Multifractals have during the past 20 − 25 years been the focus of enormous attention in the mathematical literature. Loosely speaking there are two main ingredients in multifractal analysis: the multifractal spectra and the Renyi dimensions. One of the main goals in multifractal analysis is to understand these two ingredients and their relationship with each other. Motivated by the powerful techniques provided by the use of the Artin-Mazur zeta-functions in number theory and the use of the Ruelle zeta-functions in dynamical systems, Lapidus and collaborators (see books by Lapidus & van Frankenhuysen [32, 33] and the references therein) have introduced and pioneered use of zeta-functions in fractal geometry. Inspired by this development, within the past 7−8 years several authors have paralleled this development by introducing zeta-functions into multifractal geometry. Our result inspired by this work will be given in section 2.2.2. There we introduce geometric multifractal zeta-functions providing precise information of very general classes of multifractal spectra, including, for example, the multifractal spectra of self-conformal measures and the multifractal spectra of ergodic Birkhoff averages of continuous functions. Results in that section are based on paper [37]. Dynamical zeta-functions have been introduced and developed by Ruelle [63, 64] and others, (see, for example, the surveys and books [3, 54, 55] and the references therein). It has been a major challenge to introduce and develop a natural and meaningful theory of dynamical multifractal zeta-functions paralleling existing theory of dynamical zeta functions. In particular, in the setting of self-conformal constructions, Olsen [49] introduced a family of dynamical multifractal zeta-functions designed to provide precise information of very general classes of multifractal spectra, including, for example, the multifractal spectra of self-conformal measures and the multifractal spectra of ergodic Birkhoff averages of continuous functions. However, recently it has been recognised that while self-conformal constructions provide a useful and important framework for studying fractal and multifractal geometry, the more general notion of graph-directed self-conformal constructions provide a substantially more flexible and useful framework, see, for example, [36] for an elaboration of this. In recognition of this viewpoint, in section 2.3.11 we provide main definitions of the multifractal pressure and the multifractal dynamical zeta-functions and we state our main results. This section is based on paper [38]. Setting we are working unifies various different multifractal spectra including fine multifractal spectra of self-conformal measures or Birkhoff averages of continuous function. It was introduced by Olsen in [43]. In section 2.1 we propose answer to problem of defining Renyi spectra in more general settings and provide slight improvement of result regrading multifractal spectra in the case of Subshift of finite type.

In this dissertation we study non-negative self-adjoint Laplace type operators acting on smooth sections of a vector bundle. First, we assume base manifolds are compact, boundaryless, and Riemannian. We start from the Fourier integral operator representation of half-wave operators, continue with spectral zeta functions, heat and resolvent trace asymptotic expansions, and end with the quantitative Wodzicki residue method. In particular, all of the asymptotic coefficients of the microlocalized spectral counting function can be explicitly given and clearly interpreted. With the auxiliary pseudo-differential operators ranging all smooth endomorphisms of the given bundle, we obtain certain asymptotic estimates about the integral kernel of heat operators. As applications, we study spectral asymptotics of Dirac type operators such as characterizing those for which the second coefficient vanishes. Next, we assume vector bundles are trivial and base manifolds are Euclidean domains, and study non-negative self-adjoint extensions of the Laplace operator which acts component-wise on compactly supported smooth functions. Using finite propagation speed estimates for wave equations and explicit Fourier Tauberian theorems obtained by Yuri Safarov, we establish the principle of not feeling the boundary estimates for the heat kernel of these operators. In particular, the implied constants are independent of self-adjoint extensions. As a by-product, we affirmatively answer a question about upper estimate for the Neumann heat kernel. Finally, we study some specific values of the spectral zeta function of two-dimensional Dirichlet Laplacians such as spectral determinant and Casimir energy. For numerical purposes we substantially improve the short-time Dirichlet heat trace asymptotics for polygons. This could be used to measure the spectral determinant and Casimir energy of polygons whenever the first several hundred or one thousand Dirichlet eigenvalues are known with high precision by other means.

