Dans cette thèse, nous étudions les sujets suivants :- la stabilité ergodique pour les systèmes conservatifs ;- la généricité de l'existence d'exposants positifs pour certains produits tordus avec fibres de dimension deux ;- rigidité des mesures $u$-Gibbs pour certains systèmes partiellement hyperboliques ;- la transitivité robuste.Nous donnons une preuve de la stabilité ergodique pour certains systèmes partiellement hyperboliques sans utiliser l'accessibilité. Ces systèmes ont été introduits par Pierre Berger et Pablo Carrasco, et ils ont les propriétés suivantes : ils possèdent une direction centrale bidimensionnelle ; ils sont non-uniformément hyperboliques avec un exposant positif et un exposant négatif le long de la direction centrale pour presque tout point, et la décomposition d'Oseledets n'est pas dominée.Dans un autre travail, nous donnons des critères de stabilité ergodique pour des systèmes ayant une décomposition dominée. En particulier, nous explorons la notion d'hyperbolicité par chaîne introduite par Sylvain Crovisier et Enrique Pujals. À l'aide de cette notion, nous donnons des critères explicites de stabilité ergodique et nous donnons quelques applications.Dans un travail commun avec Mauricio Poletti, nous prouvons que le produit aléatoire de difféomorphismes de surface conservatifs possède génériquement une région avec des exposants positifs. Nos résultats s'appliquent également aux produits tordus plus généraux.Nous étudions également les perturbations dissipatives de l'exemple de Berger-Carrasco. Nous classifions toutes les mesures $u$-Gibbs qui peuvent apparaître dans un voisinage de l'exemple. Dans ce voisinage, nous prouvons que toute mesure $u$-Gibbs est soit l'unique mesure SRB du système, soit la désintégration dans le feuilletage central est atomique. Dans un travail commun avec Pablo Carrasco, nous prouvons que cet exemple est robustement transitif (en fait robustement topologiquement mélangeant). / In this thesis we study the following topics:-stable ergodicity for conservative systems;-genericity of the existence of positive exponents for some skew products with two dimensional fibers;-rigidity of $u$-Gibbs measure for certain partially hyperbolic systems;-robust transitivity.We give a proof of stable ergodicity for a certain partially hyperbolic system without using accessibility. This system was introduced by Pierre Berger and Pablo Carrasco, and it has the following properties: it has a two dimensional center direction; it is non-uniformly hyperbolic having both a positive and a negative exponent along the center for almost every point, and the Oseledets decomposition is not dominated.In a different work, we find criteria of stable ergodicity for systems with a dominated splitting. In particular, we explore the notion of chain-hyperbolicity introduced by Sylvain Crovisier and Enrique Pujals. With this notion we give explicit criteria of stable ergodicity, and we give some applications.In a joint work with Mauricio Poletti, we prove that the random product of conservative surface diffeomorphisms generically has a region with positive exponents. Our results also hold for more general skew products.We also study dissipative perturbations of the Berger-Carrasco example. We classify all the $u$-Gibbs measures that may appear inside a neighborhood of the example. In this neighborhood, we prove that any $u$-Gibbs measure is either the unique SRB measure of the system or it has atomic disintegration along the center foliation. In a joint work with Pablo Carrasco, we prove that this example is robustly transitive (indeed robustly topologically mixing).

