Dans cette thèse, nous allons considérer un système de contrôle dont l'état est donné par la solution de l'équation de Korteweg-de Vries (KdV) posée sur un intervalle borné. On imposera des conditions Dirichlet homogènes aux bords et le contrôle portera sur la condition Neumann à droite de l'intervalle. Nous allons considérer deux types de problèmes qui sont étroitement liés : la contrôlabilité et la stabilisation. Les chapitres 2 et 3 sont consacrés a étudier la contrôlabilité sur quelques domaines pour lesquels le système linéaire n'est pas contrôlable. Notre but est de démontrer que malgré cette perte de contrôlabilité du système linéaire, la non-linéarité nous permet d'obtenir la contrôlabilité pour le système non linéaire. Pour faire ceci nous allons utiliser la méthode de développement en séries entières, introduite dans le cadre de la dimension infinie par J.-M. Coron et E. Crépeau dans [J. Eur. Math. Soc. (JEMS) 6, no. 3, pp. 367-398, 2004]. La méthode consiste à bouger le système le long des directions manquantes pour le système linéaire par des développements d'ordre supérieur à un, et puis à appliquer un théorème de point fixe. Dans le chapitre 4, on étudiera la stabilisation pour notre système. Le but de cette partie est de construire des lois de feedback tel que le système en boucle fermée ait une décroissance exponentielle vers zéro avec un taux de décroissance arbitraire. La méthode utilisée est due a J. M. Urquiza qui l'a introduite dans [SIAM J. Control Optim., V. 43, no. 6, pp 2233-2244, 2005]. Pour être en mesure d'appliquer cette méthode, une analyse spectrale de l'opérateur de KdV stationnaire est nécessaire.

Dans le cas des systèmes a paramètres repartis, il existe de nombreuses définitions de la contrôlabilité, plus ou moins équivalentes a la définition classique, et correspondant a différents concepts d'état atteignable. Malheureusement, ces notions sont souvent non-robustes en ce sens qu'elles peuvent ne plus être vérifiées pour des variations arbitrairement petites des paramètres du système. Cette non robustesse est due principalement a la nature binaire de la contrôlabilité et a la dimension infinie de l'espace d'état. Nous définissons et analysons, dans le cas de systèmes vibrants du type corde, poutre, membrane,, deux mesures de la contrôlabilité par la voie quantitative permettant de retrouver la robustesse au sens de la continuité par rapport aux paramètres du système. La première définition (degré de contrôlabilité actif) est liée a un problème classique de contrôle avec pénalisation considéré comme une régularisation du problème avec contrainte sur l'état final. La seconde définition (degré de contrôlabilité passif) est liée a un contrôle passif correspondant a un retour de sortie statique dissipatif (analogue a un amortisseur visqueux). Le calcul de ce dernier est basé sur la seule simulation numérique du système, et donc facilement adaptable (par exemple au cas non-linéaire). Ces deux degrés de contrôlabilité présentent une très grande analogie, ce qui constitue un résultat particulièrement intéressant car d'une certaine manière intrinsèque. Nous développons enfin une méthodologie de mise en oeuvre basée sur des approximations dans l'objectif de l'applicabilité à des problèmes complexes comme la membrane vibrante.

