L'étude de phénomènes d'irrégularité à l'aide des catégories de Baire date du début des années 1930. Cette notion de généricité donnée par Baire est de nature purement topologique et ne permet donc pas de quantifier la taille d'un ensemble. C'est pour remédier à cette lacune que Christensen définit une autre notion de généricité basée sur la théorie de la mesure, la prévalence. D'autres notions de généricité liées à ces deux premières ont vu le jour. Cette thèse a deux buts. Tout d'abord, regarder la régularité des fonctions d'un espace de Sobolev dans le cadre de la prévalence. Nous montrons que presque-toutes les fonctions sont multifractales, leur exposant de Hölder varie en effet d'un point à un autre. Le même résultat dans des espaces de Besov nous donne le formalisme multifractal utilisé dans les applications. Dans un second temps, nous comparons les différentes notions de généricité en les appliquant au problème déjà cité ou à des problèmes classiques d'analyse fonctionnelle.

Depuis l'utilisation pour des applications statistiques du mouvement brownien fractionnaire<br />par Mandelbrot & Van Ness en 1968, une vaste littérature s'est constituée autour de <br />l'estimation de l'autosimilarité et de la régularité hölderienne. Dans le cadre de l'analyse multifractale<br />des séries de Fourier et des séries d'ondelettes (pleines et lacunaires), les séries<br />aléatoires d'ondelettes basées sur un processus de branchement sont présentées. Leurs propriétés<br />analytiques (bifractalité, dimension de Hausdorff du graphe non entière) et la simulation de leurs<br />trajectoires montrent leur capacité à modéliser des processus intermittents. Une méthode d'estimation<br />conjointe des deux paramètres du modèle (estimation du paramètre de régularité et du paramètre<br />des lacunes) par filtrage d'une trajectoire est developpée pour ce modèle. Elle trouvera une application<br />naturelle pour la classification, en géophysique, des morphologies stylolitiques (roches sédimentaires de calcaire soumises à des processus<br />de dissolution sous contrainte). Ces séries généralisent ainsi les propriétés du mouvement brownien<br />fractionnaire (comme le font, d'une autre manière les processus stables) et peuvent expliquer les<br />phénomènes de persistance et de leptokurticité.

L'objectif de l'analyse multifractale (introduite dans le cadre de la turbulence pleinement developpee) est de déterminer la dimension des ensembles de points où une fonction a une régularité hölderienne fixée. Cette information ne peut être calculée directement sur les signaux réels et une formule appelée formalisme multifractal a été introduite pour calculer ces dimensions à partir de quantités obtenues directement par traitement du signal. Elle n'est pas vraie en toute généralité et nous étudions dans cette thèse différentes situations dans lesquelles le formalisme multifractal n'est pas valide.<br />Des résultats de type " Baire " démontrent que le formalisme multifractal est vrai quasi-sûrement pour de petites valeurs de l'exposant de Hölder et faux pour les autres valeurs. Nous montrons que cela est dû à la présence de singularités oscillantes.<br />D'autre part le formalisme multifractal ne s'applique qu'aux fonctions continues. Nous montrons qu'il est possible de généraliser la formule, en passant d'un critère de régularité ponctuelle hölderienne à un critère plus faible, à des fonctions qui peuvent ne plus être continues.<br />Enfin nous étudions un cas particulier de phénomène oscillant en dimension 2 qui n'est pas caractérisé par les critères de régularité ponctuelle précédents. Nous proposons une méthode d'analyse de ce comportement à base d'un algorithme de traitement de l'image.

