Many mathematical models generally consist of either a continuous system like that of a system of differential equations, or a discrete system such as a discrete game theoretic model; however, there exist phenomena in which neither modeling approach alone is sufficient for capturing the behaviour of the intended real world system. This leads to the need to explore the use of combinations of such discrete and continuous processes, namely the use of mathematical modeling with what are known as hybrid dynamical systems. In what follows, we provide a blueprint for one approach to study several classes of equilibrium problems in non-equilibrium states through the direct use of hybrid dynamical systems. The motivation of our work stems from the fact that the real world is rarely, if ever, in a state of perfect equilibrium and that the behaviour of equilibrium problems in non-equilibrium states is just as complex and interesting (if not more so) than standard equilibrium solutions. Our approach consists of an association of classes of traffic equilibrium problems, noncooperative games, minimization problems, and complementarity problems to a class of hybrid dynamical system called projected dynamical systems. The purposed connection between equilibrium problems and projected dynamical system is made possible through mutual connections to the robust framework of variational inequalities. The results of our work include theoretical contributions such as showing how evolution solutions (non-equilibrium solutions) can be analyzed from a theoretical point of view and how they relate to equilibrium solutions; computational methods for tracking and visualizing evolution solutions and the development of numerical algorithms for simulation; and applications such as the effect of population vaccination decisions in the spread of infectious disease, dynamic traffic networks, dynamic vaccination games, and nonsmooth electrical circuits.

According to the needs, real systems can be modeled at various level of resolution. It can be detailed interactions at the individual level (or at microscopic level) or a sample of the system (or at mesoscopic level) and also by averaging over mesoscopic (structural) states; that is, at the level of interactions between subsystems of the original system (or at macroscopic level). With the microscopic study one can get a detailed information of the interaction but at a cost of heavy computational work. Also sometimes such a detailed information is redundant. On the other hand, macroscopic analysis, computationally less involved and easy to verify by experiments. But the results obtained may be too crude for some applications. Thus, the mesoscopic level of analysis has been quite popular in recent years for studying real systems. Here we will focus on structured population models where we can observe various level of organization such as individual, a group of population, or a community. Due to fast movement of the individual compare of the other demographic processes (like death and birth), the problem is multiple-scale. There are various methods to handle multiple-scale problem. In this work we will follow asymptotic analysis ( or more precisely compressed Chapman–Enskog method) to approximate the microscopic model by the averaged one at a given level of accuracy. We also generalize our model by introducing reducible migration structure. Along with this, considering age dependency of the migration rates and the mortality rates, the thesis o ers improvement of the existing literature. / Thesis (Ph.D.)-University of KwaZulu-Natal, Westville, 2011.

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The Multiplicative Ergodic Theorem is a powerful tool for studying certain types of dynamical systems, involving real matrix cocycles. It gives a block diagonalization of these cocycles, according to the Lyapunov exponents. We ask if it is always possible to refine the diagonalization to a block upper-triangularization, and if not over the real numbers, then over the complex numbers. After building up to the posing of the question, we prove that there are counterexamples to this statement, and give concrete examples of matrix cocycles which cannot be block upper-triangularized. / Graduate / 0405 / jahoran@uvic.ca

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Ce travail propose différents modèles de mathématiques issus à des phénomènes naturels. L'outil indispensable à cette étude sont les inclusions différentielles, les équations (ou les systèmes d'équations) différentielles ou aux dérivées partielles et la théorie des bifurcations. La nature des ces équations dépend du problème traité: il peut s'agir d'équations de transport, de réaction-diffusion, d'équations non-locales, etc. Nous souhaitons apporter ici quelques informations et explications sur les différents modèles que nous allons étudier. Dans la première partie, il s'agit d'étudier l'existence des solutions, critère de compacité pour l'ensemble de solutions ainsi que la continuité de l'opérateur solution pour certaines classes d'inclusions différentielles impulsives de type neutre, un exemple d'application est traité à la fin de cet première partie, c'est une extension des résultats obtenus dans l'étude théorique. La seconde partie s'attache à l'analyse d'un autre modèle mathématique décrivant l'évolution de la maladie du cancer, il s'agit d'un système d'équations différentielles avec impulsions, les équations différentielles représentent l'évolution des cellules normales, cancéreuses sensibles et cancéreuses résistantes. Les impulsions représentent la chimiothérapie. On considère le cas de l'absence des cellules de la tumeur et on utilise un traitement préventif pour éradiquer la maladie, on étudie tout d'abord les conditions de stabilité des solutions triviales qui représentent l'éradication de la maladie, puis on traite le cas des bifurcations de solutions non triviales qui représentent le retour de maladie. On s'intéresse dans la dernière partie à la modélisation de la maladie d'Alzheimer. On construit un modèle qui décrit d'une part la formation de plaque amyloide {in vivo}, et d'autre part les interactions entre les oligomères A$\beta$ et la protéine prion qui induiraient la perte de mémoire. On mène l'analyse mathématique de ce modèle dans un cas particulier puis dans un cas plus général où le taux de polymérisation est une loi de puissance.

On démontre que les difféomorphismes partiellement hyperboliques admettant un feuilletage central invariant compact sont dynamiquement cohérent et en plus ils ont la propriété de pistage. En supposant une direction instable uni-dimensionnelle et orientée on peut prouver que le difféomorphisme projette en un automorphisme hyperbolique de tore dans l'espace des feuilles centrales.

Ce mémoire de thèse s'articule en deux parties. La premiière partie s'intéresse à la robustesse du nombre de reproduction de base R0 et du nombre de reproduction type T, qui sont des seuils pour des systèmes épidémiques. Nous montrons que ces paramètres seuils ne sont pas des jauges fiables pour évaluer la distance qui sépare le Jacobien J du système, calculé au point d'équilbre sans maladie à l'ensemble des matrices stables (S) si J est instable, ( respectivement 'a l'ensemble des matrices instables ( U) si J est stable). La deuxième partie se penche sur l'étude d'un modèle déterministe (S V E I R), o'u S représente les susceptibles, V les vaccinés, E les latents, I les infectieux et R les immuns. Dans le dit modèle, les vaccinés sont considérés comme des "susceptibles dans une moindre mesure" du fait que le vaccin ne garantit pas une immunité totale. Le nombre de reproduction de base Rvac qui assure l'existence et l'unicité de l'équilibre endémique est déterminé La globale stabilité de l'équilibre endémique est établie en utilisant les techniques de Lyapunov quand Rvac > 1. Ce réesultat améliore un résultat de Gumel et al.

Les bâtiments consomment plus de 40 % de l'énergie mondiale. Bien que nombre de propositions pour améliorer la gestion de l'énergie dans les bâtiments aient été avancées, cette problématique demeure essentiellement ouverte. Cette thèse porte sur le développement et l'évaluation d'une commande prédictive pour la gestion de l'énergie dans le bâtiment ainsi que l'étude de l'embarcabilité de l'algorithme de contrôle sur une cible temps-réel (Roombox - Schneider-Electric). En plus des divers simulations montrant l'intêret d'une telle approche, ce travail explore aussi la capacité de la commande prédictive à s'adapter à des scénarii complexes (prix variable de l'énergie, bâtiments multi-sources, contraintes de ressources, stockage d'énergie, ...). Ce travail propose l'élaboration d'une architecture de commande distribuée pour contrôler les paramètres de confort dans chaque zone du bâtiment sous respect de contraintes de ressources globales. Cette thèse CIFRE a été préparée au sein du laboratoire Gipsa-lab en partenariat avec Schneider-Electric dans le cadre du programme HOMES (www.homesprogramme.com).