Hydrodynamic limits: some improvements of the relative entropy method

Abstract

The present paper is devoted to the study of the incompressible Euler limit of the Boltzmann equation via the relative entropy method. It extends the convergence result for well-prepared initial data obtained by the author in [L. Saint-Raymond, Convergence of solutions to the Boltzmann equation in the incompressible Euler limit, Arch. Ration. Mech. Anal. 166 (2003) 47–80]. It explains especially how to take into account the acoustic waves and relaxation layer, and thus to obtain convergence results under weak assumptions on the initial data.

The study presented here requires in return some nonuniform control on the large tails of the distribution, which is satisfied for instance by the classical solutions close to a Maxwellian built by Guo [Y. Guo, The Vlasov–Poisson–Boltzmann system near Maxwellians, Comm. Pure Appl. Math. 55 (2002) 1104–1135].

Résumé

Cet article est consacré à l'étude – par la méthode d'entropie relative – de l'asymptotique de l'équation de Boltzmann conduisant aux équations d'Euler incompressibles. Il étend le résultat établi par l'auteur dans [L. Saint-Raymond, Convergence of solutions to the Boltzmann equation in the incompressible Euler limit, Arch. Ration. Mech. Anal. 166 (2003) 47–80] pour des données bien préparées. Le problème est de prendre en compte les ondes acoustiques et la couche initiale de relaxation, pour obtenir un résultat de convergence sous des hypothèses peu contraignantes sur la donnée initiale.

L'étude présentée ici requiert en contrepartie un contrôle (non uniforme) sur la distribution des grandes vitesses, qui est satisfait par exemple par les solutions classiques construites par Guo dans [Y. Guo, The Vlasov–Poisson–Boltzmann system near Maxwellians, Comm. Pure Appl. Math. 55 (2002) 1104–1135].