Cette thèse est consacrée à l'étude de quelques aspects de la récurrence de trois classes de systèmes dynamiques : systèmes dynamiques $p$-adiques polynomiaux, systèmes topologiques ayant la propriété de spécification et système de Gauss associé aux fractions continues.<br /><br />Dans une première partie, on étudie d'abord les polynômes à coefficients dans $\mathbb{Z}_p$ d'ordre supérieur à $2$, comme des systèmes dynamiques sur $\mathbb{Z}_p$. Nous prouvons que pour un tel système, $\mathbb{Z}_p$ est composé des composants minimaux et de leurs bassins d'attraction. Pour tout polynôme quadratique sur $\mathbb{Z}_2$, nous exhibons tous ses composants minimaux. On étudie également les polynômes localement dilatants et transitifs. Nous montrons que la restriction d'un tel polynôme sur son ensemble de Julia est conjugué à un sous-shift de type fini.<br /><br />Dans une deuxième partie, nous prouvons que pour un système dynamique compact ayant la propriété de spécification, l'entropie topologique de l'ensemble des points génériques d'une mesure invariante est égale à l'entropie de la mesure. En corollaire, nous établissons un principe variationnel pour le spectre d'entropie topologique des moyennes de Birkhoff à valeurs dans un espace de Banach.<br /><br />La dernière partie est consacrée à l'étude des fractions continues. Nous trouvons en s'appuyant sur la théorie de l'opérateur de Ruelle, les spectres multifractals complets de l'exposant de Khintchine et de l'exposant de Lyapunov, qui ne sont ni concaves ni convexes. Notre résultat sur le spectre de Lyapunov complète celui de Pollicott et Weiss. Nous avons aussi bien étudié les fractions continues extrêmement non-normales et la fréquence des quotients partiels. Notre travail sur la fréquence complète celui de Billingsley et Henningsen.

Les électrons dans les atomes lourds, en particulier ceux qui sont proches du noyau, sont soumis à des effets relativistes importants. Il est nécessaire de prendre en compte ces effets si l'on veut, par exemple, décrire précisément les niveaux d'énergies des atomes. L'étude des modèles atomiques quantiques relativistes remonte aux travaux fondateurs de P.A.M. Dirac, dès 1928. Ses travaux ont permis d'anticiper la découverte des antiparticules. En effet, le hamiltonien quantique qu'il obtient pour l'atome d'hydrogène n'a de sens physique que si l'on peut interpréter ses énergies négatives comme celles d'une mer infinie de particules virtuelles. Un « trou » dans le spectre des énergies négatives est alors interprété comme l'apparition d'une anti-particule : le positron. Peu après, en 1938, pour étudier les atomes à plusieurs électrons Swirles propose un modèle d'approximation qui donnera lieu aux fameuses équations de Dirac-Fock. Cette approche qui est auto-consistante, et pour laquelle les équations obtenues sont non linéaires, permet une étude numérique dont les résultats sont en très bon accord avec les mesures expérimentales. Pour autant, la motivation physique de cette approche reste incomplète. Elle s'appuie essentiellement sur l'analogue non relativiste des modèles atomiques quantiques, mais ne tient pas compte de l'interprétation de Dirac. De plus, le lien des équations de Dirac-Fock avec l'approche théorique donnée par l'électrodynamique quantique (QED) reste à établir clairement. En particulier, en QED, la question de la définition d'un espace qui décrit les états électroniques reste posée. Le travail présenté ici est une tentative d'apporter quelques réponses mathématiques rigoureuses sur ces problèmes. Nous commencerons par construire une famille de fonctionnelles à partir du hamiltonien formel de la QED qui dépendra du choix de l'espace à un électron. On se placera dans l'approximation de Hartree-Fock. On étudiera alors le problème de la stabilité, celui de l'existence de minima pour ces fonctionnelles (avec ou sans condition de charge totale fixée). On se consacrera ensuite à l'exposé des résultats obtenus qui permettent de comparer les deux approches : « Equations de Dirac-Fock » et « QED dans l'approximation de Hartree-Fock ». On distinguera en particulier le cas des couches pleines qui conduit aux mêmes résultats dans les deux cas, tout au moins pour des constantes de couplages faibles.

