We prove existence of Equilibrium states, including measures of maximal entropy, for a robust (open) class of expanding and non-uniformly expanding maps on compact and connect manifolds / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Provaremos a existência de Estados de equilíbrio, incluindo medidas de entropia máxima, para uma classe robusta (aberta) de transformações expansoras e nãouniformemente expansoras sobre uma variedade compacta e conexa.

Dans cette thèse, on s'intéresse à la théorie mesurée des groupes, à l'entropie sofique et aux algèbres d'opérateurs ; plus précisément, on étudie les actions des groupes sur des espaces de probabilités, des propriétés fondamentales de leur entropie sofique (pour des groupes discrets), leurs groupes pleins (pour des groupes Polonais), et les algèbres de von Neumann et leurs sous-algèbres moyennables (pour des groupes à caractère hyperbolique et des réseaux de groupes de Lie). Cette thèse est constituée de trois parties.Dans une première partie j'étudie l'entropie sofique des actions profinies. L'entropie sofique est un invariant des actions mesurées des groupes sofiques défini par L. Bowen qui généralise la notion d'entropie introduite par Kolmogorov. La définition d'entropie sofique nécessite de fixer une approximation sofique du groupe. Nous montrons que l'entropie sofique des actions profinies est effectivement dépendante de l'approximation sofique choisie dans le cas des groupes libres et certains réseaux de groupes de Lie.La deuxième partie est un travail en collaboration avec François Le Maître. Elle est constituée d'un article prépublié dans lequel nous généralisons la notion de groupe plein aux actions préservant une mesure de probabilité des groupes polonais, et en particulier, des groupes localement compacts. On définit une topologie polonaise sur ces groupes pleins et on étudie leurs propriétés topologiques fondamentales, notamment leur rang topologique et la densité des éléments apériodiques.La troisième partie est un travail en collaboration avec Rémi Boutonnet. Elle est constituée de deux articles prépubliés dans lesquels nous considérons la question de la maximalité de la sous-algèbre de von Neumann d'un sous-groupe moyennable maximal, dans celle du groupe ambiant. Nous résolvons la question dans le cas des groupes à caractère hyperbolique en utilisant les techniques de Sorin Popa. Puis, nous introduisons un critère dynamique à la Furstenberg, permettant de résoudre la question pour des sous-groupes moyennables de réseaux des groupes de Lie en rang supérieur. / This dissertation is about measured group theory, sofic entropy and operator algebras. More precisely, we will study actions of groups on probability spaces, some fundamental properties of their sofic entropy (for countable groups), their full groups (for Polish groups) and the amenable subalgebras of von Neumann algebras associated with hyperbolic groups and lattices of Lie groups. This dissertation is composed of three parts.The first part is devoted to the study of sofic entropy of profinite actions. Sofic entropy is an invariant for actions of sofic groups defined by L. Bowen that generalize Kolmogorov's entropy. The definition of sofic entropy makes use of a fixed sofic approximation of the group. We will show that the sofic entropy of profinite actions does depend on the chosen sofic approximation for free groups and some lattices of Lie groups. The second part is based on a joint work with François Le Maître. The content of this part is based on a prepublication in which we generalize the notion of full group to probability measure preserving actions of Polish groups, and in particular, of locally compact groups. We define a Polish topology on these full groups and we study their basic topological properties, such as the topological rank and the density of aperiodic elements. The third part is based on a joint work with Rémi Boutonnet. The content of this part is based on two prepublications in which we try to understand when the von Neumann algebra of a maximal amenable subgroup of a countable group is itself maximal amenable. We solve the question for hyperbolic and relatively hyperbolic groups using techniques due to Popa. With different techniques, we will then present a dynamical criterion which allow us to answer the question for some amenable subgroups of lattices of Lie groups of higher rank.

