To cite this version:Martin Costabel, Eric Darrigrand, Hamdi Sakly. The essential spectrum of the volume integral operator in electromagnetic scattering by a homogeneous body. Comptes rendus de l'Académie des sciences. Série I, Mathématique, Elsevier, 2012, 350, pp.193-197. <10.1016/j.crma.2012 The essential spectrum of the volume integral operator in electromagnetic scattering by a homogeneous body
AbstractWe study the strongly singular volume integral operator that describes the scattering of time-harmonic electromagnetic waves. For the case of piecewise constant material coefficients and smooth interfaces, we determine the essential spectrum. We show that it is a finite set and that the operator is Fredholm of index zero in H(curl) if and only if the relative permeability and permittivity are both different from 0 and −1.
Version française abrégéeNous nous intéressonsà la diffraction d'ondesélectromagnétiques harmoniques en temps par Ω, un domaine borné de R 3 . Lorsque Ω est un objet pénétrable, le problème est régi par leséquations de Maxwell (4) satisfaites dans R 3 au sens des distributions, complétées par une condition de rayonnement a l'infini.Afin de ramener le problèmeà un domaine borné, nous considérons sa formulation par uneéquation intégrale volumique (VIE) (3) dans laquelle apparaissent deux opérateurs fortement singuliers A k et B k , Nous supposons ici que les coefficients ε (permittivitéélectrique) et µ (perméabilité magnétique) prennent des valeurs constantes dans Ω et dans son complément, voir (1). C'est la situation opposéè a celle de coefficients continus dans tout l'espace pour laquelle il est connu que la VIE estéquivalenteà uneéquation de seconde espèce faiblement singulière [3], le spectre essentielétant réduit au seul point {1}. Pour le cas de coefficients discontinus, une conjecture basée sur des observations numériques aété enoncée [2,10], mais nous démontrons qu'elle n'est pas vraie. Le cas d'un problème magnétostatique a déjà etéétudié en 1985 [6]. Dans notre formalisme, ceci correspond au casélectrique analysé dans la section 3. Dans les travaux [7,8], la VIE estétudiée pour des coefficients plus généraux, dans H(curl, Ω) et dans L 2 (Ω), sans pourtant répondreà la question du spectre essentiel. Les deux opérateurs A k et B k montrent des propriétés assez différentes : L'opérateur A k està une perturbation compacte près un opérateur autoadjoint borné dans L 2 (Ω) qui permet une description simple par des sous-espaces invariants. La partie "pertinente" de son spectre essentiel est reliéeà un opérateur intégral de frontière scalaire qui est bien connu de l'analyse harmonique. L'opérateur B k ne permet pas d'extension de H(curl)à L 2 , et son spectre essentiel est déterminé par un système d'opérateurs intégraux de frontière. Ce système (7) contient des opérateurs que l'on connaît de la méthode deséquations intégrales de frontière pour le problème de diffraction, sans pour autant provenir de cette méthode. Malgré cette différence, pour un bord régulier les spectres essentiels des op...