Réduire la vulnérabilité et accroître la résilience des sociétés d'aujourd'hui aux fortes précipitations et inondations exige de mieux caractériser leur très forte variabilité spatio-temporelle observable sur une grande gamme d'échelle. Nous mettons donc en valeur tout au long de cette thèse l'intérêt méthodologique d'une approche multifractale comme étant la plus appropriée pour analyser et simuler cette variabilité. Cette thèse aborde tout d'abord le problème de la qualité des données, qui dépend étroitement de la résolution temporelle effective de la mesure, et son influence sur l'analyse multifractale et la détermination de lois d'échelle des processus de précipitations. Nous en soulignons les conséquences pour l'hydrologie opérationnelle. Nous présentons la procédure SERQUAL qui permet de quantifier cette qualité et de sélectionner les périodes correspondant aux critères de qualité requise. Un résultat surprenant est que les longues chronologies de pluie ont souvent une résolution effective horaire et rarement de 5 minutes comme annoncée. Ensuite, cette thèse se penche sur les données sélectionnées pour caractériser la structure temporelle et le comportement extrême de la pluie. Nous analysons les sources d'incertitudes dans les méthodes multifractales " classiques " d'estimation des paramètres et nous en déduisons des améliorations pour tenir compte, par exemple, de la taille finie des échantillons et des limites de la dynamique des capteurs. Ces améliorations sont utilisées pour obtenir les caractéristiques multifractales de la pluie à haute résolution de 5 minutes pour plusieurs départements de la France (à savoir, les départements 38, 78, 83 et 94) et pour aborder la question de l'évolution des précipitations durant les dernières décennies dans le cadre du changement climatique. Cette étude est confortée par l'analyse de mosaïques radars concernant trois événements majeurs en région parisienne. Enfin, cette thèse met en évidence une autre application des méthodes développées, à savoir l'hydrologie karstique. Nous discutons des caractéristiques multifractales des processus de précipitation et de débit à différentes résolutions dans deux bassins versant karstiques au sud de la France. Nous analysons, en utilisant les mesures journalière, 30 minutes et 3 minutes, la relation pluie-débit dans le cadre multifractal. Ceci est une étape majeure dans la direction d'une définition d'un modèle multi-échelle pluie-débit du fonctionnement des bassins versants karstiques

Nous calculons presque sûrement, simultanément, les dimensions de Hausdorff des ensembles de branches infinies de la frontière d'un arbre de Galton-Watson super-critique (muni d'une métrique aléatoire) le long desquelles les moyennes empiriques d'une marche aléatoire de branchement vectorielle admettent un ensemble donné de points limites. Cela va au-delà de l'analyse multifractale, question pour laquelle nous complétons les travaux antérieurs en considérant les ensembles associés à des niveaux situés dans la frontière du domaine d'étude. Nous utilisons une méthode originale dans ce contexte, consistant à construire des mesures de Mandelbrot inhomogènes appropriées. Cette méthode est inspirée de l'approche utilisée pour résoudre des questions similaires dans le contexte de la dynamique hyperboliques pour les moyennes de Birkhoff de potentiels continus. Elle exploite des idées provenant du chaos multiplicatif et de la théorie de la percolation pour estimer la dimension inférieure de Hausdorff des mesures de Mandelbrot inhomogènes. Cette méthode permet de renforcer l'analyse multifractale en raffinant les ensembles de niveaux de telle sorte qu'ils contiennent des branches infinies le long desquels on observe une version quantifiée de la loi des grands nombres d'Erdös Renyi ; de plus elle permet d'obtenir une loi de type $0-\infty$ pour les mesures de Hausdorff de ces ensembles. Nos résultats donnent naturellement des informations géométriques et de grandes déviations sur l'hétérogénéité du processus de naissance le long des différentes branches infinies de l'arbre de Galton-Watson.