[ES] El objetivo de esta tesis es estudiar las propiedades ergódicas (acotación en potencias, ergodicidad media y ergodicidad media uniforme) de operadores definidos en varios espacios de funciones. En un espacio Hausdorff localmente convexo E, un operador T\in\L(E) es llamado acotado en potencias si el conjunto de sus iteradas es equicontinuo. Las medias de Cesàro de T son T_[n] = 1/n (T+T^2+...+ T^m), n\in\N. El operador T se dice ergódico en media si la sucesión (T_[n])_n converge puntualmente y se dice uniformemente ergódico en media si la sucesión converge uniformemente en conjuntos acotados. En el Capítulo 1 se estudia el operador de multiplicación cuando está definido sobre espacios ponderados de funciones continuas y sobre sus límites inductivos y proyectivos. Trabajamos sobre un espacio topológico Hausdorff, normal y localmente compacto X. Dada una función continua phi, el operador de multiplicacion se define como M_ phi: f -> phi f. Una función continua v se llama peso si es estrictamente positiva. Los espacios (de Banach) ponderados de funciones continuas son C_v:= {f\in C(X) : ||f||_v:=\sup_(x\in X) v(x)|f(x)|< infty}, C_v ^0 :={f\in C(X) : vf se anula en el infinito}, con la norma ||.||_v. En las Secciones 1.3 y 1.4 se centra la atención en límites indutivos y proyectivos de los espacios de la Sección 1.2. Si V=(v_n)_n es una familia decreciente de pesos, entonces los limites inductivos ponderados de funciones continuas son VC=ind _n C_v_n y V_0C=ind _n C^0_v_n. Si A=(a_n)_n es una familia creciente de pesos, los límites proyectivos ponderados de funciones continuas son CA=proj_n C_a_n y CA_0=proj _n C^0_a_n. El comportamiento es diferente para los límites de los C_v_n (resp. C_a_n) del de los límites de los C^0_v_n (resp. C^0_a_n). En la Sección 1.5 se determinan completamente el espectro y el espectro de Waelbroeck del operador de multiplicación. En la última Sección 1.6 se compara la topología del conjunto de multiplicadores entre límites proyectivos con la inducida por la topología de operadores de convergencia uniforme en acotados. El Capítulo 2 se centra en estudiar espacios ponderados de sucesiones y sus límites inductivos y proyectivos. Una sucesión v=(v(i))_i \in \C^\N se llama peso si es estrictamente positiva. Los espacios de Banach ponderados de sucesiones considerados son l_p(v), 1<= p<= infty y c_0(v). Dada una matriz de K\"othe A=(a_n)_n, el espacio escalonado de orden 1<= p<= infty se define como proj _n l _p (a_n) y proj _n c_0 (a_n). El espacio co-escalonado de orden 1<= p<= infty se define, para una familia decreciente de pesos V=(v_n)_n, como ind_n l _p (v_n) y ind_n c_0 (v_n). En las Secciones 2.2 y 2.3 se estudian las propiedades ergódicas y espectrales del operador de multiplicación. En la Sección 2.4 se caracteriza cuándo el operador de multiplicación es acotado o compacto, de manera similar a la continuidad. En la Sección 2.5, como en la Sección 1.6, la topología del conjunto de multiplicadores entre espacios escalonados se compara con la inducida por la topología de operadores de convergencia uniforme en acotados. También se estudia la topología del conjunto de operadores acotados. En la última Sección 2.6, los resultados de las secciones anteriores se aplican a los espacios de series de potencias, como casos particulares de los espacios escalonados. El Capítulo 3 trata el operador de composición dado por una aplicación holomorfa del disco unidad abierto complejo en sí mismo, considerado entre diferentes espacios de Banach de funciones holomorfas. Si phi : \D - > \D es holomorfa, el operador de composición es C_phi: f ->f o phi. En la Sección 3.2 se dan condiciones necesarias y suficientes para las propiedades ergódicas del operador de composición definido en un espacio de Banach de funciones holomorfas general asumiendo una o varias propiedades dadas. Los resultados de la Sección 3.2 se aplican en la Sección 3.3 a espacios cl� / [CA] L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar les propietats ergòdiques (fitació en potències, ergodicitat mitjana i ergodicitat mitjana uniforme) d'operadors definits en diversos espais de funcions. En un espai Hausdorff localment convex E, un operador T\in\L(E) s'anomena fitat en potències si el conjunt de les seues iterades és equicontinu. Les mitjanes de Cesàro de T són T_[n] = 1/n (T+T^2+...+ T^m), n\in\N. L'operador T és ergòdic en mitjana si la successió (T_[n])_n convergeix puntualment i és uniformement ergòdic en mitjana si la successió convergeix uniformement en conjunts fitats. Al Capítol 1 s'estudia l'operador de multiplicació quan està definit sobre espais ponderats de funcions contínues i sobre els seus límits inductius i projectius. Treballem sobre un espai topològic Hausdorff, normal i localment compacte X. Donada una funció contínua phi, l'operador de multiplicació es defineix com a M_ phi: f -> phi f. Una funció contínua v s'anomena pes si és estrictament positiva. Els espais (de Banach) ponderats de funcions contínues són C_v:= {f\in C(X) : ||f||_v:=\sup_(x\in X) v(x)|f(x)|< infty}, C_v ^0 :={f\in C(X) : vf s'anul·la a l'infinit}, amb la norma ||.