Dissertations / Theses on the topic 'L'équation de Boltzmann'

Dans cette thèse, on étudie principalement l’équation de Boltzmann homogène 3D pour les potentiels durs et les potentiels modérément mous et l’équivalence entre une EDS à sauts et l’EDP correspondante. En particulier, on calcule le spectre multifractal de certains processus stochastiques, on étudie le caractère bien-posé et la propagation du chaos pour l’équation de Boltzmann. Dans le premier chapitre, on étudie les propriétés trajectorielle pathologiques du processus stochastique (Vt)t_0 représentant l’évolution de la vitesse d’une particule typique dans un gaz modélisé par l’équation de Boltzmann pour les potentiels durs ou modérément mous. Nous montrons que ce processus est multifractal et qu’il a un spectre déterministe. Pour les potentiels durs, nous donnons aussi le spectre multifractal du processus $X_t =\int_0^t V_s ds$, représentant l’évolution de la position de la particule typique. Dans le deuxième chapitre, nous étudions l’unicité de la solution faible à l’équation de Boltzmann dans la classe de toutes les solutions mesures, pour les potentiels modérément mous. Ceci nous permet aussi d’obtenir un taux quantitatif de propagation du chaos pour le système de particules de Nanbu
This thesis mainly studies the 3D homogeneous Boltzmann equation for hard potentials and moderately soft potentials and the equivalence between some jumping SDE and the corresponding PDE. In particular, we compute the multifractal spectrum of some stochastic processes, study the well-posedness and the propagation of chaos for the Boltzmann equation. The purpose of the first chapter is to study the pathwise properties of the stochastic process $(V_t)_{t\geq0}, representing the time-evolution of the velocity of a typical particle in a gas modeled by the Boltzmann equation for hard or moderately potentials. We show that this process is multifractal and has a deterministic spectrum. For hard potentials, we also give the multifractal spectrum of the process $X_t =\int_0^t V_s ds$, representing the time-evolution of the position of the typical particle. The second chapter is devoted to study the uniqueness of the weak solution to the Boltzmann equation in the class of all measure solutions, in the case of moderately soft potentials. This allows us to obtain a quantitive rate of propagation of chaos for Nanbu particle system for this singular interaction. Finally in the third chapter, we extend Figalli’s work [19] to study the relation between some jumping SDE and the corresponding Fokker-Planck equation. We prove that for any weak solution $(ft)_{t\in[0,T]}$ of the PDE, there exists a weak solution to the SDE of which the time-marginals are given by the family $(f_t)_{t\in[0,T]$

Dans cette thèse, nous étudions les solutions de l'équation de Boltzmann. Nous nous intéressons au cadre homogène en espace où la solution f(t; x; v) dépend uniquement du temps t et de la vitesse v. Nous considérons des sections efficaces singulières (cas dit non cutoff) dans le cas Maxwellien. Pour l'étude du problème de Cauchy, nous considérons une fluctuation de la solution autour de la distribution Maxwellienne puis une décomposition de cette fluctuation dans la base spectrale associée à l'oscillateur harmonique quantique. Dans un premier temps, nous résolvons numériquement les solutions en utilisant des méthodes de calcul symbolique et la décomposition spectrale des fonctions de Hermite. Nous considérons des conditions initiales régulières et des conditions initiales de type distribution. Ensuite, nous prouvons qu'il n'y a plus de solution globale en temps pour une condition initiale grande et qui change de signe (ce qui ne contredit pas l'existence globale d'une solution faible pour une condition initiale positive - voir par exemple Villani Arch. Rational Mech. Anal 1998)
In this thesis, we study the solutions of the Boltzmann equation. We are interested in the homogeneous framework in which the solution f(t; x; v) depends only on the time t and the velocity v. We consider singular crosssections (non cuto_ case) in the Maxwellian case. For the study of the Cauchy problem, we consider a uctuation of the solution around the Maxwellian distribution then a decomposition of this uctuation in the spectral base associated to the quantum harmonic oscillator At first, we solve numerically the solutions using symbolic computation methods and spectral decomposition of Hermite functions. We consider regular initial data and initial conditions of distribution type. Next, we prove that there is no longer a global solution in time for a large initial condition that changes sign (which does not contradict the global existence of a weak solution for a positive initial condition - see for example Villani Arch. Rational Mech. Anal 1998)

