Dans cette thèse, j'ai tenté d'obtenir des informations sur la dynamique des feuilletages transversalement holomorphes par une approche probabiliste: le mouvement brownien. J'obtiens principalement deux résultats: le premier dit que, dans un feuilletage transversalement holomorphe minimalisable de codimension un complexe, presque tout point du bord (topologique) d'une composante connexe F de l'ensemble de Fatou est un point d'accumulation de toutes les feuilles de F. Le second résultat concerne les feuilletages de Riccati du plan projectif complexe: tout germe d'holonomie d'un tel feuilletage entre deux droites projectives complexes se prolonge le long de presque toute trajectoire brownienne.

L’objet de cette thèse est d’établir des théorèmes limites locaux pour des marches aléatoires réfléchies sur N. La théorie des fluctuations des marches aléatoires et la factorisation de Wiener- Hopf y jouent un rôle important. On développera dans la première partie une approche classique que l’on appliquera à l’étude des marches aléatoires sur R+ avec réflexions non élastiques en 0. Dans la deuxième partie, on explicitera une méthode différente qui fait intervenir des outils algébriques, d’analyse complexe et des techniques de factorisation utilisant de manière essentielle les fonctions génératrices. Cette approche a été développée il y a une cinquantaine d’année pour l’étude de marches de Markov, elle sera présentée dans cette partie dans le cas des marches aléatoires à pas i.i.d. où un certain nombre de simplifications apparaissent et sera ensuite utilisée pour étudier les marches aléatoires sur N avec réflexions élastiques ou non élastiques en zéro. Finalement, dans la dernière partie, nous mettons en place les outils nécessaires pour établir une factorisation de Wiener-Hopf dans un cadre markovien afin d’étudier les fluctuations des marches de Markov sur Z; nous reprenons des travaux anciens dont les démonstrations méritaient d’être détaillées, l’objectif à moyen terme étant d’appliquer les méthodes algébriques décrites ci-dessus pour l’étude de marches de Markov réfléchies sur N. / The purpose of this thesis is to establish some local limit theorems for reflected random walks on N. The fluctuations theory and the Wiener-Hopf factorization play a crucial role. We will develop in the first part a classical approach that we will apply to the study of random walks on R+ with non-elastic reflections at zero. In the second part, we will explicit a different method which involves algebraic tools, complex analysis and factorization techniques, using in an essential way generating functions. These approach was developed 50 years ago to cover Markov walks, it will be presented in this part in the case of random walks with i.i.d jumps where many simplifications appear and will be then used to study random walks on N with either elastic or non-elastic reflections at zero. Finally, in the last part, we will introduce the useful tools to establish a Wiener-Hopf factorization in a markovian framework in order to study the fluctuations of Markov walks on Z. We investigate some previous work, especially some proofs that warranted to be more detailed, with a mediumterm objective of applying the algebraic tools described above to study reflected Markov walks on N.

Nous étudions le modèle de la marche aléatoire branchante. Nous obtenons d'abord des résultats concernant le processus ponctuel formé par les particules extrémales, résolvant ainsi une conjecture de Brunet et Derrida 2010 [36]. Ensuite, nous établissons la dérivée au point critique de la limite des martingales additives complétant ainsi l'étude initiée par Biggins [23]. Ces deux travaux reposent sur les techniques modernes de décompositions épinales de la marche aléatoire branchante, originairement développées par Chauvin, Rouault et Wakolbinger [41], Lyons, Pemantle et Peres [74], Lyons [73] et Biggins et Kyprianou [24]. Le dernier chapitre de la thèse porte sur un champ Gaussien log-correle introduit par Kahane 1985 [61]. Via de récents travaux comme ceux de Allez, Rhodes et Vargas [11], Duplantier, Rhodes, Sheeld et Vargas [46] [47], ce modèle a connu un important regain d'intérêt. La construction du chaos multiplicatif Gaussien dans le cas critique a notamment été prouvée dans [46]. S'inspirant des techniques utilisées pour la marche aléatoire branchante nous résolvons une conjecture de [46] concernant le maximum de ce champ Gaussien. / We study the model of the branching random walk. First we obtain some results concerning thepoint process formed by the extremal particles, proving a Brunet and Derrida's conjecture [36] as well. Thenwe establish the derivative of the additive martingale limit at the critical point, completing the study initiatedby Biggins [23]. These two works rely on the spinal decomposition of the branching random walk, originallyintroduced by Chauvin, Rouault and Wakolbinger [41], Lyons, Pemantle and Peres [74], Lyons [73] and Bigginsand Kyprianou [24].The last chapter of the thesis deals with a log-correlated Gaussian field introduced by Kahane [61]. Thismodel was recently revived in particular by Allez, Rhodes and Vargas [11], and Duplantier, Rhodes, Shefield andVargas [46] [47]. Inspired by the techniques used for branching random walk we solved a conjecture of Duplantier,Rhodes, Shefield and Vargas [46], on the maximum of this Gaussian field.

