Pour les sujets proposés sur l’UTLN, se référer aux années précédentes pour la disponibilité des encadrants.

Entreprises et autres Universités.

[M2] Stefano Berti (Université de Lille) Lagrangian particle dynamics at oceanic submesoscales and future satellite data.
Il s’agit d’un stage théorique/numérique dans le domaine de la dynamique des fluides. Le projet sera conduit à l’Unité de Mécanique de Lille, à Lille, en collaboration avec le Laboratoire de Météorologie Dynamique, ENS, Paris. Voir ce fichier.
[M2] Luca Messina (CEA Cadarache) Représentation du désordre chimique dans les oxydes mixtes (U, Pu)O_2 en vue de son traitement par des méthodes d’apprentissage automatique.
Voir ce fichier.

1. [M1/M2] N. Boizot (LIS) Applications des champs de directions à l’étude des empreintes digitales. Voir ce fichier.
2. [M1/M2] F. Chittaro (LSIS) Le Grand Théorème de Picard.
   Les Théorèmes de Picard concernent le comportement des fonctions analytiques ; en particulier, le grand Théorème de Picard affirme que, dans un voisinage d’une singularité essentielle isolée, une fonction analytique atteint tous les valeurs complexes, sauf au plus un.
   Dans ce projet, l’étudiant doit étudier la preuve du Théorème, en particulier pour ce qui concerne le rôle de l’hypothèse que la singularité est isolée.
3. [M1/M2] F. Chittaro (LSIS) Le système de Heisenberg en géométrie sous-Riemannienne et géométrie sous-Finslerienne.
   Le but de ce projet et d’aborder les premières notions de géométrie sous-Riemannienne, en étudiant le célèbre problème de la minimisation de la norme L2 pour le système de Heisenberg.
   Le projet pourra poursuivre avec l’analyse du problème de minimisation de la norme Lp (de façon numérique ou analytique).
4. [M2] F. Chittaro (LSIS) Régularité des vecteurs propres autour d’une intersection entre valeurs propres.
   Le Théorème de Kato-Rellich affirme que les vecteurs propres d’une famille analytique d’opérateurs linéaires dépendant d’un seule paramètre reste analytique, même en présence d’intersections entre les valeurs propres.
   Que peut-on dire sur des familles d’opérateurs qui dépend de façon C^k de la perturbation ?
5. [M1] S. Meradji (IMATH) Slope terrain effect investigation using fire propagation FireStar3D model.
   A 3D physics-based model referred to as « FireStar3D » has been developed in order to predict fire propagation in natural environment. It consists briefly in solving the conservation equations of the coupled system consisting of the vegetation and the surrounding gaseous medium. The model takes into account the phenomena of vegetation degradation (drying, pyrolysis, combustion), the interaction between an atmospheric boundary layer and a canopy (aerodynamic drag, heat transfer by convection and radiation, and mass transfer), and the transport within the fluid phase (convection, turbulence, gas-phase combustion). The objective of this work is to evaluate using the FireStar3D source code (written in Fortran90/95 and parallelized with OpenMP directives) the rates of spread of grassland fires for different wind speeds and terrain slopes, and compare these rates to those obtained during experimental fires.
6. [M2] S. Meradji (IMATH) Firebrands and spotting mathematical model implementation in fire propagation FireStar3D tool.
   A 3D physics-based model referred to as « FireStar3D » has been developed in order to predict fire propagation in natural environment. It consists briefly in solving the conservation equations of the coupled system consisting of the vegetation and the surrounding gaseous medium. The model takes into account the phenomena of vegetation degradation (drying, pyrolysis, combustion), the interaction between an atmospheric boundary layer and a canopy (aerodynamic drag, heat transfer by convection and radiation, and mass transfer), and the transport within the fluid phase (convection, turbulence, gas-phase combustion). The objective of this work is to construct a mathematical model related to a spotting ignition by lofted firebrands and ultimately to implement it numerically in the FireStar3D source code (written in Fortran90/95 and parallelized with OpenMP directives). Spotting ignition by lofted firebrands is a significant mechanism of fire spread, as observed in many largescale fires. The role of firebrands in fire propagation and the important parameters involved in spot fire development wille also be investigated theoretically and numerically.
7. [M2] G. Faccanoni (IMATH) Cubic equations of state for two-phase flow LMNC model with phase transition.
   We investigate a simplified model describing the evolution of the coolant within a nuclear reactor core (e.g. of PWR type or of RNR-Na type). This model is named LMNC (for Low Mach Nuclear Core) and consists of the coupling between three PDEs together with boundary conditions specific to the nuclear framework. The fluid is modeled by an Equation of State (EoS) describing the pure liquid and vapor phases and the phase transition. We consider here some cubic EoS with the Maxwell area rule.Simulations 1d with Matlab/Octave or Python, 2d with FreeFem++.
8. [M1] C-A. Pillet (CPT) Dynamique quantique des mesures répétées.
   Un processus de mesure est une opération permettant d’extraire de l’information d’un système physique. Dans le régime quantique, ces processus ont un statut particulier. Bien que la mécanique quantique n’aie jamais été mise en défaut, les problèmes conceptuels posés par la mesure ont de ce fait hanté l’histoire de son développement, dès son origine. Le raffinement des techniques expérimentales dont disposent aujourd’hui les physiciens pour sonder le monde quantique permettent d’accéder au coeur des processus de mesure et de tester ainsi les prédictions de la théorie (c.f. prix Nobel 2012 de S.Haroche et D. Wineland). Bien que la description d’une mesure soit très simple du point de vue mathématique, la répétition de cette mesure génère un système dynamique encore peu étudié et mal compris. L’objectif de ce stage est l’étude d’un exemple simple de mesure répétée dont les propriétés statistiques sont encore inconnues.
9. [M1/M2] M. Rouleux (CPT) Intrication multimode pour des fermions.
   Voir ce fichier.
10. [M2] M. Rouleux (CPT) Series spectrales et points de Lagrange.
    Voir ce fichier.
11. [M1/M2] P. Véron (IMATH) Information set decoding of lee-metric codes over finite rings.
    Voir ce fichier.