Nous considérons le problème d’un électron sur des pavages quasipériodiques en une et deux dimensions. Nous introduisons tout d’abord les pavages quasipériodiques d’un point de vue géométrique, et défendons en particulier l’idée que ces pavages sont les pavages apériodiques les plus proches de la périodicité. Nous concentrant plus particulièrement sur l’un des pavages quasipériodiques les plus simples, la chaîne de Fibonacci, nous montrons à l’aide d’un groupe de renormalisation que la multifractalité des états électroniques découle directement de l’invariance d’échelle de la chaîne. Élargissant ensuite notre champ d’étude à un ensemble de chaînes quasipériodiques, nous nous intéressons au théorème de label des gaps, qui décrit comment la géométrie d’une chaîne donnée contraint les valeurs que peut prendre la densité d’états intégrée dans les gaps du spectre électronique. Plus précisément, nous nous intéressons à la façon dont l’énoncé de ce théorème est modifié lorsque l’on considère une séquence d’approximants périodiques approchant une chaîne quasipériodique. Enfin, nous montrons comment des champs de hauteurs géométriques peuvent être utilisés pour construire des états électroniques exacts sur des pavages en une et deux dimensions. Ces états sont robustes aux perturbations du hamiltonien, sous réserve que ces dernières respectent les symétries du pavage sous-jacent. Nous relions les dimensions fractales de ces états à la distribution de probabilités des hauteurs, que nous calculons de façon exacte. Dans le cas des chaînes quasipériodiques, nous montrons que la conductivité suit une loi d’échelle de la taille de l’échantillon, dont l’exposant est relié à cette même distribution de probabilités. / We consider the problem of a single electron on one and two-dimensional quasiperiodic tilings. We first introduce quasiperiodic tilings from a geometrical point of view, and point out that among aperiodic tilings, they are the closest to being periodic. Focusing on one of the simplest one-dimensional quasiperiodic tilings, the Fibonacci chain, we show, with the help of a renormalization group analysis, that the multifractality of the electronic states is a direct consequence of the scale invariance of the chain. Considering now a broader class of quasiperiodic chains, we study the gap labeling theorem, which relates the geometry of a given chain to the set of values the integrated density of states can take in the gaps of the electronic spectrum. More precisely, we study how this theorem is modified when considering a sequence of approximant chains approaching a quasiperiodic one. Finally, we show how geometrical height fields can be used to construct exact eigenstates on one and two-dimensional quasiperiodic tilings. These states are robust to perturbations of the Hamiltonian, provided that they respect the symmetries of the underlying tiling. These states are critical, and we relate their fractal dimensions to the probability distribution of the height field, which we compute exactly. In the case of quasiperiodic chains, we show that the conductivity follows a scaling law, with an exponent given by the same probability distribution.

La compréhension du système cardiovasculaire périphérique est une clé indispensable pour le diagnostic précoce de nombreuses pathologies. Les signaux de fluxmétrie laser Doppler donnent des informations sur la microcirculation sanguine et permettent ainsi d'avoir une vue périphérique du système cardiovasculaire. Ce travail de thèse s'inscrit dans l'étude des propriétés de ces signaux physiologiques. Dans un premier temps nous présentons la technique de fluxmétrie laser Doppler et son utilité en recherche clinique. Nous détaillons ensuite l'analyse que nous avons menée afin d'obtenir des informations sur l'origine des fluctuations observées sur les signaux. L'implémentation de différents outils de traitement du signal dans les domaines temporel et fréquentiel a permis de montrer que ces fluctuations pourraient provenir, en partie, des propriétés physiologiques et/ou anatomiques de la zone étudiée. Afin d'étudier plus en détails ces fluctuations, nous avons ensuite mis en place une analyse multifractale des signaux de fluxmétrie laser Doppler. Les différents résultats obtenus ont permis de faire ressortir la possible implication des propriétés physiologiques de la zone étudiée dans la complexité des signaux de fluxmétrie laser Doppler.

