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From short to long time scales: Resonances and Structure in Computation

Description du projet

Nouvelle approche de simulation du comportement à long terme des systèmes non linéaires

Les systèmes non linéaires sont régis par des symétries, la conservation de l’énergie et l’intégrabilité, qui façonnent leur dynamique globale. Pour simuler de manière fiable ces systèmes dans le temps, ces structures doivent être préservées au niveau discret. Les résonances numériques, qui limitent les calculs fiables à de courtes échelles de temps, constituent l’une des principales pierres d’achoppement pour les équations aux dérivées partielles (EDP). Plus la solution est approximative, plus il est difficile de contrôler les effets de résonance numérique. Le projet ReStruCt, financé par l’ERC, contribuera à résoudre ce problème en développant des schémas numériques appropriés qui capturent le comportement à long terme des EDP non linéaires. Cette approche ambitieuse influencera le calcul des EDP, car la linéarisation n’est pas suffisante pour reproduire la dynamique globale, en particulier lorsque l’approximation entre en jeu. En facilitant des simulations précises à long terme, ReStruCt pourrait faire progresser la compréhension de phénomènes complexes dans le domaine de la relativité générale et de la propagation des signaux.

Objectif

Symmetries, energy and mass conservation, integrability, measure invariance, scattering, etc. are major features in nonlinear systems and intrinsically shape their global dynamics. To guarantee a reliable numerical description of nonlinear phenomena on short and long time scales, faithful to the physical interpretation of differential equations, it is therefore crucial to preserve these structures at the discrete level. Otherwise important information becomes lost, hindering genuine long time simulations.
For partial differential equations (PDEs) a major stumbling stone are numerical resonances, a purely discrete artefact, which destroy the geometric structure of the continuous problem and limit reliable computations to short time scales. This gets even worse for rough data: The rougher the solution, the less numerical resonance effects can be controlled and nothing is currently known how to overcome this. Non-smooth phenomena play however a fundamental role in modern physical modelling, e.g. singularity and shock formation, turbulence, etc., making it crucial to develop suitable numerical schemes which capture effectively their long-time behaviour.
Positioned at the exciting interface of theoretical and computational PDE this project takes the challenging step from short to long time scales in the computation of nonlinear PDEs by tackling their time dynamics in a nonlinear manner. This will allow us to tame the numerical resonances and achieve reliable computations up to very long time scales, and down to very low regularity. The ambitious approach will shape the computation of PDEs, as linearisation is not sufficient to reproduce global dynamics, especially once roughness comes into force, and offers an immense range of prospective applications. Roughness and long time scales are everywhere in nature: from singularity formation in general relativity to shock formation in fluid mechanics, from rogue waves in oceanography to propagation of signals in fibre optics.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

SORBONNE UNIVERSITE
Contribution nette de l'UE
€ 1 689 375,00
Adresse
21 RUE DE L'ECOLE DE MEDECINE
75006 Paris
France
Région
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 689 375,00

Bénéficiaires (1)