Cette thèse est consacrée à la contrôlabilité et à l’observabilité de l’équation d’évolution non autonome. Dans la première partie, nous donnons un aperçu de la théorie du contrôle ainsi que quelques résultats classiques sur le contrôle des systèmes autonomes et non autonomes. En fait, nous rappellerons les techniques de la théorie des semi-groupes, théorie de l’évolution familiale, théorie de la dualité et de l’opérateur. Dans la deuxième partie, nous sommes intéressés à étudier le problème de contrôle pour les systèmes EDP définis sur des domaines dépendant du temps. Nous développons de nouvelles techniques pour obtenir les résultats sur l’observabilité exacte des équations de l’onde et de Schrödinger 1D, puis par dualité nous établissons la contrôlabilité exacte du système adjoint. Le dernier résultat est une généralisation des tests de Hautus pour l’observabilité du système d’évolution non autonome. Notre méthode peut s’appliquer aux équations de Schrödinger et à l’équation d’onde avec des potentiels dépendant du temps. / This thesis is devoted to the controllability and observability of nonautonomous evolution equation. In the first part, we give an overview on control theory as well as some classical results on control of both autonomous and nonautonomous systems. In fact, we will recall the technique in semigroup theory, evolution familys theory, duality theory and operator theory. In the second part, we are interested to investigate the control problem for PDEs systems defined on time-dependent domains. We develope some new techniques to obtain the results on exact observability for one dimensional wave and Schrödinger equations, then by duality we establish exact controllability of adjoint system. The last result is a generalization of Hautus tests for observability of non- autonomous evolution system.Our method can apply for Schrodinger equations with time dependent potentials and to a damped wave-equation with time-dependent damping.

Dans cette thèse, on étudie la contrôlabilité et la stabilisation de certaines équations aux dérivées partielles . On s'intéresse d'abord au problème du contrôle de l'équation d'Euler 3D incompressible par une force extérieure de dimension finie. Nous montrons que pour un choix approprié de l'espace de contrôle, la vitesse et la pression du fluide sont exactement contrôlables en projections. De plus, la vitesse est approximativement contrôlable. Nous montrons aussi que le système en question n'est pas exactement contrôlable par une force extérieure de dimension finie.On étudie aussi la contrôlabilité de l'équation d'Euler 3D compressible. Le contrôle est une force extérieure de dimension finie agissant uniquement sur l'équation de la vitesse. Nous montrons que la vitesse et la densité du fluide sont simultanément contrôlables. En particulier, le système est approximativement contrôlable et exactement contrôlable en projections. Dans la dernière partie, on étudie la stabilisation de l'équation d'Euler dans un cylindre infini.Nous montrons que pour toute solution stationnaire (c,0) du système d'Euler il existe un contrôle supporté dans une partie de la frontière du cylindre qui stabilise le système à (c,0). / In this thesis, we study the controllability and stabilization of certain partial differential equations.We consider first the problem of control of the 3D incompressible Euler equationby an external force of finite dimension. We show that for an appropriate choice of control space, the velocity and the pressure of the fluid are exactly controllable in projections.Moreover, the velocity is approximately controllable. We also show that the system in question is not exactly controllable by a finite-dimensional external force.We also study the controllability of the 3D compressible Euler equation. The control is a finite-dimensional external force acting only on the velocity equation. We show that the velocity and density of the fluid are simultaneously controllable. In particular, the system is approximately controllable and exactly controllable in projections.The last section of the thesis is devoted to the study of a stabilization problem for the 2D incompressible Euler system in an infinite strip with boundary controls. We show that for any stationary solution (c,0) of the Euler system there is a control which is supported in a given bounded part of the boundary of the strip and stabilizes the system to (c,0).