||_v. A les Seccions 1.3 i 1.4 es para atenció als límits inductius i projectius dels espais de la Secció 1.2. Si $V=(v_n)_n$ és una família decreixent de pesos, aleshores els límits inductius ponderats de funcions contínues són VC=ind _n C_v_n y V_0C=ind _n C^0_v_n. Si A=(a_n)_n és una família creixent de pesos, aleshores els límits projectius ponderats de funcions contínues CA=proj_n C_a_n y CA_0=proj _n C^0_a_n. El comportament és diferent per als límits dels C_v_n (resp. C_a_n) del dels límits dels C^0_v_n (resp. C^0_a_n). A la Secció 1.5 es determinen completament l'espectre i l'espectre de Waelbroeck de l'operador de multiplicació. A la darrera Secció 1.6 es compara la topologia del conjunt de multiplicadors entre límits projectius amb la induïda per la topologia d'operadors de convergència uniforme en fitats. Al Capítol 2 es dedica a l'estudi d'espais ponderats de successions i els seus límits inductius i projectius. Una successió v=(v(i))_i \in \C^\N s'anomena pes si és estrictament positiva. Els espais de Banach ponderats de successions considerats l_p(v), 1<= p<= infty i c_0(v). Donada una matriu de Köthe A=(a_n)_n, l'espai esglaonat d'ordre 1<= p<= infty es defineix com a proj _n l _p (a_n) y proj _n c_0 (a_n). L'espai co-esglaonat d'ordre 1<= p<= infty es defineix, per a una família decreixent de pesos V=(v_n)_n, com a ind_n l _p (v_n) i ind_n c_0 (v_n). A les Seccions 2.2 i 2.3 s'estudien les propietats ergòdiques i espectrals de l'operador de multiplicació. A la Secció 2.4 es caracteritza quan l'operador de multiplicació és fitat o compacte, d'un mode similar a la continuïtat. A la Secció 2.5, com a la Secció 1.6, la topologia del conjunt de multiplicadors entre espais esglaonats es compara amb la induïda per la topologia d'operadors de convergència uniforme en fitats. També s'estudia la topologia del conjunt d'operadors fitats. A la darrera Secció 2.6, els resultats de les seccions anteriors s'apliquen als espais de sèries de potències, com casos particulars dels espais esglaonats. El Capítol 3 estudia l'operador de composició donat per una aplicació holomorfa del disc unitat obert complex en sí mateix, considerat entre dife\-rents espais de Banach de funcions holomorfes. Si phi : \D - > \D és holomorfa, aleshores l'operador de composició és C_phi: f ->f o phi. A la Secció 3.2 es donen condicions necessàries i suficients per a les propietats ergòdiques de l'operador de composició definit en un espai de Banach de funcions holomorfes general assumint una o més propietats donades. Els resultats de la Secció 3.2 s'apliquen a la Secció 3.3 per a espais clàssics de funcions holomorfes. / [EN] The aim of this thesis is to study the ergodic properties of some operators defined on several spaces of functions. In a locally convex Hausdorff space E, an operator T\in L(E) is called power bounded if the set of its iterates is equicontinuous. The Cesàro means of T are T_[n] = 1/n (T+T^2+...+ T^m), n\in\N. The operator T is called mean ergodic if the sequence (T_[n])_n converges pointwise and it is called uniformly mean ergodic if the sequence converges uniformly on bounded sets. In Chapter 1, the multiplication operator is studied when defined on weighted spaces of continuous functions and their inductive and projective limits. We work with a Hausdorff, normal, locally compact topological space X. Given a continuous function phi (a symbol), the multiplication operator is M_ phi: f -> phi f. A continuous function v is a weight if it is strictly positive. The (Banach) weighted spaces of continuous functions are C_v:= {f\in C(X) : ||f||_v:=\sup_(x\in X) v(x)|f(x)|< infty}, C_v ^0 :={f\in C(X) : vf vanishes at infinity}, with the norm ||.||_v. The Sections 1.3 and 1.4 are devoted to inductive and projective limits of the spaces in Section 1.2. If V=(v_n)_n is a decreasing family of weights, the weighted inductive limits of continuous functions are VC=ind _n C_v_n and V_0C=ind _n C^0_v_n. If A=(a_n)_n is an increasing family of weights, the weighted projective limits of continuous functions are CA=proj_n C_a_n and CA_0=proj _n C^0_a_n. The behaviour is different for the limits of the C_v_n (resp. C_a_n) and the limits of the C^0_v_n (resp. C^0_a_n). In Section 1.5 the spectrum and the Waelbroeck spectrum are completely determined. In the final Section 1.6 the topology of the set of multipliers between projective limits is compared with the one induced by the operator topology of uniform convergence on bounded sets. The work of Chapter 2 is devoted to weighted sequence spaces and their inductive and projective limits. A sequence v=(v(i))_i \in \C^\N is called a weight if it is strictly positive. The weighted Banach spaces of sequences