Modélisation, justification et analyse mathématique de modèles en océanographie
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This thesis is devoted to the mathematical study of the water-waves problem concerning two- dimensional motion of an irrotational and incompressible inviscid liquid with a free surface acted only by gravity and surface tension in a highly nonlinear regime. The thesis is separated into two parts of equal importance. In the first part, we justify mathematically more accurate approximation models for the water wave problem that are commonly used in coastal oceanography to describe the propagation of large amplitude surface waves. A new two-dimensional asymptotic shallow-water extended Green-Naghdi system is derived which incorporates the arbitrary higher-order dispersive terms while preserving the full nonlinearity. A well-posedness result and a stability property is then ensured for the one-dimensional case when the bottom is flat and not flat taking into consid- eration a small e
Abstract FR:
Cette thèse est consacrée à l’étude mathématique de la propagation d’ondes bi-dimensionnelles à la surface d’un fluide non visqueux irrotationnel et incompressible dont la surface libre n’agit que par la gravité et la tension superficielle dans un régime fortement non linéaire. La thèse est séparée en deux parties d’égale importance. Dans la première partie, nous justifions des modèles d’approximation plus précis du point de vue mathématique pour le problème des vagues, couramment utilisés en océanographie côtière pour décrire la propagation des ondes de surface de grande amplitude. On obtient un nouveau modèle asymptotique en eaux peu profondes du type Green-Naghdil incorporant les termes dispersifs d’ordre supérieur arbitraire tout en préservant la non-linéarité totale. Un résultat sur le caractère bien posé et une propriété de stabilité sont alors établis pour le cas unidimensionnel lorsque le fond est plat et non plat en tenant compte d’une faible tension de surface. Dans la deuxième partie, un résultat de stabilité orbitale est montré pour le peakon de Degasperis-Procesi dans le cas de perturbations ayant une densité de quantité de mouvement d’abord négative, puis positive. Ceci conduit à la stabilité orbitale du profil antipeakon- peakon vis-à-vis de telles perturbations et plus généralement d’un train de antipeakon-peakon bien ordonnés.