Ce travail de thèse porte principalement sur l'utilisation du calcul moulien et de la technique d'arborification introduits par Jean Ecalle dans les années 70 et leurs applications à l'étude des systèmes dynamiques discrets ou continus.L'une des contributions est une étude systématique des conditions sous lesquelles l'arborification permet de restaurer la convergence de séries formelles via l'introduction d'une notion d'invariance d'un moule sous arborication. Ces résultats permettent de donner une preuve détaillée du théorème de Brjuno de linéarisation analytique des champs de vecteurs telle qu'elle est proposée par Jean Ecalle dans son article "Singularités non abordables par la géométrie". Ces résultats ont été obtenus en collaboration avec Dominique Manchon (Université de Clermont Ferrand) et Jacky Cresson.La puissance du calcul moulien est ensuite illustrée par la résolution presque complète de la conjecture de Jarque-Villadelprat sur les centres isochrones Hamiltoniens. Cette conjecture stipule qu'il n'existe pas de champs de vecteurs polynomiaux du plan de degré pair qui soit hamiltonien. L'examen de la structure algébrique de la correction, introduite dans les années 90 par G. Gallavotti et généralisée ensuite par Jean Ecalle et Bruno Vallet, et son calcul explicite via le calcul moulien, nous ont permis d'obtenir des conditions explicites d'obstructions à l'isochronisme. L'aspect algébrique et combinatoire de ces objets et méthodes conduisent naturellement à une classication des conditions de centre via une notion de complexité. L'arborication quand à elle permet l'unification de nombreuses approches et une simplication de divers travaux, notamment ceux de J.C.Butcher autour de la structure algébrique des méthodes de Runge-Kutta qui a induit ce que les numériciens appellent des B-séries. En étudiant la structure algébrique de l'opérateur de substitution associé à un difféomorphisme, en particulier celui relié à une méthode de Runge-Kutta et celui associé à la solution de l'équation diérentielle sous-jacente, on présente le codage de Butcher comme une traduction particulière de l'arborification directe de l'opérateur de substitution. Notons que ce phénomène est large et permet d'inclure les travaux plus récents sur l'approche par trajectoires rugueuses des solutions d'équations différentielles stochastiques.Une seconde partie de la thèse concerne la recherche des groupes de symétries de Lie des tissus du plan en suivant une approche d'Alain Hénaut (Université de Bordeaux). Ce travail nous a permis de préciser la relation entre la dimension de ces groupes de symétries et le caractère linéarisable ou hexagonale des tissus du plan. Dans le cas des arrangements de droites, on obtient ainsi une relation profonde entre le module de dérivations de Saito associé à l'arrangement et le groupe de symétrie du tissu associé. / This thesis work mainly focuses on the use of the mould calculus and the technic of arborification which had been introduced both by J.Ecalle in the seventies and theirs applications to the study of continuous or discrete systems.One of the contributions is the systematic study of conditions under which the arborification allows to reestablish the convergence of formal series via introduction of a notion of invariance of mould under arborification. These results allow to give a detailed proof of Brjuno Theorem of analytic linearizability of vector fields as it is proposed by J.Ecalle in his article "Singularité non abordable par la géométrie". These results were obtained jointly with Dominique Manchon (University of Clermont Ferrand) and Jacky Cresson.The power of the mould calculus is then illustrated by an almost complete resolution of the Jarque-Villadelprat's conjecture about Hamiltonian Isochronous centers. This conjecture states that there is not existing polynomial vector fields in the plane of odd degree which are Hamiltonian. The study of the algebraic structure of the correction, introduced in the nineties by G.Gallavotti and then generalized by J.Ecalle and B.Vallet and its explicit computation via mould calculus, enables us to obtain explicit conditions of obstruction to isochronicity. The algebraic and combinatoric aspect of these objects and methods brings naturally to the classification of center conditions through a notion of complexity. The arborification allows to the unification of different approaches and a simplicification of different works, especially those of J.C.Butcher about algebraic structures of Runge-kutta methods, who had introduced that is called B-series by numerical mathematicians. Studying the algebraic structure of the substitution operator associated to a diffeomorphism, especially the one related to a Runge-Kutta method and the one which is associated to the solution of the underlying differential equations, we present the Butcher's encoding as a special translation of a direct arborification of the substitution automorphism. We can conclude that this phenomenon is wide and allows to include more recent studies on the approach by rough path of stochastic differential equations.A second part of this thesis involves the research of Lie group of symmetries of planar webs following Hénaut's approach (University of Bordeaux).This work allows to precise the relation between the dimension of the groups of symmetries and the linearizability or hexagonal character of planar webs. In the the case of line arrangement, we obtain a depthful relation between the modulus of derivations of Saito associated to the line arrangement and the group of symmetries of the associated web.

