Konstanz, Univ., Diplomarb., 2004.

Cette thèse porte sur le comportement asymptotique des systèmes dynamiques et contient cinq chapitres indépendants.Nous considérons dans la première partie de la thèse trois systèmes dynamiques concrets. Les deux premiers chapitres présentent deux modèles de systèmes physiques : dans le premier, nous étudions la structure géométrique des langues d'Arnold de l'équation modélisant le contact de Josephson; dans le deuxième, nous nous intéressons au problème de Lagrange de recherche de la vitesse angulaire asymptotique d'un bras articulé sur une surface. Dans le troisième chapitre nous étudions la géométrie plane du billard elliptique avec des méthodes de la géométrie complexe.Les quatrième et cinquième chapitres sont dédiés aux méthodes générales d'étude asymptotique des systèmes dynamiques. Dans le quatrième chapitre nous prouvons la convergence des moyennes sphériques pour des actions du groupe libre sur un espace mesuré. Dans le cinquième chapitre nous fournissons une forme normale pour un produit croisé qui peut s'avérer utile dans l'étude des attracteurs étranges de systèmes dynamiques. / This thesis deals with the questions of asymptotic behavior of dynamical systems and consists of six independent chapters. In the first part of this thesis we consider three particular dynamical systems. The first two chapters deal with the models of two physical systems: in the first chapter, we study the geometric structure and limit behavior of Arnold tongues of the equation modeling a Josephson contact; in the second chapter, we are interested in the Lagrange problem of establishing the asymptotic angular velocity of the swiveling arm on the surface. The third chapter deals with planar geometry of an elliptic billiard.The forth and fifth chapters are devoted to general methods of studying the asymptotic behavior of dynamical systems. In the forth chapter we prove the convergence of markovian spherical averages for free group actions on a probablility space. In the fifth chapter we provide a normal form for skew-product diffeomorphisms that can be useful in the study of strange attractors of dynamical systems.

Die Arbeit beschreibt Konzipierung, Bau und Untersuchung eines Robotersystems, welches die grundlegenden Züge des Billardspiels beherrscht. Die Realisierung erfolgte in Form eines an die Charakteristika von mobilen Robotern angelehnten Fahrzeuges, welches sich auf einem Billardtisch bewegt und mit einer Art Queue Billardstöße ausführt. Alle Abläufe werden mit Hilfe einer über dem Tisch montierten Digitalkamera erfaßt und überwacht. Die Steuerung erfolgt durch einen Personalcomputer. Schwerpunkte der Arbeit bilden Probleme der Bilderkennung, Wegplanung und technischen Umsetzung. Die Lösung wurde mit Hilfe relativ einfacher technischer Mittel und geringem finanziellen Budget erstellt.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Cette thèse traite de l'étude des objets reliés au codage de Bowen-Series du flot géodésique pour des surfaces hyperboliques de volume fini. On démontre d'abord que le billard géodésique associé à domaine fondamental "even corners" d'un groupe fuchsien cofini est conjugué à une bijection du tore, appelée codage étendu, dont l'un des facteurs est la transformation de Bowen-Series. L'intérêt principal de cette conjugaison est qu'elle ne fait toujours intervenir qu'un nombre fini d'objets. On retrouve ensuite des résultats classiques sur le codage de Bowen-Series : il est orbite-équivalent au groupe, ses points périodiques sont denses, et ses orbites périodiques sont en bijection avec les classes d'équivalence d'hyperboliques primitifs du groupe ; ce qui permet finalement de relier sa fonction zeta de Ruelle à la fonction zeta de Selberg. Les preuves de ces résultats s'appuient sur un lemme combinatoire qui abstrait la propriété d'orbite-équivalence à des familles de relations qui peuvent être définies sur tout ensemble sur lequel agit le groupe. Il est aussi possible de conjuguer le codage étendu à un sous-shift de type fini, sauf pour un ensemble dénombrable de points. Enfin, on prouve que les distributions propres pour la valeur propre 1 de l'opérateur de transfert sont les distributions de Helgason de fonctions propres du laplacien sur la surface, puis que l'on peut associer à toute telle distribution propre une fonction propre non triviale de l'opérateur de transfert et que ce procédé admet un inverse dans certains cas

