Inspired by studies on the regularity of solutions to the fractional Navier-Stokes system and the impact of noise on singularity formation in hydrodynamic models, we investigated these issues within the framework of the fractional 1D Burgers equation. Initially, our research concentrated on the deterministic scenario, where we conducted precise numerical computations to understand the dynamics in both subcritical and supercritical regimes. We utilized a pseudo-spectral approach with automated resolution refinement for discretization in space combined with a hybrid Crank-Nicolson/ Runge-Kutta method for time discretization.We estimated the blow-up time by analyzing the evolution of enstrophy (H1 seminorm) and the width of the analyticity strip. Our findings in the deterministic case highlighted the interplay between dissipative and nonlinear components, leading to distinct dynamics and the formation of shocks and finite-time singularities. In the second part of our study, we explored the fractional Burgers equation under the influence of linear multiplicative noise. To tackle this problem, we employed the Milstein Monte Carlo approach to approximate stochastic effects. Our statistical analysis of stochastic solutions for various noise magnitudes showed that as noise amplitude increases, the distribution of blow-up times becomes more non-Gaussian. Specifically, higher noise levels result in extended mean blow-up time and increase its variability, indicating a regularizing effect of multiplicative noise on the solution. This highlights the crucial role of stochastic perturbations in influencing the behavior of singularities in such systems. Although the trends are rather weak, they nevertheless are consistent with the predictions of the theorem of [41]. However, there is no evidence for a complete elimination of blow-up, which is probably due to the fact that the noise amplitudes considered were not sufficiently large. This highlights the crucial role of stochastic perturbations in influencing the behavior of singularities in such systems. / Thesis / Master of Science (MSc)

在這篇論文,我們考慮半線性微分方程式的初始邊界值問題之解u,的存在性,唯一性,和他的行為. (i) t^{-sigma}u''(t)=r_1u(t)^p+r_2u(t)^p(u'(t))^2, u(1)=u_0,u'(1)=u_1, 其中 p>1 為常數. 對t≥1,sigma>0,p>1 為偶數,r_1>0,r_2>0,u_0>0,u_1>0. 我們得到以下的結果.

回顧一個重要的非線性二階方程式 d/dt(t^p(du/dt))+(-)t^(sigma)u^n=0, 這個方程式有許多有趣的物理應用，以Emden方程式的形式發生在天體物理學中；也以Fermi-Thomas方程式的形式出現在原子物理內。對於此類型的非線性方程式可以用來更頻繁且深入的探討數學物理，雖然目前仍存在著些許不確定性，不過如果在未來能有更全面的了解，這將有助於用來決定物理解的性質。 在這篇論文當中，我們討論微分方程式 t^2u"=u^p，p屬於N-{1}, 其正解的性質。這個方程式是著名的 Emden-Fowler 方程式的一種特殊情形， 我們可以得到其解的一些有趣的現象及結果。 / Recall the important nonlinear second-order equation d/dt(t^p(du/dt))+(-)t^(sigma)u^n=0, this equation has several interesting physical applications, occurring in astrophysics in the form of the Emden equation and in atomic physics in the form of the Fermi-Thomas equation. These seems a little doubt that nonlinear equations of this type would enter with greater frequency into mathematical physics, were it more widely known with what ease the properties of the physical solutions can be determined. In this paper we discuss the property of positive solution of the ordinary differential equation t^2u"=u^p, p belongs to N-{1}, this equation is a special case of the well-known Emden-Fowler equation, we obtain some interesting phenomena and resulits for solutions.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux équations différentielles fractionnaires. Nous avons commencé par l'étude d'une équation différentielle fractionnaire en temps. Ensuite, nous avons étudié trois systèmes fractionnaires non linéaires ; le premier avec un Laplacien fractionnaire et les autres avec une dérivée fractionnaire en temps définie au sens de Caputo. Dans le premier chapitre, nous avons établi les propriétés qualitatives de la solution d'une équation différentielle fractionnaire en temps qui modélise l'évolution d'une certaine espèce. Plus précisément, l'existence et l'unicité de la solution globale sont démontrées pour certaines valeurs de la condition initiale. Dans ce cas, nous avons obtenu le comportement asymptotique de la solution en t^α. Sous une autre condition sur la donnée initiale, la solution explose en temps fini. Le profil de la solution et l'estimation du temps d'explosion sont établis et une confirmation numérique de ces résultats est présentée. Les chapitres 4, 5 et 6 sont consacrés à l'étude théorique de trois systèmes fractionnaires : un système de la diffusion anormale qui décrit la propagation d'une épidémie infectieuse de type SIR dans une population confinée, le Brusselator avec une dérivée fractionnaire en temps et un système fractionnaire en temps avec une loi de balance. Pour chaque système, on présente l'existence globale et le comportement asymptotique des solutions. L'existence et l'unicité de la solution locale pour les trois systèmes sont obtenues par le théorème de point fixe de Banach. Cependant, le comportement asymptotique est établi par des techniques différentes : le comportement asymptotique de la solution du premier système est démontré en se basant sur les estimations du semi-groupe et le théorème d'injection de Sobolev. Concernant le Brusselator fractionnaire, la technique utilisée s'appuie sur un argument de feedback. Finalement, un résultat de régularité maximale est utilisé pour l'étude du dernier système. / In this thesis, we are interested in fractional differential equations. We begin by studying a time fractional differential equation. Then we study three fractional nonlinear systems ; the first system contains a fractional Laplacian, while the others contain a time fractional derivative in the sense of Caputo. In the second chapter, we establish the qualitative properties of the solution of a time fractional equation which describes the evolution of certain species. The existence and uniqueness of the global solution are proved for certain values of the initial condition. In this case, the asymptotic behavior of the solution is dominated by t^α. Under another condition, the solution blows-up in a finite time. The solution profile and the blow-up time estimate are established and a numerical confirmation of these results is presented. The chapters 4, 5 and 6 are dedicated to the study of three fractional systems : an anomalous diffusion system which describes the propagation of an infectious disease in a confined population with a SIR type, the time fractional Brusselator and a time fractional reaction-diffusion system with a balance law. The study includes the global existence and the asymptotic behavior. The existence and uniqueness of the local solution for the three systems are obtained by the Banach fixed point theorem. However, the asymptotic behavior is investigated by different techniques. For the first system our results are proved using semi-group estimates and the Sobolev embedding theorem. Concerned the time fractional Brusselator, the used technique is based on an argument of feedback. Finally, a maximal regularity result is used for the last system.

