Indirect controllability of some linear parabolic systems of m equations with m − 1 controls involving coupling terms of zero or first order

This paper is devoted to the study of the null and approximate controllability for some classes of linear coupled parabolic systems with less controls than equations. More precisely, for a given bounded domain Ω in RNRN (N∈N⁎N∈N⁎), we consider a system of m   linear parabolic equations (m⩾2m⩾2) with coupling terms of first and zero order, and m−1m−1 controls localized in some arbitrary nonempty open subset ω   of Ω. In the case of constant coupling coefficients, we provide a necessary and sufficient condition to obtain the null or approximate controllability in arbitrary small time. In the case m=2m=2 and N=1N=1, we also give a generic sufficient condition to obtain the null or approximate controllability in arbitrary small time for general coefficients depending on the space and times variables, provided that the supports of the coupling terms intersect the control domain ω. The results are obtained thanks to the fictitious control method together with an algebraic method and some appropriate Carleman estimates.

RésuméCet article est consacré à l'étude de la contrôlabilité à zéro et approchée d'une classe de systèmes paraboliques linéaires couplés avec moins de contrôles que d'équations. Plus précisément, pour un domaine donné borné Ω de RNRN (N∈N⁎N∈N⁎), on considère un système de m   équations (m⩾2m⩾2) avec des termes de couplages d'ordre un et zéro, et m−1m−1 contrôles localisés dans un sous-ensemble ouvert non-vide arbitraire ω   de Ω. Dans le cas de coefficients de couplage constants, on donne une condition nécessaire et suffisante pour obtenir la contrôlabilité à zéro ou approchée en temps arbitrairement petit. Dans le cas m=2m=2 et N=1N=1, on donne également une condition générique suffisante pour obtenir la contrôlabilité à zéro ou approchée en temps arbitrairement petit pour des coefficients généraux dépendants des variables de temps et d'espace, lorsque le support des termes de couplage intersecte le domaine de contrôle ω. Les résultats sont obtenus par combinaison de la méthode par contrôle fictif avec une méthode algébrique et des estimations de Carleman appropriées.