Cette thèse étudie la moyennabilité et la propriété de Liouville des groupes pleins-topologiques des systèmes de Cantor, des groupes d'échanges d'intervalles, et des groupes agissants sur les arbres enracinés. Dans le Chapitre 2, nous obtenons les premiers exemples de groupes simples, infinis, de type fini, tels que le bord de Poisson de toute marche aléatoire simple est trivial (la propriété de Liouville). Ces exemples sont des sous-groupes dérivés de groupes pleins topologiques d'une famille de sous-décalages minimaux. Nous montrons que si la complexité d'un sous-décalage (pas nécessairement minimal) est strictement sous-quadratique, toute mesure de probabilité symétrique de support fini sur le groupe plein-topologique est d'entropie asymptotique nulle. Dans le Chapitre 3, nous exhibons une famille de groupes pleins-topologiques de sous-décalages minimaux qui contiennent les groupes de Grigorchuk G_ω comme sous-groupes. Cette construction montre que le groupe plein-topologique d'un sous-décalage minimal peut avoir des sous-groupes de croissance intermédiaire, en répondant à une question de Grigorchuk. Dans le Chapitre 4 (basé sur un travail en commun avec K. Juschenko, N. Monod, M. de la Salle) nous étudions les actions extensivement moyennables, une notion qui est un outil pour montrer la moyennabilité des groupes. Comme application, nous montrons la moyennabilité des groupes d'échanges d'intervalles dont les angles de translations ont rang rationnel au plus 2. Nous obtenons aussi une caractérisation "de type Kesten" de la moyennabilité extensive d'une action, et nous l'utilisons pour donner une preuve courte, purement probabiliste du fait que les actions récurrentes sont extensivement moyennables. Nous étudions aussi la propriété de Liouville pour les groupes d'échanges d'intervalles, et nous montrons qu'il existe des groupes d'échanges d'intervalles tels que toute mesure de support fini non dégénérée a un bord non trivial. Dans le Chapitre 5 (basé sur un travail en commun avec G. Amir, O. Angel, B. Virág) nous montrons que les groupes agissant sur les arbres enracinés par automorphismes bornés ont la propriété de Liouville. En particulier cela inclut les groupes engendrés par des automates d'activité bornée. / This thesis deals with the Liouville property and amenability of topological full groups of Cantor systems, groups of interval exchanges, and groups acting on rooted trees. In Chapter 2, we provide the first examples of finitely generated, infinite simple groups that have trivial Poisson-Furstenberg boundary for simple random walks (the Liouville property). These arise as the derived subgroup of the topological full groups of a family of minimal subshifts. We show that if the complexity of a (non necessarily minimal) subshift grows strictly subquadratically, every symmetric and finitely supported probability measure on the topological full group has vanishing asymptotic entropy. In Chapter 3, we exhibit a family of topological full groups of minimal subshifts that contain Grigorchuk groups G_ω as subgroups. This shows that the topological full group of a minimal subshift can have subgroups of intermediate growth, answering a question of Grigorchuk. In Chapter 4 (based on a joint work with K. Juschenko, N. Monod, M. de la Salle), we study various features of extensively amenable group actions, a notion which is a tool to prove amenability of groups. As an application, we prove amenability of groups of interval exchanges whose angular components have rational rank at most 2. We also obtain a "Kesten-like" characterisation of extensive amenability in terms of the inverted orbit and use it give a short, probabilistic proof of the fact that recurrent actions are extensively amenable. Finally we study the Liouville property for groups of interval exchanges, and show that there are groups of interval exchanges that admit no finitely supported measure with trivial boundary. In Chapter 5 (based on a joint work with G. Amir, O. Angel, B. Virág), we establish the Liouville property for all groups acting on rooted trees by bounded automorphisms. This includes in particular groups generated by bounded automata. This strengthens results by various authors about amenability of these groups, some of which are based on proving the Liouville property in some special cases.

