Cette thèse est constituée de deux parties principales. Dans la première partie on traite l'observabilité et la contrôlabilité exacte internes indirectes des systèmes hyperboliques faiblement couplés et du système de Timoshenko. La deuxième partie est consacrée à l'étude de problèmes concernant la stabilisation directe du système de Bresse par des feedbacks non linéaires en utilisant la méthode des multiplicateurs et des techniques d'inégalités intégrales, et sa stabilisation indirecte seulement par deux feedbacks localement distribués au voisinage du bord en utilisant l'approche de fréquence de domaine. On traite dans cette partie aussi la stabilisation indirecte du système de Timoshenko dans le cas d'un seul feedback localement distribué au voisinage du bord / This thesis consists of two main parts. In the fi#rst part, it treats the indirect internal observability and exact controllability of a weakly coupled hyperbolic system and of the Timoshenko system. The second part is devoted to the study of problems concerning the direct stabilization of the Bresse system by non-linear feedbacks using multiplier method and integral inequality techniques, and its indirect stabilization only by two locally distributed feedbacks at the neighborhood of the boundary using the frequency domain method. Is treated in this part also the indirect stabilization of the Timoshenko system subject to a single feedback locally distributed at the neighborhood of the boundary

Dans cette thèse on étudie la contrôlabilité globale de quelques équations non linéaires issues de la mécanique des fluides, précisément des équations de type Burgers, une équation de Korteweg-de Vries, et un système de Navier-Stokes 2-D. La stratégie employée consiste, d'une part, à appliquer la méthode du retour de J.-M. Coron, et d'autre part, à jouer sur la non linéarité de l'équation considérée. <br />De cette manière, on montre dans la première partie la contrôlabilité globale exacte pour tout temps d'équations de type Burgers non visqueuses puis on utilise ensuite ce résultat pour obtenir un résultat de contrôlabilité globale approchée pour l'équation de Burgers visqueuse. Cette propriété, combinée avec un résultat de contrôlabilité locale, entraîne ainsi la contrôlabilité globale aux trajectoires de l'équation de Burgers visqueuse, pour tout temps. <br />Dans la deuxième partie, on procède d'une manière similaire pour obtenir la contrôlabilité globale exacte d'une équation de Korteweg-de Vries non linéaire, pour tout temps. <br />Enfin, dans la dernière partie on s'intéresse à un système de Navier-Stokes 2-D avec conditions aux bords de type Navier. On obtient, en utilisant cette fois des résultats sur l'équation d'Euler des fluides incompressibles, la contrôlabilité globale à zéro, pour tout temps.

Le réseau électrique joue un rôle important en tant qu'infrastructure majeure dans chaque pays. Toutefois, avec l'accroissement de la pression économique et environnementale, les systèmes électriques deviennent plus étendus, plus complexes et fonctionnant plus près de leur limite de stabilité. Les blackouts de réseau électrique qui se sont produits dans le monde ces dernières années sont la conséquence de cette situation. Cette thèse a pour objectif de fournir des solutions permettant de prévenir les blackouts de réseaux électriques. Une analyse des phénomènes de blackouts passés est tout d'abord proposée afin de comprendre leurs principales causes et leurs mécanismes. Sur la base de cette analyse, il est établi que les principales causes de blackouts sont directement liées aux problèmes de la stabilité, tels que la stabilité angulaire et la stabilité de tension. Afin de pouvoir prévenir les pannes du réseau causées par les problèmes de stabilité, une nouvelle approche énergétique fondée sur l'utilisation des gramiens de commandabilité et d'observabilité a été proposée. La méthode permet la meilleure sélection de contrôleurs/capteurs afin de pouvoir améliorer l'amortissement des oscillations électriques. Les résultats pourraient être appliqués à grande échelle aux systèmes électriques, afin de construire une nouvelle structure de commande robuste. Dans ce mémoire, cette approche énergétique a également été appliquée afin de maîtriser la stabilité transitoire. Il s'agit d'une méthode heuristique utilisant le gramien de commandabilité comme moyen de choisir les générateurs qui sont utilisés pour replanifier la production d'électricité afin d'améliorer la stabilité transitoire de plus en plus critique lors d'un blackout. Enfin, les principaux facteurs influençant l'écroulement de tension ont été pris en compte à long terme grâce à une approche par simulation dynamique. Une stratégie de contrôle préventif fondée sur un « power flow » optimal a été également proposée. Du point de vue de la prévention, le problème du délestage de charges en cas de sous-tension a été discuté et évalué.

