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Bruno Lévy
Bruno Lévy
Programmeur Mathématique
ALICE Géométrie & Lumière
CENTRE INRIA Nancy Grand-Est
De quoi va-ton parler ?
De quoi va-ton parler ?
De quoi va-ton parler ?
De physique
De mathématiques
La musique: un langage pour parler
- du temps
La musique: un langage pour parler
- du temps
- du rythme
La musique: un langage pour parler
- du temps
- du rythme
- de la hauteur des sons
Ut queant laxi,
Resonare fibris,
Mira gestorum,
Famuli tuorum,
Solve polluti,
Labii reatum.
Ut queant laxi,
Resonare fibris,
Mira gestorum,
Famuli tuorum,
Solve polluti,
Labii reatum.
Afin que tes serviteurs
Puissent chanter
à gorge déployée
Tes accomplissements merveilleux
Ote le péché
De leurs lèvres souillées
Saint Jean.
La musique: un langage pour parler
- du temps
- du rythme
- de la hauteur des sons
-
La physique: un langage pour parler
- du temps
La physique: un langage pour parler
- du temps
- de la matière
La physique: un langage pour parler
- du temps
- de la matière
- de
La physique: un langage pour parler
- du temps
- de la matière
- de
- de la lumière
La physique: un langage pour parler
- du temps
- de la matière
- de
- de la lumière
-
René Descartes - 1663
Des tourbillons
dans ?
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(1) Inertie
En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(1) Inertie
En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante
x position
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(1) Inertie
En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante
x position
x vitesse
Isaac Newton
1623-1727
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Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(1) Inertie
En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante
x position
x vitesse
x = constante
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
x position
x vitesse
x = cte = 1mm/s
Comment simuler ce comportement sur un ordinateur ?
A chaque seconde
Décaler le rond vert
vers la droite
http://scratch.mit.edu
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(2) Principe fondamental de la dynamique
Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces
x position
x vitesse
Isaac Newton
1623-1727
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Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(2) Principe fondamental de la dynamique
Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces
x position
x vitesse
x accélération
F = m x
Isaac Newton
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1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(2) Principe fondamental de la dynamique
Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces
x position
x vitesse
x accélération
F = m x
Force
Isaac Newton
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1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(2) Principe fondamental de la dynamique
Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces
x position
x vitesse
x accélération
F = m x
Force
Masse
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = gComment simuler ce comportement
sur un ordinateur ?
A chaque seconde
soustraire 9.81 m/s de la
composante verticale de la vitesse
déplacer le point vert suivant
la vitesse
http://scratch.mit.edu
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
On fait les calculs avec une certaine précision
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
On fait les calculs avec une certaine précision
On peut augmenter cette précision
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
On fait les calculs avec une certaine précision
On peut augmenter cette précision
Peut-on inventer un langage pour parler de ce
qui se passerait avec une précision infinie ?
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Peut-on inventer un langage pour parler de ce
qui se passerait avec une précision infinie ?
Les dérivées
df(t)
dt
df(x)
dx
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Peut-on inventer un langage pour parler de ce
qui se passerait avec une précision infinie ?
Les dérivées
df(t)
dt
df(x)
dx
Variation de quelquechose
par rapport au temps
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Peut-on inventer un langage pour parler de ce
qui se passerait avec une précision infinie ?
Les dérivées
df(t)
dt
df(x)
dx
Variation de quelquechose
par rapport au temps
Variation de quelquechose
par rapport à
Gravité
F = m g = m x
9.81 m / s / s
x = g
Peut-on inventer un langage pour parler de ce
qui se passerait avec une précision infinie ?
Les dérivées Le calcul différentiel
fantômes de quantités disparues
Newton et Leibniz
Les dérivées
df(t)
dt
df(x)
dx
Variation de quelquechose
par rapport au temps
Variation de quelquechose
par rapport à
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(3) Action réciproque
Deux corps qui agissent sur le font avec une force égale
mais de sens opposé.
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(3) Action réciproque
Deux corps qui agissent sur le font avec une force égale
mais de sens opposé.
F = -FAB BA
Isaac Newton
1623-1727
1687
Principia Mathematica
Un langage mathématique pour
parler de la physique:
Le calcul différentiel
Les principes de Newton
(1) Inertie
(2) Principe fondamental de la dynamique
(3) Action réciproque
(3) Action réciproque
Deux corps qui agissent sur le font avec une force égale
mais de sens opposé.