Cette thèse porte sur le modèle de Hofstadter i.e., un électron qui se déplace sur un réseau carré couplé à un champ magnétique homogène et perpendiculaire au réseau. Son spectre en énergie est l'un des célèbres fractals de la physique quantique, connu sous le nom "le papillon de Hofstadter". Cette thèse consiste en deux parties principales: la première est l'étude du lien profond entre le modèle de Hofstadter et la distribution de l’aire algébrique entourée par les marches aléatoires sur un réseau carré bidimensionnel. La seconde partie se concentre sur les caractéristiques spécifiques du papillon de Hofstadter et l'étude de la largeur de bande du spectre. On a trouvé une formule exacte pour la trace de l'Hamiltonien de Hofstadter en termes des coefficients de Kreft, et également pour les moments supérieurs de la largeur de bande.Cette thèse est organisée comme suit. Dans le chapitre 1, on commence par la motivation de notre travail. Une introduction générale du modèle de Hofstadter ainsi que des marches aléatoires sera présentée. Dans le chapitre 2, on va montrer comment utiliser le lien entre les marches aléatoires et le modèle de Hofstadter. Une méthode de calcul de la fonction génératrice de l'aire algébrique entourée par les marches aléatoires planaires sera expliquée en détail. Dans le chapitre 3, on va présenter une autre méthode pour étudier ces questions en utilisant le point de vue "point spectrum traces" et retrouver la trace de Hofstadter complète. De plus, l'avantage de cette construction est qu'elle peut être généralisée au cas de "l'amost Mathieu opérateur". Dans le chapitre 4, on va introduire la méthode développée par D.J.Thouless pour le calcul de la largeur de bande du spectre de Hofstadter. En suivant la même logique, on va montrer comment généraliser la formule de la largeur de bande de Thouless à son n-ième moment, à définir plus précisément ultérieurement. / This thesis is about the Hofstadter model, i.e., a single electron moving on a two-dimensional lattice coupled to a perpendicular homogeneous magnetic field. Its spectrum is one of the famous fractals in quantum mechanics, known as the Hofstadter's butterfly. There are two main subjects in this thesis: the first is the study of the deep connection between the Hofstadter model and the distribution of the algebraic area enclosed by two-dimensional random walks. The second focuses on the distinctive features of the Hofstadter's butterfly and the study of the bandwidth of the spectrum. We found an exact expression for the trace of the Hofstadter Hamiltonian in terms of the Kreft coefficients, and for the higher moments of the bandwidth.This thesis is organized as follows. In chapter 1, we begin with the motivation of our work and a general introduction to the Hofstadter model as well as to random walks will be presented. In chapter 2, we will show how to use the connection between random walks and the Hofstadter model. A method to calculate the generating function of the algebraic area distribution enclosed by planar random walks will be explained in details. In chapter 3, we will present another method to study these issues, by using the point spectrum traces to recover the full Hofstadter trace. Moreover, the advantage of this construction is that it can be generalized to the almost Mathieu operator. In chapter 4, we will introduce the method which was initially developed by D.J.Thouless to calculate the bandwidth of the Hofstadter spectrum. By following the same logic, I will show how to generalize the Thouless bandwidth formula to its n-th moment, to be more precisely defined later.