considered are l_p(v), 1<= p<= infty and c_0(v). Given A=(a_n)_n, a Köthe matrix, the echelon space of order 1<= p<= infty is defined by proj _n l _p (a_n) and proj _n c_0 (a_n). The co-echelon space of order 1<= p<= infty is defined, for a decreasing family of weights V=(v_n)_n, by ind_n l _p (v_n) and ind_n c_0 (v_n). In the Sections 2.2 and 2.3 ergodic and spectral properties of the multiplication operator are studied. In Section 2.4 it is characterized when the multiplication operator is bounded or compact, in similar terms than continuity. In Section 2.5, as in Section 1.6, the topology of the set of multipliers between echelon spaces is compared with the one induced by the operator topology of uniform convergence on bounded sets. Also the topology of the set of bounded multiplication operators is studied. In the final Section 2.6, the results of the previous sections are applied to the power series spaces, as particular cases of echelon spaces. Chapter 3 deals with the composition operator given by a holomorphic self-map of the complex open unit disc, when considered between different Banach spaces of holomorphic functions. If phi : \D - > \D is holomorphic, the composition operator is C_phi: f ->f o phi. In Section 3.2 necessary and sufficient conditions are given for ergodic properties of a composition operator defined on a general Banach space of holomorphic functions under the assumption of one or many of given properties. The results of Section 3.2 are applied in Section 3.3 to classical spaces of holomorphic functions, particularly, weighted Bergman spaces of infinite type H_v and H_v^0, Bloch spaces B_p and B_p ^0, Bergman spaces A^p and Hardy spaces H^p. / Rodríguez Arenas, A. (2020). Ergodic properties of operators on spaces of functions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/139519

Anomale Diffusion ist ein weitverbreiteter Transportmechanismus, welcher für gewöhnlich mit ensemble-basierten Methoden experimentell untersucht wird. Motiviert durch den Fortschritt in der Einzelteilchenverfolgung, wo typischerweise Zeitmittelwerte bestimmt werden, entsteht die Frage nach der Ergodizität. Stimmen ensemble-gemittelte Größen und zeitgemittelte Größen überein, und wenn nicht, wie unterscheiden sie sich? In dieser Arbeit studieren wir verschiedene stochastische Modelle für anomale Diffusion bezüglich ihres ergodischen oder nicht-ergodischen Verhaltens hinsichtlich der mittleren quadratischen Verschiebung. Wir beginnen unsere Untersuchung mit integrierter Brownscher Bewegung, welche von großer Bedeutung für alle Systeme mit Impulsdiffusion ist. Für diesen Prozess stellen wir die ensemble-gemittelte quadratische Verschiebung und die zeitgemittelte quadratische Verschiebung gegenüber und charakterisieren insbesondere die Zufälligkeit letzterer. Im zweiten Teil bilden wir integrierte Brownsche Bewegung auf andere Modelle ab, um einen tieferen Einblick in den Ursprung des nicht-ergodischen Verhaltens zu bekommen. Dabei werden wir auf einen verallgemeinerten Lévy-Lauf geführt. Dieser offenbart interessante Phänomene, welche in der Literatur noch nicht beobachtet worden sind. Schließlich führen wir eine neue Größe für die Analyse anomaler Diffusionsprozesse ein, die Verteilung der verallgemeinerten Diffusivitäten, welche über die mittlere quadratische Verschiebung hinausgeht, und analysieren mit dieser ein oft verwendetes Modell der anomalen Diffusion, den subdiffusiven zeitkontinuierlichen Zufallslauf. / Anomalous diffusion is a widespread transport mechanism, which is usually experimentally investigated by ensemble-based methods. Motivated by the progress in single-particle tracking, where time averages are typically determined, the question of ergodicity arises. Do ensemble-averaged quantities and time-averaged quantities coincide, and if not, in what way do they differ? In this thesis, we study different stochastic models for anomalous diffusion with respect to their ergodic or nonergodic behavior concerning the mean-squared displacement. We start our study with integrated Brownian motion, which is of high importance for all systems showing momentum diffusion. For this process, we contrast the ensemble-averaged squared displacement with the time-averaged squared displacement and, in particular, characterize the randomness of the latter. In the second part, we map integrated Brownian motion to other models in order to get a deeper insight into the origin of the nonergodic behavior. In doing so, we are led to a generalized Lévy walk. The latter reveals interesting phenomena, which have never been observed in the literature before. Finally, we introduce a new tool for analyzing anomalous diffusion processes, the distribution of generalized diffusivities, which goes beyond the mean-squared displacement, and we analyze with this tool an often used model of anomalous diffusion, the subdiffusive continuous time random walk.

