Periodic points of holomorphic maps via Lefschetz numbers

In this paper we study the set of periods of holomorphic maps on compact manifolds, using the periodic Lefschetz numbers introduced by Dold and Llibre, which can be computed from the homology class of the map. We show that these numbers contain information about the existence of periodic points of a given period; and, if we assume the map to be transversal, then they give us the exact number of such periodic orbits. We apply this result to the complex projective space of dimension n and to some special type of Hopf surfaces, partially characterizing their set of periods. In the first case we also show that any holomorphic map of CP(n) of degree greater than one has infinitely many distinct periodic orbits, hence generalizing a theorem of Fornaess and Sibony. We then characterize the set of periods of a holomorphic map on the Riemann sphere, hence giving an alternative proof of Baker's theorem.

Carleson Measures and Logvinenko-Sereda sets on compact manifolds

Given a compact Riemannian manifold $M$ of dimension $m \geq 2$, we study the space of functions of $L^2(M)$generated by eigenfunctions ofeigenvalues less than $L \geq 1$ associated to the Laplace-Beltrami operator on $M$. On these spaces we give a characterization of the Carleson measures and the Logvinenko-Sereda sets.

Kernel-based Mapping of Meteorological Fields in Complex Orography

Due to the advances in sensor networks and remote sensing technologies, the acquisition and storage rates of meteorological and climatological data increases every day and ask for novel and efficient processing algorithms. A fundamental problem of data analysis and modeling is the spatial prediction of meteorological variables in complex orography, which serves among others to extended climatological analyses, for the assimilation of data into numerical weather prediction models, for preparing inputs to hydrological models and for real time monitoring and short-term forecasting of weather.In this thesis, a new framework for spatial estimation is proposed by taking advantage of a class of algorithms emerging from the statistical learning theory. Nonparametric kernel-based methods for nonlinear data classification, regression and target detection, known as support vector machines (SVM), are adapted for mapping of meteorological variables in complex orography.With the advent of high resolution digital elevation models, the field of spatial prediction met new horizons. In fact, by exploiting image processing tools along with physical heuristics, an incredible number of terrain features which account for the topographic conditions at multiple spatial scales can be extracted. Such features are highly relevant for the mapping of meteorological variables because they control a considerable part of the spatial variability of meteorological fields in the complex Alpine orography. For instance, patterns of orographic rainfall, wind speed and cold air pools are known to be correlated with particular terrain forms, e.g. convex/concave surfaces and upwind sides of mountain slopes.Kernel-based methods are employed to learn the nonlinear statistical dependence which links the multidimensional space of geographical and topographic explanatory variables to the variable of interest, that is the wind speed as measured at the weather stations or the occurrence of orographic rainfall patterns as extracted from sequences of radar images. Compared to low dimensional models integrating only the geographical coordinates, the proposed framework opens a way to regionalize meteorological variables which are multidimensional in nature and rarely show spatial auto-correlation in the original space making the use of classical geostatistics tangled.The challenges which are explored during the thesis are manifolds. First, the complexity of models is optimized to impose appropriate smoothness properties and reduce the impact of noisy measurements. Secondly, a multiple kernel extension of SVM is considered to select the multiscale features which explain most of the spatial variability of wind speed. Then, SVM target detection methods are implemented to describe the orographic conditions which cause persistent and stationary rainfall patterns. Finally, the optimal splitting of the data is studied to estimate realistic performances and confidence intervals characterizing the uncertainty of predictions.The resulting maps of average wind speeds find applications within renewable resources assessment and opens a route to decrease the temporal scale of analysis to meet hydrological requirements. Furthermore, the maps depicting the susceptibility to orographic rainfall enhancement can be used to improve current radar-based quantitative precipitation estimation and forecasting systems and to generate stochastic ensembles of precipitation fields conditioned upon the orography.

