In this habilitation thesis a factorization theory for Toeplitz plus Hankel operators and singular integral operators with flip is established. These operators are considered with matrix-valued symbols and are thought of acting on the vector-valued analogues of the Hardy and Lebesgue spaces. A factorization theory for pure Toeplitz operators and singular integral operators without flip is known since decades and provides necessary and sufficient conditions for Fredholmness and formulas for the defect numbers. In particular, the invertibility of such operators is equivalent to the existence of a certain type of Wiener-Hopf factorization. In this thesis an analogous theory for the afore-mentioned more general classes of operators is developed. It turns out that a completely different kind of factorization is needed. This kind of factorization is studied extensively, and a corresponding Fredholm theory is established. A connection with the Hunt-Muckenhoupt-Wheeden condition is made, and several examples and applications are given as well. / In dieser Habilitationsschrift wird eine Faktorisierungstheorie für Toeplitz plus Hankel-Operatoren und singuläre Integraloperatoren mit Flip aufgestellt. Diese Operatoren werden mit matrixwertigem Symbol betrachtet und sind auf den vektorwertigen Analoga der Hardy- und Lebesgue-Räumen definiert. Eine Faktorisierungstheorie für reine Toeplitz bzw. singuläre Integraloperatoren ohne Flip ist seit Jahrzehnten bekannt. Sie liefert notwendige und hinreichende Bedingungen für die Fredholmeigenschaft und Formeln für die Defektzahlen. Insbesondere ist die Invertierbarkeit derartiger Operatoren äquivalent zur Existenz einer bestimmten Art der Wiener-Hopf-Faktorisierung. In dieser Habilitationsschrift wird eine entsprechende Theorie für die erwähnten, allgemeineren Klassen von Operatoren aufgestellt. Es stellt sich heraus, dass eine völlig andere Art der Faktorisierung benötigt wird. Diese Art der Faktorisierung wird eingehend studiert und eine entsprechende Fredholmtheorie wird entwickelt. Ein Zusammenhang mit der Hunt-Muckenhoupt-Wheeden Bedingung wird hergestellt. Mehrere Beispiele und Anwendungen werden ebenfalls angegeben.

A new way of proof of Szegö-type theorems is presented. The idea of the proof is based on the construction of "almost" inverse operator to the finite section T_n(a) of a Toeplitz operator T(a), which is close to the inverse operator in the trace norm (these "almost" inverses are well-known). This way of proof gives the possibility to write another representation for the second constant E_f(a), and in the scalar case to receive a shorter representation. Another observation is that the convergence in these theorems is strongly dependent on the smoothness of the generating function a.

La première partie de la thèse réunit des résultats classiques sur l’espace de Hardy, les espaces modèles et l’espace de Bergman. Puis sur cette base, nous exposons des travaux relatifs aux opérateurs de Toeplitz, en particulier, nous présentons la description du spectre et du spectre essentiel de ces opérateurs sur l’espace de Hardy et de Bergman. La première partie de notre recherche tire son inspiration de deux faits établis pour un opérateur de Toeplitz T. Premièrement, sur l’espace de Hardy, la norme de T, la norme essentielle de T et la norme infinie du symbole de T sont égales. Nous étudions ce cas d’égalité sur l’espace de Bergman pour les opérateurs de Toeplitz à symbole quasihomogène et radial. Deuxièmement, sur l’espace de hardy, le spectre et le spectre essentiel sont fortement liés à l’image du symbole de T. Nous étudions le cas d’égalité entre le spectre et l’image essentielle du symbole pour les symboles quasihomogènes et radials. Pour répondre à ces deux questions, nous utilisons la transformée de Berezin, les coefficients de Mellin et la moyenne du symbole. La dernière partie de la thèse s’interesse au théorème de Szegö qui donne un lien entre les valeurs propres d’une suite de matrices de Toeplitz de taille n, et le symbole de cette suite de matrice. Nous donnons un résultat du même type sur l’espace de Bergman pour les symboles harmoniques sur le disque et continus sur le cercle. Enfin, nous étudions une généralisation de ce théorème en compressant l’opérateur de Toeplitz sur une suite d’espaces modèles de dimension finie. / This thesis deals with the spectral properties of the Toeplitz operators in relation to their associated symbol. In the first part, we give some classical results about Hardy space, model spaces and Bergman space. Afterwards, we expose some results about Toeplitz operator on the Hardy space. In particular, we discuss their spectrum and essential spectrum. Our work is inspired from two facts which have been proved on the Hardy space. First, considering a Toeplitz operator T, the norm, essential norm, spectral radius of T and the supremum of its symbol are equal. Secondly, on the Hardy space, spectrum, essential spectrum and essential range are strongly related. We answer the question of the equality between the norms, the spectral radius and the supremum of the symbol and between spectrum and essential range on the Bergman space. We look at these two properties on the Bergman space when the symbol is radial or quasihomogeneous. We answer these questions using the Berezin transform, the Mellin coefficients and the mean value of the symbol. The last part deals with the classical Szegö theorem which underline a link between the eigenvalues of a Toeplitz matrix sequence and its symbol. We give a result of the same type on Bergman space considering harmonic symbol wich have a continuous extension. We give a generalization, considering the sequence of the compressions of a Toeplitz operator on a sequence of model spaces.

