Cette thèse est consacrée, d'une part, à l'étude d'existence de solutions pour des problèmes d'évolution et, d'autre part, à la stabilité de la propriété de prox-régularité ensembliste. Nous étudions dans la première partie des processus de rafle de Moreau perturbés et discontinu du premier et du second ordre. L'ensemble mouvant est prox-régulier dans un espace de Hilbert réel quelconque et sa variation est contrôlé par une mesure de Radon. Des applications à la théorie de la complémentarité et à celle des inéquations variationnelles sont présentées. Dans la seconde partie, on donne des conditions suffisantes assurant la prox-régularité d'ensembles décrit par des contraintes non nécessairement lisses sous forme d'inégalités et/ ou d'égalités et plus généralement d'ensembles de solutions d'équations généralisées. On y développe également des conditions vérifiables assurant la préservation de la prox-régularité vis-à-vis d'opérations ensemblistes : les cas de l'intersection, d'image directe, de pré-image, d'union et projection sur un sous-espace sont considérés. / In this dissertation, we study, on the one hand, the existence of solutions for some evolution problems and, on the other hand, the stability of prox-regularity under set operations. The first topic is devoted to first and second order nonconvex perturberd Moreau's sweeping processes in infinite dimensional framework. The moving set is assumed to be prox-regular and moved in a bounded variation way. Applications to the theory of complementarity problems and evolution variational inequalities are given. In the other topic, we first give verifiable sufficient conditions ensuring the prox-regularity of constrained sets and more generally for solution sets of generalized equations. We also develop the preservation of prox-regularity under set operations as intersection, direct image, inverse image, union and projection along a vector space.

Les problèmes de contrôle optimal se rencontrent dans l'industrie aérospatiale et dans la mécanique. Leur étude conduit à des difficultés mathématiques importantes. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux conditions d'optimalité pour certains problèmes de contrôle avec des contraintes exprimées en termes d'inclusions différentielles. Nous considérons aussi des problèmes de contrôle associés aux modèles mathématiques issus de la Mécanique du Contact. Cette thèse est structurée en deux parties et six chapitres. La première partie, contenant les Chapitres 1, 2 et 3, représente un résumé de nos résultats, en Français. Nous y présentons les problèmes étudiés, les hypothèses sur les données, les notations utilisées ainsi que l’énoncé des principaux résultats. Les démonstrations sont omises. La deuxième partie du manuscrit représente la partie principale de la thèse. Elle contient les Chapitres 4, 5 and 6, chacun ayant fait l'objet d'une publication (parue ou soumise) dans une revue internationale avec comité de lecture.Nous y présentons nos principaux résultats, accompagnés des démonstrations et des références bibliographiques. / Optimal control problems arise in aerospace industry and in mechanics. They are challenging and involve important mathematical difficulties. In this thesis, we are interested to derive optimality conditions for optimal control problems with constraints under the form of differential inclusions. We also consider optimal control problems in the study of some boundary value problems arising in Contact Mechanics. The thesis is structured in two parts and six chapters. Part I represents an abstract of the main results, in French. It contains Chapters 1, 2 and 3. Here we present the problems we study together with the assumptions on the data, the notation and the statement of the main results. The proofs of these results are omitted, since them are presented in Part II of the manuscript.Part II represents the main part of the thesis. It contains Chapters 4, 5 and 6. Each of these chapters made the object of a paper published (or submitted) in an international journal. Here we present our main results, together with the corresponding proofs and bibliographical references.