Cette thèse se situe à l'interface entre combinatoire et probabilités,et contribue à l'étude de différents modèles issus de la mécanique statistique : polymères, marches aléatoires inter-agissantes ou en milieu aléatoire, cartes aléatoires. Le premier modèle que nous étudions est une famille de mesures de probabilités sur les chemins auto-évitants de longueur infinie sur un réseau régulier, construites à partir de marches aléatoires biaisées sur l'arbre des chemins auto-évitants finis. Ces mesures, introduites par Beretti et Sokal, existent pour tout biais strictement supérieur à l'inverse de la constante de connectivité, et leur limite en ce biais critique serait l'un des définitions naturelles de la marche aléatoire uniforme en longueur infinie. Le but de ce travail, en collaboration avec Vincent Beffara, est de comprendre le lien entre cette limite, si elle existe, et d'autres chemins aléatoires notamment la mesure de Kesten (qui est la limite faible de la marche auto-évitante uniforme dans le demi-plan) et les interfaces de percolation de Bernoulli critique; d'une certaine façon le modèle constitue une interpolation entre les deux. Dans une deuxième partie, nous considérons des marches aléatoires en conductances aléatoires sur un arbre quelconque, dans le cas où la loi des conductances est à queue lourde. L’objectif de notre travail, en collaboration avec Andrea Collevecchio et Daniel Kious, est de montrer une transition de phase par rapport au paramètre de la queue; on exprime le paramètre critique comme une fonction explicite de l'arbre sous-jacent. Parallèlement, nous étudions des modèles de marches aléatoires excitées sur des arbres et leurs transitions de phase. En particulier, nous étendons une conjecture de Volkov et généralisons des résultats de Bas devant et Singh. Enfin, une troisième partie en collaboration avec Vincent Beffara et Benjamin Lévêque porte sur les cartes aléatoires en genre supérieur : nous montrons l'existence de limites d'échelle, le long de sous-suites, pour les triangulations simples uniformes sur le tore, étendant à ce cas les résultats d'Adario-Berri et Albenque (sur les triangulations simples de la sphère) et de Bettinelli (sur les quadrangulations du tore). La question de l'unicité de la limite et de son universalité restent ouvertes, mais nous obtenons des résultats partiels dans ce sens. / This thesis is at the interface between combinatorics and probability,and contributes to the study of a few models stemming from statisticalmechanics: polymers, self-interacting random walks and random walks inrandom environment, random maps.bigskipThe first model that we investigate is a one-parameter family ofprobability measures on self-avoiding paths of infinite length on aregular lattice, constructed from biased random walks on the tree offinite self-avoiding paths. These measures, initially introduced byBeretti and Sokal, exist for every bias larger than the inverseconnectivity constant, and their limit at the critical bias would beaamong the natural definitions of the uniform self-avoiding walk ofinfinite length. The aim of our work, in collaboration with VincentBeffara, is to understand the link between this limit, if it indeedexists, and other random infinite paths such as Kesten's measure(which is the weak limit of uniformly random finite self-avoidingwalks in the half-plane) and critical Bernoulli percolationinterfaces; the model can be seen as an interpolation between thesetwo.In a second part, we consider random walks with random conductances ona tree, in the case when the law of the conductances has heavy tail.Our aim, in collabration with Andrea Collevecchio and Daniel Kious, isto show a phase transition in the tail parameter; we express thecritical point as an explicit function of the underlying tree.In parallel, we study excited random walks on trees and their phasetransitions: we extend a conjecture of Volkov's and generalize resultsby Basdevant and Singh.Finally, a third part in collaboration with Vincent Beffara andBenjamin Lévêque contributes to the study of random maps of highergenus: we show the existence of subsequential scaling limits foruniformly random simple triangulations of the torus, extending to thatsetup fromer results by Adario-Berri and Albenque (on simpletriangulations of the sphere) and by Bettinelli (on quadrangulationsof the torus). The question of uniqueness and universality of thelimit remain open, but we obtain partial results in that direction.