F = -F = -G mA mBAB BA
d2
Gravitation
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Corde fixée à ses deux extremités
onde stationnaire
2A
2
= constante x A
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Corde fixée à ses deux extremités
onde stationnaire
2A
2
= constante x A
A : amplitude
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Corde fixée à ses deux extremités
onde stationnaire
2A
2
= constante x A
A : amplitude
sin( x)
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Corde fixée à ses deux extremités
onde stationnaire
2A
2
= constante x A
A : amplitude
sin( x) cos( x)
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Corde fixée à ses deux extremités
onde stationnaire
2A
2
= constante x A
A : amplitude
sin( x) cos( x) - 2 sin( x)
Des cordes qui vibrent et des ondes
2u
2
= c2
2u
2
F = m x
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
vitesse (célérité)
Corde fixée à ses deux extremités
onde stationnaire
2A
2
= constante x A
A : amplitude
sin( x) cos( x) - 2 sin( x)
Euler Lagrange
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Hamilton, Legendre, Maupertuis
Euler Lagrange
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Hamilton, Legendre, Maupertuis
Lois de la nature = minimiser
Euler Lagrange
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Hamilton, Legendre, Maupertuis
Lois de la nature = minimiser = de X du temps
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de la nature = minimiser = de X du temps
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de Newton
Lois de Kepler
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de Newton
Lois de Kepler
Conservation de
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de Newton
Lois de Kepler
Conservation de
Conservation de la quantité de mouvement (p = mv)
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de Newton
Lois de Kepler
Conservation de
Conservation de la quantité de mouvement (p = mv)
Conservation du moment cinétique en rotation (gyroscope)
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de Newton
Lois de Kepler
Relativité
E=mc2
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Lois de Newton
Lois de Kepler
Relativité
E=mc2
Physique Quantique
(Intégrale de chemins)
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Fluide incompressible
Mécanique des Fluides
.v = 0
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Fluide incompressible
Mécanique des Fluides
.v = 0
Vitesse du fluide en un point
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Fluide incompressible
Mécanique des Fluides
.v = 0
Opérateur
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Fluide incompressible
Mécanique des Fluides
.v = 0
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Fluide incompressible
Mécanique des Fluides
.v = 0
Si je regarde un
patatoïde
autant de fluide
qui rentre dedans et
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Variation en espace
de la pression
Mécanique des Fluides
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Variation en espace
de la pression
densité
Mécanique des Fluides
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Variation en espace
de la pression
Gravité
densité
Mécanique des Fluides
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Variation en espace
de la pression
Gravité
Variation en
temps de la
vitesse
densité
Mécanique des Fluides
t1
t2
L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action
Equations (simplification)
Variation en espace
de la pression
Gravité
Variation en
temps de la
vitesse
densité
F = m x
Mécanique des Fluides
Mécanique des Fluides / Equations de Navier Stokes
Mécanique des Fluides / Equations de Navier Stokes
Mécanique des Fluides / Equations de Navier Stokes
https://haxiomic.github.io/GPU-Fluid-Experiments/html5/
Ampère, -aimant et le bonhomme
André-Marie Ampère
1775 - 1836
Ampère, -aimant et le bonhomme
André-Marie Ampère
1775 - 1836
Expériences
Maxwell et le champ éléctromagnétique
James Clerk Maxell
1831 - 1879
Maxwell et le champ éléctromagnétique
James Clerk Maxell
1831 - 1879
Avertissement: Les équations de Maxwell existent
sous plusieurs formes, décrit
ici une forme simplifiée qui met en évidence leur
symétrie.
Merci à Marie-Christine Haton qui
pointé une erreur dans la version précédente
de ces slides.
Maxwell et le champ éléctromagnétique
x E = -
Champ électrique
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Champ électrique
Variations en temps
du champ magnétique
x E = -
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Champ électrique
Variations en temps
du champ magnétique
Opérateur tourbillon rotationnel)
x E = -
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Champ électrique
Variations en temps
du champ magnétique
Opérateur tourbillon rotationnel)
E
x E = -
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Champ électrique
Variations en temps
du champ magnétique
Opérateur tourbillon rotationnel)
E
var. temp.
de H
x E = -
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Hx H =
var. temp.
de H
x E = -
Maxwell et le champ éléctromagnétique
.E = 0
.H = 0
Dans patatoide élémentaire,
ce qui rentre est égal à ce qui sort
(valable pour Electricité et Magnétisme)
x E = -
x H =
Maxwell et le champ éléctromagnétique
2E
2
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
= 2E1
Constantes unités relatives utilisées en
éléctricité et en magnétisme
Maxwell et le champ éléctromagnétique
2E
2
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
= 2E= 2E1
c2
Leur produit vaut 1/c2
(c: vitesse de la lumière)
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
2E
2
=c2 2E
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
!!!