Dans ce travail de recherche, nous nous intéressons à une étude didactique des objets équation, inéquation et fonction en faisant référence à la théorie sémantique de la vérité introduite par Frege et Russell et développée par Tarski et Quine, en particulier les notions de phrase ouverte ; satisfaction d'une phrase ouverte par un élément ; quantification, qui permettent de mieux expliciter les notions d'égalité et d'inégalité d'une part, le statut des lettres d'autre part.<br />Notre recherche s'inscrit dans la continuité des travaux de recherche de Durand-Guerrier et nous soutenons la thèse selon laquelle la logique des prédicats est pertinente pour l'analyse des questions liées l'articulation des deux points de vue sémantique et syntaxique dans l'enseignement et l'apprentissage des équations, inéquations et fonctions au secondaire.<br />Pour compléter les éclairages apportés par la sémantique logique, nous avons conduit une étude historique circonscrite des relations entre ces concepts mathématiques. Nous avons ainsi croisé cette étude avec notre perspective logique en vue de repérer la dyade sémantique/ syntaxe au moment de la formation de ces concepts.<br />La question principale étudiée dans l'exploration didactique concerne la possibilité de repérer, dans le développement des concepts d'équation, d'inéquation et de fonction, des phénomènes liés à la dialectique sémantique / syntaxe. Pour cela, nous avons conduit une analyse des programmes et des manuels de l'enseignement secondaire tunisien ; soumis un questionnaire à des élèves du secondaire et des étudiants de classes préparatoires ; proposé une situation d'apprentissage à quelques élèves volontaires et réalisé quelques entretiens avec des enseignants. Nos travaux montrent un recul du point de vue sémantique dès que les techniques syntaxiques sont disponibles, et une quasi absence d'articulation entre syntaxe et sémantique.

Le sujet de cette thèse se situe à la frontière entre les mathématiques appliquées et la mécanique. Il s'agit d'étudier, sous un angle mathématique, des problèmes piézoélectriques, c'est à dire des problèmes couplant action mécanique et action électrique, en présence de contact et de frottement. On s'intéresse notamment à l'analyse variationnelle et numérique de ces problèmes. La thèse comporte quatre parties. La première partie contient l'ensemble des outils mathématiques, numériques et mécaniques nécessaires à une bonne compréhension du travail réalisé par la suite. La deuxième partie aborde deux problèmes statiques de contact frottant entre un corps électro-élastique et une fondation. Dans le cas des formulations primales des problèmes, nous prouvons l'existence, l'unicité, et la dépendance continue des solutions faibles, exprimées en termes de déplacements et de potentiel électrique. Une formulation duale équivalente au problème précédent, exprimée en termes de contraintes et de déplacement électrique, est étudiée pour laquelle des résultats d'existence et d'unicité sont établis. La troisième partie aborde deux modèles de contact piézoélectrique dans un cadre évolutif de type quasistatique. Pour chaque modèle, on présente un résultat d'existence. Dans la quatrième partie, le travail porte sur l'analyse numérique et les simulations par différences finies en temps (Euler implicite) et éléments finis en espace. Dans le cas statique, on traite un problème électro-élastique avec contact frottant de type compliance. Le problème discret est posé et les estimations a priori de l'erreur sont obtenues. Le problème est écrit sous forme d'un Lagrangien augmenté couplé à un algorithme de type Newton généralisé. S'ensuit une simulation numérique en dimension deux d'espace et des vérifications numériques de convergence. Des résultats similaires sont obtenus dans le cas d'un problème de contact quasistatique électro-viscoélastique.

Cette thèse est consacrée à la résolution de trois types de problèmes fondamentaux qui apparaissent en analyse fonctionnelle hilbertienne non-linéaire et dans ses applications : les problèmes d'équilibre pour les bifonctions monotones, les problèmes de point fixe pour les contractions, et les problèmes d'inclusion pour les opérateurs monotones. Notre objectif est d'élaborer de nouvelles méthodes d'approximation et de construction de solutions pour ces problèmes et d'étudier leur comportement asymptotique. Dans un premier temps, nous proposons de nouvelles perturbations visqueuses et visco-pénalisées de ces problèmes, et étudions le comportement asymptotique des courbes d'approximation associées quand la perturbation devient évanescente. Nous étudions ensuite les propriétés de divers systèmes dynamiques discrets et continus associés à ces courbes. Cette étude débouche en particulier sur de nouveaux algorithmes, dont la convergence est établie. Des applications numériques à des problèmes de restauration en traitement de l'image sont fournies pour illustrer la mise en œuvre et les performances de certains des algorithmes proposés.

