We study the evolution of a self-gravitating compressible fluid in spherical symmetry and we prove the existence of weak solutions with bounded variation for the Einstein-Euler equations of general relativity. We formulate the initial value problem in Eddington-Finkelstein coordinates and prescribe spherically symmetric data on a characteristic initial hypersurface. We introduce here a broad class of initial data which contain no trapped surfaces, and we then prove that their Cauchy development contains trapped surfaces. We therefore establish the formation of trapped surfaces in weak solutions to the Einstein equations. This result generalizes a theorem by Christodoulou for regular vacuum spacetimes (but without symmetry restriction). Our method of proof relies on a generalization of the "random choice" method for nonlinear hyperbolic systems and on a detailled analysis of the nonlinear coupling between the Einstein equations and the relativistic Euler equations in spherical symmetry.Keywords: Einstein equations, Euler equations, compressible fluid, trapped surfaces, spherical symmetry, shock wave, bounded variation 2010 MSC: 83C05, 35L60, 76N10
RésuméNousétudions l'évolution d'un fluide compressible auto-gravitant en symétrie radiale et nous démon-trons un résultat d'existence de solutions faiblesà variation bornée pour leséquations d'Einstein-Euler de la relativité générale. Nous formulons le problème de Cauchy en coordonnées d'Eddington-Finkelstein et prescrivons des donnéesà symétrie radiale sur une hypersurface initiale caractéristique. Nous introduisons ici une classe de données initiales qui ne contiennent pas de surfaces piégées, et nous démontrons alors que leur développement de Cauchy contient des surfaces piégées. Nousétablissons ainsi un résultat de formation de surfaces piégées dans les solutions faibles deséquations d'Einstein. Ce résultat généralise un théorème de Christodoulou pour les espaces-temps réguliers sans matière (mais sans restriction de symétrie). Notre méthode de preuve s'appuie sur une généralisation de la méthode "random choice" pour les systèmes hyperboliques nonlinéaires et sur une analyse fine du couplage nonlinéaire entre leséquations d'Einstein et leséquations d'Euler relativistes en symétrie radiale.