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RÉSUMÉ
Qu'il soit dissipatif ou hamiltonien, un système chaotique est imprévisible, mais il est parfaitement décrit par des équations simples et déterministes. Le système est dit déterministe s'il est possible de prédire son évolution au cours du temps. L'étude de tels systèmes et de leurs comportements apparemment désordonnés est aujourd'hui utilisée dans de très nombreux domaines. On citera par exemple la géophysique, la météorologie, l'astronomie, la mécanique des fluides, l'économie, la biologie ou encore la sociologie.
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Claudine DANG VU-DELCARTE : Professeur à l’université Paris-Sud
INTRODUCTION
L’origine des études sur le chaos remonte au début du siècle dernier avec les travaux d’Henri Poincaré sur le problème à N-corps. Le paragraphe 5.3 traite du problème restreint des 3-corps en intéraction gravitationnelle, exemple simple du chaos en mécanique céleste. Ces systèmes sont des systèmes hamiltoniens, nous consacrons une section au chaos hamiltonien (section 5) qui est observé et étudié afin, souvent, de le contrôler, dans de nombreux domaines comme les accélérateurs de particules (collimation de faisceaux) ou encore la physique des plasmas (confinement magnétique d’un plasma de fusion).
L’autre grande classe de systèmes dynamiques est constituée par les systèmes dissipatifs. Ils ont été très étudiés à partir des années 1960, suite aux travaux de E. Lorenz, M. Hénon, D. Ruelle, R. Thom ou encore M. Feigenbaum. Ainsi ont été introduites les notions d’attacteurs étranges et de catastrophes. Les domaines d’applications de ces concepts sont très nombreux. On citera, par exemple, la mécanique des fluides (instabilités et turbulence), l’électronique, l’astrophysique, les réactions chimiques, l’écologie, la biologie… Nous consacrons deux sections à ces systèmes selon qu’ils sont continus en temps (section 2) ou que ce sont des applications itérées (section 3). Le lecteur intéressé par le cheminement scientifique dans ce domaine, depuis Kepler jusqu’à aujourd’hui, pourra se référer au livre le Chaos dans la Nature de C. Letellier.
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Chaos dans les systèmes dissipatifs
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1. Systèmes dynamiques
Nous commençons par définir ce que l’on appelle un système dynamique et à introduire un certain nombre de notions qui seront utilisées dans les sections suivantes.
Définition 1 On appelle flot l’application
définie par
Définition 2 Si l’opérateur d’évolution φt (x 0) possède les propriétés suivantes :
(i) φ 0 (x 0) = x 0 ;
(ii) φ t+s (x 0) = φt (φs (x 0)).
alors le triplet (D, T, φt ) constitue un système dynamique.
Si
, le système dynamique est continu ; si
, le système dynamique est discret.
x est une variable de l’espace des phases, espace abstrait dont les coordonnées sont les variables dynamiques du système étudié.
Le théorème suivant permet de différencier les deux grandes classes de systèmes dynamiques :...
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Systèmes dynamiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ARNOLD (V.), AVEZ (A.) - Problèmes ergodiques de la mécanique classique - Gauthier-Villars (1967).
-
(2) - BERGE (P.), POMEAU (Y.), VIDAL (C.) - L’ordre dans le chaos - Hermann (1988).
-
(3) - BROCKER (T.) - Differentiable Germs and Catastrophes - London Math. Soc. Lect. Notes Series, 27, Cambridge University Press (1975).
-
(4) - DANG-VU (H.), DELCARTE (C.) - Bifurcations et Chaos - Ellipses (2000).
-
(5) - FEIGENBAUM (M.) - * - . – J. Stat. Phys. 19, 25-52 (1978).
-
(6) - FRØYLAND (J.) - Introduction to chaos and coherence - Institute of Physics Publishing, Bristol (1994).
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(7)...
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