Regularity Properties and Asymptotiques for the Primitive Equations
Régularité et asymptotique pour les équations primitives
Résumé
This thesis, containing four chapters, studies the existence, uniqueness and regularity of the solutions of the Primitive Equations (PEs) of the oceans and the atmosphere in space dimensions 2 and 3 (Chapters 1--3), and also the asymptotic behavior of the PEs when the Rossby number goes to zero (Chapter 4); the boundary conditions considered here are periodical.
In the first chapter, we consider the PEs of the ocean in a two-dimensional space (three dimensional motion independent of the y variable). We prove the existence, globally in time, of a weak solution and the existence and uniqueness of strong solutions. Moreover, we prove the existence of more regular solutions, up to C-infinity regularity.
In the second chapter, for a model similar to the previous one, we prove that, for a forcing term which is analytical in time with values in a Gevrey space, the solutions of the PEs starting with the initial data in a certain Sobolev space become, for some positive time, elements of a certain Gevrey class.
As a natural continuation of the work from the first two chapters, in the third chapter we consider the PEs in a 3D domain and we study the Sobolev and Gevrey regularity for the solutions.
The last chapter of the thesis is devoted to the study of the asymptotic behavior when the Rossby number goes to zero, for the PEs in the form considered in the first chapter. The aim of this work is to average, using the renormalization group method, the oscillations of the exact solution when the Rossby number goes to zero, and to prove that the averaged solution is a good approximation of the exact oscillating solution.
In the first chapter, we consider the PEs of the ocean in a two-dimensional space (three dimensional motion independent of the y variable). We prove the existence, globally in time, of a weak solution and the existence and uniqueness of strong solutions. Moreover, we prove the existence of more regular solutions, up to C-infinity regularity.
In the second chapter, for a model similar to the previous one, we prove that, for a forcing term which is analytical in time with values in a Gevrey space, the solutions of the PEs starting with the initial data in a certain Sobolev space become, for some positive time, elements of a certain Gevrey class.
As a natural continuation of the work from the first two chapters, in the third chapter we consider the PEs in a 3D domain and we study the Sobolev and Gevrey regularity for the solutions.
The last chapter of the thesis is devoted to the study of the asymptotic behavior when the Rossby number goes to zero, for the PEs in the form considered in the first chapter. The aim of this work is to average, using the renormalization group method, the oscillations of the exact solution when the Rossby number goes to zero, and to prove that the averaged solution is a good approximation of the exact oscillating solution.
Ce mémoire composé de quatre chapitres, réunit des résultats sur l'existence, l'unicité et la régularité des solutions des Equations Primitives (EPs) des océans et de l'atmosphère, en dimension deux et trois d'espace (Chapitres 1--3), ainsi qu'une étude sur le comportement asymptotique des EPs quand le nombre de Rossby tend vers zero (Chapitre 4) ; les conditions aux limites sont de type périodique dans tous les cas.
Dans le premier chapitre, on considère les EPs de l'océan en dimension deux d'espace (écoulement tridimensionnel indépendant de la variable y). On montre d'abord l'existence globale en temps d'une solution faible ainsi que l'existence et l'unicité d'une solution forte. Puis, on prouve l'existence d'une solution plus régulière (jusqu' à la régularité C-infini).
Dans le deuxième chapitre on montre, pour un modèle semblable à celui du premier chapitre que, pour une force analytique en temps à valeurs dans un espace du type de Gevrey, et une donnée initiale dans un espace de Sobolev convenable, les solutions des EPs appartiennent, sur un certain intervalle de temps, à un espace de Gevrey.
Le troisième chapitre est dans la continuité naturelle des deux premiers chapitres. On considère ici les EPs en dimension trois d'espace et on étudie la régularité du type de Sobolev et du type de Gevrey pour les solutions.
Le dernier chapitre de la thèse est dédié à l'étude du comportement asymptotique des EPs (sous la forme introduite au premier chapitre), quand le nombre de Rossby tend vers zero. On arrive ici a "moyenner" la solution exacte très oscillante quand le nombre de Rossby est petit, en utilisant une méthode de renormalisation.
Dans le premier chapitre, on considère les EPs de l'océan en dimension deux d'espace (écoulement tridimensionnel indépendant de la variable y). On montre d'abord l'existence globale en temps d'une solution faible ainsi que l'existence et l'unicité d'une solution forte. Puis, on prouve l'existence d'une solution plus régulière (jusqu' à la régularité C-infini).
Dans le deuxième chapitre on montre, pour un modèle semblable à celui du premier chapitre que, pour une force analytique en temps à valeurs dans un espace du type de Gevrey, et une donnée initiale dans un espace de Sobolev convenable, les solutions des EPs appartiennent, sur un certain intervalle de temps, à un espace de Gevrey.
Le troisième chapitre est dans la continuité naturelle des deux premiers chapitres. On considère ici les EPs en dimension trois d'espace et on étudie la régularité du type de Sobolev et du type de Gevrey pour les solutions.
Le dernier chapitre de la thèse est dédié à l'étude du comportement asymptotique des EPs (sous la forme introduite au premier chapitre), quand le nombre de Rossby tend vers zero. On arrive ici a "moyenner" la solution exacte très oscillante quand le nombre de Rossby est petit, en utilisant une méthode de renormalisation.