Description of potential singularities in Navier-Stokes equations for a viscous fluid in dimension three

Nous nous intéressons dans cette thèse aux équations de Navier-Stokes pour un fluide visqueux incompressible. Dans la première partie, nous étudions le cas d’un fluide homogène. Rappelons que la grande question de la régularité globale en dimension 3 est plus ouverte que jamais : on ne sait pas si la solution de l’équation correspondant à un état initial suffisamment régulier mais arbitrairement loin du repos, va perdurer indéfiniment dans cet état (régularité globale) ou exploser en temps fini(singularité). Une façon d’aborder le problème est de supposer cette éventuelle rupture de régularité et d’envisager les différents scenarii possibles. Après un rapide survol de la structure propre aux équations de Navier-Stokes et des résultats connus à ce jour (chapitre 1), nous nous intéressons(chapitre 2) à l’existence locale (en temps) de solutions dans des espaces de Sobolev qui ne sont pas invariants d’échelle. Partant d’une donnée initiale qui produit une singularité, on prouve l’existence d’une constante optimale qui minore le temps de vie de la solution. Cette constante, donnée parla méthode rudimentaire du point fixe, fournit ainsi un bon ordre de grandeur sur le temps de vie maximal de la solution. Au chapitre 3, nous poursuivons les investigations sur le comportement de telles solutions explosives à la lumière de la méthode des éléments critiques.Dans le seconde partie de la thèse, nous sommes intéressés à un modèle plus réaliste du point de vue de la physique, celui d’un fluide incompressible à densité variable. Ceci est modélisé par les équations de Navier-Stokes incompressible et inhomogènes. Nous avons étudié le caractère globalement bien posé de ces équations dans la situation d’un fluide évoluant dans un tore de dimension 3, avec des données initiales appartenant à des espaces critiques et sans hypothèse de petitesse sur la densité.This thesis is concerned with incompressible Navier-Stokes equations for a viscous fluid. In the first part, we study the case of an homogeneous fluid. Let us recall that the big question of the global regularity in dimension 3 is still open : we do not know if the solution associated with a data smooth enough and far from the immobile stage will last over time (global regularity) or on the contrary will stop living in finite time and blow up (singularity). The goal of this thesis is to study this regularity break. One way to deal witht his question is to assume that such a phenomen on occurs and to study differents scenarii. The chapter 1 is devoted to a recollection of well-known results. In chapter 2, we are interesting in the local (in time) existence of a solution in some Sobolev spaces which are not invariant under the natural sclaing of Navier-Stokes. Starting with a data generating a singularity, we can prove there exists an optimal lower boundary of the lifes pan of such a solution. In this way, the lower boundary provided by the elementary procedure of fixed-point, gives the correctorder of magnitude. Then, we keep on investigations about the behaviour of regular solution near the blow up, thanks to the method of critical elements (chapter 3).In the second part, we are concerned with a more relevant model, from a physics point of view : the inhomogeneous Navier-Stokes system. We deal with the global well poseness of such a model for a inhomogeneous fluid, evolving on a tor us in dimension 3, with critical data and without smallnes sassumption on the density