2E
2
=c2 2E
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
!!!
2E
2
=c2 2E
2H
2
=c2 2H
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
!!!
Vitesse de propagation: c
2E
2
=c2 2E
2H
2
=c2 2H
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
Maxwell et le champ éléctromagnétique
Dérivée seconde
en temps
Dérivée seconde
en espace
!!!
Vitesse de propagation: c
LA LUMIERE EST UNE ONDE
ELECTROMAGNETIQUE !!!!!
2E
2
=c2 2E
.E = 0
.H = 0
x E = -
x H =
Géométrie différentielle
Carl Friedrich Gauss 1800
Bernhard Riemann 1850
courbe
courbe La relativité
Anselme Lanturlu Jean-Pierre Petit - http://www.savoir-sans-frontieres.com/
Le Geometricon / Le Topologicon / Le trou noir / Tout est relatif
Simuler tout dans un ordinateur
Cédric Villani
Optimal Transport Old & New
Topics on Optimal Transport
Yann Brenier
The polar factorization theorem
(Brenier Transport)
Le Transport Optimal De Monge a Villani
Le Transport Optimal
ANR TOMMI Workshop
Mon autre présentation plus détaillée sur le transport optimal (avec les maths):
http://www.slideshare.net/BrunoLevy4/optimal-transport-for-a-computer-programmers-point-of-view
Video: cf liens depuis: www.loria.fr/~levy
Le Transport Optimal
Gaspard Monge - 1784
ANR TOMMI Workshop
Le Transport Optimal
Le problème de Monge:
Trouver une application T qui minimize C(T) = || x T(x) ||2 d (x)
Une application T est une application de transport entre et si
(préservation de la masse):
(T-1(B)) = (B) pour tout ss. ens. B mesurable (Borelien)
Le Transport Optimal
Le problème de Monge:
Trouver une application T qui minimize C(T) = || x T(x) ||2 d (x)
Une application T est une application de transport entre et si
(préservation de la masse):
(T-1(B)) = (B) pour tout ss. ens. B mesurable (Borelien)
Principe de moindre action Lois de conservation
Une application T est une application de transport entre et si
(T-1(B)) = (B) pour tout sous-ens. de Borel B
B
T-1(B)
(X; ) (Y; )
Le Transport Optimal
Une application T est une application de transport entre et si
(T-1(B)) = (B) pour tout sous-ens. de Borel B
(ou = T# le poussé en avant de )
B
T-1(B)
(X; ) (Y; )
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal - Kantorovich
Problème de Monge:
Trouver une app. de transport T qui min. C(T) = || x T(x) ||2 d (x)
Problème de Kantorovich (1942):
Trouver une mesure sur x
telle que x in d (x,y) = d (y)
et y in d (x,y) = d (x)
qui minimise x || x y ||2 d (x,y)
Le Transport Optimal
Reconstruction de primordial
Les données
The millenium simulation project, Max Planck Institute fur Astrophysik
pc/h : parsec (= 3.2 années lumières)Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Reconstruction de primordial de
universelle
Le Transport Optimal
Inverser les équations de Newton / Einstein pour remonter
le temps de 14 milliards
The millenium simulation project,
Max Planck Institute fur Astrophysik
pc/h : parsec (= 3.2 light years)
Le Transport Optimal
The millenium simulation project,
Max Planck Institute fur Astrophysik
pc/h : parsec (= 3.2 années lumières)
En 2002: 5 heures de calcul
sur un super-ordinateur / 5000 points
Peut-on faire le calcul avec
1 000 000 points ?
Oui si ans !!)
