On étudie l'équation des ondes $\partial_t^2 u-\Div_x(a(t,x)\nabla_xu)=0$ avec une métrique scalaire $a(t,x)$ périodique en temps et égale à $1$ en dehors d'un ensemble compact par rapport à $x$. Notre objectif est d'estimer les solutions de cette équation ayant des données initiales dans l'espace énergétique $\dot{H}^1({\R}^n)\times L^2({\R}^n)$. Plus précisément, nous établirons des estimations de Strichartz globales ainsi que la décroissance de l'énergie locale sous certaines hypothèses. Nous distinguerons le cas des dimensions impaires de celui des dimensions paires. Notons $n$ la dimension de l'espace. Dans la première partie de notre recherche, nous traitons le cas des dimensions $n\geq3$ impaires. Pour cela on suppose que $a(t,x)$ est non captif et que les résonances $z\in\mathbb{C}$ sont contenue dans le disque unité ouvert. Sous cette hypothèse on démontre la décroissance exponentielle de l'énergie locale et on en déduit l'intégrabilité $L^2$ en temps de l'énergie locale. Ensuite, on établit des estimations de Strichartz locales pour les solutions de $\partial_t^2 u-\Div_x(a(t,x)\nabla_xu)=0$. En combinant ces deux arguments, on établit des estimations de Strichartz globales en considérant les solutions tronquées en temps. Dans la deuxième partie de notre recherche, nous traitons le cas des dimensions $n\geq4$ paires. Considérons la résolvante tronquée $R_\chi(\theta)=\chi(\mathcal U(T)-e^{-i\theta})^{-1}\chi$ , où $\chi\in{\CI}$, $T$ est la période de $a(t,x)$ et $\mathcal U(T)$ est le propagateur associé à l'équation au temps $T$. Nous supposons que $a(t,x)$ est non captif et que la résolvante tronquée $R_\chi(\theta)$ admet un prolongement holomorphe sur $\{\theta\in\mathbb{C}\ :\ \textrm{Im}(\theta) \geq 0\}$, pour $n \geq 3$, impair, et sur $\{ \theta\in\mathbb C\ :\ Im(\theta)\geq0,\ \theta\neq 2k\pi-i\mu,\ k\in\mathbb{Z},\ \mu\geq0\}$ pour $n \geq4$, pair. De plus, pour $n \geq4$ pair, on suppose que $R_\chi(\theta)$ est bornée au voisinage de $\theta=0$. Sous cette hypothèse on démontre la décroissance de l'énergie locale. En combinant cet argument avec les résultats de la première partie, on obtient des estimations de Strichartz globales pour les dimensions $n\geq3$ quelconques.

L'essentiel de nos travaux concernant les systèmes halieutiques et épidémiologiques sont présentés dans les chapitres 2 et 3. Au chapitre 1, nous faisons un bref rappel de certains travaux antérieurs en théorie du contrôle dont nous avons utilisé certains résultats par la suite pour l'étude des bio-systèmes. Nous avons choisi de détailler certaines parties qui ne figurent pas dans les articles fournis ou qui ne sont pas publiées. Nous finissons par présenter quelques perspectives et projets de recherche que nous comptons développer. En annexe, nous reproduisons sept articles qui contiennent les preuves et les détails techniques des résultats exposés dans les chapitres 1, 2 et 3.

Cette thèse aborde des sujets liés à la théorie des automates, à la logique et à la théorie des jeux. Ces thèmes sont au cœur de l'informatique théorique depuis de nombreuses décennies. Les travaux de recherche dans ces domaines sont motivés entre autres par des questions de modélisation et de vérification de systèmes. La première partie de la thèse considère les automates finis et la logique temporelle sur des ordres linéaires arbitraires. On y donne une procédure (doublement exponentielle en espace) pour décider la satisfaisabilité d'une formule LTL, utilisant une étape de transformation d'une formule logique en un transducteur synchrone. La seconde partie s'intéresse à des jeux de longueur ordinale. On propose un modèle de jeux à deux joueurs sur des graphes finis, et on montre que la question du vainqueur pour ces jeux peut être résolue en espace polynomial. De plus, on montre qu'il existe des stratégies gagnantes à mémoire finie.