Le but de cette thèse est d'étudier, du point de vue théorique, la contrôlabilité exacte de certaines équations aux dérivées partielles qui modélisent les vibrations élastiques, et d'appliquer les résultats ainsi obtenus à la résolution des problèmes inverses provenant de l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette thèse comporte deux parties. La première partie discute la problématique de la contrôlabilité exacte, respectivement de l'observabilité exacte, de l'équation des plaques perturbées avec des termes linéaires ou non linéaires. Ainsi, dans le Chapitre 2 de cette thèse nous avons démontré l'observabilité interne exacte de l'équation des plaques perturbées par des termes linéaires d'ordre un et dans le Chapitre 3 la contrôlabilité exacte locale d'une équation des plaques non linéaire attribuée à Berger. Le Chapitre 4 introduit une méthode numérique pour l'approximation des contrôles exactes dans des systèmes d'ordre deux en temps. La deuxième partie de la thèse est dédiée à l'imagerie par résonance magnétique. Plus précisément, on s'intéresse aux méthodes de reconstruction des images pour des objets en mouvement. Dans le Chapitre 6, nous avons formulé la reconstruction d'images cardiaques acquises en respiration libre comme un problème des moments dans un espace de Hilbert à noyau reproductif. L'existence d'une solution pour un tel problème des moments est prouvée par des outils bien connus dans la théorie du contrôle. La connexion entre les deux parties de la thèse est réalisée par le Chapitre 7 où l'on présente le problème inverse d'identification d'un terme source dans l'équation des ondes à partir d'une observation correspondante à un enregistrement IRM. / The aim of this thesis is to study the exact controllability and exact observability of some partial differential equations, modeling elastic vibrations of structures and to apply the results obtained in this way to solve some inverse problems provided by magnetic resonance imaging (MRI). This thesis has two parts. In the first part we study the exact controllability and exact observability of Euler-Bernoulli equation perturbed with linear or non-linear terms. Therefore, in Chapter 2 of this work we prove the internal exact observability of the Euler-Bernoulli equation perturbed by a linear term and in Chapter 3 we prove the local exact controllability of a non-linear plate equation due to Berger. Chapter 4 provide a numerical method to approximate the exact controls of vibrating systems. The second part of the thesis is centered to magnetic resonance imaging. More precisely, we are interested on the image reconstruction methods in magnetic resonance imaging of moving objects. Chapter 6 describe a method to reconstruct cardiac images from MR data acquired in free-breathing, reducing the image reconstruction to a problem of moments in a Hilbert space. The solution of this problem of moments is obtained using the same tools as in control theory. A more direct connexion between the two parts of the thesis is provided by Chapter 7 where we describe the inverse problem of the identification of a source term in the wave equation from a measure corresponding to a magnetic resonance signal.

Cette thèse a pour objet l'étude de la contrôlabilité à zéro de systèmes d'équations aux dérivées partielles paraboliques, que l'on rencontre en physique, chimie ou en biologie. En chimie ou en biologie, ces systèmes modélisent l'évolution au cours du temps d'une concentration chimique ou de la densité d'une population (de bactéries, de cellules). Le but de la contrôlabilité à zéro est d'amener la solution du système à l'état nul à un temps donné T, en agissant sur le système à l'aide d'un contrôle. Nous recherchons donc un contrôle, de norme minimale, tel que la solution associée y vérifie y(T)=O dans le domaine Omega considéré. Les problèmes de contrôlabilité à zéro considérés dans cette thèse sont de trois types. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la contrôlabilité à zéro avec un nombre fini de contraintes sur la dérivée normale de l'état, pour l'équation de la chaleur semi-linéaire. Puis, nous analysons la contrôlabilité simultanée à zéro avec contrainte sur le contrôle, pour un système linéaire de deux équations paraboliques couplées. Notre dernière étude concerne la contrôlabilité à zéro d'un système non linéaire de deux équations paraboliques couplées. Nous abordons ces problèmes de contrôlabilité principalement à l'aide d'inégalités de Carleman. En effet, l'étude des problèmes de contrôlabilité à zéro, et plus généralement de contrôlabilité exacte, peut se ramener à l'établissement d'inégalités d'observabilité pour le problème adjoint, conséquences d'inégalités de Carleman. Nous construisons le contrôle optimal en utilisant la méthode variationnelle et nous le caractérisons par un système d'optimalité / This thesis is devoted to the study of the null controllability of systems of parabolic partial differential equations, which we meet in physics, chemistry or in biology. In chemistry or in biology, the se systems model the evolution in time of a chemical concentration or the density of a population (of bacteria, cells). The aim of nu Il controllability is to lead the solution of the system to zero in a given time T, by acting on the system with a control. Thus we are looking for a control, of minimal norm, such as the associated solution y satisfies y(T)=O in the domain Omega under concern. We consider three types of null controllability problems in this thesis. At first, we are interested in the null controllability with afinite number of constraints on the normal derivative of the state, for the serni-Iinear heat equation. Then, we analyze the simultaneous null controllability with constraint on the control, for a linear system of two coupled parabolic equations. Our last study deals with the null controllability ofa non linear system oftwo coupled parabolic equations. We approach these controllability problems mainly by means of Carleman's inequalities. Indeed, the study of null controllability problems, and more generally exact controllability problems, is equivalent to obtain observability inequalities for the adjoint problem, consequences of Carleman's inequalities. We build the optimal controlusing the variationnal method and we characterize it by an optimality system