L'objet de cette thèse est l'étude de la propriété (T) relative à l'espace (ou rigidité au sens de Popa) d'actions de groupes dénombrables sur des espaces de probabilité standards préservant une mesure de probabilité (pmp). Ces dix dernières années, la propriété (T) relative à l'espace a permis de résoudre de nombreux problèmes dans le cadre de la théorie ergodique des actions de groupes et des algèbres de von Neumann. Néanmoins, certains aspects théoriques de cette notion restent largement mystérieux. Une question encore ouverte consiste à déterminer les groupes admettant une action libre ergodique pmp ayant la propriété (T) relative à l'espace. Nous montrons dans cette thèse que les groupes de type fini non-moyennables linéaires sur un corps de caractéristique nulle admettent une action ergodique pmp possédant cette propriété. Si le groupe est à radical résoluble trivial, l'action que nous construisons est aussi libre.Pour ce faire, nous commençons par étudier la stabilité de la propriété (T) relative à l'espace vis-à-vis de différentes constructions d'actions pmp  : produit, restriction, co-induction, induction. Puis, nous donnons une caractérisation de la propriété (T) relative à l'espace dans le cas d'actions pmp sur un espace homogène G/Λ de groupe de Lie p-adique d'un sous-groupe dénombrable Γ du groupe des transformations affines de G stabilisant le réseau Λ. L'action de Γ sur G/Λ a la propriété (T) relative à l'espace si et seulement s'il n'existe pas de mesure de probabilité Γ-invariante sur l'espace projectif de l'algèbre de Lie de G. Par ailleurs, nous étudions le cas d'actions de groupes par automorphismes sur des nilvariétés définies par des graphes finis. / The purpose of this thesis is to study the Kazhdan's property (T) relative to the space (also called rigidity in the sense of Popa) of probability measure preserving actions of countable groups on standard probability measure spaces (p.m.p.).This last decade, some problems in the theory of ergodic theory and von Neumann algebras were solved using the property (T) relative to the space. However, the theoretical aspects of its study remain largely mysterious. An open question asks which groups admit a p.m.p. free and ergodic action which has the property (T) relative to the space. We show in this dissertation that every finitely-generated non-amenable linear groups over a field of characteristic zero admits a p.m.p. ergodic action which has this property. If this group has trivial solvable radical, we prove that these actions can be chosen to be free.In order to obtain these results, we start by investigating natural questions concerning the stability of the property (T) relative to the space through standard constructions : products, restriction, co-induction, induction. Then, we give a criterion for the property (T) relative to the space to hold in the case of p.m.p. actions on homogeneous space G/ Λ of a p-adic Lie group for a countable subgroup Γ of affine transformations of G stabilizing the lattice Λ. The action of Γ on G/Λ has the property (T) relative to the space if and only if the induced action of Γ on the projective space of the Lie algebra of G admits no invariant probability measure.Moreover, we study the case of actions by automorphims on nilvarietes defined by finite graphs.

Ce travail est consacré à l'étude de systèmes de Lyndon (pour la relation d'ordre alterné) et àla dynamique symbolique des développements des nombres en base négative. Pour un réel ß > 1fixé, nous construisons un code préfixe récurrent positif permettant non seulement de montrerl'intrinsèque ergodicité du —ß-shift mais aussi de déterminer la fonction zêta qui lui est associée.Nous étudions les conditions pour lesquelles le —ß-shift possède la spécification.En outre, lorsque ß est strictement plus petit que le nombre d'or, le langage du —ß-shift admet desmots intransitifs. Cet état de fait engendre dans le système dynamique des cylindres négligeablespar rapport à la mesure d'entropie maximale. Ces cylindres génèrent sur Iß=[—ß/(ß+1),1/(ß+1)[ depetits intervalles de mesure nulle (la mesure considérée étant l'unique mesure ergodique sur Iß).Nous en faisons une étude détaillée, en particulier nous déterminons ces intervalles "trous".Par ailleurs, nous étudions l'unicité des systèmes de numération des entiers relatifs en base négative et nous montrons qu'à chaque mot de Lyndon correspond un tel système. / This work deals with the study of the Lyndon systems (for alternate order) and the symbolicdynamics of the expansions of real numbers in negative base. For a given real ß > 1, we showthe intrinsic ergodicity of the —ß-shift using a positive recurring prefix code and we determine theassociated zeta function. We study the conditions for which the —ß-shift admits the specificationproperty.Moreover, when ß is less than golden ratio, the language of the —ß-shift contains intransitive words.These words lead to some cylinders negligible with respect to the measure with maximal entropy.In the interval Iß=[—ß/(ß+1),1/(ß+1)[, these cylinders correspond to some gaps: small interval withmeasure zero (with respect to the unique ergodic measure on Iß). We make a detailed study ofthese gaps.Otherwise, we study the uniqueness of the number systems of integers in negative base and weshow that to each Lyndon word corresponds to a such system.