On s’intéresse dans cette thèse aux rapports qui existent entre deux invariants d’entrelacs. D’une part l’invariant d’Alexander ∆ qui est l’invariant de nœuds le plus classique, et le plus étudié avec le polynôme de Jones, et d’autre part la famille des invariants de Links-Gould LGn,m qui sont des invariants quantiques dérivés des super algèbres de Hopf Uqgl(n|m). On démontre en particulier un cas de la conjecture de De Wit-Ishii-Links : certaines spécialisa- tions des polynômes de Links-Gould fournissent des puissances du polynôme d’Alexander. Les polynômes LG sont donc des généralisations du polynôme d’Alexander. On conjecture de plus que ces invariants conservent certaines propriétés homologiques bien connues de ∆ permettant d’évaluer le genre des entrelacs et de tester le caractère fibré des nœuds. / In this thesis we focus on the connections that exist between two link invariants: first the Alexander-Conway invariant ∆ that was the first polynomial link invariant to be discovered, and one of the most thoroughly studied since alongside with the Jones polynomial, and on the other hand the family of Links-Gould invariants LGn,m that are quantum link invariants derived from super Hopf algebras Uqgl(n|m). We prove a case of the De Wit-Ishii-Links conjecture: in some cases we can recover powers of the Alexander polynomial as evaluations of the Links-Gould invariants. So the LG polynomials are generalizations of the Alexander invariant. Moreover we give evidence that these invariants should still have some of the most remarkable properties of the Alexander polynomial: they seem to offer a lower bound for the genus of links and a criterion for fiberedness of knots.

Dans cette thèse, nous affinons l'étude des fonctions presque automorphes sur time scales introduites dans la littérature par Lizama et Mesquita, nous explorons de nouvelles propriétés de ces fonctions et appliquons les résultats à étudier l'existence et l'unicité de solution presque automorphe d'une nouvelle classe d'équations dynamiques sur time scales. Puis nous introduisons la notion de fonction presque automorphe de classe Cn, nous investiguons les propriétés fondamentales de ces fonctions et utilisons les résultats pour établir l'existence, l'unicité et la stabilité globale et exponentielle de solution presque automorphe de classe C1 d'un système d'équations dynamiques avec délai variable fini modélisant un réseau de neurones. Ensuite nous présentons le concept de fonctions asymptotiquement presque automorphes de classe Cn. Nous démontrons quasiment toutes les propriétés de ces fonctions, lesquelles nous permettent, sous des hypothèses convenables, d'établir, d'une part, que l'unique solution d'un problème avec condition initiale est asymptotiquement presque automorphe de classe C1, et d'autre part, l'existence et l'unicité de solution asymptotiquement presque automorphe pour une équation intégro-dynamque avec conditon initiale non locale sur time scales. Enfin, en utilisant la notion de semi-groupe sur time scales de Hamza et Oraby, nous généralisons les résultats de Lizama et Mesquita en dimension infinie, c'est-à-dire, nous étudions l'existence et l'unicité des solutions presque automorphes pour des équations dynamiques semi linéaires abstraites sur time scales. / In this thesis, we refine the notion of almost automorphic functions on time scales introduced in the literature by Lizama and Mesquita, we explore some new properties of such functions and apply the results to study the existence and uniqueness of almost automorphic solution for a new class of dynamic equations on time scales. Then we introduce the concept of almost automorphic functions of order n on time scales, we investigate the fundamental properties of these functions and we use the findings to establish the existence and uniqueness and the global stability of almost automorphic solution of one to a first order dynamical equation with finite time varying delay. Then we present the concept of asymptotically almost automorphic functions of order n on time scales. We study the properties of these functions and we use the results to prove, under suitable hypothesis, that the unique solution to a problem with initial condition is asymptotically almost automorphic of order one at the one hand, and the existence and uniqueness of asymptotically almost automorphic solution for an integro-dynamic equation with nonlocal initial conditon on time scales in other hand. Finally, using the concept of semigroup on time scales introduced by Hamza and Oraby, we generalize the results in Lizama and Mesquita's paper for abstract Banach spaces, that is, we study the existence and uniqueness of almost automorphic solution for semilinear abstract dynamic equations on time scales.