Le sujet principal de cette thèse est l'étude de la contrôlabilité exacte de deux équations dispersives, l'équation de Korteweg-de Vries et la "bonne" équation de Boussinesq. En ce qui concerne l'équation de Korteweg-de Vrie, on étend un résultat de Rosier en montrant la contrôlabilité exacte en tout temps de l'équation non linéaire autour d'une solution stationnaire proche de zéro mais non nulle, ce pour des longueurs de domaine spatial critiques. Cette démonstration utilise en particulier la méthode d'unicité hilbertienne couplée avec la méthode des multiplicateurs et un théorème de point fixe. Ensuite, nous étudions le problème de la contrôlabilité exacte de l'équation de Boussinesq pour deux contrôles différents. On utilise également la méthode d'unicité hilbertienne pour ces problèmes en appliquant une inégalité de Ingham. On obtient ainsi un résultat de contrôlabilité exacte pour des temps arbitrairement petits. Nous implémentons ensuite cette méthode de facon numérique pour l'équation de Boussinesq avec un contrôle portant sur la dérivée seconde a droite, tant sur le problème linéaire que non linéaire.

Cette thèse étudie les propriétés de contrôle par migration d’équations aux dérivées partielles modélisant la dynamique d’une population structurée en âge. Les équations de populations considérées seront essentiellement celles décrites par Lotka et McKendrick, en tenant compte ou non de la diffusion spatiale des individus, ainsi que leur pendant non-linéaire décrit par les équations de Gurtin et MacCamy. La première partie étudie les propriétés de contrôlabilité interne des équations linéaires de Lotka et McKendrick (sans diffusion), lorsque le contrôle n’agit que pour les jeunes individus formant la population. La contrôlabilité à zéro ainsi que la contrôlabilité vers les solutions stationnaires du système considéré est démontrée, en utilisant les propriétés du semi-groupe associé à l’opérateur de population originellement étudié par Song (contrôleur supposé responsable de la radicalisation de la politique de l’enfant unique en Chine). En outre, la conservation au cours du temps de la positivité de la densité de population contrôlée est étudiée. Les deux parties suivantes établissent respectivement des propriétés de contrôle à zéro et de contrôle en temps optimal pour l’équation de Lotka et McKendrick, lorsque le déplacement spatial des individus est considéré (ici, le contrôle agit pour tous les âges mais seulement dans une certaine zone du milieu considéré). Les méthodes employées relèvent d’une adaptation de celles originellement développées pour le contrôle d’équations paraboliques, notamment la méthode de Lebeau et Robbiano (pour l’étude du contrôle à zéro de l’équation de la chaleur), ainsi que leur généralisation développée par Wang pour l’étude du contrôle en temps optimal de l’équation de la chaleur. Une dernière partie étudie les propriétés de contrôlabilité des équations non-linéaires de Gurtin et MacCamy (sans diffusion), lorsque le contrôle est voué à n’agir que pour une certaine tranche d’âge d’individus. L’utilisation de principes de comparaison en dynamique de populations permet notamment d’obtenir le contrôle à zéro des équations considérées. / This work is devoted to study the controllability properties of some infinite dimensional systems modeling an age structured population dynamics. The considered equations are essentially those described by Lotka and McKendrick, with or without spatial diffusion, and their nonlinear versions described by the Gurtin and MacCamy equations. The first part of this thesis aims to study the controllability properties of the linear Lotka and McKendrick system (without diffusion), in the case when the control acts for the very young individuals. The null controllability and the controllability towards the stationnary solutions of the considered system are established, using a semigroup approach. In addition, the nonnegativity of the controlled population dynamics is studied. The next two parts are respectively devoted to establish a null controllability result and a time optimal control result for the Lotka McKendrick equation with spatial diffusion (here, the control acts for every ages but only on a subdomain of the considered spatial domain). The methods employed are those originally devoted to study the internal controllability properties of the heat equation. A last part studies the controllability properties of the Gurtin and MacCamy nonlinear equations (without diffuion), when the control acts only in an arbitrary age range. In this case, the use of comparison principles in age structured population dynamics ensures the null controllability of the considered equations.