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de systèmes dynamiques substitutifs. Les substitutions ont historiquement été introduites pour décrire la suite des sommes des chiffres modulo 2 en base 2 . On étudie des propriétés de la suite somme des chiffres et notamment les propriétés des densités asymptotiques d'ensembles liés aux autocorrélations de fonctions arithmétiques définies par les fonctions somme des chiffres. On démontre notamment un théorème de la limite centrale pour ces densités. On étudie également les propriétés de régularité de la fonction de pression dans le cadre du formalisme thermodynamique, introduit par Bowen, Ruelle et Sinaï, pour une famille de potentiels définis en terme de distance à l'attracteur de la substitution de k-bonacci. On démontre la convergence des itérés de l'opérateur de renormalisation introduit par Baraviera, Leplaideur et Lopes vers un point fixe pour cette même famille de potentiels. Enfin, on étudie des propriétés de régularité de certaines mesures spectrales associées à des pavages auto-similaires en s'appuyant sur des travaux de Bufetov et Solomyak portant sur les déviations des sommes ergodiques dans le cas de l'action par translation de \R^d sur les pavages auto-similaires de R^d. On démontre qu'après renormalisation, ces mesures spectrales se comportent comme des mesures de Radon autour de zér / In the present work we study substitutive dynamical systems. Historically, substitutions have been introduced in order to describe the sequence of the sum-of-digits mod 2 in base 2. We study some properties of densities of sets defined by sum-of-digits functions, sets which are linked with autocorrelations of some arithmétic functions. We prove that these densities are usually normally distributed. We also study the regularity of the pressure function in the framework of the thermodynamics formalism, introduced by Bowen, Ruelle and Sinaï, for a family of potentials defined in terms of distance to the attractor of the k-bonacci substitution. We also show that the iterations of the renormalisation operator defined by Baraviera, Leplaideur and Lopes converges towards a fixed point of this operator. Finally we study the regularity of some spectral measures associated to self-similar tilings using mostly works from Bufetov and Solomyak on the deviations of ergodic sums for the action of translations by vectors in R^d on self-similar tilings of R^d. We prove that, afeter renormalisation, these spectral measures behave like Radon measures around

Potential theory is the name given to the broad field of analysis encompassing such topics as harmonic and subharmonic functions, the Dirichlet problem, Green’s functions, potentials and capacity. In this text, our main goal will be to gain a deeper understanding towards complex dynamics, the study of dynamical systems defined by the iteration of analytic functions, using the tools and techniques of potential theory. We will restrict ourselves to holomorphic polynomials in C. At first, we will discuss briefly about harmonic and subharmonic functions. In course, potential theory will repay its debt to complex analysis in the form of some beautiful applications regarding the Julia sets (defined in Chapter 8) of a certain family of polynomials, or a single one. We will be able to provide an explicit formula for computing the capacity of a Julia set, which in some sense, gives us a finer measurement of the set. In turn, this provides us with a sharp estimate for the diameter of the Julia set. Further if we pick any point w from the Julia set, then the inverse images q−n(w) span the whole Julia set. In fact, the point-mass measures with support at the discrete set consisting of roots of the polynomial, (qn-w) will eventually converge to the equilibrium measure of the Julia set, in the weak*-sense. This provides us with a very effective insight into the analytic structure of the set. Hausdorff dimension is one of the most effective notions of fractal dimension in use. With the help of potential theory and some ergodic theory, we can show that for a certain holomorphic family of polynomials varying over a simply connected domain D, one can gain nice control over how the Hausdorff dimensions of the respective Julia sets change with the parameter λ in D.