Le developpement de projets de vehicules spatiaux inclut la comprehension de la dynamique des gaz rarefies. Cette mecanique est decrite par l'equation de boltzmann. A l'heure actuelle, la majeure partie des methodes numeriques pour resoudre cette equation sont de type probabiliste. Les progres dans le domaine de l'informatique, et notamment dans les calculateurs paralleles ouvrent la porte a une approche plus directe. Nous proposons un algorithme deterministe de resolution dont le but est de pallier aux inconvenients des methodes monte-carlo. Nous decrivons successivement une methode de differences finies pour le probleme homogene et de volumes finis pour le transport. Le schema general est implemente sur un hypercube

Cette these est consacree a l'etude du lien entre les equations cinetiques a vitesses discretes, semidiscretes et les equations de la mecanique du fluide. Plus precisement la limite hydrodynamique des modeles discrets et semidiscrets de l'equation de boltzmann. Dans la premiere partie, apres une description generale des equations cinetiques a vitesses discretes et a collisions binaires parametrees par > 0, nous demontrons l'existence, l'unicite, la stabilite et le comportement asymptotique de la solution ainsi que la convergence vers les equations du type navier-stokes et le systeme de stokes incompressibles. Des extensions de ces resultats sont obtenues pour les modeles discrets a collisions multiples. Nous adaptons les memes theoremes que ci-dessus dans le modele de carleman et on montre qu'il converge vers l'equation de la chaleur. Dans la seconde partie, nous prouvons les limites hydrodynamiques dans les modeles semi-discrets a collisions multiples puis nous presentons un nouveau modele cinetique semi-discret le modele h propose par j. Hammouch, qui est une variante du modele b. G. K et une version simplifiee du modele semidiscret a collisions multiples, nous montrons que l'operateur linearise de boltzmann associe verifie les proprietes analogues a celles de l'operateur linearise du modele bgk et enfin nous etudions la limite hydrodynamique

Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique et du transport des phonons via la résolution de l'équation de transport de Boltzmann (ETB) pour les Phonons. Un 'solveur' Monte Carlo dédié à la résolution de l'ETB des phonons dans l'espace réciproque, prenant en compte tous les processus d'interactions Normaux et Umklapp à trois-phonons, est proposé. Une prise en compte rigoureuse des lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement est entreprise. Des relations de dispersion réalistes, intégrant tous les modes de polarisations, sont considérées. Le calcul des taux d'interactions à trois-phonons de tous les processus Normaux et Umklapp est effectué en utilisant l'approche théorique due à Ridley qui ne nécessite qu'un unique paramètre semi-ajustable pour chaque mode de polarisation, nommément : le coefficient de couplage anharmonique représenté par les constantes de Grüneisen. Les taux d'interactions ainsi calculés ne servent pas uniquement à la résolution de l'ETB des phonons, mais ont permis aussi une analyse complète des canaux de relaxation des phonons longitudinaux optiques de centre de zone. Cette analyse a montré que le canal de Vallée-Bogani est négligeable dans le GaAs, et que vraisemblablement les temps de vie des phonons LO de centre de zone dans l'InAs et le GaSb rapportés dans la littérature sont fortement sous-estimés. Pour la première fois à notre connaissance, un couplage de deux solveurs Monte Carlo indépendants l'un dédié aux porteurs de charges (Thèse E. Tea) et l'autre dédié aux phonons, est effectué. Cela permet d'étudier l'effet des phonons chauds sur le transport des porteurs de charges. Cette étude a montré que l'approximation de temps de relaxation surestime souvent l'effet bottleneck des phonons. Le 'solveur' Monte Carlo est étendu pour résoudre l'ETB des phonons dans l'espace réel (en plus de l'espace réciproque), cela a permet d'étudier le transport des phonons et ainsi de la chaleur. La théorie généralisée de Ridley est toujours utilisée avec des particules de simulations qui interagissent les unes avec les autres directement. Les règles de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement sont rigoureusement respectées. L'effet des processus Umklapp sur la quantité de mouvement totale des phonons est fidèlement traduit; tout comme l'effet des interactions sur les directions des phonons, grâce à une procédure prenant en compte les directions vectorielles respectives lors d'une interaction, au lieu, de la distribution aléatoire usuellement utilisée. Les résultats préliminaires montrent la limite de l'équation analytique de conduction de la chaleur.

