Dans la première partie, on démontre des inégalités de Carleman pour des systèmes paraboliques. Au chapitre 1, on démontre des inégalités de stabilité pour un système parabolique 2 x 2 en utilisant des inégalités de Carleman avec une seule observation. Il s'agit d'un problème inverse pour l'identification des coefficients et les conditions initiales du système. Le chapitre2 est consacré aux inégalités de Carleman pour des systèmes paraboliques dont les coefficients de diffusion sont de classe C1 par morceaux ou à variations bornées. A la fin, on donne quelques applications à la contrôlabilité à zéro. La seconde partie est consacrée à l'étude d'un problème de diffraction d'ondes acoustiques dans un demi-plan homogène. Il s'agit d'un problème aux limites associé à l'équation de Helmholtz dans le demi-plan supérieur avec une donnée de Neumann non homogène au bord. On apporte des éléments de réponse sur la question d'unicité et d'existence des solutions pour certaines classes de la donnée au bord. / In the first part, we prove Carleman estimates for parabolic systems. In chapter1, we prove stability inequalities for 2 x 2 parabolic system using Carleman estimates with one observation. It is concerns to the identification of the coefficients and initial conditions of the system. The chapter2 is devoted to th Carleman estimates of parabolic systems for which the diffusion coefficients are assumed to be ofclass piecewise C1 or with bounded variations. In the end, we give some applications to the null controllability. The second part is devoted to the study of the scattering problem of acoustics waves in a homogeneous half-plane. It is about a boundary value problem associated to the Helmholtz equation in theupper half-plane with a nonhomogeneous Neumann boundary data. We provide some answers to the question of uniqueness and existence of solutions for some classes of the boundary data.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Esta tese trata do controle nulo local de um problema de fronteira-livre para a equaÃÃo do calor semilinear 1D com controles distribuÃdos (apoiado localmente no espaÃo) ou controles de fronteira (atuando em x = 0). provamos que, se o tempo final T à fixado e o estado inicial à suficientemente pequeno, existe controles que dirigem o estado exatamente para descansar no tempo t = T. AlÃm disso, analisamos a controlabilidade nulo de um sistema nÃo-linear 1D que modela a interaÃÃo de um fluido e sua fronteira. O fluido à governado pela equaÃÃo de Burgers viscosa e os controles distribuÃdos. Por Ãltimo, vamos lidar com o sistema de Navier-Stokes e Boussinesq 3D, definido em um cubo. Neste contexto, provamos um resultado sobre a sua controlabilidade aproximada global por meio de controles de fronteira que atuam em alguma parte da faces do cubo. / This Thesis deals with the local null control of a free-boundary problem for the 1D semilinear heat equation with distributed controls (locally supported in space) or boundary controls (acting at x = 0). we prove that, if the final time T is fixed and the initial state is sufficiently small, there exists controls that drive the state exactly to rest at time t = T. Furthermore, we analyze the null controllability of a 1D nonlinear system which models the interaction of a fluid and its boundary. The fluid is governed by the viscous Burgers equation and the distributed controls. Lastly, we deal with the 3D Navier-Stokes and Boussinesq system, posed in a cube. In this context, we prove a result concerning its global approximate controllability by means of boundary controls which act in some part of cube faces.

Submitted by Leonardo Cavalcante (leo.ocavalcante@gmail.com) on 2018-05-03T14:55:18Z No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 864117 bytes, checksum: a54f5341fc1386510bbc10ef32cee483 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-03T14:55:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 864117 bytes, checksum: a54f5341fc1386510bbc10ef32cee483 (MD5) Previous issue date: 2017-07-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents Carleman estimates to a class of degenerate parabolic problems over a square (in the two dimensional case) or a bounded interval (in the one dimensional case). We consider a differential operator that degenerate only in a part of the boundary. Using semigroup theory, we prove well posedness results. Then, using suitables weight functions, we prove Carleman estimates and, as application, results on multi-objective controllability. / Neste trabalho apresentamos estimativas de Carleman para uma classe de problemas parabólicos degenerados sobre um quadrado (no caso bidimensional) ou sobre um intervalo limitado (no caso unidimensional). Consideramos um operador diferencial que degenera apenas em uma parte da fronteira. Provamos resultados de existência, unicidade e estimativas de energia via teoria do semigrupo. Em seguida usamos funções peso adequadas para obter estimativas de Carleman e, como aplicações, resultados de controlabilidade multi-objetivo.