Weakly linked binary mixtures of F = 1 87Rb Bose-Einstein condensates

We present a study of binary mixtures of Bose-Einstein condensates confined in a double-well potential within the framework of the mean field Gross-Pitaevskii (GP) equation. We re-examine both the single component and the binary mixture cases for such a potential, and we investigate what are the situations in which a simpler two-mode approach leads to an accurate description of their dynamics. We also estimate the validity of the most usual dimensionality reductions used to solve the GP equations. To this end, we compare both the semi-analytical two-mode approaches and the numerical simulations of the one-dimensional (1D) reductions with the full 3D numerical solutions of the GP equation. Our analysis provides a guide to clarify the validity of several simplified models that describe mean-field nonlinear dynamics, using an experimentally feasible binary mixture of an F = 1 spinor condensate with two of its Zeeman manifolds populated, m = ±1.

Weakly linked binary mixtures of F = 1 87Rb Bose-Einstein condensates

We present a study of binary mixtures of Bose-Einstein condensates confined in a double-well potential within the framework of the mean field Gross-Pitaevskii (GP) equation. We re-examine both the single component and the binary mixture cases for such a potential, and we investigate what are the situations in which a simpler two-mode approach leads to an accurate description of their dynamics. We also estimate the validity of the most usual dimensionality reductions used to solve the GP equations. To this end, we compare both the semi-analytical two-mode approaches and the numerical simulations of the one-dimensional (1D) reductions with the full 3D numerical solutions of the GP equation. Our analysis provides a guide to clarify the validity of several simplified models that describe mean-field nonlinear dynamics, using an experimentally feasible binary mixture of an F = 1 spinor condensate with two of its Zeeman manifolds populated, m = ±1.

A parameterization method for the computation of invariant tori and their whiskers in quasi-periodic maps: explorations and mechanisms for the breakdown of hyperbolicity

In two previous papers [J. Differential Equations, 228 (2006), pp. 530 579; Discrete Contin. Dyn. Syst. Ser. B, 6 (2006), pp. 1261 1300] we have developed fast algorithms for the computations of invariant tori in quasi‐periodic systems and developed theorems that assess their accuracy. In this paper, we study the results of implementing these algorithms and study their performance in actual implementations. More importantly, we note that, due to the speed of the algorithms and the theoretical developments about their reliability, we can compute with confidence invariant objects close to the breakdown of their hyperbolicity properties. This allows us to identify a mechanism of loss of hyperbolicity and measure some of its quantitative regularities. We find that some systems lose hyperbolicity because the stable and unstable bundles approach each other but the Lyapunov multipliers remain away from 1. We find empirically that, close to the breakdown, the distances between the invariant bundles and the Lyapunov multipliers which are natural measures of hyperbolicity depend on the parameters, with power laws with universal exponents. We also observe that, even if the rigorous justifications in [J. Differential Equations, 228 (2006), pp. 530-579] are developed only for hyperbolic tori, the algorithms work also for elliptic tori in Hamiltonian systems. We can continue these tori and also compute some bifurcations at resonance which may lead to the existence of hyperbolic tori with nonorientable bundles. We compute manifolds tangent to nonorientable bundles.

The differentiable chain functor is not homotopy equivalent to the continuous chain functor

Let $S_*$ and $S_*^\{infty}$ be the functors of continuous and differentiable singular chains on the category of differentiable manifolds. We prove that the natural transformation $i: S_*^\infty \rightarrow S_*$, which induces homology equivalences over each manifold, is not a natural homotopy equivalence.

Portable flow board for storage of fruits and vegetables in mini-chambers with controlled atmosphere

ABSTRACT A portable flow board system was developed in the present study with the aim to facilitate lab-scale experiments of controlled atmosphere (CA) with fruits and vegetables. This sturdy flow board combines ease fabrication, low cost and gas economy. Its functionality is provided by manifolds and gas mixers. Each gaseous component is supplied by a gas cylinder through a differential valve of adjusted pressure control, generally at 6 kPa, and forced through 13 standardized restrictors coupled to each manifold output. Controlled atmospheres are then formed with one, two or three gases in 13 gas mixers affixed to the flow board base, which are further conducted through flexible tubes to storage mini-chambers that can also be used to study metabolic consumption and production of gaseous components. The restrictors used in the flow gaseous components were manufactured from microhematocrit test-type capillary glass tubes following the hot forming method under continuous air flow. The portable flow board showed to be low cost and simple post-harvest equipment that allows preparing controlled atmospheres in open systems with stable composition and flow, in a manner similar to traditional flow boards with control of gas escape by barostats.