Cette thèse propose quelques solutions au problème du développement de la contrôlabilité par faisceaux d'électrons. La première partie de ce travail passe en revue les phénomènes lies aux faisceaux d'électrons ainsi que les possibilités offertes par les faisceaux de photons. La seconde partie traite plus particulièrement du phénomène Ebic. Son étude théorique et expérimentale dans le cas d'une jonction Planar pn amène à la conclusion que la contrôlabilité requiert des énergies de faisceaux très supérieures à celles de l'observation, exigence qui induit d'importantes perturbations du faisceau. Ces dernières sont analyséss et quelques solutions proposées pour les reduire. La seconde conclusion de l'Ebic est que le faisceau ne permettra pas le contrôle du circuit dans une amplification du courant induit. La dernière partie de ce travail décrit des méthodes de conception de dispositifs MOS capables de contrôler un circuit lorsqu'ils sont actives par un faisceau. Ces méthodes sont basées sur l'assemblage de divers éléments tels que des charges ou des amplificateurs. Ces éléments sont étudiés séparément et leurs règles d'assemblage assurent la compatibilité des niveaux électriques pour une technologie donnée. Leurs essais sont rapportes en fin de travail

Le travail présenté concerne l'étude de différents modèles bilinéaires de systèmes dynamiques à temps discret dans leurs versions déterministe et stochastique. Dans le cas déterministe on précise des conditions assurant des propriétés de contrôlabilité, d'observabilité et d'identifiabilité partielle de l'entrée. Dans le cas stochastique on examine les problèmes d'existence d'un processus d'état stationnaire, d'existence des moments d'un tel processus ainsi que les problèmes statistiques de filtrage de l'état et d'estimation des paramètres.

Cette thèse est consacrée à la résolution des problèmes de contrôle non linéaires par des méthodes de calcul hybride. L'idée défendue est que la modélisation par les systèmes hybrides permet la résolution approchée des problèmes non linéaires sans connaissance a priori du comportement du système étudié. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la modélisation des systèmes de contrôle non linéaires par une nouvelle classe de systèmes hybrides affines par morceaux. Un soin particulier est apporté à l'étude de l'erreur et de la convergence de l'approximation hybride. La deuxième partie est consacrée au problème de la contrôlabilité à l'origine des systèmes non linéaires. Nous nous intéressons tout d'abord à la quantification de l'erreur commise entre le domaine contrôlable non linéaire et son approximation hybride. Nous proposons ensuite une approche constructive pour le calcul du domaine contrôlable, permettant alors de réduire l'exploration des états discrets de l'automate hybride. La dernière partie est dédiée à la recherche de solutions optimales des problèmes de contrôle non linéaires et hybrides. Nous justifions tout d'abord la pertinence de la modélisation hybride à travers deux approches : le principe du maximum de Pontryagin et les solutions de viscosité des équations d'Hamilton-Jacobi-Bellman. Nous énonçons en particulier un principe du maximum hybride qui nous permet alors de déterminer la structure du contrôle optimal hybride. Ces trois parties répondent à un objectif principal : développer par le calcul hybride combinant analyse numérique et calcul formel, des outils mathématiques et algorithmiques efficaces pour l'étude de dynamiques contrôlées non linéaires.

On présente quelques résultats de contrôlabilité et de contrôlabilité lagrangienne sur des équations aux dérivées partielles.

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, intitulée ''Contrôlabilité et observabilité de quelques équations des plaques'', discute la problématique de la contrôlabilité, respectivement de l'observabilité, de l'équation des plaques perturbées avec des termes linéaires ou non linéaires. Des résultats récents ont prouvé que l'observabilité exacte d'un système qui modélise les vibrations d'une structures élastique (équation des ondes ou des plaques) implique l'existence d'une solution du problème inverse de la récupération d'un terme source dans l'équation à partir de l'observation. 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, l'exemple typique étant l'imagerie cardiaque en respiration libre. 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. Nous avons validé cette méthode en utilisant des images simulées numériquement et les images de cinq volontaires sains. 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. En conclusion, nous avons montré qu'on peut utiliser les outils de la théorie de contrôle pour des problèmes inverses provenant de l'IRM des objets en mouvement, à la condition de connaître l'équation du mouvement.