Cette thèse présente une méthode de segmentation de modèles 3D en parties significatives ou fonctionnelles. La segmentation s’effectue par "transfert" d’une segmentation exemple : la segmentation d’un modèle est calculée en transférant les segments d’une segmentation exemple d’un objet appartenant à la même classe de modèles 3D. Pour ce faire, nous avons adapté et étendu la méthode de segmentation par les marches aléatoires et transformé notre problème en un problème de localisation et mise en correspondance de faces germes. Notre méthode comporte quatre étapes fondamentales : la mise en correspondance entre le modèle exemple et le modèle cible, la localisation automatique de germes sur le modèle cible pour initialiser les régions, le calcul des segments du modèle cible et l’amélioration de leurs frontières. En constatant que les critères de similarité diffèrent selon que les objets sont de type rigide (chaises, avions,…) ou de type articulé (humains, quadrupèdes,…), nous décomposons notre approche en deux. La première dédiée aux objets rigides, où la mise en correspondance est basée sur le calcul des transformations rigides afin d’aligner au mieux les parties significatives des deux objets comparés. La deuxième dédiée aux modèles articulés, où la mise en correspondance des parties fonctionnelles, présentant des variations de poses plus importantes, est basée sur des squelettes calculés via des diagrammes de Reeb. Nous montrons à travers des évaluations qualitatives et quantitatives que notre méthode obtient des résultats meilleurs que les techniques de segmentation individuelle et comparables aux techniques de co-segmentation avec un temps de calcul nettement inférieur. / In this dissertation, we present a new method to segment 3D models into their functional parts. The segmentation is performed by a transfer approach: a semantic-oriented segmentation of an object is calculated using a pre-segmented example model from the same class (chairs, humans, etc.). To this end, we adapted and extended the random walk segmentation method which allowed us to transform our problem into a problem of locating and matching seed faces. Our method consists of four fundamental steps: establishing correspondences between the example and the target model, localizing seeds to initialize regions in the target model, computing the segments and refining their boundaries in the target model. We decomposed our approach in two, taking into account similarity criteria which differ regarding the object type (rigid vs. articulated). The first approach is dedicated to rigid objects (chairs, airplanes, etc.), where the matching is based on rigid transformations to determine the best alignment between the functional parts of the compared objects. The second one focused on articulated objects (humans, quadrupeds, etc.), where coarse topological shape attributes are used in a skeleton-based approach to cover larger pose variations when computing correspondences between functional parts. We show through qualitative and quantitative evaluations that our method improves upon individual segmentation techniques and obtains results that are close to the co-segmentation techniques results with an important calculation time reduction.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 octobre 2023) / Cette thèse porte sur l'utilisation de différents outils mathématiques pour décrire la transmission synaptique. Le but de mon travail est double. Sur le plan biologique, j'ai effectué des simulations pour aider à mieux comprendre la transmission synaptique, en particulier le rôle des nanocolonnes dans la formation du courant synaptique. Les nanocolonnes sont des structures sous-microscopiques qui alignent les récepteurs postsynaptique et les vésicules présynaptiques. Étant donné qu'il est très difficile d'étudier expérimentalement les nanocolonnes, la modélisation mathématique devient un outil important pour mieux comprendre leur rôle et leur fonction. Cette partie de mon travail m'a amenée à publier un article de recherche dans la revue Frontiers in Comuptational Neuroscience intitulé "Computational modeling of trans-synaptic nanocolumns, a modulator of synaptic transmission". Dans cet article, nous montrons à travers des simulations mathématiques que les nanocolonnes pourraient jouer un rôle dans le renforcement des courants synaptiques dans les synapses de petites tailles. Le deuxième objectif de cette thèse est d'étudier différents outils mathématiques qui pourraient a priori être utilisés pour décrire la transmission synaptique. Une étape importante de la transmission synaptique est la diffusion des neurotransmetteurs dans la fente synaptique. D'un point de vue mathématique, une approche courante consiste à considérer la concentration des neurotransmetteurs comme une quantité continue et à décrire son évolution en résolvant l'équation de la chaleur. Dans le chapitre 1 de cette thèse, je discute des solutions et de l'approximation des solutions des équations de la chaleur sur des domaines cylindriques avec différentes conditions limites. Une approche plus précise est de décrire le mouvement des neurotransmetteurs individuels par une marche aléatoire. C'est cette méthode que j'ai utilisée dans mon article de recherche. Bien que plus précise, la description du mouvement des neurotransmetteurs individuels par des marches aléatoires est également plus coûteuse en calcul. De