An analysis of the methyl rotation dynamics in the So (x' A) and T (a A) states of thioacetaldehyde from Pyrolysis jet spectra /

Jet-cooled, laser-induced phosphorescence excitation spectra (LIP) of thioacetaldehyde CH3CHS, CH3CDS, CD3CHS and CD3CDS have been observed over the region 15800 - 17300 cm"^ in a continuous pyrolysis jet. The vibronic band structure of the singlet-triplet n -* n* transition were attributed to the strong coupling of the methyl torsion and aldehydic hydrogen wagging modes . The vibronic peaks have been assigned in terms of two upper electronic state (T^) vibrations; the methyl torsion mode v^g, and the aldehydic hydrogen wagging mode v^^. The electronic origin O^a^ is unequivocally assigned as follows: CH3CHS (16294.9 cm"'' ), CH3CDS (16360.9 cm"'' ), CD3CHS (16299.7 cm"^ ), and CD3CDS (16367.2 cm"'' ). To obtain structural and dynamical information about the two electronic states, potential surfaces V(e,a) for the 6 (methyl torsion) and a (hydrogen wagging) motions were generated by ab initio quantum mechanical calculations with a 6-3 IG* basis in which the structural parameters were fully relaxed. The kinetic energy coefficients BQ(a,e) , B^(a,G) , and the cross coupling term B^(a,e) , were accurately represented as functions of the two active coordinates, a and 9. The calculations reveal that the molecule adopts an eclipsed conformation for the lower Sq electronic state (a=0°,e=0"') with a barrier height to internal rotation of 541.5 cm"^ which is to be compared to 549.8 cm"^ obtained from the microwave experiment. The conformation of the upper T^ electronic state was found to be staggered (a=24 . 68° ,e=-45. 66° ) . The saddle point in the path traced out by the aldehyde wagging motion was calculated to be 175 cm"^ above the equilibrium configuration. The corresponding maxima in the path taken by methyl torsion was found to be 322 cm'\ The small amplitude normal vibrational modes were also calculated to aid in the assignment of the spectra. Torsional-wagging energy manifolds for the two states were derived from the Hamiltonian H(a,e) which was solved variationally using an extended two dimensional Fourier expansion as a basis set. A torsionalinversion band spectrum was derived from the calculated energy levels and Franck-Condon factors, and was compared with the experimental supersonic-jet spectra. Most of the anomalies which were associated with the interpretation of the observed spectrum could be accounted for by the band profiles derived from ab initio SCF calculations. A model describing the jet spectra was derived by scaling the ab initio potential functions. The global least squares fitting generates a triplet state potential which has a minimum at (a=22.38° ,e=-41.08°) . The flatter potential in the scaled model yielded excellent agreement between the observed and calculated frequency intervals.

New conserved vorticity integrals for moving surfaces in multi-dimensional fluid flow

For inviscid fluid flow in any n-dimensional Riemannian manifold, new conserved vorticity integrals generalizing helicity, enstrophy, and entropy circulation are derived for lower-dimensional surfaces that move along fluid streamlines. Conditions are determined for which the integrals yield constants of motion for the fluid. In the case when an inviscid fluid is isentropic, these new constants of motion generalize Kelvin’s circulation theorem from closed loops to closed surfaces of any dimension.

Éclatement et contraction lagrangiens et applications

Soit (M, ω) une variété symplectique. Nous construisons une version de l’éclatement et de la contraction symplectique, que nous définissons relative à une sous-variété lagrangienne L ⊂ M. En outre, si M admet une involution anti-symplectique ϕ, et que nous éclatons une configuration suffisament symmetrique des plongements de boules, nous démontrons qu’il existe aussi une involution anti-symplectique sur l’éclatement ~M. Nous dérivons ensuite une condition homologique pour les surfaces lagrangiennes réeles L = Fix(ϕ), qui détermine quand la topologie de L change losqu’on contracte une courbe exceptionnelle C dans M. Finalement, on utilise ces constructions afin d’étudier le packing relatif dans (ℂP²,ℝP²).