Le but de ce travail est de proposer de nouveaux modeles numeriques pour des calculs d'ecoulements de gaz en regimes rarefies ou transitionnels regis par l'equation de boltzmann-bgk. Nous proposons tout d'abord un nouveau modele a vitesses discretes base sur le principe de minimisation d'entropie. Ce modele satisfait les lois de conservation et de dissipation d'entropie, et nous prouvons qu'il admet une unique solution. Nous montrons aussi un resultat de convergence de cette solution discrete vers une solution de l'equation bgk, quand le nombre de vitesses tend vers l'infini. Par ailleurs, nous nous interessons au developpement de methodes conservatives et entropiques pour les ecoulements axisymetriques. Nous mettons en evidence les relations algebriques que doit verifier la discretisation des gradients en vitesse apparaissant dans l'operateur de transport. Nous proposons alors plusieurs modeles verifiant ces contraintes. Grace a ces proprietes, nous obtenons des schemas numeriques economiques, robustes, et convergents. En particulier, nous construisons un schema implicite linearise pour calculer les solutions stationnaires du modele bgk a vitesses discretes. Ce schema est la base d'un code de calcul qui permet des simulations d'ecoulements hypersoniques en haute altitude, en geometries 2d planes et axisymetriques. Nos resultats sont analyses, et compares a ceux donnes par d'autres methodes.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’analyse des équations cinétiques, qui sont un cas particulier d’équations aux dérivées partielles. L’équation de Boltzmann se propose de modéliser des gaz fortement dilués. Ses solutions présentent un comportement intéressant, aussi bien du point de vue physique que mathématique : elles évoluent de façon irréversible vers un état d’équilibre bien déterminé. Cependant, l’équation de Boltzmann est obtenue formellement à partir d’une modélisation microscopique de la matière, où les interactions entre les atomes constituant le gaz étudié sont temporellement réversibles. De ce paradoxe apparent est née la motivation d’une obtention (on parle de dérivation) mathématiquement rigoureuse de l’équation de Boltzmann.Ce manuscrit s’attache à obtenir cette dérivation dans le cadre d’un domaine à bord (précédemment obtenue par Lanford dans le cas d’un domaine sans bord, qui est historiquement le premier résultat d’une dérivation rigoureuse de l’équation de Boltzmann) avec lequel les particules, modélisées par des sphères dures, interagissent par réflexion spéculaire. Le domaine étudié ici sera le demi-espace.Cette dérivation s’appuie sur l’étude de suites d’équations, les hiérarchies BBGKY et de Boltzmann. Après une présentation de l’obtention formelle de ces hiérarchies dans le cas d’un domaine à bord, un soin tout particulier a été apporté à la définition rigoureuse de ces hiérarchies dans un cadre fonctionnel approprié. Dans une seconde partie, la preuve de la convergence des solutions de la hiérarchie BBGKY vers celles de la hiérarchie de Boltzmann est présentée en détail. En particulier, le contrôle géométrique des recollisions dans le cas du demi-espace est traité de la façon la plus exhaustive possible
The Boltzmann equation is a model introduced in order to describe diluted gases. The solutions of this equation present an interesting behaviour: they converge irreversibly towards a determined equilibrium. However, the Boltzmann equation is formally obtained using a microscopic description of the matter, in which the interactions between the atoms constituting the gas are time-reversible. From this paradox has emerged the question of a mathematically rigorous derivation of the Boltzmann equation.In this work one has obtained such a derivation in the case of a domain with a boundary (Lanford obtained this derivation in the case when the domain is the whole Euclidean space, which was historically speaking the first rigorous derivation of the Boltzmann equation), by prescribing the specular reflexion as the way the particles and the boundary of the domain interact. The domain here will be the half-space.This derivation is using sequences of equations, namely the BBGKY and the Boltzmann hierarchies. After a presentation of the formal derivation of those hierarchies in the case of a domain with boundary, one has carefully addressed the rigorous definition of those hierarchies, detailing the appropriate functional setting. In a second part, the proof of the convergence of the solutions of the BBGKY hierarchy towards the solutions of the Boltzmann hierarchy is presented exhaustively. In particular, the geometrical control of the recollisions in the case of the half-space has been written in the most comprehensive way

Etude des solutions de deux modèles mathématiques intervenant en théorie cinétique des gaz raréfiés: l'équation de Boltzmann et sa version discrète par rapport aux vitesses incluant le système de Broadwell. On donne dans le cadre du régime moléculaire presque libre et des petites solutions des théorèmes d'existence globale, de comportement asymptotique et de décroissance pour les temps grands. L'approche adoptée consiste d'une part à construire des solutions explicites décrivant le régime moléculaire libre puis, à contrôler les effets non linéaires des collisions binaires par les propriétés de transport des équations.