On s'intéresse à la théorie spectrale d'opérateurs semi-classiques non auto-adjoints en dimension un et plus précisément aux développements asymptotiques des valeurs propres. Ces derniers font intervenir des objets géométriques issus de la mécanique classique dans l'espace des phases complexifié et correspondent à une généralisation des conditions de quantification de Bohr-Sommerfeld au cadre non auto-adjoint. Plus précisément, dans un premier temps, on étudie le spectre de perturbations non auto-adjointes d'opérateurs pseudo-différentiels auto-adjoints en dimension un à l'aide de techniques d'analyse microlocale analytique et en corollaire, on établit que pour des perturbations PT-symétriques d'opérateurs auto-adjoints, le spectre est réel. Ensuite, on présente des conditions de quantification de Bohr-Sommerfeld pour des perturbations non auto-adjointes d'opérateurs de Berezin-Toeplitz du plan complexe auto-adjoints. Dans un second temps, on s'intéresse aux différentes quantifications du tore et plus précisément à la quantification de Berezin-Toeplitz du tore, à la quantification de Weyl classique du tore et à la quantification de Weyl complexe du tore. On établit des liens entre ces différentes quantifications notamment grâce à la transformée de Bargmann, puis à l'aide de simulations numériques, on met en évidence une conjecture sur des conditions de quantification de Bohr-Sommerfeld pour des perturbations non auto-adjointes d'opérateurs de Berezin-Toeplitz du tore auto-adjoints. / We interest ourselves in the spectral theory of non self-adjoint semi-classical operators in dimension one and in asymptotic expansions of eigenvalues. These expansions are written in terms of geometrical objects in a complex phase space coming from classical mechanics and correspond to a generalization of Bohr-Sommerfeld quantization conditions in the non self-adjoint case. First, we study non self-adjoint perturbations of self-adjoint pseudo-differential operators in dimension one by using techniques of analytic microlocal analysis. As a corollary, we establish for PT-symmetric perturbations of self-adjoint operators, that the spectrum is real. Then we show Bohr-Sommerfeld quantization conditions for non self-adjoint perturbations of self-adjoint Berezin-Toeplitz operators of the complex plane. In the second part, we look into quantizations of the torus, namely the Berezin-Toeplitz, the classical Weyl and the complex Weyl quantizations of the torus. We establish links between these different quantizations using Bargmann transform. We propose a conjecture, supported by numerical simulations, on Bohr-Sommerfeld quantization conditions for non self-adjoint perturbations of self-adjoint Berezin-Toeplitz operators of the torus.

The aim of this thesis is to give a mathematical framework for scattering of electromagnetic waves by rough surfaces. We prove that the Maxwell transmission problem with a weakly Lipschitz interface,in finite energy norms, is well posed in Fredholm sense for real frequencies. Furthermore, we give precise conditions on the material constants ε, μ and σ and the frequency ω when this transmission problem is well posed. To solve the Maxwell transmission problem, we embed Maxwell’s equations in an elliptic Dirac equation. We develop a new boundary integral method to solve the Dirac transmission problem. This method uses a boundary integral operator, the rotation operator, which factorises the double layer potential operator. We prove spectral estimates for this rotation operator in finite energy norms using Hodge decompositions on weakly Lipschitz domains. To ensure that solutions to the Dirac transmission problem indeed solve Maxwell’s equations, we introduce an exterior/interior derivative operator acting in the trace space. By showing that this operator commutes with the two basic reflection operators, we are able to prove that the Maxwell transmission problem is well posed. We also prove well-posedness for a class of oblique Dirac transmission problems with a strongly Lipschitz interface, in the L_2 space on the interface. This is shown by employing the Rellich technique, which gives angular spectral estimates on the rotation operator.