René Descartes - 1663
Diagrammes
de Voronoi
X = (x1, x2, xn) ens. de points
xi = (xi,yi points
Diagrammes de Voronoi
X = (x1, x2, xn) ens. de points
xi = (xi,yi
Vor(i) = { x / d(x,xi) < d(x,xj) } j
Diagrammes de Voronoi
Diagrammes de Voronoi
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
hi
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Expérience numérique - translation
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Le Transport Optimal
Expérience numérique: Un disque devient deux disques
Le Transport Optimal
Expérience numérique: Une sphère devient un cube
Le Transport Optimal
Expérience numérique: Armadillo devient une sphère
Le Transport Optimal
Expériences numériques: Autres exemples
Le Transport Optimal
Expérience numérique: densité variable
Le Transport Optimal
Il y a quelques années(2002), 5 heures de calcul sur un super-ordinateur
Maintenant,avec le nouvel algorithme, moins de 10 secondes sur un PC portable !
Expériences numériques: performances
Le Transport Optimal
Calcul pour 5000 points (5000 amas
Prendrait 4500 ans (même sur un ordinateur actuel), algorithme en O(n3)
Maintenant,avec le nouvel algorithme, moins sur un PC portable !
Expériences numériques: performances
Le Transport Optimal
Calcul pour 1000000 points
Epilogue des forêts de symboles
Le dernier tableau noir de Richard Feynmann
http://castor-informatique.fr
http://www.mathkang.org/
Apprendre à programmer, facile:
http://www.loria.fr/~quinson/Teaching/PLM/
http://www.python.org
© Ras-TECH
(Rosières-aux-Salines Technology Club)
Simuler la physique avec un ordinateur

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  • 2. De quoi va-ton parler ?
  • 3. De quoi va-ton parler ?
  • 4. De quoi va-ton parler ? De physique De mathématiques
  • 5.
  • 6. La musique: un langage pour parler - du temps
  • 7. La musique: un langage pour parler - du temps - du rythme
  • 8. La musique: un langage pour parler - du temps - du rythme - de la hauteur des sons
  • 9. Ut queant laxi, Resonare fibris, Mira gestorum, Famuli tuorum, Solve polluti, Labii reatum.
  • 10. Ut queant laxi, Resonare fibris, Mira gestorum, Famuli tuorum, Solve polluti, Labii reatum. Afin que tes serviteurs Puissent chanter à gorge déployée Tes accomplissements merveilleux Ote le péché De leurs lèvres souillées Saint Jean.
  • 11. La musique: un langage pour parler - du temps - du rythme - de la hauteur des sons -
  • 12.
  • 13. La physique: un langage pour parler - du temps
  • 14. La physique: un langage pour parler - du temps - de la matière
  • 15. La physique: un langage pour parler - du temps - de la matière - de
  • 16. La physique: un langage pour parler - du temps - de la matière - de - de la lumière
  • 17. La physique: un langage pour parler - du temps - de la matière - de - de la lumière -
  • 18. René Descartes - 1663 Des tourbillons dans ?
  • 19. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque
  • 20. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (1) Inertie En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante
  • 21. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (1) Inertie En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante x position
  • 22. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (1) Inertie En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante x position x vitesse
  • 23. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (1) Inertie En de forces, le mouvement en ligne droite à vitesse constante x position x vitesse x = constante
  • 24. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 25. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 26. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 27. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 28. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 29. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 30. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 31. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 32. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 33. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 34. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 35. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 36. x position x vitesse x = cte = 1mm/s
  • 37. x position x vitesse x = cte = 1mm/s Comment simuler ce comportement sur un ordinateur ? A chaque seconde Décaler le rond vert vers la droite
  • 39. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (2) Principe fondamental de la dynamique Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces x position x vitesse
  • 40. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (2) Principe fondamental de la dynamique Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces x position x vitesse x accélération F = m x
  • 41. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (2) Principe fondamental de la dynamique Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces x position x vitesse x accélération F = m x Force
  • 42. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (2) Principe fondamental de la dynamique Le changement de la vitesse (acceleration) est proportionels aux forces x position x vitesse x accélération F = m x Force Masse
  • 43. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 44. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 45. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 46. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 47. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 48. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 49. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 50. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 51. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 52. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 53. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 54. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 55. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 56. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 57. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 58. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 59. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 60. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 61. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 62. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 63. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 64. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 65. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 66. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 67. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 68. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = gComment simuler ce comportement sur un ordinateur ? A chaque seconde soustraire 9.81 m/s de la composante verticale de la vitesse déplacer le point vert suivant la vitesse
  • 70. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g
  • 71. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g On fait les calculs avec une certaine précision
  • 72. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g On fait les calculs avec une certaine précision On peut augmenter cette précision
  • 73. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g On fait les calculs avec une certaine précision On peut augmenter cette précision Peut-on inventer un langage pour parler de ce qui se passerait avec une précision infinie ?
