain a rigidity result concerning compact flow solutions, which is a first step toward a general result. Finally, we consider the non linear Schrödinger equation in the free space but with a potential. We prove that solutions scatter for a repulsive potential, and for a sum of two repulsive potentials with strictly convex level surfaces. This provides a scattering result in a framework similar to the exterior of two strictly convex obstacles.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:28:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3166.pdf: 902639 bytes, checksum: ea05b6d6e2b4c76c819c3abd8b7bd595 (MD5) Previous issue date: 2010-07-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / Neste trabalho, estudamos o resultado de boa-colocação para a equação da onda cúbica u +uR3 = 0 em R3, devido a H. Bahouri e J.-Y. Chemin, no qual os dados de Cauchy estão no espaço de Sobolev homogêneo H3/4 (R3) H-1/4 (R3). A prova utiliza um método de interpolação não-linear, decomposição de Bony e desigualdade logarítmica de Strichartz, todas formuladas na Teoria de Littlewood-Paley.

Cette thèse porte sur l’étude d’équations d’évolution sur certains groupes hyperboliques, en particulier, nous étudions l’équation de la chaleur, l’équation de Schrödinger et l’équation des ondes modifiée, d’abord sur les arbres homogènes, ensuite sur des graphes symétriques. Sur les arbres homogènes, nous montrons que, sous une hypothèse d’invariance de jauge, on a existence globale des solutions de l’équation de Schrödinger ainsi qu’un phénomène de ’scattering’ pour des données arbitraires dans l’espace des fonctions de carré intégrable sans restriction sur le degré de la non-linéarité, contrairement au cas euclidien ou au cas hyperbolique. Nous généralisons ensuite ce résultat sur les graphes symétriques de degré (k − 1)(r − 1) sous la condition k < r. Un de nos principaux résultats sur les graphes symétriques est l’estimation du noyau de la chaleur associé au laplacien combinatoire. Pour finir, nous établissons une expression explicite des solutions de l’équation des ondes modifiée sur les graphes symétriques. / This thesis focuses on the study of evolution equations on certain hyperbolic groups, in particular, we study the heat equation, the Schrödinger equation and the modified wave equation first on homogeneous trees then on symmetric graphs. In the homogeneous trees case, we show that under a gauge invariance condition, we have global existence of solutions of the Schrödinger equation and scattering for arbitrary data in the space of square integrable functions without any restriction on the degree of the nonlinearity, in contrast to the euclidean and hyperbolic space cases. We then generalize this result on symmetric graphs of degree (k − 1)(r − 1) under the condition k < r . One of our main results on symmetric graphs is the estimate of the heat kernel associated to the combinatorial laplacian. Finally, we establish an explicit expression of solutions of the modified wave equation on symmetric graphs.

Résumé / Abstract

On étudie l'équation des ondes $\partial_t^2 u-\Div_x(a(t,x)\nabla_xu)=0$ avec une métrique scalaire $a(t,x)$ périodique en temps et égale à $1$ en dehors d'un ensemble compact par rapport à $x$. Notre objectif est d'estimer les solutions de cette équation ayant des données initiales dans l'espace énergétique $\dot{H}^1({\R}^n)\times L^2({\R}^n)$. Plus précisément, nous établirons des estimations de Strichartz globales ainsi que la décroissance de l'énergie locale sous certaines hypothèses. Nous distinguerons le cas des dimensions impaires de celui des dimensions paires. Notons $n$ la dimension de l'espace. Dans la première partie de notre recherche, nous traitons le cas des dimensions $n\geq3$ impaires. Pour cela on suppose que $a(t,x)$ est non captif et que les résonances $z\in\mathbb{C}$ sont contenue dans le disque unité ouvert. Sous cette hypothèse on démontre la décroissance exponentielle de l'énergie locale et on en déduit l'intégrabilité $L^2$ en temps de l'énergie locale. Ensuite, on établit des estimations de Strichartz locales pour les solutions de $\partial_t^2 u-\Div_x(a(t,x)\nabla_xu)=0$. En combinant ces deux arguments, on établit des estimations de Strichartz globales en considérant les solutions tronquées en temps. Dans la deuxième partie de notre recherche, nous traitons le cas des dimensions $n\geq4$ paires. Considérons la résolvante tronquée $R_\chi(\theta)=\chi(\mathcal U(T)-e^{-i\theta})^{-1}\chi$ , où $\chi\in{\CI}$, $T$ est la période de $a(t,x)$ et $\mathcal U(T)$ est le propagateur associé à l'équation au temps $T$. Nous supposons que $a(t,x)$ est non captif et que la résolvante tronquée $R_\chi(\theta)$ admet un prolongement holomorphe sur $\{\theta\in\mathbb{C}\ :\ \textrm{Im}(\theta) \geq 0\}$, pour $n \geq 3$, impair, et sur $\{ \theta\in\mathbb C\ :\ Im(\theta)\geq0,\ \theta\neq 2k\pi-i\mu,\ k\in\mathbb{Z},\ \mu\geq0\}$ pour $n \geq4$, pair. De plus, pour $n \geq4$ pair, on suppose que $R_\chi(\theta)$ est bornée au voisinage de $\theta=0$. Sous cette hypothèse on démontre la décroissance de l'énergie locale. En combinant cet argument avec les résultats de la première partie, on obtient des estimations de Strichartz globales pour les dimensions $n\geq3$ quelconques.

