UHLENBECK KAREN (1942- )

Karen Uhlenbeck, née Karen Keskulla le 24 août 1942 à Cleveland (Ohio), est une mathématicienne américaine. Après des études à l’université du Michigan puis au Courant Institute à New-York, elle soutient en 1968 une thèse de doctorat dirigée par Richard Palais à l’université Brandeis de Waltham (Massachusetts). Elle est nommée professeure à l’université de Chicago en 1983, puis devient en 1988 professeure à l’université d’Austin. La carrière de Karen Uhlenbeck est ponctuée de nombreux prix et récompenses, comme le prix MacArthur en 1983 et la National Medal of Science en 2000. Elle est conférencière plénière au Congrès international des mathématiciens en 1990 à Kyōto. En 2019, Karen Uhlenbeck reçoit le prix Abel, l’une des deux plus prestigieuses distinctions en mathématiques avec la médaille Fields, « pour ses travaux pionniers dans le domaine des équations aux dérivées partielles d’origine géométrique, de la théorie de jauge et des systèmes intégrables, et pour l’impact fondamental de ses résultats sur l’analyse, la géométrie et la physique mathématique ».

Karen Uhlenbeck

La mathématicienne américaine Karen Uhlenbeck est lauréate du prix Abel en 2019. Elle est la première femme à recevoir cette prestigieuse récompense. 

Crédits : Andrea Kane/ Institute for Advanced Study

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Les travaux de Karen Uhlenbeck portent pour une large part sur des objets centraux et historiques du calcul des variations, une branche des mathématiques que l’on peut faire remonter au moins au xvii^e siècle. Parmi les objets que cette théorie se propose d’étudier, on peut citer en premier lieu les géodésiques et les surfaces minimales : il s’agit de trouver et de décrire des solutions qui minimisent des fonctions telles que la longueur (pour les géodésiques) ou l’aire (pour les surfaces minimales), et cela dans une classe d’objets géométriques admissibles (courbes ou surfaces). Une des premières difficultés consiste à trouver une modélisation adéquate des objets géométriques (ici, courbes ou surfaces). Une approche directe est proposée par la théorie de la mesure géométrique, initiée en particulier par Herbert Federer dans les années 1960. Pour les courbes et les surfaces, on peut aussi utiliser une approche paramétrique, qui consiste à représenter les objets à l’aide d’un paramétrage, c’est-à-dire une famille de fonctions réelles sur un ensemble de référence donné (le plus souvent un intervalle ou un cercle pour les courbes, un disque ou une sphère pour les surfaces) dont l’image représente l’objet géométrique. Dans ce contexte, la fonction longueur pour les courbes s’exprime comme l’intégrale sur l’ensemble de référence du module de la dérivée du paramétrage, alors que, pour les surfaces, l’aire coïncide, dans le cas de paramétrages conformes (ceux qui conservent les angles), avec l’intégrale du carré du module du gradient, cette dernière fonction étant appelée « énergie de Dirichlet » du paramétrage. La condition du premier ordre pour un minimum s’exprime alors sous la forme d’une équation différentielle (pour les courbes) et d’une équation aux dérivées partielles elliptique (pour les surfaces). Par exemple, lorsque l’on considère des surfaces minimales dans l’espace euclidien, les paramétrages conformes sont des fonctions harmoniques.

C’est en utilisant l’approche paramétrique, qui se situe à l’intersection de l’analyse, de la théorie des équations aux dérivées partielles et du calcul des variations, que Karen Uhlenbeck a obtenu des résultats fondamentaux concernant les surfaces minimales. Dans les années 1930, Jesse Douglas et Tibor Radó avaient déjà utilisé indépendamment cette méthode pour établir l’existence de surfaces minimales dans l’espace, lorsque la courbe qui définit le bord de la surface est donnée. Dans un travail en commun avec Jonathan Sacks, Karen Uhlenbeck démontre en 1981 l’existence de telles surfaces minimales paramétrées par une sphère lorsqu’elles sont à valeurs dans une variété (une notion qui généralise celle de surface en dimensions supérieures) sous certaines hypothèses topologiques sur cette dernière. La méthode consiste à choisir des suites minimisantes appropriées et à étudier leur convergence. Elle se heurte à la non-unicité des paramétrages d’une surface, en particulier au problème de l’invariance conforme (liée aux changements de paramétrages qui conservent les angles, mais changent éventuellement les échelles) : [...]

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