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On s'intéresse dans ce travail aux automates cellulaires unidimensionnels qui ont été largement étudiés mais où il reste beaucoup à faire. La théorie spectrale des automates cellulaires a notamment été peu abordée à l'exception de quelques résultats indirects. On cherche a mieux comprendre les cadres topologiques et ergodiques en étudiant l'existence de valeurs propres en particulier celles irrationnelles c'est à dire de la forme e^{2Iπα} où α est un irrationnel et I la racine carrée de l'unité. Cette question ne semble pas avoir été abordée jusqu'à présent. Dans le cadre topologique les résultats sur l'équicontinuité de Kůrka et Blanchard et Tisseur permettent de déduire directement que tout automate cellulaire équicontinu possède des valeurs propres topologiques rationnelles. La densité des points périodiques pour le décalage empêche l'existence de valeurs propres topologiques irrationnelles. La densité des points périodiques pour l'automate cellulaire semble être liée à la question des valeurs propres. Dans le cadre topologique, si l'automate cellulaire possède des points d'équicontinuité sans être équicontinu, la densité des points périodiques a comme conséquence le fait que le spectre représente l'ensemble des racines rationnelles de l'unité c'est à dire tous les nombres de la forme e^{2Iπα} avec α∈Q .Dans le cadre mesuré, la question devient plus difficile, on s'intéresse à la dynamique des automates cellulaires surjectifs pour lesquels la mesure uniforme est invariante en vertu du théorème de Hedlund. La plupart des résultats obtenus demeurent valable dans un cadre plus large. Nous commençons par montrer que les automates cellulaires ayant des points d'équicontinuité ne possèdent pas de valeurs propres mesurables irrationnelles. Ce résultat se généralise aux automates cellulaires possédant des points μ-équicontinu selon la définition de Gilman. Nous démontrons finalement que les automates cellulaires possédant des points μ-équicontinu selon la définition de Gilman possèdent des valeurs propres rationnelles / We investigate properties of one-dimensional cellular automata. This category of cellular automata has been widely studied but many questions are still open. Among them the spectral theory of unidimensional cellular automata is an open field with few indirect results. We want a better understanding of both ergodic and topological aspect by investigating the existence of eigenvalues of cellular automata, in particular irrational ones, i.e., those of the form e^{2Iπα} where α is irrationnal and I the complex root of -1. The last question seems not to have been studied yet.In the topological field the results of Kůrka & Blanchard and Tisseur about equicontinuous cellular automata have as direct consequence that any equicontinuous CA has rational eigenvalues. Density of shift periodic points leads to the impossibility for CA to have topological irrational eigenvalues. The density of periodic points of cellular automata seems to be related with the question of eignevalues. If the CA has equicontinuity points without being equicontinuous, the density of periodic points implies the fact that the spectrum contains all rational roots of the unity, i.e., all numbers of the form e^{2Iπα} with α∈Q .In the measurable field the question becomes harder. We assume that the cellular automaton is surjective, which implies that the uniform measure is invariant. Most results are still available in more general conditions. We first prove that cellular automata with equicontinuity points never have irrational measurable eigenvalues. This result is then generalized to cellular automata with μ-equicontinuous points according to Gilman's classification. We also prove that cellular automata with μ-equicontinuous points have rational eigenvalues