Ce memoire est consacre a l'etude d'equations de transport cinetiques intervenant en dynamique des gaz rarefies et plus particulierement a l'equation de boltzmann. Dans la premiere partie, on introduit diverses generalisations non lineaires des lois de reflexion habituellement utilisees comme conditions aux limites pour ces problemes. On obtient l'existence de solutions, soit dans le cadre des solutions renormalisees, soit par des methodes de points fixes. On etablit ensuite, dans la seconde partie, l'existence de solutions du probleme de cauchy pour l'equation de boltzmann, sous des regimes moleculaires particuliers. On apporte quelques informations sur l'evolution au cours du temps de proprietes imposees sur la donnee initiale. Enfin, dans la troisieme partie, on etudie l'influence des collisions rasantes dans l'equation de boltzmann homogene: d'une part, on leve l'hypothese de troncature angulaire sur le noyau de collisions et, d'autre part, on etablit le lien avec l'equation de landau-fokker-planck

Cette thèse porte sur une approche probabiliste de l'équation de Landau, aussi appelée équation de Fokker-Planck-Landau. Cette équation aux dérivées partielles a été obtenue comme limite asymptotique d'équations de Boltzmann lorsque les collisions rasantes deviennent prépondérantes dans un gaz. Elle décrit le comportement de la densité de particules ayant la même vitesses au même instant (on considère ici le ca s spatialement homogène). Cette équation a été jusqu'à maintenant étudiées par des méthodes d'analyse, ce travail propose une nouvelle approche. La première partie de la thèse est consacrée à l'étude de l'existence de solution de l'équation de Landau pour des gaz dit de 'potentiels modérément mous'. L'existence de mesures de probabilité solutions est obtenue par des outils du calcul stochastique. Pour des gaz plus particuliers, il y a en fait unicité de la solution et, grâce au calcul de Malliavin, on en déduit l'existence d'une densité solution de l'équation de Landau. L'approche probabiliste permet d'avoir des conditions initiales assez générales. La seconde partie de la thèse donne une interprétation probabiliste du lien entre les équations de Boltzmann et de Landau. Tout d'abord, les résultats d'existence de solutions au sens probabiliste de l'équation de Boltzmann sont étendus aux 'potentiels modérément mous'. Puis, on montre la convergence de ces solutions vers une solution de l'équation de Landau lorsque les collisions deviennent rasantes dans le gaz. Enfin, dans le cas particulier d'un gaz de Maxwell, la convergence ponctuelle des densités est obtenue en utilisant les techniques du calcul de Malliavin. L'approche probabiliste permet une meilleure compréhension du passage Boltzmann - Landau et permet de le simuler à l'aide d'un système de particules. Quelques simulations sont présentées dans cette thèse.

La methode des courants d'interface et la methode de monte carlo pour la resolution de l'equation de transport multigroupe de particules neutres sont etudiees dans cette these. Une nouvelle version de la methode des courants d'interface est developpee dans le code tdt au serma en representant les courants d'interface par une fonction constante par morceaux sur la surface de l'angle solide. Le comportement de la convergence de cette methode vers la methode de probabilites de collision a ete teste. Puisque la technique de tracage des trajectoires est utilisee dans les methodes des probabilites de collision et des courants d'interface, il est indispensable de normaliser les probabilites de collision ainsi obtenues. Plusieurs techniques sont etudiees et implantees dans le code tdt, leurs performances sont comparees. Le traitement des matrices de transfert demeure une difficulte persistante pour la methode de monte carlo multigroupe, car la mis en groupe des sections efficaces de transfert provoque des parties negatives importantes dans les fonctions densites angulaires representees par les series de polynomes de legendre tronques. Plusieurs methodes basees sur la preservation des premiers moments, la methode de la representation par une fonction en angles discrets et la methode de la representation par une fonction en escalier equiprobable, ont ete etudiees et implantees dans le code trimaran-ii. Puisque aucune de ces methodes n'est completement satisfaisante, une nouvelle methode, la methode de la representation par une fonction en escaliers non equiprobables, a ete proposee et realisee. De nombreuses comparaisons ont ete effectuees, pour comparer la conservation des moments, les resultats d'un probleme de criticite, et les resultats d'un probleme de transport de neutrons dans l'eau. Les comparaisons nous ont montre que la nouvelle methode est la meilleure, et nous recommandons que cette methode soit la methode par defaut pour le traitement des matrices de transfert multigroupe.

