Méthodes d'analyse fonctionnelle pour des systèmes de dimension infinie issus de la dynamique de populations

Abstract

Cette thèse étudie les propriétés de contrôle par migration d’équations aux dérivées partielles modélisant la dynamique d’une population structurée en âge. Les équations de populations considérées seront essentiellement celles décrites par Lotka et McKendrick, en tenant compte ou non de la diffusion spatiale des individus, ainsi que leur pendant non-linéaire décrit par les équations de Gurtin et MacCamy. La première partie étudie les propriétés de contrôlabilité interne des équations linéaires de Lotka et McKendrick (sans diffusion), lorsque le contrôle n’agit que pour les jeunes individus formant la population. La contrôlabilité à zéro ainsi que la contrôlabilité vers les solutions stationnaires du système considéré est démontrée, en utilisant les propriétés du semi-groupe associé à l’opérateur de population originellement étudié par Song (contrôleur supposé responsable de la radicalisation de la politique de l’enfant unique en Chine). En outre, la conservation au cours du temps de la positivité de la densité de population contrôlée est étudiée. Les deux parties suivantes établissent respectivement des propriétés de contrôle à zéro et de contrôle en temps optimal pour l’équation de Lotka et McKendrick, lorsque le déplacement spatial des individus est considéré (ici, le contrôle agit pour tous les âges mais seulement dans une certaine zone du milieu considéré). Les méthodes employées relèvent d’une adaptation de celles originellement développées pour le contrôle d’équations paraboliques, notamment la méthode de Lebeau et Robbiano (pour l’étude du contrôle à zéro de l’équation de la chaleur), ainsi que leur généralisation développée par Wang pour l’étude du contrôle en temps optimal de l’équation de la chaleur. Une dernière partie étudie les propriétés de contrôlabilité des équations non-linéaires de Gurtin et MacCamy (sans diffusion), lorsque le contrôle est voué à n’agir que pour une certaine tranche d’âge d’individus. L’utilisation de principes de comparaison en dynamique de populations permet notamment d’obtenir le contrôle à zéro des équations considérées.