Dans la première partie de ce mémoire, on s’attache à l’obtention d’Inégalités de Carleman elliptiques pour des opérateurs d’ordre deux au bord pour des conditions dites de Ventcel. Dans une seconde partie, on démontre une Inégalité adaptée aux multi-interfaces, pour des opérateurs elliptiques d’ordre quelconque, sous la condition classique de sous-ellipticité de Hörmander, ainsi que sous une condition de compatibilité entre les opérateurs sur la multi-interface et l’intérieur, dite de recouvrement. Cette condition généralise la condition de Lopatinskii. Enfin, dans une troisième partie, on s’intéresse à la contrôlabilté de l’équation de la chaleur et la stabilisation faible de l’équation des ondes dans des domaines polygonaux. / In the first part of this thesis, we derive elliptic Carleman estimates for second-order operators with Ventcel boundary conditions. In the second part, we prove a proper estimate near multi-interfaces for elliptic operatorsof any order, under the classical sub-ellipticity condition of Hörmander and under a compatibility condition between the operators in the interior and at the multi-interface, called the covering condition. This condition is a generalization of the well-known Lopatinskii condition. Finally, in the third part, we focus on controllability properties of the heat equation, and stabilization properties of the wave equation for polygonal domains, with mixed boundary conditions.

This thesis is concerned with the inverse problem of determining a unitary connection $A$ on a Hermitian vector bundle $E$ of rank $m$ over a compact Riemannian manifold $(M, g)$ from the Dirichlet-to-Neumann (DN) map $\Lambda_A$ of the associated connection Laplacian $d_A^*d_A$. The connection is to be determined up to a unitary gauge equivalence equal to the identity at the boundary. In our first approach to the problem, we restrict our attention to conformally transversally anisotropic (cylindrical) manifolds $M \Subset \mathbb{R}\times M_0$. Our strategy can be described as follows: we construct the special Complex Geometric Optics solutions oscillating in the vertical direction, that concentrate near geodesics and use their density in an integral identity to reduce the problem to a suitable $X$-ray transform on $M_0$. The construction is based on our proof of existence of Gaussian Beams on $M_0$, which are a family of smooth approximate solutions to $d_A^*d_Au = 0$ depending on a parameter $\tau \in \mathbb{R}$, bounded in $L^2$ norm and concentrating in measure along geodesics when $\tau \to \infty$, whereas the small remainder (that makes the solution exact) can be shown to exist by using suitable Carleman estimates. In the case $m = 1$, we prove the recovery of the connection given the injectivity of the $X$-ray transform on $0$ and $1$-forms on $M_0$. For $m > 1$ and $M_0$ simple we reduce the problem to a certain two dimensional $\textit{new non-abelian ray transform}$. In our second approach, we assume that the connection $A$ is a $\textit{Yang-Mills connection}$ and no additional assumption on $M$. We construct a global gauge for $A$ (possibly singular at some points) that ties well with the DN map and in which the Yang-Mills equations become elliptic. By using the unique continuation property for elliptic systems and the fact that the singular set is suitably small, we are able to propagate the gauges globally. For the case $m = 1$ we are able to reconstruct the connection, whereas for $m > 1$ we are forced to make the technical assumption that $(M, g)$ is analytic in order to prove the recovery. Finally, in both approaches we are using the vital fact that is proved in this work: $\Lambda_A$ is a pseudodifferential operator of order $1$ acting on sections of $E|_{\partial M}$, whose full symbol determines the full Taylor expansion of $A$ at the boundary.