  • 74. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g Peut-on inventer un langage pour parler de ce qui se passerait avec une précision infinie ? Les dérivées df(t) dt df(x) dx
  • 75. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g Peut-on inventer un langage pour parler de ce qui se passerait avec une précision infinie ? Les dérivées df(t) dt df(x) dx Variation de quelquechose par rapport au temps
  • 76. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g Peut-on inventer un langage pour parler de ce qui se passerait avec une précision infinie ? Les dérivées df(t) dt df(x) dx Variation de quelquechose par rapport au temps Variation de quelquechose par rapport à
  • 77. Gravité F = m g = m x 9.81 m / s / s x = g Peut-on inventer un langage pour parler de ce qui se passerait avec une précision infinie ? Les dérivées Le calcul différentiel fantômes de quantités disparues Newton et Leibniz Les dérivées df(t) dt df(x) dx Variation de quelquechose par rapport au temps Variation de quelquechose par rapport à
  • 78. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (3) Action réciproque Deux corps qui agissent sur le font avec une force égale mais de sens opposé.
  • 79. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (3) Action réciproque Deux corps qui agissent sur le font avec une force égale mais de sens opposé. F = -FAB BA
  • 80. Isaac Newton 1623-1727 1687 Principia Mathematica Un langage mathématique pour parler de la physique: Le calcul différentiel Les principes de Newton (1) Inertie (2) Principe fondamental de la dynamique (3) Action réciproque (3) Action réciproque Deux corps qui agissent sur le font avec une force égale mais de sens opposé. F = -F = -G mA mBAB BA d2 Gravitation
  • 81. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x
  • 82. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps
  • 83. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace
  • 84. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité)
  • 85. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité) Corde fixée à ses deux extremités onde stationnaire 2A 2 = constante x A
  • 86. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité) Corde fixée à ses deux extremités onde stationnaire 2A 2 = constante x A A : amplitude
  • 87. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité) Corde fixée à ses deux extremités onde stationnaire 2A 2 = constante x A A : amplitude sin( x)
  • 88. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité) Corde fixée à ses deux extremités onde stationnaire 2A 2 = constante x A A : amplitude sin( x) cos( x)
  • 89. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité) Corde fixée à ses deux extremités onde stationnaire 2A 2 = constante x A A : amplitude sin( x) cos( x) - 2 sin( x)
  • 90. Des cordes qui vibrent et des ondes 2u 2 = c2 2u 2 F = m x Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace vitesse (célérité) Corde fixée à ses deux extremités onde stationnaire 2A 2 = constante x A A : amplitude sin( x) cos( x) - 2 sin( x)
  • 91. Euler Lagrange t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Hamilton, Legendre, Maupertuis
  • 92. Euler Lagrange t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Hamilton, Legendre, Maupertuis Lois de la nature = minimiser
  • 93. Euler Lagrange t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Hamilton, Legendre, Maupertuis Lois de la nature = minimiser = de X du temps
  • 94. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de la nature = minimiser = de X du temps
  • 95. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de Newton Lois de Kepler
  • 96. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de Newton Lois de Kepler Conservation de
  • 97. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de Newton Lois de Kepler Conservation de Conservation de la quantité de mouvement (p = mv)
  • 98. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de Newton Lois de Kepler Conservation de Conservation de la quantité de mouvement (p = mv) Conservation du moment cinétique en rotation (gyroscope)
  • 99. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de Newton Lois de Kepler Relativité E=mc2
  • 100. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Lois de Newton Lois de Kepler Relativité E=mc2 Physique Quantique (Intégrale de chemins)
