Publication

Non-smooth solutions in incompressible fluid dynamics

Luigi De Rosa
2021
Thèse EPFL
Résumé

This work is devoted to the study of the main models which describe the motion of incompressible fluids, namely the Navier-Stokes, together with their hypodissipative version, and the Euler equations. We will mainly focus on the analysis of non-smooth weak solutions to those equations. Most of the results have been obtained by using the convex integration techniques introduced by Camillo De Lellis and László Székelyhidi in the context of the Euler equations, which recently led to the proof of the Onsager's conjecture on the anomalous dissipation of the kinetic energy. With various refinements of those iterative schemes we prove ill-posedness of Leray-Hopf weak solutions of the hypodissipative Navier-Stokes equations, sharpness of the kinetic energy regularity for Euler, typicality results in the sense of Baire's category for both Euler and Navier-Stokes, estimate on the dimension of the singular set in time of non-conservative Hölder weak solutions of the Euler equations. Moreover, building on different techniques, we also address some regularizing effects of those equations in various classes of weak solutions with some fractional differentiability in terms of Hölder, Sobolev and Besov regularity. The latter make use of new abstract interpolation results for multilinear operators which we developed for our specific context but which may also have independent interests.

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Équations d'Euler
En mécanique des fluides, les équations d'Euler sont des équations aux dérivées partielles non linéaires qui décrivent l'écoulement des fluides (liquide ou gaz) dans l’approximation des milieux continus. Ces écoulements sont adiabatiques, sans échange de quantité de mouvement par viscosité ni d'énergie par conduction thermique. L'histoire de ces équations remonte à Leonhard Euler qui les a établies pour des écoulements incompressibles (1757).
Fluide incompressible
Un fluide incompressible est un fluide dont le volume est considéré comme constant quelle que soit la pression qu'il subit, tout fluide étant en réalité sensible à la pression. Par nature, tous les fluides sont compressibles, certains plus que d'autres, et en phase gazeuse considérablement plus qu'en phase liquide. La compressibilité d'un fluide mesure la variation de volume d'une certaine quantité de ce fluide lorsqu'il est soumis à une pression extérieure.
Équations de Navier-Stokes
thumb|Léonard de Vinci : écoulement dans une fontaine En mécanique des fluides, les équations de Navier-Stokes sont des équations aux dérivées partielles non linéaires qui décrivent le mouvement des fluides newtoniens (donc des gaz et de la majeure partie des liquides). La résolution de ces équations modélisant un fluide comme un milieu continu à une seule phase est difficile, et l'existence mathématique de solutions des équations de Navier-Stokes n'est pas démontrée.
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