Les filtres non-linéaires de rang sont souvent utilisés dans le but de rehausser la qualité d'une image numérique. Leur application permet de faciliter l'interprétation visuelle et la compréhension du contenu des images que ce soit pour un opérateur humain ou pour un traitement automatique ultérieur. Dans le pipeline d'une chaîne habituelle de traitement des images, ces filtres sont appliqués généralement dans la phase de pré-traitement, juste après l'acquisition et avant le traitement et l'analyse d'image proprement dit. Les filtres de rang sont considérés comme un important goulot d'étranglement dans la chaîne de traitement, à cause du tri des pixels dans chaque voisinage, à effectuer pour tout pixel de l'image. Les temps de calcul augmentent de façon significative avec la taille de l'image à traiter, la taille du voisinage considéré et lorsque le rang approche la médiane. Cette thèse propose deux solutions à l'accélération du temps de traitement des filtres de rang. La première solution vise l'exploitation des différents niveaux de parallélisme des ordinateurs personnels d'aujourd'hui, notamment le parallélisme de données et le parallélisme inter-processeurs. Une telle approche présente un facteur d'accélération de l'ordre de 10 par rapport à une approche classique qui fait abstraction du matériel grâce aux compilateurs des langages évolués. Si le débit résultant des pixels traités, de l'ordre d'une dizaine de millions de pixels par seconde, permet de travailler en temps réel avec des applications vidéo, peu de temps reste pour d'autres traitements dans la chaîne. La deuxième solution proposée est basée sur le concept de calcul reconfigurable et réalisée à l'aide des circuits FPGA (Field Programmable Gate Array). Le système décrit combine les algorithmes de type bit-série et la haute densité des circuits FPGA actuels. Il en résulte un système de traitement hautement parallèle, impliquant des centaines d'unités de traitement par circuit FPGA et permet d'arriver à un facteur d'accélération supplémentaire de l'ordre de 10 par rapport à la première solution présentée. Un tel système, inséré entre une source d'image numérique et un système hôte, effectue le calcul des filtres de rang avec un débit de l'ordre de centaine de millions de pixels par seconde.

Le Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) est le procédé de récupération thermique sur lequel plusieurs compagnies pétrolières fondent de grande espoirs. Il consiste en deux horizontaux forés l'un au-dessus de l'autre à quelques mètres d'écart. De la vapeur est injectée dans le réservoir par le puits supérieur ce qui provoque la formation d'une chambre. L'huile au voisinage des parois de la chambre se réchauffe et descend ensuite par gravité vers le puits producteur avec l'eau liquide issue de la condensation de la vapeur. La simulation numérique de ce procédé est un outil qui permet de comprendre les mécanismes physiques, d'estimer la production et d'évaluer les investissement ainsi que les risques associés. Cependant, les simulations numériques de SAGD présentent des inconvénients : la zone d'écoulement est peu épaisse comparée aux dimensions du réservoir. La discrétisation en espace doit être assez fine si l'on souhaite prédire de façon précise la production, ce qui peut amener à des simulations à plusieurs millions de mailles dans des cas réels et donc à des temps de simulation extrêments longs. A l'IFP, un générateur de maillages adaptatifs permet de mettre à jour le maillage au cours de la simulation en raffinant localement les mailles situées dans la zone d'écoulement. Basés sur des estimations d'erreur a posteriori pour des schémas volumes finis pour des équations hyperboliques non linéaires, les nouveaux critères de raffinement que nous proposons ont la particularité de dépendre des données initiales du problème