Cette thèse traite le couplage des équations du transport et des équations de l'électromagnétisme dans un photocommutateur visant la génération des signaux TeraHertz. Dans un premier temps, les équations relatives au transport des porteurs sont résolues avec un modèle " dérive diffusion ". Ensuite une résolution plus complexe basée une approche Monte Carlo est présentée. Le photocommutateur est situé dans un guide coplanaire dont les dimensions sont proches de celles des structures existantes. Les contraintes numériques sont liées à la résolution dans le domaine temporel du système d'équations couplées, au maillage spatial, à la taille du domaine de simulation nécessaire, aux conditions aux limites et aux non- linéarités supplémentaires introduites par la variation temporelle et spatiale des différents coefficients. Le système 3D est entièrement résolu par la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain) à pas variable, ce qui nous permet d'avoir un maillage suffisamment fin au sein du dispositif. Nous avons étudié la manière dont est générée la réponse du photocommutateur à une excitation optique femto seconde. Nous avons d'abord mis en évidence l'origine électromagnétique de cette réponse, avant d'effectuer une étude paramétrique permettant l'identification des paramètres clefs qui la contrôlent. La confrontation des résultats de modélisation avec les résultats de mesure existants a montré un bon accord. Les résultats préliminaires obtenus avec la méthode de Monte Carlo ont permis de mettre en évidence des effets inertiels entre les variations du champ électromagnétique et la réponse des porteurs
This PhD thesis presents the coupling between the Boltzmann transport equations and the electromagnetic field equations in a photoconductive switch generating THz signals. First, the transport equations are solved in the drift diffusion approximation. Then, a more complex resolution is made with a Monte Carlo based model. The photoconductive switch is located is coplanar wave guide whose dimensions are comparables with the existents structures. The numerical constraints come from the time dependant resolution, the necessarily space mesh, the simulation domain dimensions, boundary conditions and non linearity introduced by the time and space coefficients variation. The 3D equation system is solved with the variable space step FDTD (Finite Difference Time Domain) method, which allows a sufficiently refined mesh inside the switch. We have studied the photoconductive switch response when a femto second optic excitation is applied. We have shown the electromagnetic field implication in the device response origin. We also made a parametric analysis identifying the main parameters controlling the electromagnetic THz pulse. There is a good agreement between the modelling results and the experimental data. The Monte Carlo method allows taking into account the inertial effects between the electromagnetic field variation and the carrier response. This method is still in developing phase, but we have obtained good preliminary results

Ce travail de thèse concerne la modélisation et la simulation des écoulements diphasiques avec changement de phase par des équations cinétiques de type Boltzmann. Ce travail est motivé par deux applications distinctes pour lesquelles la compréhension et l'analyse fine des mécanismes et des dynamiques de changement de phase sont nécessaires. Le premier thème concerne la mise au point de dispositifs passifs de refroidissement diphasiques pour la micro-électronique. Le seconde thématique concerne la formation de dépôts de filtration résultant de l'agrégation de particules colloïdales à la surface d'une membrane dans des procédés de filtration membranaire. Pour les applications de type colloïdal, un modèle à deux fluides est proposé en adaptant des méthodes Boltzmann-sur-Réseau de la littérature pour la résolution de l'écoulement. Enfin, dans une partie plus exploratoire, un méthode de résolution originale de l'équation de Boltzmann-Enskog est proposée afin de traiter des écoulements avec changement de phase en incluant les effets thermiques.

Mise au point de deux methodes pour la resolution de l'equation de boltzmann. La premiere utilise des maxwelliennes deplacees. Les coefficients de transport ainsi que les fonctions de distribution sont en tres bon accord avec ceux obtenus par les methodes exactes, dans tout le domaine de dopage et de champ electrique, en regime transitoire aussi bien que stationnaire. La seconde methode utilise des polynomes de legendre et laguerre. Ses premiers resultats sont aussi en bon accord avec ceux des methodes exactes