plus, étant donné la nature stochastique des simulations, une seule réalisation ne donnera qu'un résultat possible alors que de multiples simulations sont essentielles pour avoir une idée de la distribution des solutions. Cela peut être réalisé grâce à une approche Monte Carlo. Les marches aléatoires seront abordées dans le chapitre 3 de la thèse. Une troisième approche mathématique possible consiste à utiliser des équations différentielles stochastiques pour décrire le mouvement brownien des neurotransmetteurs. Les équations différentielles stochastiques ont l'avantage que leur solution fournit une distribution à partir de laquelle on peut déduire la probabilité d'une réalisation donnée. Cependant, les équations différentielles stochastiques sont généralement plus difficiles à résoudre et constituent un objet mathématique délicat à manipuler. Les équations différentielles stochastiques et la façon dont elles peuvent être appliquées à la description de la diffusion des neurotransmetteurs dans la synapse sont discutées au chapitre 2. / This thesis focuses on using different mathematical tools to describe synaptic transmission. The goal of my work is twofold. On the biological side, I performed simulations to help to better understand synaptic transmission, in particular the role of nanocolumns in shaping synaptic current. Nanocolumns are submicroscopic structures which align the postsynaptic receptors with the presynaptic vesicles. Given that it is very difficult to investigate experimentally nanocolumns, mathematical modeling becomes an important tool to better understand their role and function. This part of my work led me to publish a research paper in the journal Frontiers in Computational Neuroscience entitled "Computational modeling of trans-synaptic nanocolumns, a modulator of synaptic transmission" . In this research paper, we show through mathematical simulations that nanocolumns could play a role in reinforcing synaptic currents in weak synapses. The second goal of this thesis is to investigate different mathematical tools that could a priori be used to describe synaptic transmission. An important step in synaptic transmission is the diffusion of neurotransmitters in the synpatic cleft. From a mathematical standpoint, a common approach is to consider the concentration of neurotransmitters as a continuous quantity and to describe its evolution by solving the heat equation. In Chapter 1 of this thesis, I discuss solutions and approximation of solutions of heat equations on cylindrical domains with different boundaries conditions. A more accurate way to describe the movement of the neurotransmitters in the synaptic cleft is to describe the movement of individual neurotransmitters by a random walk. This second approach is the one I used in my research paper. While more accurate, the description of the movement of individual neurotransmitters by random walks is also more computationally expensive. Furthermore, given the stochastic nature of the simulations in this approach, a single realization will only give a possible outcome while performing multiple simulations is essential to get an idea of the distribution of solutions. This can be achieved through a Monte Carlo approach. Random walks will be discussed in chapter 3 of the thesis. A third possible mathematical approach is to use stochastic differential equations to describe the Brownian motion of neurotransmitters. Stochastic differential equations have the advantage that their solution provides a distribution from which one can deduce the probability of any given realization. However, stochastic differential are usually more difficult to solve and are a delicate mathematical object to handle. Stochastic differential equations and how they can be applied to the description of neurotransmitter diffusion in the synapse is discussion in chapter 2.

Le système immunitaire adaptatif est capable de produire une réponse spécifique contre presque tous le pathogènes qui agressent notre organisme. Ceci est dû aux anticorps qui sont des protéines secrétées par les cellules B. Les molécules qui provoquent cette réaction sont appelées antigènes : pendant une réponse immunitaire, les cellules B sont soumises à un processus d’apprentissage afin d’améliorer leur capacité à reconnaitre un antigène donne. Ce processus est appelé maturation d’affinité des anticorps. Nous établissons un cadre mathématique très flexible dans lequel nous définissons et étudions des modelés évolutionnaires simplifies inspirés par la maturation d’affinité des anticorps. Nous identifions les éléments constitutifs fondamentaux de ce mécanisme d’évolution extrêmement rapide et efficace : mutation, division et sélection. En commençant par une analyse rigoureuse du mécanisme de mutation dans le Chapitre 2, nous procédons à l’enrichissement progressif du modelé en ajoutant et analysant le processus de division dans le Chapitre 3 ,puis des pressions sélectives dépendantes de l’affinité dans le Chapitre 4. Notre objectif n’est pas de construire un modèle mathématique très détaillé et exhaustif de la maturation d’affinité des anticorps, mais plutôt d’enquêter sur les interactions entre mutation, division et sélection dans un contexte théorique simplifie. On cherche à comprendre comment les différents paramètres biologiques influencent la fonctionnalité du système, ainsi qu’à estimer les temps caractéristiques de l’exploration