Bifurcation de Hopf
Dans la théorie des bifurcations, une bifurcation de Hopf ou de Poincaré–Andronov–Hopf, des noms de Henri Poincaré, Eberhard Hopf, et Aleksandr Andronov, est une bifurcation locale dans laquelle un point fixe d'un système dynamique perd sa stabilité tandis qu'une paire de valeurs propres complexes conjuguées de la linéarisation autour du point fixe franchissent l'axe imaginaire du plan complexe.
Pour un tour d'horizon plus général sur les bifurcations de Hopf et leurs applications notamment en physique et en électronique, voir[1],[2],[3],[4],[5].
Définition modifier
Bifurcation de Hopf supercritique / sous-critique modifier
Le cycle orbital (oscillant) est stable si la quantité spécifique appelée premier exposant de Lyapunov est négative (c'est-à-dire que toute petite déviation appliqué à un point du cycle limite décroit exponentiellement au premier ordre), et la bifurcation de Hopf est dite super-critique. Dans le cas contraire (premier exposant de Lyapunov nul ou positif), le cycle limite est instable et la bifurcation est dite sous-critique.
La forme canonique d'une bifurcation de Hopf est :
Où z, b sont tous deux complexes et λ est un paramètre. Posons
Le nombre α est appelé le premier exposant de Lyapunov.
- Si α est negatif alors il existe un cycle limite stable pour λ > 0:
- où
- La bifurcation est alors dite super-critique.
- Si α est positive alors le cycle limite est instable pour λ < 0. La bifurcation est dite sous-critique.
Remarques modifier
La « plus petite réaction chimique présentant une bifurcation de Hopf » fut observée en 1995 à Berlin, Allemagne[6]. Le même système biochimique a été utilisé pour étudier la façon dont une bifurcation de Hopf peut nous renseigner sur les dynamiques sous-jacentes d'un système[7].
Références modifier
- (en) Steven H. Strogatz, Nonlinear Dynamics and Chaos, Addison Wesley publishing company,
- (en) Yuri A. Kuznetsov, Elements of Applied Bifurcation Theory, New York, Springer-Verlag, , 634 p. (ISBN 0-387-21906-4, présentation en ligne)
- (en) J. Hale et H. Koçak, Dynamics and Bifurcations, vol. 3, New York, Springer-Verlag, coll. « Texts in Applied Mathematics »,
- (en) J. Guckenheimer, M. Myers et B. Sturmfels, « Computing Hopf Bifurcations I », SIAM Journal on Numerical Analysis,
- (en) E. Hairer, S. P. Norsett et G. Wanner, Solving ordinary differential equations I : nonstiff problems, New York, Springer-Verlag, , Second éd.
- (en) T. Wilhelm et R. Heinrich, « Smallest chemical reaction system with Hopf bifurcation », Journal of Mathematical Chemistry, vol. 17, no 1, , p. 1–14 (DOI 10.1007/BF01165134, lire en ligne)
- (en) P. D. W. Kirk, T. Toni et M. P. H. Stumpf, « Parameter inference for biochemical systems that undergo a Hopf bifurcation », Biophysical Journal, vol. 95, no 2, , p. 540–549 (PMID 18456830, PMCID 2440454, DOI 10.1529/biophysj.107.126086, lire en ligne)