Dans ce mémoire, nous étudions l'entropie des systèmes dynamiques différentiables définis sur des variétés riemanniennes non compactes. Dans un premier temps, nous éclaircissons les liens entre différentes notions d'entropie dans ce cadre non compact. Ensuite, nous utilisons ces premiers résultats pour y étudier la validité de l'inégalité de Ruelle. Rappelons ici que cette inégalité, pour des difféomorphismes de variétés riemanniennes compactes, nous dit que l'entropie est majorée par la somme des exposants de Lyapounov positifs. Nous montrons que, lorsque nous enlevons l'hypothèse de compacité, l'inégalité de Ruelle n'est pas toujours satisfaite. Nous obtenons ce résultat en construisant une famille explicite de contre-exemples. En revanche, nous montrons, dans le cas d'un difféomorphisme de comportement asymptotique linéaire, ou du flot géodésique sur le fibré unitaire tangent d'une variété riemannienne à courbure négative, que l'inégalité de Ruelle est toujours satisfaite. Pour finir, nous nous intéressons au problème de la perte possible de masse d'une suite de mesures de probabilité d'une variété riemannienne non compacte. Dans le cas du flot géodésique, nous montrons que l'entropie permet de contrôler la masse d'une limite vague de mesures de probabilité invariantes par le flot pour une classe particulière de variétés géométriquement finies. Plus précisément, nous montrons qu'une suite de mesures d'entropie assez grande ne peut pas perdre la totalité de sa masse. De plus, le minorant optimal de l'entropie dans ce résultat est lié à la géométrie de la partie non compacte de la variété: c'est l'exposant critique maximal des sous-groupes paraboliques du groupe fondamental. / In this work, we study the entropy of smooth dynamical systems defined on non compact Riemannian manifolds. First, we clarify some relations between different notions of entropy in this setting. Second, we use these first results in order to study the validity of Ruelle's inequality. This inequality, for diffeomorphisms defined on compact Riemannian manifolds, says that the measure-theoretic entropy is bounded from above by the sum of the positive Lyapunov exponents. We show that without the compactness assumption, Ruelle's inequality is not always satisfied. We obtain this result by constructing an explicit family of counterexamples. On the other hand, we prove, in the case of diffeomorphisms with linear asymptotic behavior, or that one of the geodesic flow on the unit tangent bundle of a Riemannian manifold with negative curvature, that Ruelle's inequality is always satisfied. Finally, we are interested in the problem of the possible escape of mass of a sequence of probability measures on a non compact Riemannian manifold. In the case of the geodesic flow, we show that the entropy allows to control the mass of a weak$^\ast$-limit of a sequence of probability measures, on the unit tangent bundle of a particular class of geometrically finite manifolds, which are also invariant by the flow. More precisely, we show that a sequence of measures with large enough entropy cannot lose the whole mass. Moreover, the optimal lower bound of the entropy in this result is related to the geometry of the non compact part of the manifold: it is the maximal critical exponent of the parabolic subgroups of the fundamental group.

Given a probability space, we analyze the uncertainty, that is, the amount of information of a finite system, by studying the entropy of the system. We also extend the concept of entropy to a dynamical system by introducing a measure preserving transformation on a probability space. After showing some theorems and applications of entropy theory, we study the concept of ergodicity, which helps us to further analyze the information of the system.

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Linear digital signal processing based around linear, time-invariant systems theory finds substantial application in speech processing. The linear acoustic source-filter theory of speech production provides ready biomechanical justification for using linear techniques. Nonetheless, biomechanical studies surveyed in this thesis display significant nonlinearity and non-Gaussinity, casting doubt on the linear model of speech production. In order therefore to test the appropriateness of linear systems assumptions for speech production, surrogate data techniques can be used. This study uncovers systematic flaws in the design and use of exiting surrogate data techniques, and, by making novel improvements, develops a more reliable technique. Collating the largest set of speech signals to-date compatible with this new technique, this study next demonstrates that the linear assumptions are not appropriate for all speech signals. Detailed analysis shows that while vowel production from healthy subjects cannot be explained within the linear assumptions, consonants can. Linear assumptions also fail for most vowel production by pathological subjects with voice disorders. Combining this new empirical evidence with information from biomechanical studies concludes that the most parsimonious model for speech production, explaining all these findings in one unified set of mathematical assumptions, is a stochastic nonlinear, non-Gaussian model, which subsumes both Gaussian linear and deterministic nonlinear models. As a case study, to demonstrate the engineering value of nonlinear signal processing techniques based upon the proposed biomechanically-informed, unified model, the study investigates the biomedical engineering application of disordered voice measurement. A new state space recurrence measure is devised and combined with an existing measure of the fractal scaling properties of stochastic signals. Using a simple pattern classifier these two measures outperform all combinations of linear methods for the detection of voice disorders on a large database of pathological and healthy vowels, making explicit the effectiveness of such biomechanically-informed, nonlinear signal processing techniques.

