Percolation and first passage percolation : isoperimetric, time and flow constants
Percolation et percolation de premier passage : constante isopérimétrique, constante de temps et constante de flux
par Barbara DEMBIN sous la direction de Marie THÉRET
Thèse de doctorat en Mathématiques. Mathématiques appliquées
ED 386 Sciences Mathematiques de Paris Centre

Soutenue le mercredi 08 juillet 2020 à Université Paris Cité

Sujets
  • Loi des grands nombres
  • Percolation (physique statistique)

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Mots clés
Percolation, Percolation de premier passage, Constante isopérimétrique, Flux maximal, Coupure minimale
Resumé
Dans cette thèse, nous étudions les modèles de percolation et percolation de premier passage dans le graphe Zd, d¿2. Dans une première partie, nous étudions les propriétés d'isopérimétrie du cluster infini Cp de percolation pour p>pc. Conditionnons par l'événement 0 appartient à Cp, la constante isopérimétrique ancrée φp(n)correspond à l'infimum sur l'ensemble des sous-graphes connectés de Cp, contenant 0 et de volume inférieur à nd, du ratio entre la taille du bord et le volume. Nous montrons la convergence lorsque n tend vers l'infini de nφp(n) vers une constante déterministe φp qui est solution d'un problème isopérimétrique anisotrope continu. Nous étudions également le comportement de la constante isopérimétrique ancrée en pc, ainsi que la régularité de φp en p pour p>pc. Dans une deuxième partie, nous considérons une première interprétation du modèle de percolation de premier passage où chaque arête du graphe est munie indépendamment d'un temps de passage aléatoire distribué selon une loi G. La percolation de premier passage modélise des phénomènes de propagation, par exemple la propagation de l'eau dans une roche poreuse. Une loi des grands nombres est connue : pour chaque direction x, on peut définir une constante de temps µG(x) qui correspond à l'inverse de la vitesse asymptotique de propagation dans la direction x. Nous étudions les propriétés de régularité de µG en G. En particulier, nous étudions comment la distance de graphe dans Cp évolue avec p. Dans une troisième partie, nous considérons une deuxième interprétation du modèle de percolation de premier passage où chaque arête du graphe est muni indépendamment d'une capacité aléatoire distribuée selon une loi G. La capacité d'une arête est la quantité maximale d'eau qui peut circuler dans l'arête par seconde. Pour v un vecteur unitaire, une loi des grands nombres existe : on peut définir la constante de flux dans la direction v comme étant le débit asymptotique maximal d'eau qui peut être envoyé dans la direction v par unité de surface. Nous montrons une loi des grands nombres pour le débit maximal d'eau qu'une source convexe compacte peut envoyer à l'infini. Le problème dual du flux maximal est celui des surfaces de coupures de capacité minimale, il s'agit d'ensembles d'arêtes séparant les sources des puits qui limitent la transmission du flux en agissant comme un goulot d'étranglement ; toutes leurs arêtes sont saturées. Dans le cas particulier où G({0})>1-pc, nous montrons une loi des grands nombres pour la taille des surfaces de coupure minimale liées au flux maximal dans un cylindre plat où le haut et le bas du cylindre correspondent respectivement à la source et au puits.