Entreprises et autres Universités.

1. [M2] Association Recherche et Avenir (Draguignan) Statistiques extrêmes 1D et probabilités conditionnées de paramètres extrêmes (analyse 2D).
   Voir ce fichier.
2. [M2] ALTEN Plusieurs propositions de stages.
   Voir les deux fichiers suivants, provenant des sites de Paris et Rennes, et contenant chacun plusieurs propositions : fichier-Paris et fichier-Rennes.

1. [M1/2] J. Asch (CPT) Occurrence of conical eigenvalue crossings.
   The object is to study the occurrence of conical eigenvalue intersections in a basic model of solid state quantum theory. In reference [1] these are shown to occur for the family of operators (-id_x-k)^2+V(x) on L^2(T) where T is a torus, V belongs to a certain class of functions, k varies in the dual torus which is related to a honeycomb lattice. The work to be done is to study reference [1] and to exhibit a way to prove stability of the result under deformations of the honeycomb structure.
   Prerequisites: Basic Functional Analysis, Operator and Spectral Perturbation theory.
   References:
   [1] C.L. Fefferman, M.L. Weinstein, Honeycomb lattice potentials and Dirac points, Journal of the American Mathematical Society, 25 (4), 2012, 1160-1220
2. [M1] N. Boizot, A. Feddaoui (LSIS) Observateurs pour les systèmes linéaires continu-discrets : observabilité et preuve de convergence du filtre de Kalman déterministe.
   Ce sujet propose une introduction à la théorie du contrôle à travers l’un de ses algorithmes classiques, le filtre de Kalman vu dans un cadre déterministe. On se propose de présenter les grands principes de cette discipline ainsi que quelque résultats classiques : systèmes linéaires continus-discrets, observabilité, Grammien, filtre de Kalman. L’étudiant pourra alors étudier quelque théorèmes classiques ainsi que leurs preuves, et en fonction de sa sensibilité ainsi que du temps disponible, de programmer un filtre de Kalman sur un exemple.
3. [M1] G. Bouchitté (IMATH) Calcul des variations : forme optimale d’une poutre en torsion.
   Cf ici.
4. [M2] G. Bouchitté (IMATH) Study of some variants of the Monge-Kantorovich optimal transport problem.
   Cf ici.
5. [M2] E.Busvelle (LSIS) Optimal syntheses and observers.
   In linear control theory with quadratic cost, the separation principle is a theorem which is applied in order to split the output feedback control problem into two more simpler problems : state feedback control and observer. In more complex cases (nonlinear, time-optimal control), this separation principle does not apply. However, it is usual to split the problem in control and observation problems. We want to study whats happen when an exponential observer is used with an optimal synthesis (from Pontryagin maximum principle) with bang-bang trajectories. Filippov solutions are introduced to study the sub-optimality of the closed-loop control.
6. [M1/2] T. Champion, M. Ersoy (IMATH) La méthode de Nesterov et son interprétation en terme d’équations différentielles / Nesterov’s method and an differential equation modelling.
   – Le méthode de Nesterov (1983) est une méthode de gradient accéléré qui a des propriétés optimales de convergence (en termes de rapidité) pour la minimisation d’une fonction convexe. Récemment, l’efficacité de cette méthode a été expliquée par divers auteurs via une interprétation comme différenciation d’une EDO d’ordre 2. On étudiera cette interprétation et on programmera cette méthode sur un problème de modélisation.
   – Nesterov’s method (1983) is an accelerated gradient method whose convergence is proven to be optimal for the minimization of a convex function. This optimality has recently been justified by several authors via a second order differential equations approach. We shall study these works, as well as apply the method on some modelisation problem.
7. [M1] F. Chittaro (LSIS) Integrable systems, Liouville’s Theorem, and action-angle variables.
   The object of this stage is to study the main points of the theory of Integrable systems, from basics definitions of integrability of vector fields to symplectic geometry, Hamiltonian systems and the Liouville-Arnold Theorem. These notions are very useful in many fields of Mathematics and Mathematical Physics (Dynamical Systems, Hamiltonian Mechanics, Control Theory, Quantum Theory). The knowledge of them could be a first step for further development in a M2 project on Control Theory.