The subject of the present thesis is the Chern-Simons-Schrödinger system, which is a gauge-covariant Schrödinger system in two spatial dimensions with a long-range electromagnetic field. The present thesis studies two aspects of the system: that of well-posedness and that of the long-time behaviour. The first main result of the thesis concerns the large-data well-posedness of the initial-value problem for the Chern-Simons-Schrödinger system. We impose the Coulomb gauge to remove the gauge-invariance, in order to obtain a well-defined initial-value problem. We prove that, in the Coulomb gauge, the Chern-Simons-Schrödinger system is locally well-posed in the Sobolev spaces $H^s$ for $s\ge 1$, and that the solution map satisfies a weak Lipschitz continuity estimate. The main technical difficulty is the presence of a derivative nonlinearity, which rules out the naive iteration scheme for proving well-posedness. The key idea is to retain the non-perturbative part of the derivative nonlinearity in the principal operator, and to exploit the dispersive properties of the resulting paradifferential-type principal operator, in particular frequency-localised Strichartz estimates, using adaptations of the $U^p$ and $V^p$ spaces introduced by Koch and Tataru in other contexts. The other main result of the thesis characterises the large-time behaviour in the case where the interaction potential is the defocusing cubic term. We prove that the solution to the Chern-Simons-Schrödinger system in the Coulomb gauge, starting from a localised finite-energy initial datum, will scatter to a free Schrödinger wave at large times. The two crucial ingredients here are the discovery of a new conserved quantity, that of a pseudo-conformal energy, and the cubic null structure discovered by Oh and Pusateri, which reveals a subtle cancellation in the long-range electromagnetic effects. By exploiting pseudo-conformal symmetry, we also prove the existence of wave operators for the Chern-Simons-Schrödinger system in the Coulomb gauge: given a localised finite-energy final state, there exists a unique solution which scatters to that prescribed state.

The results of this thesis are motivated by the investigation of abstract Cauchy problems. Our primary contribution is encapsulated in two new theorems. The first main theorem is a generalisation of a result of E. M. Stein. In particular, we show that every symmetric diffusion semigroup acting on a complex-valued Lebesgue space has a tensor product extension to a UMD-valued Lebesgue space that can be continued analytically to sectors of the complex plane. Moreover, this analytic continuation exhibits pointwise convergence almost everywhere. Both conclusions hold provided that the UMD space satisfies a geometric condition that is weak enough to include many classical spaces. The theorem is proved by showing that every symmetric diffusion semigroup is dominated by a positive symmetric diffusion semigoup. This allows us to obtain (a) the existence of the semigroup's tensor extension, (b) a vector-valued version of the Hopf--Dunford--Schwartz ergodic theorem and (c) an holomorphic functional calculus for the extension's generator. The ergodic theorem is used to prove a vector-valued version of a maximal theorem by Stein, which, when combined with the functional calculus, proves the pointwise convergence theorem. The second part of the thesis proves the existence of abstract Strichartz estimates for any evolution family of operators that satisfies an abstract energy and dispersive estimate. Some of these Strichartz estimates were already announced, without proof, by M. Keel and T. Tao. Those estimates which are not included in their result are new, and are an abstract extension of inhomogeneous estimates recently obtained by D. Foschi. When applied to physical problems, our abstract estimates give new inhomogeneous Strichartz estimates for the wave equation, extend the range of inhomogeneous estimates obtained by M. Nakamura and T. Ozawa for a class of Klein--Gordon equations, and recover the inhomogeneous estimates for the Schr??dinger equation obtained independently by Foschi and M. Vilela. These abstract estimates are applicable to a range of other problems, such as the Schr??dinger equation with a certain class of potentials.