[pt] Apresentaremos uma versão de Teorema Ergódico Multiplicativo para cociclos subaditivos devido a Karlsson e Margulis. Como aplicação, analisaremos três exemplos de cociclos nos seguintes espaços: Grafo gerado por grupo livre em dois geradores, disco hiperbólico, espaco das matrizes positivas simétricas definidas. Também usaremos o Teorema de Karlsson e Margulis para mostrar o Teorema de Oseledets. / [en] We will show a version of Multiplicative Ergodic Theorem for subbaditive cocycles due to Karlsson and Margulis. As an application, we will analyze three examples of cocycles in following spaces: graph generated by free group of two generators, hyperbolic disc, space of positive definite symetric matrices. Also, we will use the Theorem of Karlsson and Margulis to prove Theorem of Oseledets.

Ce manuscrit de thèse traite de l'analyse asymptotique de problèmes paraboliques possédant des termes raides. Dans un premier temps, on fait l'analyse asymptotique d'un système parabolique possédant des termes de transport raide. Une analyse à deux échelles, basée sur des résultats de théorie ergodique, nous permet de dériver un système limite effectif. Ce système effectif se trouve être, de nouveau, un système parabolique dont le champ de diffusion peut être explicité par une moyenne du champ de diffusion initial le long d'un groupe d'opérateurs unitaires. L'introduction d'un correcteur nous permet d'obtenir un résultat de convergence forte, avec un ordre de convergence, pour des données initiales non nécessairement bien préparées. On propose dans un second temps une méthode numérique permettant de calculer le champ de diffusion effectif. Celle-ci est basée sur la combinaison d'un schéma Runge-Kutta et d'un schéma de type semi-Lagrangien. L'ordre de convergence obtenu théoriquement est mis en évidence de manière numérique. On propose une méthode numérique basée sur un splitting d'opérateur pour la résolution du système parabolique avec termes de transport raide. Enfin, on effectue l'analyse asymptotique d'un système parabolique fortement anisotrope. Sous de bonnes hypothèses de régularité, un système variationnel effectif est proposé et l'introduction d'un correcteur adapté permet d'obtenir un résultat de convergence forte avec un ordre de convergence. Les arguments utilisés relèvent une nouvelle fois de l'analyse à deux échelles et de la théorie ergodique. / This manuscript is devoted to the asymptotic analysis of parabolic equations with stiff terms. First, we perform the asymptotic analysis of a parabolic equation with stiff transport terms. An effective limit model is obtained by a two-scale analysis based on ergodic theory results. This effective system is again a parabolic system whose diffusion field is an average of the initial diffusion field along a group of unitary operators. The introduction of a corrector allows us to obtain a strong convergence result, with an order of convergence, for initial data not necessarily well prepared. We propose a numerical method to compute the effective diffusion field. This method is based on a Runge-Kutta scheme and a semi-Lagrangian scheme. The theoretically order of convergence is obtained numerically. We propose a numerical method based on operator splitting for the resolution of the parabolic system with stiff transport terms. Finally, we perform the asymptotic analysis of a strongly anisotropic parabolic problem. Under suitable smoothness hypotheses, an effective variational system is proposed. By using a suitable corrector, we obtain a strong convergence result and we are able to perform the error analysis. The arguments relate again to the two-scale analysis and the ergodic theory.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Vermutung von Sarnak aus dem Jahre 2010 über die Orthogonalität von durch deterministische dynamische Systeme induzierte Folgen zur Möbiusschen μ-Funktion. Ihre Hauptresultate sind zum einen der Ergodensatz mit Möbiusgewichten, welcher eine maßtheoretische (schwächere) Version von Sarnaks Vermutung darstellt, und zum anderen die bereits gesicherte Gültigkeit der genannten Vermutung in Spezialfällen, wobei hier exemplarisch unter anderem der Thue–Morse Shift und Schiefprodukterweiterungen von rationalen Rotationen auf dem Kreis gewählt worden sind. Zum Zwecke der Motivation zeigen wir, dass eine gewisse Wachstumsabschätzung für die Mertensfunktion äquivalent ist zum Primzahlsatz und skizzieren ein Resultat, welches die Äquivalenz einer weiteren solchen Abschätzung zur Riemannschen Vermutung liefert, um auf diese Weise die Bedeutung der Möbiusfunktion für die Zahlentheorie herauszustellen. Da