Structures quantiques de certaines sous-variétés lagrangiennes non-monotones

Soit (M,ω) un variété symplectique fermée et connexe.On considère des sous-variétés lagrangiennes α : L → (M,ω). Si α est monotone, c.- à-d. s’il existe η > 0 tel que ημ = ω, Paul Biran et Octav Conea ont défini une version relative de l’homologie quantique. Dans ce contexte ils ont déformé l’opérateur de bord du complexe de Morse ainsi que le produit d’intersection à l’aide de disques pseudo-holomorphes. On note (QH(L), ∗), l’homologie quantique de L munie du produit quantique. Le principal objectif de cette dissertation est de généraliser leur construction à un classe plus large d’espaces. Plus précisément on considère soit des sous-variétés presque monotone, c.-à-d. α est C1-proche d’un plongement lagrangian monotone ; soit les fibres toriques de variétés toriques Fano. Dans ces cas non nécessairement monotones, QH(L) va dépendre de certains choix, mais cela sera irrelevant pour les applications présentées ici. Dans le cas presque monotone, on s’intéresse principalement à des questions de déplaçabilité, d’uniréglage et d’estimation d’énergie de difféomorphismes hamiltoniens. Enfin nous terminons par une application combinant les deux approches, concernant la dynamique d’un hamiltonien déplaçant toutes les fibres toriques non-monotones dans CPn.

L'éclatement en géométrie algébrique, différentielle et symplectique

L'éclatement est une transformation jouant un rôle important en géométrie, car il permet de résoudre des singularités, de relier des variétés birationnellement équivalentes, et de construire des variétés possédant des propriétés inédites. Ce mémoire présente d'abord l'éclatement tel que développé en géométrie algébrique classique. Nous l'étudierons pour le cas des variétés affines et (quasi-)projectives, en un point, et le long d'un idéal et d'une sous-variété. Nous poursuivrons en étudiant l'extension de cette construction à la catégorie différentiable, sur les corps réels et complexes, en un point et le long d'une sous-variété. Nous conclurons cette section en explorant un exemple de résolution de singularité. Ensuite nous passerons à la catégorie symplectique, où nous ferons la même chose que pour le cas différentiable complexe, en portant une attention particulière à la forme symplectique définie sur la variété. Nous terminerons en étudiant un théorème dû à François Lalonde, où l'éclatement joue un rôle clé dans la démonstration. Ce théorème affirme que toute 4-variété fibrée par des 2-sphères sur une surface de Riemann, et différente du produit cartésien de deux 2-sphères, peut être équipée d'une 2-forme qui lui confère une structure symplectique réglée par des courbes holomorphes par rapport à sa structure presque complexe, et telle que l'aire symplectique de la base est inférieure à la capacité de la variété. La preuve repose sur l'utilisation de l'éclatement symplectique. En effet, en éclatant symplectiquement une boule contenue dans la 4-variété, il est possible d'obtenir une fibration contenant deux sphères d'auto-intersection -1 distinctes: la pré-image du point où est fait l'éclatement complexe usuel, et la transformation propre de la fibre. Ces dernières sont dites exceptionnelles, et donc il est possible de procéder à l'inverse de l'éclatement - la contraction - sur chacune d'elles. En l'accomplissant sur la deuxième, nous obtenons une variété minimale, et en combinant les informations sur les aires symplectiques de ses classes d'homologies et de celles de la variété originale nous obtenons le résultat.