L’apprentissage automatique repose pour un bon nombre de problèmes sur la minimisation d’une fonction de coût, pour ce faire il tire parti de la vaste littérature sur l’optimisation qui fournit des algorithmes et des garanties de convergences pour ce type de problèmes. Cependant récemment plusieurs modèles d’apprentissage automatique qui ne peuvent pas être formulé comme la minimisation d’un coût unique ont été propose, à la place ils nécessitent de définir un jeu entre plusieurs joueurs qui ont chaque leur propre objectif. Un de ces modèles sont les réseaux antagonistes génératifs (GANs). Ce modèle génératif formule un jeu entre deux réseaux de neurones, un générateur et un discriminateur, en essayant de tromper le discriminateur qui essaye de distinguer les vraies images des fausses, le générateur et le discriminateur s’améliore résultant en un équilibre de Nash, ou les images produites par le générateur sont indistinguable des vraies images. Malgré leur succès les GANs restent difficiles à entrainer à cause de la nature antagoniste du jeu, nécessitant de choisir les bons hyperparamètres et résultant souvent en une dynamique d’entrainement instable. Plusieurs techniques de régularisations ont été propose afin de stabiliser l’entrainement, dans cette thèse nous abordons ces instabilités sous l’angle d’un problème d’optimisation. Nous commençons par combler le fossé entre la littérature d’optimisation et les GANs, pour ce faire nous formulons GANs comme un problème d’inéquation variationnelle, et proposons de la littérature sur le sujet pour proposer des algorithmes qui convergent plus rapidement. Afin de mieux comprendre quels sont les défis de l’optimisation des jeux, nous proposons plusieurs outils afin d’analyser le paysage d’optimisation des GANs. En utilisant ces outils, nous montrons que des composantes rotationnelles sont présentes dans le voisinage des équilibres, nous observons également que les GANs convergent rarement vers un équilibre de Nash mais converge plutôt vers des équilibres stables locaux (LSSP). Inspirer par le succès des GANs nous proposons pour finir, une nouvelle famille de jeux que nous appelons adversarial example games qui consiste à entrainer simultanément un générateur et un critique, le générateur cherchant à perturber les exemples afin d’induire en erreur le critique, le critique cherchant à être robuste aux perturbations. Nous montrons qu’à l’équilibre de ce jeu, le générateur est capable de générer des perturbations qui transfèrent à toute une famille de modèles. / Many machine learning (ML) problems can be formulated as minimization problems, with a large optimization literature that provides algorithms and guarantees to solve this type of problems. However, recently some ML problems have been proposed that cannot be formulated as minimization problems but instead require to define a game between several players where each player has a different objective. A successful application of such games in ML are generative adversarial networks (GANs), where generative modeling is formulated as a game between a generator and a discriminator, where the goal of the generator is to fool the discriminator, while the discriminator tries to distinguish between fake and real samples. However due to the adversarial nature of the game, GANs are notoriously hard to train, requiring careful fine-tuning of the hyper-parameters and leading to unstable training. While regularization techniques have been proposed to stabilize training, we propose in this thesis to look at these instabilities from an optimization perspective. We start by bridging the gap between the machine learning and optimization literature by casting GANs as an instance of the Variational Inequality Problem (VIP), and leverage the large literature on VIP to derive more efficient and stable algorithms to train GANs. To better understand what are the challenges of training GANs, we then propose tools to study the optimization landscape of GANs. Using these tools we show that GANs do suffer from rotation around their equilibrium, and that they do not converge to Nash-Equilibria. Finally inspired by the success of GANs to generate images, we propose a new type of games called Adversarial Example Games that are able to generate adversarial examples that transfer across different models and architectures.