Ce mémoire de maîtrise porte sur les billards mathématiques et la distribution des points de réflexion des trajectoires périodiques d’une table de billard strictement convexe. Un billard mathématique est un système dynamique généré par le mouvement libre d’une particule à l’intérieur d’un domaine dont la frontière est parfaitement réfléchissante. Une question d’intérêt particulier dans l’étude des billards mathématiques est celle de ses trajectoires périodiques. Nous considérons le cas des billards planaires strictement convexes. Il est connu que les points de réflexion des trajectoires périodiques de période n faisant un tour de table sont équidistribués par rapport à une mesure naturelle sur la frontière. Nous montrons ce résultat par une méthode nouvelle et relativement élémentaire utilisant la théorie de Lazuktin [12]. Dans le premier chapitre, nous donnons une description précise de la dynamique des billards et une brève introduction à la théorie de Lazuktin, aux applications de torsion et aux caustiques. Dans les chapitres 2 à 4, nous développons chacun des concepts précédents et expliquons comment ceux-ci sont liés aux billards. Le chapitre 5 est consacré à la preuve de notre résultat principal, divisée en deux parties. Nous concluons en donnant une annexe sur la théorie de la mesure. / This master’s thesis is concerned with mathematical billiards and distribution of reflection points of periodic trajectories of a strictly convex billiard table. A mathematical billiard is a dynamical system generated by the free motion of a particle inside of a domain with a perfectly reflecting boundary. A question of particular interest in the study of mathematical billiards is that of its periodic trajectories. We consider the case of planar strictly convex billiards. It is known that the reflection points of periodic trajectories of period n making one turn around the table are equidistributed with respect to a natural measure on the boundary. We show this result by a new and relatively elementary method using Lazuktin’s theory [12]. In the first chapter, we give a precise description of billiard dynamics and a brief introduction of Lazuktin’s theory, twist mappings and caustics. In Chapter 2 to 4, we elaborate each of the previous concepts and explain how they are related to billiards. Chapter 5 is dedicated to the proof of our main result, divided into two parts. We conclude by giving an appendix about measure theory.

Cette thèse à caractère biographique est une étude de la carrière et de l'œuvre scientifiques de Gaspard-Gustave de Coriolis (1792-1843), polytechnicien, ingénieur des ponts et chaussées, dont le nom est universellement connu (force de Coriolis), mais dont le parcours et l'œuvre multiforme sont peu connus. Le fait que Coriolis fasse l'intégralité de sa carrière comme enseignant, puis directeur des études à l'École polytechnique, et que par ailleurs il participe à l'évolution de l'École et du Corps des ponts et chaussées à partir de 1830, nous donne un éclairage intéressant sur ces institutions (notamment grâce à la correspondance privée de Coriolis de 1838 à sa mort). Concernant son œuvre scientifique, sont rappelés ses apports de mathématicien. Son œuvre se caractérise principalement, toutefois, par une approche avant tout mathématique et théorique de la mécanique appliquée aux machines - il établit les fondements d'une théorie du travail. Cette approche et les résultats importants qui peuvent être attribués à ce savant, comme la définition physique du travail, les forces d'entraînement ou les forces centrifuges composées (forces de Coriolis), témoignent du lien tissé par Coriolis entre la mécanique rationnelle des géomètres et la mécanique appliquée à l'industrie naissante des machines.

Cette thèse traite de l’étude des objets reliés au codage de Bowen-Series du flot géodésiquepour des surfaces hyperboliques de volume fini. On démontre d’abord que le billard géodésiqueassocié à domaine fondamental even corners d’un groupe fuchsien cofini est conjuguéà une bijection du tore, appelée codage étendu, dont l’un des facteurs est la transformationde Bowen-Series. L’intérêt principal de cette conjugaison est qu’elle ne fait toujours intervenirqu’un nombre fini d’objets. On retrouve ensuite des résultats classiques sur le codage deBowen-Series : il est orbite-équivalent au groupe, ses points périodiques sont denses, et ses orbitespériodiques sont en bijection avec les classes d’équivalence d’hyperboliques primitifs dugroupe ; ce qui permet finalement de relier sa fonction zeta de Ruelle à la fonction zeta de Selberg.Les preuves de ces résultats s’appuient sur un lemme combinatoire qui abstrait la propriétéd’orbite-équivalence à des familles de relations qui peuvent être définies sur tout ensemble surlequel agit le groupe. Il est aussi possible de conjuguer le codage étendu à un sous-shift detype fini, sauf pour un ensemble dénombrable de points. Enfin, on prouve que les distributionspropres pour la valeur propre 1 de l’opérateur de transfert sont les distributions de Helgason defonctions propres du laplacien sur la surface, puis que l’on peut associer à toute telle distributionpropre une fonction propre non triviale de l’opérateur de transfert et que ce procédé admet uninverse dans certains cas. / This thesis focuses on the study of the objects linked to the Bowen-Series coding of the geodesicflow for hyperbolic surfaces of finite volume. It is first proved that the geodesic billiardassociated with an even corners fundamental domain for a cofinite fuchsian group is conjugatedwith a bijection of the torus, called extended coding, one factor of which is the Bowen-Seriestransform. The sharpest property of that conjugacy is that it always only involves a finite numberof objects. Some classical results about the Bowen-Series coding are then rediscovered : itis orbit-equivalent with the group, its periodic points are dense, and its periodic orbits are inbijection with conjugacy classes of primitive hyperbolic isometries ; which eventually links itsRuelle zeta function to the Selberg zeta function. The proofs of those results use a combinatoriallemma that abstracts the orbit-equivalence property to families of relations that can be definedon every set on which the group acts. The extended coding is also proved to be conjugated witha subshift of finite type, except for a countable set of points. Finally, it is shown that eigendistributionsof the transfer operator for the eigenvalue 1 are the Helgason boundary values ofeigenfunction of laplacian on the surface, plus that one can associate to each such eigendistributiona non-trivial eigenfunction of the transfer operator and that this process has a reciprocalin some cases.