Ce travail est constitué de deux parties indépendantes traitant chacune d'un problème issu de la théorie du contrôle des équations aux dérivées partielles. La première partie est consacrée à l'étude d'un feedback explicite et déjà connu, s'appliquant à des systèmes linéaires, réversibles en temps et éventuellement munis d'un opérateur de contrôle non-borné. On justifie le caractère bien posé du problème en boucle fermée via la théorie des semi-groupes puis on étudie le taux de décroissance des solutions du système régulé. La seconde partie concerne un problème d'observation pour la corde vibrante : on détermine comment choisir des instants d'observation pour que la position de la corde à ces instants permette de retrouver les conditions initiales tout en préservant une certaine régularité. La méthode, qui repose sur des résultats d'approximation diophantienne, est ensuite étendue à d'autres systèmes. En utilisant une méthode de dualité on démontre aussi un résultat de contrôlabilité exacte. / This works contains two independent parts, each one dealing with the control of partial differential equations. In the first part, we study an explicit and already known feedback law that applies to linear, time-reversible systems, with a possibly unbounded control operator. We prove the well-posedness of the closed-loop problem in the semi-group framework and we study the decay rate of the solutions. In the second part, we give conditions on the choice of some time instants, such that the positions of a vibrating string (or beam) at these times enable to recover the initial data. The method relies on Diophantine approximation results. Using a duality method, we give a related exact controllability result.

Le sujet de cette thèse est la question du nombre minimal d’orbites de Reeb distinctes sur une variété de contact qui est le bord d’une variété symplectique compacte. L’homologie symplectique S1-équivariante positive est un des outils principaux de cette thèse; elle est construite à partir d’orbites périodiques de champs de vecteurs hamiltoniens sur une variété symplectique dont le bord est la variété de contact considérée.Nous analysons la relation entre les différentes variantes d’homologie symplectique d’une variété symplectique exacte compacte (domaine de Liouville) et les orbites de Reeb de son bord. Nous démontrons certaines propriétés de ces homologies. Pour un domaine de Liouville plongé dans un autre, nous construisons un morphisme entre leurs homologies.Nous étudions ensuite l’invariance de ces homologies par rapport au choix de la forme de contact sur le bord. Nous utilisons l’homologie symplectique S1-équivariante positive pour donner une nouvelle preuve d’un théorème de Ekeland et Lasry sur le nombre minimal d’orbites de Reeb distinctes sur certaines hypersurfaces dans R2n. Nous indiquons comment étendre au cas de certaines hypersurfaces dans certains fibrés en droites complexes négatifs.Nous donnons une caractérisation et une nouvelle fa ç on de calculer l’indice de Conley-Zehnder généralisé, défini par Robbin et Salamon pour tout chemin de matrices symplectiques. Ceci nous a mené à développer de nouvelles formes normales de matrices symplectiques. / This thesis deals with the question of the minimal number of distinct periodic Reeb orbits on a contact manifold which is the boundary of a compact symplectic manifold.The positive S1-equivariant symplectic homology is one of the main tools considered in this thesis. It is built from periodic orbits of Hamiltonian vector fields in a symplectic manifold whose boundary is the given contact manifold.Our first result describes the relation between the symplectic homologies of an exact compact symplectic manifold with contact type boundary (also called Liouville domain), and the periodic Reeb orbits on the boundary. We then prove some properties of these homologies. For a Liouville domain embedded into another one, we construct a morphism between their homologies. We study the invariance of the homologies with respect to the choice of the contact form on the boundary.We use the positive S1-equivariant symplectic homology to give a new proof of a Theorem by Ekeland and Lasry about the minimal number of distinct periodic Reeb orbits on some hypersurfaces in R2n. We indicate how it extends to some hypersurfaces in some negative line bundles. We also give a characterisation and a new way to compute the generalized Conley-Zehnder index defined by Robbin and Salamon for any path of symplectic matrices. A tool for this is a new analysis of normal forms for symplectic matrices.