Notre objectif dans cette thèse est l'étude des équations différentielles non linéaires comportant des dérivées fractionnaires en temps et/ou en espace. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l'étude de deux systèmes non linéaires d'équations différentielles fractionnaires en temps et/ou en espace, puis à l'étude d'une équation différentielle fractionnaire en temps. Plus exactement pour la première partie, les questions concernant l'existence globale et le comportement asymptotique des solutions d'un système non linéaire d'équations différentielles comportant des dérivées fractionnaires en temps et en espace sont élucidées. Les techniques utilisées reposent sur des estimations obtenues pour les solutions fondamentales et la comparaison de certaines inégalités fractionnaires. Toujours dans la première partie, l'étude d'un système non linéaire d'équations de réaction-diffusion avec des dérivées fractionnaires en espace est abordée. L'existence locale et l'unicité des solutions sont prouvées à l'aide du théorème du point fixe de Banach. Nous montrons que les solutions sont bornées et analysons leur comportement à l'infini. La deuxième partie est consacrée à l'étude d'une équation différentielle fractionnaire non linéaire. Sous certaines conditions sur la donnée initiale, nous montrons que la solution est globale alors que sous d'autres, elle explose en temps fini. Dans ce dernier cas, nous donnons son profil ainsi que des estimations bilatérales du temps d'explosion. Alors que pour la solution globale nous étudions son comportement asymptotique. / Our objective in this thesis is the study of nonlinear differential equations involving fractional derivatives in time and/or in space. First, we are interested in the study of two nonlinear time and/or space fractional systems. Our second interest is devoted to the analysis of a time fractional differential equation. More exactly for the first part, the question concerning the global existence and the asymptotic behavior of a nonlinear system of differential equations involving time and space fractional derivatives is addressed. The used techniques rest on estimates obtained for the fundamental solutions and the comparison of some fractional inequalities. In addition, we study a nonlinear system of reaction-diffusion equations with space fractional derivatives. The local existence and the uniqueness of the solutions are proved using the Banach fixed point theorem. We show that the solutions are bounded and analyze their large time behavior. The second part is dedicated to the study of a nonlinear time fractional differential equation. Under some conditions on the initial data, we show that the solution is global while under others, it blows-up in a finite time. In this case, we give its profile as well as bilateral estimates of the blow-up time. While for the global solution we study its asymptotic behavior.