Cette thèse traite des ensembles rationnels de mots indexés par des ordres linéaires et en particulier du problème de la fermeture par complémentation. Dans un papier fondateur de 1956, Kleene initie la théorie des langages en montrant que les automates sur les mots finis et les expressions rationnelles ont le même pouvoir d'expression. Depuis, ce résultat a été étendu à de nombreuses structures telles que les mots infinis (Büchi, Muller), bi-infinis (Beauquier, Nivat, Perrin), les mots indexés par des ordinaux (Büchi, Bedon), les traces, les arbres... Plus récemment, Bruyère et Carton ont introduit des automates acceptant des mots indexés par des ordres linéaires et des expressions rationnelles correspondantes. Ces structures linéaires comprennent les mots infinis, les mots indexés par des ordinaux et leurs miroirs. Le théorème de Kleene a été généralisé aux mots indexés par les ordres linéaires dénombrables et dispersés, c'est-à-dire les ordres ne contenant pas de sous-ordre isomorphe à Q. Pour la plupart des structures, la classe des ensembles rationnels forme une algèbre de Boole. Cette propriété est nécessaire pour traduire une logique en automates. La fermeture par complémentation restait un problème ouvert. Dans cette thèse, on résout ce problème de façon positive: on montre que le complément d'un ensemble rationnel de mots indexés par des ordres linéaires dispersés est rationnel. La méthode classique pour obtenir un automate acceptant le complémentaire d'un ensemble rationnel se fait par déterminisation. Nous montrons que cette méthode ne peut-être appliquée dans notre cas: tout automate n'est pas nécessairement équivalent à un automate déterministe. Nous avons utilisé d'autres approches. Dans un premier temps, nous généralisons la preuve de Büchi, basée sur une congruence de mots, et obtenons ainsi la fermeture par complémentation dans le cas des ordres linéaires de rang fini. Pour obtenir le résultat dans le cas général, nous utilisons l'approche algébrique. Nous développons une structure algébrique qui étend la reconnaissance classique par semigroupes finis : les semigroupes sont remplacés par les diamant-semigroupes qui possèdent un produit généralisé. Nous prouvons qu'un ensemble est rationnel si et seulement s'il est reconnu par un diamant-semigroupe fini. Nous montrons aussi qu'un diamant-semigroupe canonique, appelé diamant-semigroupe syntaxique, peut être associé à chaque ensemble rationnel. Notre preuve de la complémentation est effective. Le théorème de Schützenberger établit qu'un ensemble de mots finis est sans étoile si et seulement si son semigroupe syntaxique est fini et apériodique. Pour finir, nous étendons partiellement ce résultat au cas des ordres de rang fini.

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L'analyse des dépendances de flot de données est une étape cruciale lors de la parallélisation. La description détaillée des dépendances entre opérations et pour chaque élément de tableau rend possible l'application de techniques de parallélisation performantes. Cependant, ce type d'analyse a deux principaux inconvénients~: son coût élevé et son domaine restreint à des dépendances affines en fonction des compteurs de boucles. On décrit d'abord dans cette thèse un algorithme polynômial pour le calcul des dépendances affines, dont la complexité et le domaine d'application sont meilleurs que ceux des méthodes existantes. Puis, dans la continuité des travaux de J.-F. Collard, on propose un cadre général pour l'analyse, éventuellement approchée, de n'importe quelle dépendance. Le modèle de programmes est formé des programmes sans procédure, comportant des accès quelconques aux éléments de tableaux. Une méthode itérative originale trouve des propriétés entre les contraintes non-affines du problème afin d'améliorer la précision du résultat. Notre méthode est capable de tirer parti de n'importe quelle caractérisation affine de ces contraintes et possède un critère d'optimalité de l'approximation. Enfin, plusieurs applications traditionnelles de l'analyse de flot de données sont adaptées à notre méthode approchée et nous détaillons plus particulièrement l'expansion mémoire, en donnant une méthode offrant un compromis entre surcoût à l'exécution, taille mémoire et degré de parallélisme.

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Dans cette thèse nous étudions le problème de détection et localisation de défauts (FDI) diagonal avec une banque d'observateurs. Nous étudions ce problème sur la classe des systèmes linéaires structurés avec leurs graphes associés. Les systèmes structurés sont une classe particulière des systèmes linéaires où les éléments des matrices sont soit fixés à zéro soit des paramètres libres. On présente une condition nécessaire et suffisante pour la solubilité générique du problème FDI. Cette condition est à vérifier sur le graphe orienté associé au système structuré. Dans le cas où cette condition n'est pas vérifiée, nous présentons une décomposition du système qui donne des informations structurelles sur le placement de capteurs additionnels qui sont nécessaires pour remplir la condition. Dans le cas où la condition de solubilité générique du problème FDI est vérifiée, nous présentons aussi une classification des capteurs selon leur importance pour la solubilité générique du problème FDI.