Dans ce mémoire, nous étudions les propriétés génériques satisfaites par des mesures invariantes par l’action du flot géodésique {∅t}t∈R sur des variétés M non compactes de courbure sectionnelle négative pincée. Nous nous intéressons dans un premier temps au cas des variétés hyperboliques. L’existence d’une représentation symbolique du flot géodésique pour les variétés hyperboliques convexes cocompactes ainsi que la propriété de mélange topologique du flot géodésique nous permet de démontrer que l’ensemble des mesures de probabilité ∅t−invariantes, faiblement mélangeantes est résiduel dans l’ensemble M1 des mesures de probabilité invariantes par l’action du flot géodésique. Si nous supposons que la courbure de M est variable, nous ignorons si le flot géodésique est topologiquement mélangeant. Ainsi les méthodes utilisées précédemment ne peuvent plus s’adapter à notre situation. Afin de généraliser le résultat précédent, nous faisons appel à des outils issus du formalisme thermodynamique développés récemment par F.Paulin, M.Pollicott et B.Schapira. Plus précisément, la démonstration de notre résultat repose sur la possibilité de construire, pour toute orbite périodique Op une suite de mesures de Gibbs mélangeantes, finies, convergeant faiblement vers la mesure de Dirac supportée sur Op. Nous montrons que ce fait est possible lorsque M est géométriquement finie. Dans le cas contraire, il n’existe pas d’exemple de variétés géométriquement infinies possédant une mesure de Gibbs finie. Cependant, nous conjecturons que ce fait est possible pour toute variété M. Afin de supporter cette affirmation, nous démontrons dans la dernière partie de ce manuscrit un critère de finitude pour les mesures de Gibbs. / In this work, we study the properties satisfied by the probability measures invariant by the geodesic flow {∅t}t∈R on non compact manifolds M with pinched negative sectional curvature. First, we restrict our study to hyperbolic manifolds. In this case, ∅t is topologically mixing in restriction to its non-wandering set. Moreover, if M is convex cocompact, there exists a symbolic representation of the geodesic flow which allows us to prove that the set of ∅t-invariant, weakly-mixing probability measures is a dense Gδ−set in the set M1 of probability measures invariant by the geodesic flow. The question of the topological mixing of the geodesic flow is still open when the curvature of M is non constant. So the methods used on hyperbolic manifolds do not apply on manifolds with variable curvature. To generalize the previous result, we use thermodynamics tools developed recently by F.Paulin, M.Pollicott et B.Schapira. More precisely, the proof of our result relies on our capacity of constructing, for all periodic orbits Op a sequence of mixing and finite Gibbs measures converging to the Dirac measure supported on Op. We will show that such a construction is possible when M is geometrically finite. If it is not, there are no examples of geometrically infinite manifolds with a finite Gibbs measure. We conjecture that it is always possible to construct a finite Gibbs measure on a pinched negatively curved manifold. To support this conjecture, we prove a finiteness criterion for Gibbs measures.

We prove existence of Equilibrium states, including measures of maximal entropy, for a robust (open) class of expanding and non-uniformly expanding maps on compact and connect manifolds / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Provaremos a existência de Estados de equilíbrio, incluindo medidas de entropia máxima, para uma classe robusta (aberta) de transformações expansoras e nãouniformemente expansoras sobre uma variedade compacta e conexa.

Dans cette thèse, on s'intéresse à la théorie mesurée des groupes, à l'entropie sofique et aux algèbres d'opérateurs ; plus précisément, on étudie les actions des groupes sur des espaces de probabilités, des propriétés fondamentales de leur entropie sofique (pour des groupes discrets), leurs groupes pleins (pour des groupes Polonais), et les algèbres de von Neumann et leurs sous-algèbres moyennables (pour des groupes à caractère hyperbolique et des réseaux de groupes de Lie). Cette thèse est constituée de trois parties.Dans une première partie j'étudie l'entropie sofique des actions profinies. L'entropie sofique est un invariant des actions mesurées des groupes sofiques défini par L. Bowen qui généralise la notion d'entropie introduite par Kolmogorov. La définition d'entropie sofique nécessite de fixer une approximation sofique du groupe. Nous montrons que l'entropie sofique des actions profinies est effectivement dépendante de l'approximation sofique choisie dans le cas des groupes libres et certains réseaux de groupes de Lie.La deuxième partie est un travail en collaboration avec François Le Maître. Elle est constituée d'un article prépublié dans lequel nous généralisons la notion de groupe plein aux actions préservant une mesure de probabilité des groupes polonais, et en particulier, des groupes localement compacts. On définit une topologie polonaise sur ces groupes pleins et on étudie leurs propriétés topologiques fondamentales, notamment leur rang topologique et la densité des éléments apériodiques.La troisième partie est un travail en collaboration avec Rémi Boutonnet. Elle est constituée de deux articles prépubliés dans lesquels nous considérons la question de la maximalité de la sous-algèbre de von Neumann d'un sous-groupe moyennable maximal, dans celle du groupe ambiant. Nous résolvons la question dans le cas des groupes à caractère hyperbolique en utilisant les techniques de Sorin Popa. Puis, nous introduisons un critère dynamique à la Furstenberg, permettant de résoudre la question pour des sous-groupes moyennables de réseaux des groupes de Lie en rang supérieur. / This dissertation is about measured group theory, sofic entropy and operator algebras. More precisely, we will study actions of groups on probability spaces, some fundamental properties of their sofic entropy (for countable groups), their full groups (for Polish groups) and the amenable subalgebras of von Neumann algebras associated with hyperbolic groups and lattices of Lie groups. This dissertation is composed of three parts.The first part is devoted to the study of sofic entropy of profinite actions. Sofic entropy is an invariant for actions of sofic groups defined by L. Bowen that generalize Kolmogorov's entropy. The definition of sofic entropy makes use of a fixed sofic approximation of the group. We will show that the sofic entropy of profinite actions does depend on the chosen sofic approximation for free groups and some lattices of Lie groups. The second part is based on a joint work with François Le Maître. The content of this part is based on a prepublication in which we generalize the notion of full group to probability measure preserving actions of Polish groups, and in particular, of locally compact groups. We define a Polish topology on these full groups and we study their basic topological properties, such as the topological rank and the density of aperiodic elements. The third part is based on a joint work with Rémi Boutonnet. The content of this part is based on two prepublications in which we try to understand when the von Neumann algebra of a maximal amenable subgroup of a countable group is itself maximal amenable. We solve the question for hyperbolic and relatively hyperbolic groups using techniques due to Popa. With different techniques, we will then present a dynamical criterion which allow us to answer the question for some amenable subgroups of lattices of Lie groups of higher rank.