Les études récentes de la déformation plastique à l'aide de techniques expérimentales à haute résolution témoignent que les processus de déformation sont souvent caractérisés par des effets collectifs qui émergent à une échelle mésoscopique, intermédiaire entre celle de défauts cristallins et celle d'une éprouvette macroscopique. Notamment, la méthode de l'émission acoustique (EA) révèle, dans divers conditions expérimentales, l'intermittence de la déformation plastique, qui se manifeste par une propriété de l'invariance d'échelle, caractéristique de phénomènes d'auto-organisation. L'objectif de la thèse a été d'étudier la structure inhérente de l'EA pour différents mécanismes de déformation plastique, d'examiner sa dépendance à la vitesse de déformation et à l'écrouissage du matériau, et d'appréhender les liens entre les petites échelles de temps, liées à l'organisation des défauts, et celles qui relèvent de l'approche continue de la plasticité. L'étude a été réalisée sur des alliages AlMg et des alliages base Mg, dont la déformation plastique est accompagnée d'une forte activité acoustique et contrôlée par différents mécanismes physiques : l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC) dans les premiers et une combinaison du maclage et du glissement des dislocations dans les deuxièmes. L'utilisation de la technique d'enregistrement continue de l'EA ("data streaming") a permis de montrer que le comportement apparent - discrète ou continue - de l'EA accompagnant l'effet PLC dépend de l'échelle de temps d'observation et du paramètre physique étudié. Cependant, contrairement à une vision traditionnelle, il se trouve que l'EA a un caractère intermittent pendant l'écoulement macroscopiquement lisse tant que pendant l'instabilité macroscopique de la déformation plastique. Grace aux méthodes d'analyse issues de la théorie des systèmes dynamiques non linéaires, telles que l'analyse multifractale, une tendance à la transition entre la dynamique invariante d'échelle et les comportements caractérisés par des échelles intrinsèques a été trouvée lors de l'écrouissage des matériaux. Enfin, nous avons prouvé que les distributions statistiques en loi puissance persistent dans des larges intervalles de variation des paramètres, conventionnellement utilisés pour individualiser les événements acoustiques. Ce résultat est d'une importance générale car il s'applique à tous les processus avalancheux émergeant dans différents systèmes dynamiques / Recent studies of plastic deformation using high-resolution experimental techniques testify that deformation processes are often characterized by collective effects that emerge on a mesoscopic scale, intermediate between the scale of individual crystal defects and that of the macroscopic sample. In particular, the acoustic emission (AE) method reveals intermittency of plastic deformation in various experimental conditions, which is manifested by the property of scale invariance, a characteristic feature of self-organized phenomena. The objective of the dissertation was to study the inherent structure of AE for different mechanisms of plastic deformation, to examine its dependence on the strain rate and strain hardening of the material, and to understand the relationships between short time scales related to organization of defects and those relevant to the continuous approach of plasticity. The study was performed on AlMg and Mg-based alloys, the plastic deformation of which is accompanied by a strong acoustic activity and controlled by different physical mechanisms: the Portevin-Le Chatelier (PLC) effect in the first case and a combination of twinning and dislocation glide in the second case. Application of a technique of continuous AE recording ("data streaming") allowed proving that the apparent behavior, discrete or continuous, of AE accompanying the PLC effect depends on the time scale of observation and the physical parameters surveyed. However, unlike the traditional view, it appears that AE has an intermittent character during both stress serrations and macroscopically smooth flow. Using methods of the theory of nonlinear dynamical systems, such as the multifractal analysis, a tendency to a transition between the scale-invariant dynamics and the behaviors characterized by intrinsic scales was detected during work hardening. Finally, we proved that the power-law statistical distributions persist in wide ranges of variation of parameters conventionally used to individualize acoustic events. This result is of general importance because it applies to all avalanche-like processes emerging in dynamical systems