8. [M2] F. Chittaro (LSIS) Ensemble controllability: swing-up of a collection of pendula.
   Cf ici
9. [M2] F. Chittaro (LSIS) Schrieffer-Wolff transformation in Quantum Mechanics.
   Cf ici
10. [M1] M. Ersoy, L. Yuschenko (IMATH) Schéma implicite MAC pour Navier-Stokes Compressible Barotrope/  Implicit Mac scheme for Barotropic Compressible Navier-Stokes.
    – Dans un premier temps, il s’agit d’étudier un schéma MAC (Marker And Cell) implicite pour les équations bi-dimensionnelles de Navier-Stokes barotrope. Dans un deuxième temps, un code écrit en language fortran ou language C/C++ sera développé. Enfin, les résultats numériques seront validés via des résultats théoriques et expérimentaux. 
    – In this work, we first study an implicit MAC (Marker And Cell) scheme for the two-dimensional Barotropic Compressible Navier-Stokes equations. 
    Then, a numerical code (written in Fortran or C/C++ language) will be developed. The numerical results will be validated through theoretical and experimental results. 
11. [M2] Y. Kian (CPT) Problèmes inverses spectraux et théorème de Borg-Levinson.
    Cf. ici
12. [M1/2] S. Meradji (IMATH) Implementation of periodic boundary conditions in the discrete ordinates method : Application to grassland fires using FireStar3D.
    A 3D physics-based model referred to as « FireStar3D » has been developed in order to predict fire propagation in natural environment. It consists briefly in solving the conservation equations of the coupled system consisting of the vegetation and the surrounding gaseous medium. The model takes into account the phenomena of vegetation degradation (drying, pyrolysis, combustion), the interaction between an atmospheric boundary layer and a canopy (aerodynamic drag, heat transfer by convection and radiation, and mass transfer), and the transport within the fluid phase (convection, turbulence, gas-phase combustion).
    The objective of this project is to evaluate using the FireStar3D source code (written in Fortran90/95 and parallelized with OpenMP directives) the rates of spread of grassland fires for different wind speeds, and compare these rates to those obtained during experimental fires. An infinite fire front will be considered by assuming periodic boundary conditions in the horizontal direction perpendicular to the wind direction. Conducting these simulations requires first the implementation of periodic boundary conditions in the discrete ordinates method used to solve the radiative transfer equation.
13. [M1] A. Panati (CPT) Théorème de Stone-von Neumann en Mécanique Quantique.
    L’objet de ce stage est l’étude et la rédaction d’une mémoire pédagogique sur le théorème de Stone-von Neumann sur l’unicité de représentations de relations de commutation canonique, qui est l’un dès théorèmes fondamentales dans le cadre de la mécanique quantique.
14. [M1] A. Panati (CPT) Entropie en Mécanique Classique et Quantique.
    L’objet de ce stage est l’étude et la rédaction d’une mémoire pédagogique sur le concept d’entropie et ses formulations mathématique, d’abord en mécanique classique, ensuite en mécanique quantique dans le cadre simplifié de systèmes confinés (i.e. à dimension finie).
15. [M1] C-A. Pillet (CPT) La géométrie Riemanienne.
    Cf. ici
16. [M1] M. Rouleux (CPT) Modèle de Hubbard et spins à sym\’etrie continue.
    L’objet de ce stage est l’étude de la décroissance des corrélations (fonctions à 2 points) pour le modèle de Hubbard sur les réseaux Z ou Z^2, et sa généralisation possible aux systèmes de spins à symétrie continue. Le modèle de Hubbard décrit le Hamiltonien (quantique) d’un système d’électrons itinérant d’un site à l’autre du réseau, éventuellement soumis à un champ magnétique extérieur. Le sujet comprend une étude analytique et éventuellement des simulations numériques.
17. [M1] S. Vaienti (CPT) Central limit theorem via martingale techniques.
    We propose to prove the central limit theorem using martingale theory. This is an alternative technique to the Levy’s approach. The student should first give an overview of martingale’s theory (not developed in the course but easily accessible with the given knowledge), and then follow the article by S. Lalley here :
    http://galton.uchicago.edu/~lalley/Courses/383/Lindeberg.pdf