In this thesis, we study the Pokornyi's model of a Sturm-Liouville operator defined on graphs. The model, proposed by Pokornyi and Pryadiev in 2004, is derived from the consideration of minimal energy of a system of interlocking springs oscillating in a medium with resistance. Here the system of springs is defined as a graph $Gamma$ with edges $R(Gamma)={gamma_i:i=1,dots,n}$ and set of internal vertices $J(Gamma)$. Let $partialGamma$ denote the set of boundary vertices of $Gamma$. For each vertex ${f v}in J(Gamma)$, we let $Gamma({f v})={gamma_iin R(Gamma):~{f v}$ is an endpoint of $ gamma_i}$. The related eigenvalue problem of the model is as follows: egin{eqnarray*} -(p_iy_i')'+q_iy_i&=&lambda y_i,~~~~~qquad mbox{on}~gamma_i, y_i({f v})&=&y_j({f v}),~~~~~~~~forall {f v}in J(Gamma)~ mbox{and}~gamma_i,gamma_jin Gamma({f v}), sum_{gamma_iin Gamma({f v})}p_i({f v})frac{dy({f v})}{dgamma_i}+q({f v})y({f v})&=&lambda y({f v}),qquad ~~forall {f v}in J(Gamma), end{eqnarray*} equipped with Neumann or Dirichlet boundary conditions. This model is also a special case of some quantum graphs defined by Kuchment . par We shall derive the model and discuss the spectral properties. We shall also solve several Ambarzumyan problems on the model. In particular, we show that for a $n$-star shaped graph of uniform length $a$ with $p_iequiv1$, if ${frac{(m+frac{1}{2})^2)pi^2}{a^2}:min Ncup{0}}$ are Neumann eigenvalues, $0$ is the least Neumann eigenvalue, and $q_i({f v})=0$ for ${f v}in J(Gamma)$, then $q=0$ on $Gamma$.

The inverse nodal problem is the problem of understanding the potential function of the Sturm-Liouville operator from the set of the nodal data ( zeros of eigenfunction ). This problem was first defined by McLaughlin[12]. Up till now, the problem on finite intervals has been studied rather thoroughly. Uniqueness, reconstruction and stability problems are all solved. In this thesis, I investigate the inverse nodal problem on semi-infinite intervals q(x) is real and continuous on [0,1) and q(x)!1, as x!1. we have the following proposition. L is in the limit-point case. The spectral function of the differential operator in (1) is a step function which has discontinuities at { k} , k = 0, 1, 2, .... And the corresponding solutions (eigenfunction) k(x) = (x, k) has exactly k zeros on [0,1). Furthermore { k} forms an orthogonal set. Finally we also discuss that density of nodal points and a reconstruction formula on semiinfinite intervals.

We study the Ambarzumyan problem for Sturm-Liouville operator defined on graph. The classical Ambarzumyan Theorem states that if the Neumann eigenvalues of the Sturm-Liouville operator defined on the interval [0,£k] are exactly {n^2: n ∈ N ⋃ {0} }, then the potential q=0. In 2005, Pivovarchik proved two similar theorems with uniform lengths a for the Sturm-Liouville operator defined on a 3-star graphs. Then Wu considered the Ambarzumyan problem for graphs of nonuniform length in his thesis. In this thesis, we shall study the Ambarzumyan problem on more complicated trees, namely, 4-star graphs and caterpillar graphs with edges of different lengths. We manage to solve the Ambarzumyan problem for both Neumann eigenvalues and Dirichlet eigenvalues. In particular, the whole spectrum can be partitioned into several parts. Each part forms the solution to one Ambarzumyan problem. For example, for a 4-star graphs with edge lengths a, a, 2a, 2a form the solution to 3 different Ambarzumyan problems for the Neumann eigenvalues.

Du fait du manque de capteurs fiables et bon marché, la problématique de la reconstruction d'état est cruciale pour les bioprocédés, particulièrement pour les (bio)réacteurs à paramètres répartis. C'est pourquoi il est essentiel d'étudier leurs propriétés d'observabilité, qui peuvent notamment dépendre des dimensions spatiales des capteurs. Dans cette thèse, on étudie tout d'abord l'observabilité d'une classe de réacteurs tubulaires à lit fixe mettant en oeuvre une seule réaction biochimique, où un substrat est dégradé suivant une cinétique non linéaire. Plus précisément, l'analyse porte sur un modèle linéarisé, consistant notamment en une Équation aux Dérivées Partielles (EDP) parabolique linéaire comportant un coefficient non uniforme (c.-à-d. dépendant de la variable spatiale). Ce modèle entre dans le cadre d'une classe particulière de systèmes : les systèmes de Sturm-Liouville. Il s'en déduit que tout nombre fini de modes dominants du système est observable par un capteur (de concentration en substrat) situé en sortie et de largeur suffisamment petite. En outre, considérant un minorant et un majorant du coefficient non uniforme, on détermine une expression numérique, fonction du nombre de modes à observer, qui minore cette largeur. La pertinence de ce résultat est confirmée par un exemple numérique : un biofiltre de dénitrification. Cette étude est étendue à un procédé-pilote de digestion anaérobie de l'INRA-Narbonne. On montre l'existence d'un état d'équilibre, autour duquel le comportement du système est modélisé par deux EDP linéaires, dont une à coefficient non uniforme. La démarche précédente est généralisée et on calcule des expressions des largeurs de deux capteurs en fonction du nombre de modes dont on veut s'assurer qu'ils sont observables. Ce résultat s'applique notamment à la conception d'un estimateur d'état.