Dans cette thèse, nous étudions la synchronisation, qui est un phénomène bien répandu dans la nature. Elle a été observée pour la première fois par Huygens en 1665. En se basant sur les résultats de la contrôlabilité frontière exacte, pour un système couplé d’équations des ondes avec des contrôles frontières de Neumann, nous considérons la synchronisation frontière exacte (par groupes), ainsi que la détermination de l’état de synchronisation. Ensuite, nous considérons la contrôlabilité exacte et la synchronisation exacte (par groupes) pour le système couplé avec des contrôles frontières couplés de Robin. A cause du manque de régularité de la solution, nous rencontrons beaucoup plus de difficultés. Afin de surmonter ces difficultés, on obtient un résultat sur la trace de la solution faible du problème de Robin grâce aux résultats de régularité optimale de Lasiecka-Triggiani sur le problème de Neumann. Ceci nous a permis d’établir la contrôlabilité exacte, et, par la méthode de la perturbation compacte, la non-contrôlabilité exacte du système. De plus, nous allons étudier la détermination de l’état de synchronisation, ainsi que la nécessité des conditions de compatibilité des matrices de couplage. / This thesis studies the widespread natural phenomenon of synchronization, which was first observed by Huygens en 1665. On the basis of the results on the exact boundary controllability, for a coupled system of wave equations with Neumann boundary controls, we consider its exact boundary synchronization (by groups), as well as the determination of the state of synchronization. Then, we consider the exact boundary controllability and the exact boundary synchronization (by groups) for the coupled system with coupled Robin boundary controls. Due to difficulties from the lack of regularity of the solution, we have to face a bigger challenge. In order to overcome this difficulty, we take advantage of the regularity results for the mixed problem with Neumann boundary conditions (Lasiecka and Triggiani) to discuss the exact boundary controllability, and by the method of compact perturbation, to obtain the non-exact controllability for the system.

La thèse est portée essentiellement sur la stabilisation et la contrôlabilité de deux équations des ondes moyennant un seul contrôle agissant sur le bord du domaine. Dans le cas du contrôle dynamique, le contrôle est introduit dans le système par une équation différentielle agissant sur le bord. C'est en effet un système hybride. Le contrôle peut être aussi applique directement sur le bord d'une équation, c'est le cas du contrôle indirecte mais non borne. La nature du système ainsi coupledépend du couplage des équations, et ceci donne divers résultats par la stabilisation (exponentielle et polynomiale) et la contrôlabilité exacte (espace contrôlable). Des nouvelles inégalités d'énergie permettent de mettre en oeuvre la Méthode fréquentielle et la Méthode d'Unicité de Hilbert. / This thesis is concerned with the stabilization and the exact controllability of two wave equations by means of only one control acting on the boundary of the domain. In the case of dynamic control, the control is introduced into the system by differential equation acting on the boundary. It is indeed a hybrid system. The control can be also applied directly on the boundary of one of the equations. In this case, the control is indirect but unbounded. The behavior of the obtained system depends on theways of coupling. Various results are established for the stabilization (exponential or polynomial) and the exact controllability (controllable space of initial data). A new inequality of energy allows to apply the Frequency Method and the Hilbert Uniqueness Method.

Les Systèmes de Contrôle Embarqués Distribués (SCED) utilisent les réseaux de communication dans les boucles de rétroaction. Étant donné que les systèmes SCED ont une puissance de batterie, une bande passante de communication et une puissance de calcul limitée, les débits des données ou des informations transmises sont bornées et ils peuvent affecter leur stabilité. Ceci nous amène à élargir le spectre de notre étude et y intégrer une étude sur la relation entre la théorie du contrôle d’un coté et celle de l’information de l’autre. La contrainte de débit de données induit la quantification des signaux tandis que les aspects de calcul temps réel et de communication induit des événements asynchrones qui ne sont plus réguliers ou périodiques. Ces deux phénomènes donnent au SCED une double nature, continue et discrète, et en font des cas d’étude spécifiques. Dans cette thèse, nous analysons la stabilité et la performance de SCED du point de vue de la théorie de l’information et du contrôle. Pour les systèmes linéaires, nous montrons l’importance du compromis entre la quantité d’information communiquée et les objectifs de contrôle, telles que la stabilité, la contrôlabilité/observabilité et les performances. Une approche de conception conjointe de contrôle et de communication (en termes de débit d’information au sens de Shannon) des SCED est étudiée. Les principaux résultats de ces travaux sont les suivants : nous avons prouvé que la réduction d’entropie (ce qui correspond à la réduction d’incertitude) dépend du Grammien de contrôlabilité. Cette réduction est également liée à l’information mutuelle de Shannon. Nous avons démontré que le Grammien de contrôlabilité constitue une métrique de l’entropie théorique de l’information en ce qui concerne les bruits induits par la quantification. La réduction de l’influence de ces bruits est équivalente à la réduction de la norme du Grammien de contrôlabilité. Nous avons établi une nouvelle relation entre la matrice d’information de Fisher (FIM) et le Grammien de Contrôlabilité (CG) basé sur la théorie de l’estimation et la théorie de l’information. Nous proposons un algorithme qui distribue de manière optimale les capacités de communication du réseau entre un nombre "n" d’actionneurs et/ou systèmes concurrents se basant sur la réduction de la norme du Grammien de Contrôlabilité / The Networked Embedded Control System (NECS) uses communication networks in the feedback loops. Since the embedded systems have the limited battery power along with limited bandwidth and computing power, the feedback data rates are limited. The rate of communications can drastically affect system stability. Hence, there is a strong need for understanding and merging the Control Theory with Communication or Information Theory. The data rate constraint introduces quantization into the feedback loop whereas the communication or computational model induces discrete events which are no more periodic. These two phenomena give the NECS a twofold nature : continuous and discrete, and render them specific. In this thesis we analyze the stability and performance of NECS from Informationtheoretic point of view. For linear systems, we show how fundamental are the tradeoffs between the communication-rate and control goals, such as stability, controllability / observability and performances. An integrated approach of control and communication (in terms of Shannon Information Rate) of NECS or distributed embedded control systems is studied. The main results are as follows : We showed that the entropy reduction which is same as uncertainty reduction is dependent on Controllability Gramian only. It is also related to Shannon Mutual-Information. We demonstrated that the gramian of controllability constitutes a metric of information theoretic entropy with respect to the noises induced by quantization. Reduction of these noises is equivalent to the design methods proposing a reduction of the controllability gramian norm. We established a new relation of Fisher Information Matrix (FIM) and Controllability Gramian (CG) based on estimation-theoretic and information-theoretic explanations. We propose an algorithm which optimally distributes the network capacity between a number "n" of competing actuators. The metric of this distribution is the Controllability Gramian

On proposera un tour d'horizon de quelques problèmes et méthodes inverses pour l'environnement (météo, océano, glacio).