Le mémoire est consacré à divers aspects de la modélisation de plaques : contrôlabilité frontière de structures bidimensionnelles et construction de modèles de plaques piézoélectriques, en relation avec des situations technologiques d'actualité, puis étude de singularités. Dans le premier chapitre on obtient un résultat de contrôlabilité exacte frontière pour une plaque élastique bidimensionnelle. On résout d'abord le problème de contrôlabilité exacte pour une plaque tridimensionnelle d'épaisseur h en controlant uniquement l'intérieur et la frontière latérale de la plaque ; le choix effectué des contrôles tridimensionnels permet de faire disparaitre les contrôles intérieurs lorsque h tend vers 0. On étudie, dans les chapitres 2, 3 et 4, le comportement d'une plaque piézoélectrique lorsque son épaisseur tend vers 0, notamment, dans le cas complet ou la contribution magnétique dans les équations de Maxwell n'est pas négligeable. Ainsi, d'une part, on justifie les modèles qui supposent que dans une plaque mince le potentiel électrique peut être assimilé à un polynome du second degré en la coordonnée d'espace suivant l'épaisseur. Et, d'autre part, on explique pourquoi dans les modèles bidimensionnels les équations d'équilibre mécanique, ou les équations d'évolution, sont liées au potentiel électrique uniquement par la différence de potentiel entre les deux faces horizontales. De plus, on exhibe de manière précise la contribution des termes piézoélectriques dans l'opérateur de flexion. Le chapitre 5 est consacré au calcul de coefficients de singularité sur un ouvert bidimensionnel polygonal non convexe.

Cette thèse est consacrée à l'étude de quelques problèmes de contrôlabilité exacte, de contrôle optimal et de stabilisation dans un domaine tridimensionnel de faible épaisseur à frontière ondulée. On étudie aussi le comportement asymptotique correspondant à chaque problème lorsque l'épaisseur tend vers zéro. Dans une première partie, on montre à l'aide de multiplicateurs adaptés au domaine, la contrôlabilité exacte pour l'équation des ondes en agissant avec un contrôle de Dirichlet sur une partie de la frontière latérale et un contrôle de Neumann sur la frontière supérieure et inférieure. On considère ensuite, dans la deuxième partie, un problème de contrôle optimal pour une équation d'état donnée par un opérateur elliptique de second ordre et une fonction coût à minimiser. A l'aide de fonctions test convenables, on montre que le contôle optimal converge vers un contrôle optimal du problème limite lorsque l'épaisseur tend vers zéro. Enfin, la troisième et dérnière partie, on considère l'équation des ondes soumise à un terme d'amortissement interne et un terme d'amortissement frontière qui font décroître l'energie. A l'aide de multiplicateurs adaptés, on affaiblit les conditions sur la localisation de la dissipation et on montre que l'energie décroît exponentiellement. Pour chacun de ces problèmes, on donne une description bidimensionnelle du problème limite correspondant. On voit comment l'opérateur limite bidimensionnel dépend des ondulations et comment les contrôles frontières deviennent internes.