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Cette thèse est une contribution à la construction de l’Approche Locale de la rupture à l’échelle microscopique à l’aide de la modélisation d’agrégats polycristallins. Elle consiste à prendre en compte la variabilité spatiale de la microstructure du matériau. Pour ce faire, la modélisation micromécanique du matériau est réalisée par la simulation d’agrégats polycristallins par éléments finis. Les champs aléatoires de contrainte (principale maximale et de clivage) dans le matériau qui représentent la variabilité spatiale de la microstructure sont ensuite modélisés par un champ aléatoire gaussien stationnaire ergodique. Les propriétés de variabilité spatiale de ces champs sont identifiés par une méthode d’identification, e.g. méthode du périodogramme, méthode du variogramme, méthode du maximum de vraisemblance. Des réalisations synthétiques des champs de contraintes sont ensuite simulées par une méthode de simulation, e.g. méthode Karhunen-Loève discrète, méthode “Circulant Embedding”, méthode spectrale, sans nouveau calcul aux éléments finis. Enfin, le modèle d’Approche Locale de la rupture par simulation de champ de contrainte de clivage permettant d’y intégrer les réalisations simulées du champ est construit pour estimer la probabilité de rupture du matériau. / This thesis is a contribution to the construction of the Local Approach to fracture at the microscopic scale using polycrystalline aggregate modeling. It consists in taking into account the spatial variability of the microstructure of the material. To do this, the micromechanical modeling is carried out by finite element analysis of polycrystalline aggregates. The random stress fields (maximum principal et cleavage stress) in the material representing the spatial variability of the microstructure are then modeled by a stationary ergodic Gaussian random field. The properties of the spatial variability of these fields are identified by an identification method, e.g. periodogram method, variogram method, maximum likelihood method. The synthetic realizations of the stress fields are then simulated by a simulation method, e.g. discrete Karhunen-Loève method, circulant embedding method, spectral method, without additional finite element calculations. Finally, a Local Approach to fracture by simulation of the cleavage stress field using the simulated realizations is constructed to estimate the rupture probability of the material.

Ma thèse de doctorat se concentre principalement sur le comportement en temps long des processus de Markov, les inégalités fonctionnelles et les techniques relatives. Plus spécifiquement, Je vais présenter les taux de convergence sous-exponentielle explicites des processus de Markov dans deux approches : la méthode Meyn-Tweedie et l’hypocoercivité (faible). Le document se divise en trois parties. Dans la première partie, Je vais présenter quelques résultats importants et des connaissances connexes. D’abord, un aperçu de mon domaine de recherche sera donné. La convergence exponentielle (ou sous-exponentielle) des chaînes de Markov et des processus de Markov (à temps continu) est un sujet d’actualité dans la théorie des probabilité. La méthode traditionnelle développée et popularisée par Meyn-Tweedie est largement utilisée pour ce problème. Dans la plupart des résultats, le taux de convergence n’est pas explicite, et certains d’entre eux seront brièvement présentés. De plus, la fonction de Lyapunov est cruciale dans l’approche Meyn-Tweedie, et elle est aussi liée à certaines inégalités fonctionnelles (par exemple, inégalité de Poincaré). Cette relation entre fonction de Lyapounov et inégalités fonctionnelles sera donnée avec les résultats au sens L2. En outre, pour l’exemple de l’équation cinétique de Fokker-Planck, un résultat de convergence exponentielle explicite de la solution sera introduite à la manière de Villani : l’hypocoercivité. Ces contenus sont les fondements de mon travail, et mon but est d’étudier la décroissance sous-exponentielle. La deuxième partie, fait l’objet d’un article écrit en coopération avec d’autres sur les taux de convergence sous-exponentielle explicites des processus de Markov à temps continu. Comme nous le savons, les résultats sur les taux de convergence explicites ont été donnés pour le cas exponentiel. Nous les étendons au cas sous-exponentielle par l’approche Meyn-Tweedie. La clé de la preuve est l’estimation du temps de passage dans un ensemble ”petite”, obtenue par Douc, Fort et Guillin, mais pour laquelle nous donnons une preuve plus simple. Nous utilisons aussi la construction du couplage et donnons une ergodicité sous exponentielle explicite. Enfin, nous donnons quelques applications numériques. Dans la dernière partie, mon second article traite de l’équation cinétique de Fokker-Planck. Je prolonge l’hypocoercivité à l’hypocoercivité faible qui correspond à inégalité de Poincaré faible. Grâce à cette extension, on peut obtenir le taux de convergence explicite de la solution, dans des cas sous-exponentiels. La convergence est au sens H1 et au sens L2. A la fin de ce document, j’étudie le cas de l’entropie relative comme Villani, et j’obtiens la convergence au sens de l’entropie. Enfin, Je donne deux exemples pour les potentiels