L’objet de cette thèse est l’étude de certains problèmes liés à l’ingénierie des bioprocédés, en particulier l’analyse du comportement et de la culture optimale des microalgues et la connexion de plusieurs bioréacteurs. Trois problèmes sont proposés et analysés. Le première est basé sur une étude récente dans laquelle les auteurs modifient le modèle classique du Monod en incorporant l’incidence de la lumière sur la dynamique à travers le rôle de la croissance de la biomasse. L’idée est d’étudier un problème plus général de l’optimisation non linéaire qui considère maximisation de la biomasse moyenne de microalgues en fonction du temps, pour des intervalles de temps différents. La difficulté mathématique qui se pose est lié à la discontinuité des intervalles de temps qui rend la fonction à optimiser non différentiable. Ce manque de régularité comprend la formulation d’un problème d’optimisation non-lisse. Dans le deuxième problème, un modèle réduit du réservoir microalgues avec nitrification est analysé, en supposant que les microalgues peuvent se développer à partir de la consommation de nitrate et d’ammonium, de préférence par l’ammonium. La limitation de la lumière par l’auto-ombrage est également inclus dans le taux de croissance du microalgues comme inhibition non compétitive. En réduisant le système en utilisant la théorie des systèmes asymptotiquement autonomes, il peut être considéré comme une perturbation d’un système de deux espèces en compétition pour un substrat. Par conséquent, nous utilisons un résultat de systèmes perturbés non-évanescentes pour obtenir un théorème de stabilité pour la coexistence.Le dernier problème est lié aux systèmes compartimentés. Il est prouvé que pour une grande classe de systèmes entrées-sorties positifs de dimension finie, représentant transport et diffusion de soluté entre des compartiments mobiles et immobiles, il existe des représentations MINC (multiple interacting continua) et MRMT (multi-rate mass transfer) algébriquement équivalentes. En outre, des méthodes explicites sont donnés pour construire ces représentations équivalentes, où la contrôlabilité des systèmes joue un rôle important. / The purpose of this thesis is to study some problems that arise from bioprocess engineering, in particular the behaviour analysis and optimal cultivation of microalgae and the connection of multiple bioreactors. The thesis consists of three problems. The first is based on a recent study in which the authors extend the classical Monod model incorporating light incidence on the dynamics through the role of biomass growth. The idea is to study a more general problem of nonlinear optimization which considers maximization average biomass of microalgae versus time, for different time intervals. The mathematical difficulty that arises is related to that discontinuity of the time intervals which causes non differentiability in some domain points. This lack of regularity involves the formulation of a non-smooth optimization problem. In the second problem, a reduced mathematical model of a microalgal pond with nitrification is analyzed, assuming that microalgae can grow either by ammonium consumption or by nitrate consuming, with preference for ammonium. Light limitation by self-shading is also included in the growth rate of microalgae as a noncompetitive inhibition.It is feasible to reduce the system using the theory of asymptotically autonomous systems and the limiting system obtained can be considered as a perturbation of a system of two species competing for a substrate. So, we use a result of non-vanishing perturbated systems to obtain a strong stability theorem for equilibrium coexistence. The last problem is related to compartmental systems. It is proved that for a large class of finite dimensional input-output positive systems that represent networks of transport and diffusion of solute in mobile and immobile compartments, there exist MINC (multiple interacting continua) and MRMT (multirate mass transfer) algebraically equivalent representations. Moreover, we provide explicit methods to construct these representations, where controllability property is playing a crucial role.

Cette Thèse analyse les ensembles de contrôle de systèmes de commande linéaires et les isométries de structure presque-Riemanniennes sur des groupes de Lie. Dans la première partie, le but principal est de caractériser les propriétés d'ensembles de contrôle comme l'existence, l'unicité, le fait d'être limité et l'invariance. Nous étudions ces propriétés pour des groupes de Lie décomposables par les valeurs propres du champ vectoriel linéaire et étendons les résultats à des groupes de Lie non-compacts semi-simples avec un centre fini. L’objectif principal de la deuxième partie est de caractériser les propriétés d'isométrie des structures presque-Riemanniennes. Nous cherchons des invariants dans des isométries telles que le locus singulier ou l'ensemble des singularités de champs vectoriels linéaires. Pour des groupes de Lie nilpotents, nous prouvons que toutes les isométries sont affines, c’est-à-dire qu’elles se composent d'une translation et d’automorphismes d’un groupe de Lie. Nous utilisons les résultats obtenus pour classifier les structures presque-Riemanniennes en des groupes de Lie de faible dimension. / This Thesis analyzes the control sets of linear control systems and the isometries of almost-Riemannian structures on Lie groups. The main goal for the first topic is to characterize the properties of control sets such as existence, uniqueness, boundedness and invariance. We study such properties for Lie groups decomposable by eigenvalues of the linear vector field and extend some results to non-compact semi-simple Lie groups with finite center. The second topic main objective is to characterize isometry properties of almost-Riemannian structures. We search for invariants under isometries such as the singular locus and the set of the linear vector field singularities. For nilpotent Lie groups, we prove that all isometries are affine, that is, a composition of a translation with a Lie group automorphisms. To finish this topic we use the obtained results to classify the almost-Riemannian structures on low dimensional Lie groups.