Méthodes numériques pour équations différentielles de la physique - Département de Physique de l'Ecole Normale supérieure

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Méthodes numériques pour équations différentielles de la physique

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Cours : Laurette Tuckerman
TD : Nathan Martin-Fornier
Encadrement des projets : Laurette Tuckerman, Kris Van Houcke et Nathan Martin-Fornier
ECTS : 6
Langue d’enseignement : Anglais
Mots clés : méthodes numériques, équations différentielles, discrétisation, stabilité
Contrôle : écrit et oral

Description

La plupart des théories physiques sont exprimées sous forme d’équations à dérivées partielles, que ce soit en mécanique quantique, mécanique des solides ou des fluides, ou encore en physique des plasmas ou en astrophysique. Avec le développement de l’informatique, il est devenu possible de résoudre ces équations et ainsi d’effectuer des expériences virtuelles avec des conditions physiques et géométriques parfaites ou même irréalisables autrement (par exemple des surfaces parfaitement planes, une force gravitationnelle absente ou radiale, aucun bruit). De plus, toutes les données sont accessibles, tels que des champs complets de vitesse ou de température, ainsi que toutes les forces.

Pour résoudre les équations différentielles numériquement, il faut les transformer en programmes informatiques utilisant les algorithmes de l’analyse numérique. Les techniques les plus immédiates s’avèrent inutilisables : intégrer en utilisant une série de Taylor mène à une croissance explosive ; résoudre un système linéaire n’exige pas d’inverser une matrice. A part les avantages déjà importants de suivre l’évolution temportelle, il s’ajoute la possibilité de traiter les équations autrement : il est possible de calculer des états stationnaires instables, des vecteurs propres ou des valeurs singulières. Nous présenterons les méthodes diverses utilisées pour étudier les équations physiques, utilisant comme exemples les équations de Navier-Stokes et de Swift-Hohenberg.

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