Le LNCMI est un grand équipement du CNRS. Il met à la disposition de la communauté scientifique internationale des aimants produisant des champs magnétiques intenses (entre 24 et 36 Teslas pendant plusieurs heures), utilisés par les chercheurs comme un moyen d'exploration et de contrôle de la matière. Dans la thèse, nous nous intéressons à la simulation de ce type d'aimants, dans le but de les étudier, d'optimiser leur design, ou encore de faire des analyses d'incidents. Ces modèles 30 sont basés sur des équations aux dérivées partielles couplées non-linéaires. Au vu de leur complexité, nous avons développé des méthodes de réduction d'ordre, permettant de réduire considérablement les temps de calcul associés. En particulier, nous pensons avoir levé un verrou majeur de l'utilisation du cadre méthodologique de réduction d'ordre pour des problèmes multi-physiques non-linéaires. / The magnetic field constitutes a powerfull tool for researchers, especially to determine the properties of the matter. This kind of applications requires magnetic fields of high intensity. The "Laboratoire National des Champs Magnetiques Intenses" (LNCMI) develops resistive magnets providing such magnetic field to scientists. The design of these magnets represents a challenge interms of design. We have developed a range of non-linear coupled models taking into account the whole involved physics, implemented through the Feel++ library. Designed for many query context, the reduced basis method applied to the multi-physics model aims to circumvent the complexity of the problem. lts efficiency allows to move towards parametric studies and sensitivity analysis in various concrete applications. Especially, the method SER we introduce in this thesis is a significant breakthrough for non-linear and non-affine problems in an industrial context.

Cette thèse porte sur l’application de techniques de contrôle optimal et de contrôle géométriques au problème de transfert d’orbite de satellite et à la géométrie presque-riemannienne. Dans ces cas, le principe du maximum de Pontryagin permet d’étudier le flot extrémal pour des systèmes de contrôle affines.Dans le cas d’un satellite à faible poussée, la technique de moyennation permet d’approcher les trajectoires du système réel. La moyennation est explicite dans le cas de la minimisation de l’énergie et fait apparaître dans certains cas des problèmes presque-riemanniens. L’étude géométrique de tels problèmes est généralisée par l’étude de métriques sur la deux-sphère de révolution. On peut ainsi classifier les situations selon la transcendance des solutions et discuter l’optimalité selon la nature des lieux de coupure et de conjugaison.L’étude du problème moyenné du transfert orbital et de situations génériques sur la sphère de révolution est motivée par l’approche homotopique de résolution numérique du problème de transfert pour d’autres fonctions de coût. La méthode de continuation couplée à celle de tir simple est utilisée pour résoudre un problème de transfert à forte poussée à consommation minimale de carburant.Les outils géométriques sont aussi utilisés afin d’étudier la situation locale dans un voisinage des points de tangence en géométrie presque-riemannienne en dimension deux. On calcule pour les approximations nilpotente et d’ordre zéro le front d’onde, les sphères de petits rayons et les lieux de coupure et de conjugaison. / In this thesis we focus on optimal control techniques as well as geometric control techniques applied to the orbital transfer problem and to almost-Riemannian geometry. In these cases, Pontryagin’s Maximum Principle allows to analyse the extremal flow of affine control systems.In the case of a satellite with low-thrust propulsion, averaging techniques give an approximated system. Averaging is explicit in the energy minimization case and is directly related to almost-riemannian problems. The geometric analysis of such problems is generalized by the study of metrics on the two-sphere of revolution. In this way it is possible to classify the situations considering the transcendance of the solutions and to discuss the optimality problem considering the cut locus and the conjugate locus.The analysis of the averaged problem for the orbital transfer and of generic situations on the two-dimensional sphere of revolution is motivated by the homotopic approach to solve numerically the orbital transfer problem.The homotopy method using simple shooting techniques is applied to solve a transfer minimizing the fuel consumption.The geometric tools are also useful in the local analysis of tangency points in two-dimensional almost-Riemannian geometry. In this framework, we compute wavefronts, sphere of small radius and cut and conjugate loci.