Propriétés géométriques des surfaces associées aux solutions des modèles sigma grassmanniens en deux dimensions

Dans cette thèse, nous analysons les propriétés géométriques des surfaces obtenues des solutions classiques des modèles sigma bosoniques et supersymétriques en deux dimensions ayant pour espace cible des variétés grassmanniennes G(m,n). Plus particulièrement, nous considérons la métrique, les formes fondamentales et la courbure gaussienne induites par ces surfaces naturellement plongées dans l'algèbre de Lie su(n). Le premier chapitre présente des outils préliminaires pour comprendre les éléments des chapitres suivants. Nous y présentons les théories de jauge non-abéliennes et les modèles sigma grassmanniens bosoniques ainsi que supersymétriques. Nous nous intéressons aussi à la construction de surfaces dans l'algèbre de Lie su(n) à partir des solutions des modèles sigma bosoniques. Les trois prochains chapitres, formant cette thèse, présentent les contraintes devant être imposées sur les solutions de ces modèles afin d'obtenir des surfaces à courbure gaussienne constante. Ces contraintes permettent d'obtenir une classification des solutions en fonction des valeurs possibles de la courbure. Les chapitres 2 et 3 de cette thèse présentent une analyse de ces surfaces et de leurs solutions classiques pour les modèles sigma grassmanniens bosoniques. Le quatrième consiste en une analyse analogue pour une extension supersymétrique N=2 des modèles sigma bosoniques G(1,n)=CP^(n-1) incluant quelques résultats sur les modèles grassmanniens. Dans le deuxième chapitre, nous étudions les propriétés géométriques des surfaces associées aux solutions holomorphes des modèles sigma grassmanniens bosoniques. Nous donnons une classification complète de ces solutions à courbure gaussienne constante pour les modèles G(2,n) pour n=3,4,5. De plus, nous établissons deux conjectures sur les valeurs constantes possibles de la courbure gaussienne pour G(m,n). Nous donnons aussi des éléments de preuve de ces conjectures en nous appuyant sur les immersions et les coordonnées de Plücker ainsi que la séquence de Veronese. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Geometry and Physics. Le troisième chapitre présente une analyse des surfaces à courbure gaussienne constante associées aux solutions non-holomorphes des modèles sigma grassmanniens bosoniques. Ce travail généralise les résultats du premier article et donne un algorithme systématique pour l'obtention de telles surfaces issues des solutions connues des modèles. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Geometry and Physics. Dans le dernier chapitre, nous considérons une extension supersymétrique N=2 du modèle sigma bosonique ayant pour espace cible G(1,n)=CP^(n-1). Ce chapitre décrit la géométrie des surfaces obtenues des solutions du modèle et démontre, dans le cas holomorphe, qu'elles ont une courbure gaussienne constante si et seulement si la solution holomorphe consiste en une généralisation de la séquence de Veronese. De plus, en utilisant une version invariante de jauge du modèle en termes de projecteurs orthogonaux, nous obtenons des solutions non-holomorphes et étudions la géométrie des surfaces associées à ces nouvelles solutions. Ces résultats sont soumis dans la revue Communications in Mathematical Physics.

Les actions de groupes en géométrie symplectique et l'application moment

Ce mémoire porte sur quelques notions appropriées d'actions de groupe sur les variétés symplectiques, à savoir en ordre décroissant de généralité : les actions symplectiques, les actions faiblement hamiltoniennes et les actions hamiltoniennes. Une connaissance des actions de groupes et de la géométrie symplectique étant prérequise, deux chapitres sont consacrés à des présentations élémentaires de ces sujets. Le cas des actions hamiltoniennes est étudié en détail au quatrième chapitre : l'importante application moment y est définie et plusieurs résultats concernant les orbites de la représentation coadjointe, tels que les théorèmes de Kirillov et de Kostant-Souriau, y sont démontrés. Le dernier chapitre se concentre sur les actions hamiltoniennes des tores, l'objectif étant de démontrer le théorème de convexité d'Atiyha-Guillemin-Sternberg. Une discussion d'un théorème de classification de Delzant-Laudenbach est aussi donnée. La présentation se voulant une introduction assez exhaustive à la théorie des actions hamiltoniennes, presque tous les résultats énoncés sont accompagnés de preuves complètes. Divers exemples sont étudiés afin d'aider à bien comprendre les aspects plus subtils qui sont considérés. Plusieurs sujets connexes sont abordés, dont la préquantification géométrique et la réduction de Marsden-Weinstein.