Cette thèse est divisée en trois parties. Dans la première, on étudie des systèmes articulés (mécanismes formés de tiges rigides) dont l'espace ambiant n'est pas le plan, mais diverses variétés riemanniennes. On étudie la question de l'universalité des mécanismes : cette notion correspond à l'idée que toute courbe serait tracée par un sommet d'un mécanisme, et que toute variété différentiable serait l'espace de configuration d'un mécanisme. On étend les théorèmes d'universalité au plan de Minkowski, au plan hyperbolique et enfin à la sphère.Toute surface dans R^3 peut être aplatie selon l'axe des z, et la surface aplatie s'approche d'une table de billard dans R^2. Dans la seconde partie, on montre que, sous certaines hypothèses, le flot géodésique de la surface converge localement uniformément vers le flot de billard. De plus, si le billard est dispersif, les propriétés chaotiques du billard remontent au flot géodésique : on montre qu'il est alors Anosov. En appliquant ce résultat à la théorie des systèmes articulés, on obtient un nouvel exemple de systèmes articulé Anosov, comportant cinq tiges.Dans la troisième partie, on s'intéresse aux variétés munies de connexions localement métriques, c'est-à-dire de connexions qui sont localement des connexions de Levi-Civita de métriques riemanniennes ; on donne dans ce cadre un analogue du théorème de décomposition de De Rham, qui s'applique habituellement aux variétés riemanniennes. Dans le cas où une telle connexion préserve une structure conforme, on montre que cette décomposition comporte au plus deux facteurs ; de plus, lorsqu'il y a exactement deux facteurs, l'un des deux est l'espace euclidien R^q. La démonstration des résultats de cette partie passe par l'étude des feuilletages munis d'une structure de similitude transverse. Sur ces feuilletages, on montre un résultat de rigidité qui peut être vu indépendamment des autres: ils sont soit transversalement plats, soit transversalement riemanniens. / This thesis is divided into three parts. In the first part, we study linkages (mechanisms made of rigid rods) whose ambiant space is no longer the plane, but various Riemannian manifolds. We study the question of the universality of linkages: this notion corresponds to the idea that every curve would be traced out by a vertex of some linkage, and that any differentiable manifold would be the configuration space of some linkage. We extend universality theorems to the Minkowski plane, the hyperbolic plane, and finally the sphere.Any surface in R^3 can be flattened with respect to the z-axis, and the flattened surface gets close to a billiard table in R^2. In the second part, we show that, under some hypotheses, the geodesic flow of the surface converges locally uniformly to the billiard flow. Moreover, if the billiard is dispersing, the chaotic properties of the billiard also apply to the geodesic flow: we show that it is Anosov in this case. By applying this result to the theory of linkages, we obtain a new example of Anosov linkage, made of five rods.In the third part, we first consider manifolds with locally metric connections, that is, connections which are locally Levi-Civita connections of Riemannian metrics; we give in this framework an analog of De Rham's decomposition theorem, which usually applies to Riemannian manifolds. In the case such a connection also preserves a conformal structure, we show that this decomposition has at most two factors; moreover, when there are exactly two factors, one of them is the Euclidean space R^q. The proofs of the results of this part use foliations with transverse similarity structures. On these foliations, we give a rigidity theorem of independant interest: they are either transversally flat, or transversally Riemannian.