La première partie de cette thèse présente le cadre des équations différen- tielles à retard. Ces équations apparaissent notamment dans des modélisations de phénomènes physiques (calcul de marées) et physiologiques. La recherche de forme normale d'équation différentielle à retard est rendue difficile du fait de la dimension infinie de l'espace des conditions initiales. On présente une méthode de calcul due à T. Faria qui permet de réduire cette difficulté en utilisant des variétés centrales de dimension finie, sur lesquelles on peut faire un calcul de forme normale « classique ». On étend ensuite ce résultat à l'aide d'une méthode de G. Gaeta permettant la renormalisation de formes normales usuelles, pour des équations différentielles ordinaires. En utilisant ces deux méthodes, on démontre un théorème donnant l'existence d'une forme renormalisée d'équation différentielle à retard. Dans une deuxième partie, on présente et on étudie le formalisme moulien développé par Jean Ecalle. On utilise ce formalisme pour la recherche de formes normales de champs de vecteurs, et on l'applique à des champs hamiltoniens en coordonnées cartésiennes, puis en coordonnées action-angle. On obtient ainsi une nouvelle démonstration de la version formelle du théorème de Kolmogorov et du théorème de Birkhoff. On présente également une feuille de calcul avec Maple mettant en œuvre certains de ces calculs, et témoignant ainsi de la remarquable aptitude du formalisme moulien à être utilisé dans les logiciels de calcul formel.

Cette thèse s’insère dans le cadre général de l’étude de la dynamique des populations. La population prise en compte étant constituée de cellules souches normales et/ou cancéreuses. Nous proposons et analysons trois modèles mathématiques décrivant la dynamique de cellules souches. Le premier modèle proposé est un modèle d’équations aux dérivées partielles structurées en âge que nous transformons, via la méthode des caractéristiques, en un système d'équations différentielles à retard pour lequel on étudie l'existence et la stabilité des points d'équilibres. On effectue, après, des simulations numériques permettant d'illustrer le comportement des états d'équilibres. Dans le deuxième modèle, on considère que la durée du cycle cellulaire dépend de la population totale de cellules quiescentes. La méthode des caractéristiques nous permet de réduire notre modèle structuré en âge à un système d'équations différentielles avec un retard dépendant de l'état pour lequel on effectue une analyse détaillée de la stabilité. Nous confirmons, ensuite, les résultas analytiquement obtenus par des simulations numériques. Pour le troisième et dernier modèle de cette thèse, on propose un système d'équations différentielles ordinaires décrivant la dynamique de cellules souches saines et cancéreuses et prenant en compte leurs interactions avec les réponses immunitaires. Ce modèle nous a permis de souligner l'ampleur de l'impact que peuvent avoir différentes infections sur la prolifération tumoral que ce soit par le biais de leurs fréquences, leurs durées ou la façon dont ils agissent sur le système immunitaire. / This thesis fits into the general framework of the study of population dynamics. The population particularly considered in this work is comprised of stem cells with both cases of healthy and cancerous cells being investigated. We propose and analyze three mathematical models describing stem cells dynamics. The first model is an age-structured partial differential model that we reduce to a delay differential system using the characteristics method. We investigate the existence and stability of the steady states of the reduced delay differential system. We, then, conduct some numerical simulations to illustrate the behavior of the steady states. In the second model, the duration of the cell cycle is considered to depend upon the total population of quiescent cells. The method of characteristics reduces the age-structured model to a system of differentialequations with a state-dependent delay. We perform a detailed stability analysis of the resulting delay differential system. We confirm the analytical results by numerical simulations. The third and final model, proposed in this thesis, is an ordinary differential equations model describing healthy and cancerous stem cells dynamics and their interactions with immune system responses. Through this model, we show that the frequency, the duration of infections and their action (positive or negative) on immune responses may impact significantly tumor proliferation.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse est consacrée à l'étude d'une classe d'équations différentielles à retard dépendant de l'état -- ces équations provenant d'un modèle structuré en taille. La principale motivation de cette thèse provient de la volonté d'ajuster les paramètres du système d'équations étudiées vis-à-vis des données générées par un simulateur de forêts, appelé SORTIE. Deux types de forêts sont étudiés ici: d'une part une forêt ne comportant qu'une seule espèce d'arbre, et d'autre part une forêt comportant deux espèces d'arbres (au chapitre 2). Les simulations numériques du système d'équations correspondent relativement bien aux données générées par SORTIE, ce qui montre que le système considéré peut être utilisé afin d'écrire la dynamique de populations d'une forêt. De plus, un modèle plus étendu prenant en compte la position spatiale des arbres est proposé dans le chapitre 2, dans le cas de forêts possédant deux espèces d'arbres. Les simulations numériques de ce modèle permettent de visualiser la propagation spatiale des forêts. Les chapitres 3 et 4 se concentrent sur l'analyse mathématique des équations différentielles à retard considérées. Les propriétés du semi-flot associé au système sont étudiées au chapitre 3, où l'on démontre en particulier que ce semi-flot n'est pas continu en temps. Le caractère dissipatif et borné du semi-flot, pour des modèles de forêts comportant une ou deux espèces d'arbres, est étudié dans le chapitre 4. En outre, afin d'étudier la dynamique de population d'une forêt (d'une seule espèce d'arbre) après l'introduction d'un parasite, nous construisons dans le chapitre 5 un système proie-prédateur dont la proie (à savoir la forêt) est modélisée par le système d'équations différentielles à retard dépendant de l'état étudié auparavant, et dont le prédateur (à savoir le parasite) est modélisé par une équation différentielle ordinaire. De nombreuses simulations numériques associées à différents scénarios sont faites, afin d'explorer le comportement complexe des solutions du au couplage proie-prédateur et les équations à retard dépendant de l'état. / This thesis is devoted to the studies of a class of state-dependent delay differential equations. This class of equations is derived from a size-structured model.The motivation comes from the parameter fittings of this system to a forest simulator called SORTIE. Cases of both single species forest and two-species forest are considered in Chapter 2. The numerical simulations of the system correspond relatively very well to the forest data generated by SORTIE, which shows that this system is able to be used to describe the population dynamics of forests. Moreover, an extended model considering the spatial positions of trees is also proposed in Chapter 2 for the two-species forest case. From the numerical simulations of this spatial model one can see the diffusion of forests in space. Chapter 3 and 4 focus on the mathematical analysis of the state-dependent delay differential equations. The properties of semiflow generated by this system are studied in Chapter 3, where we find that this semiflow is not time-continuous. The boundedness and dissipativity of the semiflow for both single species model and multi-species model are studied in Chapter 4. Furthermore, in order to study the population dynamics after the introduction of parasites into a forest, a predator-prey system consisting of the above state-dependent delay differential equation (describing the forest) and an ordinary differential equation (describing the parasites) is constructed in Chapter 5 (only the single species forest is considered here). Numerical simulations in several scenarios and cases are operated to display the complex behaviours of solutions appearing in this system with the predator-prey relation and the state-dependent delay.