Cette thèse comporte trois chapitres indépendants, consacrés à l’étude mathématique de trois problèmes physiques distincts, ayant pour modèles trois équations aux dérivées partielles différentes. Ces équations relèvent plus précisément de la méthode des surfaces de niveau, de la théorie de l’écoulement incompressible des matériaux non newtoniens et de la théorie cinétique des gaz raréfiés. Le premier chapitre de la thèse porte sur la dynamique des frontières en mouvement et contient une justification mathématique de la procédure numérique dite de ré-initialisation, dont les applications sont nombreuses dans le contexte de la célèbre méthode des surfaces de niveau. Nous appliquons ces résultats pour une classe d’équations issues de la méthode des surfaces de niveau de premier ordre. Nous écrivons la procédure de ré-initialisation comme un algorithme de décomposition et nous étudions la convergence de l’algorithme en utilisant des techniques d’homogénéisation dans la variable temporelle. Grâce à cette analyse rigoureuse nous introduisons également une nouvelle méthode pour l’approximation de la fonction de distance dans le contexte de la méthode des surfaces de niveau. Dans le cas où l’on cherche seulement une fonction de l’ensemble de niveau avec un gradient minoré proche du niveau zéro, nous proposons une approximation plus simple. Dans le cas général, où le niveau zéro pourrait présenter des changements de topologie, nous introduisons une nouvelle notion de limites relâchées. Dans le deuxième chapitre de la thèse, nous étudions un problème de frontière libre résultant de l’étude de l’écoulement incompressible d’un matériau non-newtonien, avec limite d’élasticité de type Drucker-Prager, sur un plan incliné et sous l’effet de la pesanteur. Nous obtenons une équation sous-différentielle, que nous formulons comme un problème variationnel avec un terme à croissance linéaire de type gradient, et nous étudions le problème dans un domaine non borné. Nous montrons que les équations sont bien posées et satisfont certaines propriétés de régularité. Nous sommes alors capables de relier les paramètres physiques avec le problème abstrait et de prouver des propriétés quantitatives de la solution. En particulier, nous montrons que la solution a un support compact, la limite de ce que nous appelons la frontière libre. Nous construisons également des solutions explicites d’une équation différentielle ordinaire qui peut estimer la frontière libre. Enfin, le troisième et dernier chapitre de la thèse est dédié aux solutions de l’équation de Boltzmann homogène avec molécules maxwelliennes et énergie infinie. Nous obtenons de nouveaux résultats d’existence de solutions éternelles pour cette équation dans un espace de mesures de probabilité d’énergie infinie (i.e. de moment d’ordre deux infini). Elles permettent de décrire le comportement asymptotique en temps d’autres solutions d’énergie infinie, mais elles apparaissent aussi comme des états asymptotiques intermédiaires dans l’étude des solutions d’énergie finie, mais arbitrairement grande. Les méthodes issues de l’analyse harmonique sont utilisées pour étudier l’équation de Boltzmann, où la variable de vitesse est exprimée en Fourier. Enfin, un changement d’échelle logarithmique en la variable temporelle permet de déterminer le bon comportement asymptotique à l’infini des solutions
This thesis consists of three different and independent chapters, concerning the mathematical study of three distinctive physical problems, which are modelled by three non- linear partial differential equations. These equations concern the level set method, the theory of incompressible flow of non-Newtonian materials and the kinetic theory of rare- fied gases. The first chapter of the thesis concerns the dynamics of moving interfaces and contains a rigorous justification of a numerical procedure called re-initialization, for which there are several applications in the context of the level set method. We apply these results for first order level set equations. We write the re-initialization procedure as a splitting algorithm and study the convergence of the algorithm using homogenization techniques in the time variable. As a result of the rigorous analysis, we are also able to introduce a new method for the approximation of the distance function in the context of the level set method. In the case where one only looks for a level set function with gradient bounded from below near the zero level, we propose a simpler approximation. In the general case where the zero level might present changes of topology we introduce a new notion of relaxed limits. In the second chapter of the thesis, we study a free boundary problem arising in the study of the flow of an incompressible non-Newtonian material with Drucker-Prager plasticity on an inclined plane. We derive a subdifferential equation, which we reformulate as a variational problem containing a term with linear growth in the gradient variable, and we study the problem in an unbounded domain. We show that the equations are well posed and satisfy some regularity properties. We are then able to connect the physical parameters with the abstract problem and prove some quantitative properties of the solution. In particular, we show that the solution has compact support and the support is the free boundary. We also construct explicit solutions of an ordinary differential equation, which we use to estimate the free boundary. The last chapter of the thesis is dedicated to the study of infinite energy solutions of the homogeneous Boltzmann equation with Maxwellian molecules. We obtain new results concerning the existence of eternal solutions in the space of probability measure with infinite energy (i.e. the second order moment is infinite). These solutions describe the asymptotic behaviour of other infinite energy solutions but could also be useful in the study of intermediate asymptotic states of solutions with finite but arbitrarily large energy. We use harmonic analysis tools to study the equation, where the velocity variable is expressed in the Fourier space. Finally, a logarithmic scaling of the time variable allows to determine the correct asymptotic scaling of the solutions