qui impliquent l’inégalité de Poincaré faible ou l’inégalité de Sobolev logarithmique faible pour la mesure invariante. / My Ph.D dissertation mainly focuses on long time behavior of Markov processes, functional inequalities and related techniques. More specifically, I will present the computable sub-exponential convergence rate of the Markov process in two approaches : Meyn-Tweedie’s method and (weak) hypocoercivity. The paper consists of three parts. In the first part, I will introduce some important results and related knowledge. Firstly, overviews of my research field are given. Exponential (or subexponential) convergence of Markov chains and (continuous time) Markov processes is a hot issue in probability. The traditional method - Meyn-Tweedie’s approach is widely applied for this problem. Most of the results about convergence rate is not explicit, and some of them will be introduced briefly. In addition,Lyapunov function is crucial in Meyn-Tweendie’s aproach, and it is also related to some functional inequalities (for example, Poincar´e inequality). The relationship of them will be given with results in L2 sense. Furthermore, as a example of kinetic Fokker-Planck equation, a computable result of exponential convergence of the solution of it will be introduced in Villani’ way - hypocoercivity. These contents are foundations of my work, and my destination is to study the sub-exponential decay. In the second part, it is my article cooperated with others about subexponential convergence rate of continuous time Markov processes. As we all know, the explicit results of convergence rate is about the exponential case. We extend them to sub-exponential case in Meyn-Tweedie’s approach. The key of the proof is the estimation of the hitting time to small set which was got by Douc, Fort and Guillin, for which we also propose an alternative simpler proof. We also use coupling construction as others and give a quantitative sub-exponential ergodicity. At last, we give some calculations for examples. In the last part, my second article deal with the kinetic Fokker-Planck equation. I extend the hypocoercivity to weak hypocoercivity which correspond to weak Poincar´e inequality. Through the extension, one can get the computable rate of convergence of the solution, which is also sub-exponential case. The convergence is in H1 sense and in L2 sense. In the end of this paper, I study the relative entropy case as C.Villani, and get convergence in entropy. Finally, I give two examples for potentials that implies weak Poincar´e inequality or weak logarithmic Sobolve inequality for invarient measure.

This paper takes aim at creating a consistent form of study materials, supplemented with illustrative examples, for Signals and systems subject. The thesis starts with basic characteristics of acoustic, image, biological and communication signals. Characteristics of linear signals and AD&DA conversion has been added to the next part and to complete the submission, discrete signals follow. Diploma thesis as a whole contains basic theoretical description of problematics, which it tries to supplement with interesting examples, connections, graphs and matlab scripts for illustrative presentation of mentioned problematics.

Ce mémoire est composé de deux articles portant respectivement sur les chaînes de spin–1/2 critiques quantiques d’Ising–Kawasaki et de Fredkin. La première chaîne provient d’une chaîne d’Ising classique couplée à un bain thermique par une dynamique de Kawasaki. La deuxième chaîne est une généralisation de la chaîne fortement intriquée de Motzkin. Les deux chaînes sont étudiées avec des conditions frontière périodiques. L’objectif principal est de caractériser la dynamique de ces deux chaînes. D’abord, les exposants critiques dynamiques obtenus suggèrent que, à basse énergie, les deux systèmes comportent de multiples dynamiques. Dans les secteurs à un et deux magnons, nous obtenons un exposant z = 2 pour les deux chaînes. Pour la chaîne d’Ising–Kawasaki, à fort couplage, l’exposant dynamique global est plutôt z = 3. Pour la chaîne de Fredkin, l’exposant dépend de la parité de la longueur de la chaîne. Nous obtenons z = 3.23 ± 0.20 dans le cas pair et z = 2.71 ± 0.09 dans le cas impair. Ensuite, les symétries des systèmes permettent d’obtenir les états propres comme solutions d’ondes de spin dans les secteurs à un et deux magnons. Ces solutions sont présentées pour les deux chaînes et nous étudions leurs continuums de dispersion. Cependant, l’étude de la statistique des niveaux d’énergie indique que de telles solutions ne peuvent être obtenues dans les secteurs de polarisation plus basse. En effet, la distribution des espacements des niveaux d’énergie normalisés dans les secteurs faiblement polarisés correspond à une distribution de Wigner. Selon la conjecture de Berry-Tabor, cela indique que les deux systèmes ne sont pas intégrables. Finalement, pour la chaîne de Fredkin, nous étudions la dispersion des états faiblement excités. Cette dispersion est anomale puisqu’elle dépend de la longueur de la chaîne. En combinant le facteur d’échelle de l’amplitude des branches avec l’exposant dynamique à impulsion fixée, on trouve un exposant dynamique critique z = 2.8. / This thesis is composed of two scientific