L'objet de cette thèse est l'étude de la propriété (T) relative à l'espace (ou rigidité au sens de Popa) d'actions de groupes dénombrables sur des espaces de probabilité standards préservant une mesure de probabilité (pmp). Ces dix dernières années, la propriété (T) relative à l'espace a permis de résoudre de nombreux problèmes dans le cadre de la théorie ergodique des actions de groupes et des algèbres de von Neumann. Néanmoins, certains aspects théoriques de cette notion restent largement mystérieux. Une question encore ouverte consiste à déterminer les groupes admettant une action libre ergodique pmp ayant la propriété (T) relative à l'espace. Nous montrons dans cette thèse que les groupes de type fini non-moyennables linéaires sur un corps de caractéristique nulle admettent une action ergodique pmp possédant cette propriété. Si le groupe est à radical résoluble trivial, l'action que nous construisons est aussi libre.Pour ce faire, nous commençons par étudier la stabilité de la propriété (T) relative à l'espace vis-à-vis de différentes constructions d'actions pmp  : produit, restriction, co-induction, induction. Puis, nous donnons une caractérisation de la propriété (T) relative à l'espace dans le cas d'actions pmp sur un espace homogène G/Λ de groupe de Lie p-adique d'un sous-groupe dénombrable Γ du groupe des transformations affines de G stabilisant le réseau Λ. L'action de Γ sur G/Λ a la propriété (T) relative à l'espace si et seulement s'il n'existe pas de mesure de probabilité Γ-invariante sur l'espace projectif de l'algèbre de Lie de G. Par ailleurs, nous étudions le cas d'actions de groupes par automorphismes sur des nilvariétés définies par des graphes finis. / The purpose of this thesis is to study the Kazhdan's property (T) relative to the space (also called rigidity in the sense of Popa) of probability measure preserving actions of countable groups on standard probability measure spaces (p.m.p.).This last decade, some problems in the theory of ergodic theory and von Neumann algebras were solved using the property (T) relative to the space. However, the theoretical aspects of its study remain largely mysterious. An open question asks which groups admit a p.m.p. free and ergodic action which has the property (T) relative to the space. We show in this dissertation that every finitely-generated non-amenable linear groups over a field of characteristic zero admits a p.m.p. ergodic action which has this property. If this group has trivial solvable radical, we prove that these actions can be chosen to be free.In order to obtain these results, we start by investigating natural questions concerning the stability of the property (T) relative to the space through standard constructions : products, restriction, co-induction, induction. Then, we give a criterion for the property (T) relative to the space to hold in the case of p.m.p. actions on homogeneous space G/ Λ of a p-adic Lie group for a countable subgroup Γ of affine transformations of G stabilizing the lattice Λ. The action of Γ on G/Λ has the property (T) relative to the space if and only if the induced action of Γ on the projective space of the Lie algebra of G admits no invariant probability measure.Moreover, we study the case of actions by automorphims on nilvarietes defined by finite graphs.