  • 101. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Fluide incompressible Mécanique des Fluides .v = 0
  • 102. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Fluide incompressible Mécanique des Fluides .v = 0 Vitesse du fluide en un point
  • 103. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Fluide incompressible Mécanique des Fluides .v = 0 Opérateur
  • 104. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Fluide incompressible Mécanique des Fluides .v = 0
  • 105. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Fluide incompressible Mécanique des Fluides .v = 0 Si je regarde un patatoïde autant de fluide qui rentre dedans et
  • 106. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Variation en espace de la pression Mécanique des Fluides
  • 107. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Variation en espace de la pression densité Mécanique des Fluides
  • 108. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Variation en espace de la pression Gravité densité Mécanique des Fluides
  • 109. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Variation en espace de la pression Gravité Variation en temps de la vitesse densité Mécanique des Fluides
  • 110. t1 t2 L(x,x,t) dtLe Principe de Moindre Action Equations (simplification) Variation en espace de la pression Gravité Variation en temps de la vitesse densité F = m x Mécanique des Fluides
  • 111. Mécanique des Fluides / Equations de Navier Stokes
  • 112. Mécanique des Fluides / Equations de Navier Stokes
  • 113. Mécanique des Fluides / Equations de Navier Stokes https://haxiomic.github.io/GPU-Fluid-Experiments/html5/
  • 114. Ampère, -aimant et le bonhomme André-Marie Ampère 1775 - 1836
  • 115. Ampère, -aimant et le bonhomme André-Marie Ampère 1775 - 1836 Expériences
  • 116. Maxwell et le champ éléctromagnétique James Clerk Maxell 1831 - 1879
  • 117. Maxwell et le champ éléctromagnétique James Clerk Maxell 1831 - 1879 Avertissement: Les équations de Maxwell existent sous plusieurs formes, décrit ici une forme simplifiée qui met en évidence leur symétrie. Merci à Marie-Christine Haton qui pointé une erreur dans la version précédente de ces slides.
  • 118. Maxwell et le champ éléctromagnétique x E = - Champ électrique
  • 119. Maxwell et le champ éléctromagnétique Champ électrique Variations en temps du champ magnétique x E = -
  • 120. Maxwell et le champ éléctromagnétique Champ électrique Variations en temps du champ magnétique Opérateur tourbillon rotationnel) x E = -
  • 121. Maxwell et le champ éléctromagnétique Champ électrique Variations en temps du champ magnétique Opérateur tourbillon rotationnel) E x E = -
  • 122. Maxwell et le champ éléctromagnétique Champ électrique Variations en temps du champ magnétique Opérateur tourbillon rotationnel) E var. temp. de H x E = -
  • 123. Maxwell et le champ éléctromagnétique Hx H = var. temp. de H x E = -
  • 124. Maxwell et le champ éléctromagnétique .E = 0 .H = 0 Dans patatoide élémentaire, ce qui rentre est égal à ce qui sort (valable pour Electricité et Magnétisme) x E = - x H =
  • 125. Maxwell et le champ éléctromagnétique 2E 2 .E = 0 .H = 0 x E = - x H = = 2E1 Constantes unités relatives utilisées en éléctricité et en magnétisme
  • 126. Maxwell et le champ éléctromagnétique 2E 2 .E = 0 .H = 0 x E = - x H = = 2E= 2E1 c2 Leur produit vaut 1/c2 (c: vitesse de la lumière)
  • 127. Maxwell et le champ éléctromagnétique Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace 2E 2 =c2 2E .E = 0 .H = 0 x E = - x H =
  • 128. Maxwell et le champ éléctromagnétique Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace !!! 2E 2 =c2 2E .E = 0 .H = 0 x E = - x H =
  • 129. Maxwell et le champ éléctromagnétique Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace !!! 2E 2 =c2 2E 2H 2 =c2 2H .E = 0 .H = 0 x E = - x H =
  • 130. Maxwell et le champ éléctromagnétique Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace !!! Vitesse de propagation: c 2E 2 =c2 2E 2H 2 =c2 2H .E = 0 .H = 0 x E = - x H =
  • 131. Maxwell et le champ éléctromagnétique Dérivée seconde en temps Dérivée seconde en espace !!! Vitesse de propagation: c LA LUMIERE EST UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE !!!!! 2E 2 =c2 2E .E = 0 .H = 0 x E = - x H =