articles studying respectively the critial quantum spin-1/2 chains of Ising–Kawasaki and Fredkin. The first chain comes from a classical Ising chain coupled to a thermal bath via the Kawasaki dynamic. The second chain is a generalization of the strongly entangled Motzkin chain. The two chains are studied with periodic boundary conditions. The main objective is to characterize the dynamics of these two chains. First, the dynamical critical exponents obtained suggest that, at low energy, the two systems host multiple dynamics. In the one and two magnon sectors, we get an exponent z = 2 for the two chains. For the Ising–Kawasaki chain, at strong coupling, the global dynamical exponent is rather z = 3. For the Fredkin chain, the exponent depends on the parity of the length of the chain. We get z = 3.23 ± 0.20 in the even case and z = 2.71 ± 0.09 in the odd case. Afterwards, the symmetries of the systems make it possible to obtain the eigenstates as spin wave solutions in the one- and two- magnon sectors. These solutions are presented for the two chains and their dispersion continua is studied. However, the study of the statistics of energy levels indicates that such solutions cannot be obtained in lower polarization sectors. Indeed, the distribution of the spacings of the normalized energy levels in the weakly polarized sectors corresponds to a Wigner distribution. According to the Berry-Tabor conjecture, this indicates that the two systems are not integrable. Finally, for the Fredkin chain, we study the dispersion of weakly excited states. This dispersion is anomalous since it depends on the length of the chain. By combining the branch amplitude scaling with the fixed momentum dynamic exponent, we find a dynamical critical exponent z = 2.8.

<p dir="ltr">In holographic quantum field theories, a bulk geometric semiclassical spacetime emerges from strongly coupled interacting conformal field theories in one less spatial dimension. This is the celebrated AdS/CFT correspondence. The entanglement entropy of a boundary spatial subregion can be calculated as the area of a codimension two bulk surface homologous to the boundary subregion known as the RT surface. The bulk region contained within the RT surface is known as the entanglement wedge and bulk reconstruction tells us that any operator in the entanglement wedge can be reconstructed as a non-local operator on the corresponding boundary subregion. This notion that entanglement creates geometry is dubbed "ER=EPR'' and has been the driving force behind recent progress in quantum gravity research. In this thesis, we put together two results that use Tomita-Takesaki modular theory and quantum ergodic theory to make progress on contemporary problems in quantum gravity.</p><p dir="ltr">A version of the black hole information loss paradox is the inconsistency between the decay of two-point functions of probe operators in large AdS black holes and the dual boundary CFT calculation where it is an almost periodic function of time. We show that any von Neumann algebra in a faithful normal state that is quantum strong mixing (two-point functions decay) with respect to its modular flow is a type III₁ factor and the state has a trivial centralizer. In particular, for Generalized Free Fields (GFF) in a thermofield double (KMS) state, we show that if the two-point functions are strong mixing, then the entire algebra is strong mixing and a type III₁ factor settling a recent conjecture of Liu and Leutheusser.</p><p dir="ltr">The semiclassical bulk geometry that emerges in the holographic description is a pseudo-Riemannian manifold and we expect a local approximate Poincaré algebra. Near a bifurcate Killing horizon, such a local two-dimensional Poincaré algebra is generated by the Killing flow and the outward null translations along the horizon. We show the emergence of such a Poincaré algebra in any quantum system with modular future and past subalgebras in a limit analogous to the near-horizon limit. These are known as quantum K-systems and they saturate the modular chaos bound. We also prove that the existence of (modular) future/past von Neumann subalgebras also implies a second law of (modular) thermodynamics.</p>

Le contrôle explicite de la convergence des sommes convenablement normalisées de variables aléatoires, ainsi que l'étude du principe de déviations modérées associé à ces sommes constituent les thèmes centraux de cette thèse. Nous étudions principalement deux types de processus. Premièrement, nous nous intéressons aux processus indexés par un arbre binaire, aléatoire ou non. Ces processus ont été introduits dans la littérature afin d'étudier le mécanisme de la division cellulaire. Au chapitre 2, nous étudions les chaînes de Markov bifurcantes. Ces chaînes peuvent être vues comme une adaptation des chaînes de Markov "usuelles'' dans le cas où l'ensemble des indices à une structure binaire. Sous des hypothèses d'ergodicité géométrique uniforme et non-uniforme d'une chaîne de Markov induite, nous fournissons des inégalités de déviations et un principe de déviations modérées pour les chaînes de Markov bifurcantes. Au chapitre 3, nous nous intéressons aux processus bifurcants autorégressifs d'ordre p (). Ces processus sont une adaptation des processus autorégressifs