sie für das Verständnis von Sarnaks Vermutung unerlässlich ist, geben wir eine Einführung in die Theorie der Entropie dynamischer Systeme auf Grundlage der Definitionen von Adler–Konheim–McAndrew, Bowen–Dinaburg und Kolmogorov–Sinai. Ferner berechnen wir die topologische Entropie des Thue–Morse Shifts und von Schiefprodukterweiterungen von Rotatione auf dem Kreis. Wir studieren die ergodische Zerlegung T-invarianter Maße auf kompakten metrischen Räumen mit stetiger Transformation T, welche wir für den Beweis des Ergodensatzes mit Möbiusgewichten benötigen. Sodann beweisen wir den genannten gewichteten Ergodensatz. Wir geben eine hinreichende Bedingung an für das Erfülltsein von Sarnaks Vermutung in einem gegebenen dynamischen System, welche im anschließenden Kapitel Anwendung findet. So wird nachgewiesen, dass Sarnaks Vermutung im Falle des Thue–Morse Shifts und von Schiefprodukterweiterungen von rationalen Rotationen auf dem Kreis erfüllt ist. Abschließend wird gezeigt, dass Sarnaks Vermutung sich als Konsequenz aus einer Vermutung von Chowla ergibt. / The thesis in hand deals with a conjecture of Sarnak from 2010 about the orthogonality of sequences induced by deterministic dynamical systems to the Möbius μ-function. Its main results are the ergodic theorem with Möbius weights, which is a measure theoretic (weaker) version of Sarnak’s conjecture, and the already assured validity of Sarnak’s conjecture in special cases, where we have exemplarily chosen the Thue–Morse shift and skew product extensions of rational rotations on the significance of the Möbius function for number theory. Since it is essential for the understanding of Sarnak’s conjecture we give an introduction to the theory of entropy of dynamical systems based on the definitions of Adler–Konheim–McAndrew, Bowen–Dinaburg and Kolmogorov–Sinai. Furthermore, we calculate the topological entropy of the Thue–Morse shift and of skew product extensions of rotations on the circle. We study the ergodic decomposition for T-invariant measures on compact metric spaces with continuous transformations T, which we will need for the proof of the ergodic theorem with Möbius weights. Thereafter, we prove the namely weighted ergodic theorem. We give a sufficient condition for Sarnak’s conjecture to hold for a given dynamical system, which we make use of in the following chapter. Thereupon, it is varified that Sarnak’s conjecture holds for the Thue–Morse shift and for skew product extensions of rational rotations on the circle. Lastly, it is shown that Sarnak’s conjecture from one of Chowla.

This thesis is concerned with methodologies for the accurate quantitative modelling of molecular biological systems. The first part is devoted to the chemical Langevin equation (CLE), a stochastic differential equation driven by a multidimensional Wiener process. The CLE is an approximation to the standard discrete Markov jump process model of chemical reaction kinetics. It is valid in the regime where molecular populations are abundant enough to assume their concentrations change continuously, but stochastic fluctuations still play a major role. We observe that the CLE is not a single equation, but a family of equations with shared finite-dimensional distributions. On the theoretical side, we prove that as many Wiener processes are sufficient to formulate the CLE as there are independent variables in the equation, which is just the rank of the stoichiometric matrix. On the practical side, we show that in the case where there are m_1 pairs of reversible reactions and m_2 irreversible reactions, there is another, simple formulation of the CLE with only m_1+m_2 Wiener processes, whereas the standard approach uses 2m_1+m_2. Considerable computational savings are achieved with this latter formulation. A flaw of the CLE model is identified: trajectories may leave the nonnegative orthant with positive probability. The second part addresses the challenge when alternative, structurally different ordinary differential equation models of similar complexity fit the available experimental data equally well. We review optimal experiment design methods for choosing the initial state and structural changes on the biological system to maximally discriminate between the outputs of rival models in terms of L_2-distance. We determine the optimal stimulus (input) profile for externally excitable systems. The numerical implementation relies on sum of squares decompositions and is demonstrated on two rival models of signal processing in starving Dictyostelium amoebae. Such experiments accelerate the perfection of our understanding of biochemical mechanisms.