de l’espace d’états des traits des cellules B. Au-delà des motivations biologiques de la modélisation de la maturation d’affinité des anticorps, l’analyse de ce processus d’apprentissage nous a amenée à concevoir un modèle mathématique qui peut également s’appliquer à d’autres systèmes d’évolution, mais aussi à l’étude de la propagation de rumeurs ou de virus. Notre travail théorique s’accompagne de nombreuses simulations numériques qui viennent soit l’illustrer soit montrer que certains résultats demeurent extensibles a des situations plus compliquées. / The adaptive immune system is able to produce a specific response against almost any pathogen that could penetrate our organism and inflict diseases. This task is assured by the production of antigen-specific antibodies secreted by B-cells. The agents which causes this reaction are called antigens: during an immune response B-cells are submitted to a learning process in order to improve their ability to recognize the immunizing antigen. This process is called antibody affinity maturation. We set a highly flexible mathematical environment in which we define and study simplified mathematical evolutionary models inspired by antibody affinity maturation. We identify the fundamental building blocks of this extremely efficient and rapid evolutionary mechanism: mutation, division and selection. Starting by a rigorous analysis of the mutational mechanism in Chapter 2, we proceed by successively enriching the model by adding and analyzing the division process in Chapter 3 and affinity-dependent selection pressures in Chapter 4. Our aim is not to build a very detailed and comprehensive mathematical model of antibody affinity maturation, but rather to investigate interactions between mutation, division and selection in a simplified theoretical context. We want to understand how the different biological parameters affect the system’s functionality, as well as estimate the typical time-scales of the exploration of the state-space of B-cell traits. Beyond the biological motivations of antibody affinity maturation modeling, the analysis of this learning process leads us to build a mathematical model which could be relevant to model other evolutionary systems, but also gossip or virus propagation. Our method is based on the complementarity between probabilistic tools and numerical simulations.

Ce travail est consacré à certaines classes de systèmes dynamiques ergodiques, munis d'une mesure invariante infinie, telles que des applications de l'intervalle avec un point fixe neutre ou des marches aléatoires. Le comportement asymptotique des sommes de Birkhoff d'observables d'intégrale non nulle est assez bien connu, pour peu que le système ait une certaine forme d'hyperbolicité. Une situation particulièrement intéressante est celle des tours au-dessus d'une application Gibbs-Markov. Nous cherchons dans ce contexte à étudier le cas d'observables d'intégrale nulle. Nous obtenons ainsi une forme de théorème central limite pour des systèmes dynamiques munis d'une mesure infinie. Après avoir introduit l'ensemble des notions nécessaires, nous adaptons des résultats de E. Csáki et A. Földes sur les marches aléatoires au cas des applications Gibbs-Markov. Les théorèmes d'indépendance asymptotique qui en découlent forment le cœur de cette thèse, et permettent de démontrer un théorème central limite généralisé. Quelques variations sur l'énoncé de ce théorème sont obtenues. Ensuite, nous abordons les processus en temps continu, tels que des semi-flots et des flots. Un premier travail consiste à étudier les propriété en temps grand du temps de premier retour et du temps local pour des extensions de systèmes dynamiques, ce qui se fait par des méthodes spectrales. Enfin, par réductions successives, nous pouvons obtenir une version du théorème central limite pour des flots périodiques, et en particulier le flot géodésique sur le fibré tangent unitaire de certaines variétés périodiques hyperboliques. / This work is focused on some classes of ergodic dynamical systems endowed with an infinite invariant measure, such as transformations of the interval with a neutral fixed point or random walks. The asymptotic behavior of the Birkhoff sums of observables with a non-zero integral is well known, as long as the system shows some kind of hyperbolicity. The towers over a Gibbs-Markov map are especially interesting. In this context, we aim to study the case of observables whose integral is zero. We get the equivalent of a central limit theorem for some dynamical systems endowed with an infinite measure. After we introduce the necessary definitions, we adapt some results by E. Csáki and A. Földes on random walks to the case of Gibbs-Markov maps. We derive a theorem on the asymptotic independence of Birhoff sums, which is the core of this thesis, and from this point we work out a generalised central limit theorem. We also prove a few variations on this generalised central limit theorem. Then, we study dynamical systems in continuous time, such as semi-flows and flows. We first work on the asymptotic properties of the first return time and the local time for extensions of dynamical systems; this is done by spectral methods. Finally, step by step, we extend our generalised central limit theorem to cover some periodic flows, and in particular the geodesic flow on the unitary tangent bundle of some hyperbolic periodic manifolds.