linéaires d'ordre p dans le cas où l'ensemble des indices à une structure binaire. Nous donnons des inégalités de déviations, ainsi qu'un principe de déviations modérées pour les estimateurs des moindres carrés des paramètres "d'autorégression'' de ce modèle. Au chapitre 4, nous traitons des inégalités de déviations pour des chaînes de Markov bifurcantes sur un arbre de Galton-Watson. Ces chaînes sont une généralisation de la notion de chaînes de Markov bifurcantes au cas où l'ensemble des indices est un arbre de Galton-Watson binaire. Elles permettent dans le cas de la division cellulaire de prendre en compte la mort des cellules. Les hypothèses principales que nous faisons dans ce chapitre sont : l'ergodicité géométrique uniforme d'une chaîne de Markov induite et la non-extinction du processus de Galton-Watson associé. Au chapitre 5, nous nous intéressons aux modèles autorégressifs linéaires d'ordre 1 ayant des résidus corrélés. Plus particulièrement, nous nous concentrons sur la statistique de Durbin-Watson. La statistique de Durbin-Watson est à la base des tests de Durbin-Watson, qui permettent de détecter l'autocorrélation résiduelle dans des modèles autorégressifs d'ordre 1. Nous fournissons un principe de déviations modérées pour cette statistique. Les preuves du principe de déviations modérées des chapitres 2, 3 et 4 reposent essentiellement sur le principe de déviations modérées des martingales. Les inégalités de déviations sont établies principalement grâce à l'inégalité d'Azuma-Bennet-Hoeffding et l'utilisation de la structure binaire des processus. Le chapitre 5 est né de l'importance qu'a l'ergodicité explicite des chaînes de Markov au chapitre 3. L'ergodicité géométrique explicite des processus de Markov à temps discret et continu ayant été très bien étudiée dans la littérature, nous nous sommes penchés sur l'ergodicité sous-exponentielle des processus de Markov à temps continu. Nous fournissons alors des taux explicites pour la convergence sous exponentielle d'un processus de Markov à temps continu vers sa mesure de probabilité d'équilibre. Les hypothèses principales que nous utilisons sont : l'existence d'une fonction de Lyapunov et d'une condition de minoration. Les preuves reposent en grande partie sur la construction du couplage et le contrôle explicite de la queue du temps de couplage. / The explicit control of the convergence of properly normalized sums of random variables, as well as the study of moderate deviation principle associated with these sums constitute the main subjects of this thesis. We mostly study two sort of processes. First, we are interested in processes labelled by binary tree, random or not. These processes have been introduced in the literature in order to study mechanism of the cell division. In Chapter 2, we study bifurcating Markov chains. These chains may be seen as an adaptation of "usual'' Markov chains in case the index set has a binary structure. Under uniform and non-uniform geometric ergodicity assumptions of an embedded Markov chain, we provide deviation inequalities and a moderate deviation principle for the bifurcating Markov chains. In chapter 3, we are interested in p-order bifurcating autoregressive processes (). These processes are an adaptation of $p$-order linear autoregressive processes in case the index set has a binary structure. We provide deviation inequalities, as well as an moderate deviation principle for the least squares estimators of autoregressive parameters of this model. In Chapter 4, we dealt with deviation deviation inequalities for bifurcating Markov chains on Galton-Watson tree. These chains are a generalization of the notion of bifurcating Markov chains in case the index set is a binary Galton-Watson tree. They allow, in case of cell division, to take into account cell's death. The main hypothesis that we do in this chapter are : uniform geometric ergodicity of an embedded Markov chain and the non-extinction of the associated Galton-Watson process. In Chapter 5, we are interested in first-order linear autoregressive models with correlated errors. More specifically, we focus on the Durbin-Watson statistic. The Durbin-Watson statistic is at the base of Durbin-Watson tests, which allow to detect serial correlation in the first-order autoregressive models. We provide a moderate deviation principle for this statistic. The proofs of moderate deviation principle of Chapter 2, 3 and 4 are essentially based on moderate deviation for martingales. To establish deviation inequalities, we use most the Azuma-Bennet-Hoeffding inequality and the binary structure of processes. Chapter 6 was born from the importance that explicit ergodicity of Markov chains has in Chapter 2. Since explicit geometric ergodicity of discrete and continuous time Markov processes has been well studied in the literature, we focused on the sub-exponential ergodicity of continuous time Markov Processes. We thus provide explicit rates for the sub-exponential convergence of a continuous time Markov process to its stationary distribution. The main hypothesis that we use are : existence of a Lyapunov fonction and of a minorization condition. The proofs are largely based on the coupling construction and the explicit control of the tail of the coupling time.