  • 132. Géométrie différentielle Carl Friedrich Gauss 1800 Bernhard Riemann 1850 courbe
  • 133. courbe La relativité Anselme Lanturlu Jean-Pierre Petit - http://www.savoir-sans-frontieres.com/ Le Geometricon / Le Topologicon / Le trou noir / Tout est relatif
  • 134. Simuler tout dans un ordinateur
  • 135. Cédric Villani Optimal Transport Old & New Topics on Optimal Transport Yann Brenier The polar factorization theorem (Brenier Transport) Le Transport Optimal De Monge a Villani
  • 136. Le Transport Optimal ANR TOMMI Workshop Mon autre présentation plus détaillée sur le transport optimal (avec les maths): http://www.slideshare.net/BrunoLevy4/optimal-transport-for-a-computer-programmers-point-of-view Video: cf liens depuis: www.loria.fr/~levy
  • 137. Le Transport Optimal Gaspard Monge - 1784 ANR TOMMI Workshop
  • 138. Le Transport Optimal Le problème de Monge: Trouver une application T qui minimize C(T) = || x T(x) ||2 d (x) Une application T est une application de transport entre et si (préservation de la masse): (T-1(B)) = (B) pour tout ss. ens. B mesurable (Borelien)
  • 139. Le Transport Optimal Le problème de Monge: Trouver une application T qui minimize C(T) = || x T(x) ||2 d (x) Une application T est une application de transport entre et si (préservation de la masse): (T-1(B)) = (B) pour tout ss. ens. B mesurable (Borelien) Principe de moindre action Lois de conservation
  • 140. Une application T est une application de transport entre et si (T-1(B)) = (B) pour tout sous-ens. de Borel B B T-1(B) (X; ) (Y; ) Le Transport Optimal
  • 141. Une application T est une application de transport entre et si (T-1(B)) = (B) pour tout sous-ens. de Borel B (ou = T# le poussé en avant de ) B T-1(B) (X; ) (Y; ) Le Transport Optimal
  • 142. Le Transport Optimal - Kantorovich Problème de Monge: Trouver une app. de transport T qui min. C(T) = || x T(x) ||2 d (x) Problème de Kantorovich (1942): Trouver une mesure sur x telle que x in d (x,y) = d (y) et y in d (x,y) = d (x) qui minimise x || x y ||2 d (x,y)
  • 143. Le Transport Optimal Reconstruction de primordial Les données
  • 144. The millenium simulation project, Max Planck Institute fur Astrophysik pc/h : parsec (= 3.2 années lumières)Le Transport Optimal
  • 145. Le Transport Optimal Reconstruction de primordial de universelle
  • 146. Le Transport Optimal Inverser les équations de Newton / Einstein pour remonter le temps de 14 milliards The millenium simulation project, Max Planck Institute fur Astrophysik pc/h : parsec (= 3.2 light years)
  • 147. Le Transport Optimal The millenium simulation project, Max Planck Institute fur Astrophysik pc/h : parsec (= 3.2 années lumières) En 2002: 5 heures de calcul sur un super-ordinateur / 5000 points Peut-on faire le calcul avec 1 000 000 points ? Oui si ans !!)
  • 148. René Descartes - 1663 Diagrammes de Voronoi
  • 149. X = (x1, x2, xn) ens. de points xi = (xi,yi points Diagrammes de Voronoi
  • 150. X = (x1, x2, xn) ens. de points xi = (xi,yi Vor(i) = { x / d(x,xi) < d(x,xj) } j Diagrammes de Voronoi
  • 163. Expérience numérique - translation Le Transport Optimal
  • 166. Expérience numérique: Un disque devient deux disques Le Transport Optimal
  • 167. Expérience numérique: Une sphère devient un cube Le Transport Optimal
  • 168. Expérience numérique: Armadillo devient une sphère Le Transport Optimal
  • 169. Expériences numériques: Autres exemples Le Transport Optimal
  • 170. Expérience numérique: densité variable Le Transport Optimal
  • 171. Il y a quelques années(2002), 5 heures de calcul sur un super-ordinateur Maintenant,avec le nouvel algorithme, moins de 10 secondes sur un PC portable ! Expériences numériques: performances Le Transport Optimal Calcul pour 5000 points (5000 amas
  • 172. Prendrait 4500 ans (même sur un ordinateur actuel), algorithme en O(n3) Maintenant,avec le nouvel algorithme, moins sur un PC portable ! Expériences numériques: performances Le Transport Optimal Calcul pour 1000000 points
  • 173. Epilogue des forêts de symboles
  • 174. Le dernier tableau noir de Richard Feynmann
  • 175. http://castor-informatique.fr http://www.mathkang.org/ Apprendre à programmer, facile: http://www.loria.fr/~quinson/Teaching/PLM/ http://www.python.org © Ras-TECH (Rosières-aux-Salines Technology Club)