La présente thèse est divisée en deux parties. La première partie concerne l'analyse mathématique et la contrôlabilité exacte à zéro pour une catégorie de systèmes structurés décrivant la dynamique d'une population d'insectes. La seconde partie est consacrée à l'étude de la stabilité de la conductivité d'un système de réaction diffusion modélisant l'activité électrique du coeur.Dans le chapitre 2, on considère que la population d'adultes se diffuse dans la vignoble,la fonction de la croissance des individus à chaque stade dépend des variations climatiques et de la variété des raisins. En utilisant la méthode de point fixe, on obtient l'existence et l'unicité des solutions du modèle. On démontre ensuite l'existence d'un attracteur global pour le système dynamique. Enfin, on utilise la théorie des opérateurs compacts et le théorème de point fixe de Krasnoselskii pour prouver l'existence des états stationnaires.Dans le chapitre 3, on traite le problème de contrôlabilité exacte du modèle de Lobesia Botrana, lorsque la fonction de croissance est égale à 1. On suppose que les quatre sous-catégories de ce système sont dans une phase statique. On obtient que la population d'oeufs peut être contrôlée à zéro. Ce résultat est basé sur des estimations à priori combinées avec un théorème de point fixe.Lorsque les papillons adultes se dispersent spatialement, on introduit un contrôle sur la population d'oeufs, de larves et de femelles dans une petite région du vignoble. On montre alors la contrôlabilité exacte à zéro pour les femelles.Dans la deuxième partie de cette thèse, on analyse la stabilité des coefficients de diffusion d'un système parabolique qui modélise l'activité électrique du coeur. On établit une estimation de Carleman pour le système de réaction-diffusion. En combinant cette estimation avec des estimations d'énergie avec poids on obtient le résultat de stabilité. / This thesis is divided into two parts.One is mainly devoted to make a qualitative analysis and exact null controlfor a class of structured population dynamical systems, and the other concernsstability of conductivities in an inverse problem of a reaction-diffusion systemarising in electrocardiology.In the first part, we study the dynamics ofEuropean grape moth, which has caused serious damages on thevineyards in Europe,North Africa, and even some Asian countries.To model this grapevine insect, physiologically structured multistage population systems are proposed.These systemshave nonlocal boundary conditions arising in nonlocal transition processes in ecosystem.We consider the questions of spatial spread of the populationunder physiological age and stage structures,and show global dynamical properties for the model.Furthermore, we investigate the control problem for this Lobesia botrana modelwhen the growth function is equal to $1$.For the case that four subclasses of this system are all in static station,we conclude that the population of eggs can be controlled to zero at acertain moment by acting on eggs.While the adult moths can disperse,we describe a control by a removal of egg and larvapopulation, and also on female moths in a small region of the vineyard.Then the null controllability for female mothsin a nonempty open sub-domain at a given time is obtained.In the second part, a reaction-diffusion system approximating a parabolic-elliptic systemwas proposed tomodel electrical activity in the heart. We are interested inthe stability analysis of an inverse problem for this model.Then we use the method of Carleman estimates and certain weight energyestimatesfor the identification of diffusion coefficients for the parabolicsystem to draw the conclusion.

Dans cette thèse on s'intéresse à la contrôlabilité de deux classes de systèmes paraboliques linéaires.On caractérise dans un premier temps la contrôlabilité à zéro de systèmes à coefficients constants en dimension 1 lorsque les contrôles agissent sur différentes parties du domaine ou de sa frontière.On regarde ensuite avec le théorème de Fattorini la contrôlabilité frontière approchée de ces systèmes en dimension quelconque.On obtient notamment que les systèmes de 2 équations sont toujours contrôlables dans un rectangle si la zone de contrôle contient 2 directions.Dans un autre travail sur les systèmes à coefficients constants, on obtient une estimation du coût du contrôle frontière à zéro en dimension 1.On utilise ce résultat pour montrer que la contrôlabilité frontière à zéro dans des domaines cylindrique est réduite à la contrôlabilité frontière à zéro en dimension 1.On étudie ensuite la contrôlabilité approchée de systèmes en cascade avec un couplage d'ordre 1.On prouve que la contrôlabilité interne avec un couplage constant à toujours lieu, quel que soit la dimension et la zone de contrôle.On établit d'autre part une caractérisation de la contrôlabilité frontière en dimension 1 avec un couplage variable.Enfin, dans une dernière partie on s'intéresse à la contrôlabilité interne approchée de systèmes en cascade à coefficients variables en dimension 1.On montre qu'on est ramené à établir une caractérisation de la propriété de continuation unique pour une équation elliptique non-homogène.A l'aide de la caractérisation alors obtenue on montre en particulier comment la géométrie de la zone de contrôle peut influencer la contrôlabilité des systèmes. / This thesis focuses on the controllability of two classes of linear parabolic systems.We start with a caracterization of the null-controllability of systems with constant coefficients in dimension 1 where the controls are acting on different parts of the domain or its boundary.With the help of the theorem of Fattorini we then look at the boundary approximate controllability of these systems in any dimension.We show that a system of 2 equations is always approximately controllable on a rectangle if we assume that the control domain contains 2 directions.In another work on the systems with constant coefficients, we obtain an estimate of the boundary null-control cost in dimension 1.We then use this result to show that the boundary null-controllability in cylindrical domains is reduced to the boundary null-controllability in dimension 1.We then study the approximate controllability of cascade systems with a first order coupling term.We prove the distributed controllability when the coupling is constant, whatever the dimension and control domain are.On the other hand, we establish a caracterisation of the boundary controllability in dimension 1 for space-dependent couplings.Last, we investigate the distributed approximate controllability of cascade systems with space-dependent coefficients in dimension 1.Using the theorem of Fattorini and the structure of the systems under study we are lead to characterize the unique continuation property for a non-homogeneous elliptic equation.With the help of the caracterization then obtained we show in particular how the geometry of the control domain can affect the controllability properties of systems.