Dans cette thèse, tout d’abord, nous faisons l’Analyse Mathématique du modèle exact du chauffage radiatif d’un corps semi-transparent $\Omega$ par une source radiative noire qui l’entoure. Il s’agit donc d’étudier le couplage d’un système d’Equations de Transfert Radiatif avec condition au bord de réflectivité indépendantes avec une équation de conduction de la chaleur non linéaire avec condition limite non linéaire de type Robin. Nous prouvons l’existence et l’unicité de la solution et nous démontrons des bornes uniformes sur la solution et les intensités radiatives dans chaque bande de longueurs d’ondes pour laquelle le corps est semi-transparent, en fonction de bornes sur les données, Deuxièmement, nous considérons le problème du contrôle optimal de la température absolue à l’intérieur du corps semi-transparent $\Omega$ en agissant sur la température absolue de la source radiative noire qui l’entoure. À cet égard, nous introduisons la fonctionnelle coût appropriée et l’ensemble des contrôles admissibles $T_{S}$, pour lesquels nous prouvons l’existence de contrôles optimaux. En introduisant l’espace des états et l’équation d’état, une condition nécessaire de premier ordre pour qu’un contrôle $T_{S}$ : t ! $T_{S}$ (t) soit optimal, est alors dérivée sous la forme d’une inéquation variationnelle en utilisant le théorème des fonctions implicites et le problème adjoint. Ensuite, nous considérons le problème de l’existence et de l’unicité d’une solution faible des équations de la thermoviscoélasticité dans une formulation mixte de type Hellinger- Reissner, la nouveauté par rapport au travail de M.E. Rognes et R. Winther (M3AS, 2010) étant ici l’apparition de la viscosité dans certains coefficients de l’équation constitutive, viscosité qui dépend dans ce contexte de la température absolue T(x, t) et donc en particulier du temps t. Enfin, nous considérons dans ce cadre le problème du contrôle optimal de la déformation du corps semi-transparent $\Omega$, en agissant sur la température absolue de la source radiative noire qui l’entoure. Nous prouvons l’existence d’un contrôle optimal et nous calculons la dérivée Fréchet de la fonctionnelle coût réduite. / This thesis begins with a rigorous mathematical analysis of the radiative heating of a semi-transparent body made of glass, by a black radiative source surrounding it. This requires the study of the coupling between quasi-steady radiative transfer boundary value problems with nonhomogeneous reflectivity boundary conditions (one for each wavelength band in the semi-transparent electromagnetic spectrum of the glass) and a nonlinear heat conduction evolution equation with a nonlinear Robin boundary condition which takes into account those wavelengths for which the glass behaves like an opaque body. We prove existence and uniqueness of the solution, and give also uniform bounds on the solution i.e. on the absolute temperature distribution inside the body and on the radiative intensities. Now, we consider the temperature $T_{S}$ of the black radiative source S surrounding the semi-transparent body $\Omega$ as the control variable. We adjust the absolute temperature distribution (x, t) 7! T(x, t) inside the semi-transparent body near a desired temperature distribution Td(·, ·) during the time interval of radiative heating ]0, tf [ by acting on $T_{S}$. In this respect, we introduce the appropriate cost functional and the set of admissible controls $T_{S}$, for which we prove the existence of optimal controls. Introducing the State Space and the State Equation, a first order necessary condition for a control $T_{S}$ : t 7! $T_{S}$ (t) to be optimal is then derived in the form of a Variational Inequality by using the Implicit Function Theorem and the adjoint problem. We come now to the goal problem which is the deformation of the semi-transparent body $\Omega$ by heating it with a black radiative source surrounding it. We introduce a weak mixed formulation of this thermoviscoelasticity problem and study the existence and uniqueness of its solution, the novelty here with respect to the work of M.E. Rognes et R. Winther (M3AS, 2010) being the apparition of the viscosity in some of the coefficients of the constitutive equation, viscosity which depends on the absolute temperature T(x, t) and thus in particular on the time t. Finally, we state in this setting the related optimal control problem of the deformation of the semi-transparent body $\Omega$, by acting on the absolute temperature of the black radiative source surrounding it. We prove the existence of an optimal control and we compute the Fréchet derivative of the associated reduced cost functional.