La complexité des données contenues dans les grandes bases de données a augmenté considérablement. Par conséquent, des opérations plus élaborées que les requêtes traditionnelles sont indispensable pour extraire toutes les informations requises de la base de données. L'intérêt de la communauté de base de données a particulièrement augmenté dans les recherches basées sur la similarité. Deux sortes de recherche de similarité bien connues sont la requête par intervalle (Rq) et par k-plus proches voisins (kNNq). Ces deux techniques, comme les requêtes traditionnelles, peuvent être accélérées par des structures d'indexation des Systèmes de Gestion de Base de Données (SGBDs).Une autre façon d'accélérer les requêtes est d'exécuter le procédé d'optimisation des requêtes. Dans ce procédé les données métriques sont recueillies et utilisées afin d'ajuster les paramètres des algorithmes de recherche lors de chaque exécution de la requête. Cependant, bien que l'intégration de la recherche de similarités dans le SGBD ait commencé à être étudiée en profondeur récemment, le procédé d'optimisation des requêtes a été développé et utilisé pour répondre à des requêtes traditionnelles. L'exécution des requêtes de similarité a tendance à présenter un coût informatique plus important que l'exécution des requêtes traditionnelles et ce même en utilisant des structures d'indexation efficaces. Deux stratégies peuvent être appliquées pour accélérer l'execution de quelques requêtes, et peuvent également être employées pour répondre aux requêtes de similarité. La première stratégie est la réécriture de requêtes basées sur les propriétés algébriques et les fonctions de coût. La deuxième stratégie est l'utilisation des facteurs externes de la requête, tels que la sémantique attendue par les usagers, pour réduire le nombre des résultats potentiels. Cette thèse vise à contribuer au développement des techniques afin d'améliorer le procédé d'optimisation des requêtes de similarité, tout en exploitant les propriétés algébriques et les restrictions sémantiques pour affiner les requêtes. / The complexity of data stored in large databases has increased at very fast paces. Hence, operations more elaborated than traditional queries are essential in order to extract all required information from the database. Therefore, the interest of the database community in similarity search has increased significantly. Two of the well-known types of similarity search are the Range (Rq) and the k-Nearest Neighbor (kNNq) queries, which, as any of the traditional ones, can be sped up by indexing structures of the Database Management System (DBMS). Another way of speeding up queries is to perform query optimization. In this process, metrics about data are collected and employed to adjust the parameters of the search algorithms in each query execution. However, although the integration of similarity search into DBMS has begun to be deeply studied more recently, the query optimization has been developed and employed just to answer traditional queries.The execution of similarity queries, even using efficient indexing structures, tends to present higher computational cost than the execution of traditional ones. Two strategies can be applied to speed up the execution of any query, and thus they are worth to employ to answer also similarity queries. The first strategy is query rewriting based on algebraic properties and cost functions. The second technique is when external query factors are applied, such as employing the semantic expected by the user, to prune the answer space. This thesis aims at contributing to the development of novel techniques to improve the similarity-based query optimization processing, exploiting both algebraic properties and semantic restrictions as query refinements. / A complexidade dos dados armazenados em grandes bases de dados tem aumentadosempre, criando a necessidade de novas operaoes de consulta. Uma classe de operações de crescente interesse são as consultas por similaridade, das quais as mais conhecidas sãoas consultas por abrangência (Rq) e por k-vizinhos mais próximos (kNNq). Qualquerconsulta é agilizada pelas estruturas de indexaçãodos Sistemas de Gerenciamento deBases de Dados (SGBDs). Outro modo de agilizar as operações de busca é a manutençãode métricas sobre os dados, que são utilizadas para ajustar parâmetros dos algoritmos debusca em cada consulta, num processo conhecido como otimização de consultas. Comoas buscas por similaridade começaram a ser estudadas seriamente para integração emSGBDs muito mais recentemente do que as buscas tradicionais, a otimização de consultas,por enquanto, é um recurso que tem sido utilizado para responder apenas a consultastradicionais.Mesmo utilizando as melhores estruturas existentes, a execução de consultas por similaridadetende a ser mais custosa do que as operações tradicionais. Assim, duas estratégiaspodem ser utilizadas para agilizar a execução de qualquer consulta e, assim, podem serempregadas também para responder às consultas por similaridade. A primeira estratégiaé a reescrita de consultas baseada em propriedades algébricas e em funções de custo. Asegunda técnica faz uso de fatores externos à consulta, tais como a semântica esperadapelo usuário, para restringir o espaço das respostas. Esta tese pretende contribuir parao desenvolvimento de técnicas que melhorem o processo de otimização de consultas porsimilaridade, explorando propriedades algébricas e restrições semânticas como refinamentode consultas