les valeurs de fdans les mailles fictives f0,k et fimax+1,k qui sont définies au moyen des
conditions aux limites :
f0,k =fg(µk)et fimax+1,k =fd(µk).
Ce schéma se présente donc comme un système linéaire qu’il faut résoudre.
4. On résoud ce système par la méthode de point fixe suivante :
µ+
k
fn+1
i,k −fn+1
i−1,k
∆x+µ−
k
fn+1
i+1,k −fn+1
i,k
∆x=σ
ε(ρn
i−fn+1
i,k ) + εG,
avec fn+1
0,k =fg(µk)et fn+1
imax+1,k =fd(µk). Écrire l’algorithme qui permet de calculer fn+1
i,k
pour tout iet tout k(aide : pour µk>0fixé, on a un système triangulaire inférieur, et
pour µk<0fixé, on a un système triangulaire supérieur).
5. Programmer ce schéma dans le code, compiler, tester, jusqu’à ce que le code donne un
résultat (stocké dans le fichier rho.dat) qui ait l’air raisonnable.
3 Donnée au bord isotrope
Le code contient les données aux bords suivantes,
fG(µ) = 1 fD(µ)=0.
avec une opacité constante σ= 1, le nombre de “Knudsen” ε= 0.1, et une source constante
G= 1.
Dans cette section, on détermine la solution asymptotique exacte, et on la compare à la
solution numérique pour différents paramètres.
1. À l’aide de la méthode du développement de Hilbert vue en cours, déterminer l’équation
vérifiée par ρ(la moyenne de f) dans la limite ε→0.
2. Résoudre cette équation, et tracer la solution (on conseille de la stocker dans un fichier
pour les comparaisons suivantes).
3. Lancer le code avec ε= 0.1et imax = 40, puis ε= 0.05 et imax = 80, et enfin ε= 0.01
et imax = 400. Observer l’influence de εet imax sur la vitesse de convergence du schéma.
Comparer la solution numérique avec la limite asymptotique.
4. À présent, lancer le code avec ε= 0.1puis ε= 0.05,ε= 0.01, et même ε= 0.001, mais en
gardant imax constant (prendre 40 cellules). Comparer à nouveau la solution numérique
avec la limite asymptotique. Vers quelle solution semble converger la solution numérique
quand on raffine le maillage ?
5. NB : le comportement du schéma numérique dans la limite ε→0peut s’analyser en
appliquant le développement de Hilbert au schéma lui-même. Il est alors possible de
montrer que le schéma ne peut préserver la limite asympotique si ∆xne tend pas vers 0
comme ε.
2