Les concepts d’architecture orientée service (SOA) ainsi que tout une panoplie de technologies «en tant que service» (XaaS) sont utilisés quasiment partout de nos jours, et l’organisation optimisée d’activités synchronisées devient un défi important. Dans le but de proposer à l’utilisateur final un service sécuritaire et fiable sans compromettre la qualité, les questions concernant la vérification et la validation des compositions des services deviennent d’un grand intérêt tant théorique que pratique. Dans les autres travaux traitant du sujet, de nombreux modèles et techniques sont proposés, mais la plupart mettent l’accent sur les aspects fonctionnels ou non-fonctionnels pris séparément, alors que l’intégration de ces paramètres en un modèle formel unifié reste un problème qui doit être résolu – ce qui est devenu par conséquent un des objectifs fondamentaux de cette thèse. Dans notre travail, nous réfléchissons aux problèmes de la vérification et de l’optimisation des compositions des services web. Tout ceci est étudié dans l’optique de la fonctionnalité des systèmes, de leur qualité et de la sécurité des compositions. Il a été prouvé que les modèles à états finis sont utiles à des fins de tests et de vérification, de même que pour le contrôle qualité à chaque étape du développement du service. C’est pour cette raison que nous proposons d’utiliser le modèle de machine temporisée à états finis (TFSM) pour intégrer une description fonctionnelle du service avec les paramètres de sécurité et de qualité liées au temps. L’extension du modèle permettra alors d’interpréter adéquatement le non-déterminisme significatif causé par un manque d’observabilité ou/et de contrôle sur les services tiers. Dans le but d’optimiser les compositions des systèmes, nous proposons une méthode pour dériver la solution la plus globale contenant tous les composants autorisés pour la mise en œuvre du service, basée sur la résolution de l’équation parallèle du TFSM. Ensuite, les techniques pour extraire des solutions restreintes avec les propriétés requises (paramètres de temps minimisé/maximisé, interblocages actifs ou passifs de sécurité, similarité avec le composant d’origine donné, etc.) ont été proposées. Dans le cas où les spécifications d’un service composite consistent en un ensemble d’exigences fonctionnelles, éventuellement renforcées par des exigences de qualité, nous proposons une technique de minimisation de l’ensemble, dans le respect du composant à optimiser. L’application des résultats obtenus à la découverte et à la mise en place de composants plus efficaces, ainsi que l’extension du modèle à des modes de communication plus complexes font partie des sujets possibles pour des études futures. / Service-oriented architecture (SOA) together with a family of Everything-as-a-Service (XaaS) concepts nowadays are used almost everywhere, and the proper organization of collaborative activities becomes an important challenge. With the goal of bringing to the end-user safe and reliable service with the guaranteed level of quality, issues of service compositions verification and validation become of high practical and theoretical interest. In the related works, numerous models and techniques are proposed, but mostly focused on functional and non-functional issues in isolation, while integration of these parameters within unified formal framework still remains a problem to be solved – and therefore became one of the core objectives of this thesis. In our work, we address the problems of web service composition verification and optimization with respect to functional, quality and safety properties of the composition. Finite state models are proven to be useful for testing and verification purposes as well as for service quality evaluation at each step of service development. Therefore, we propose to use the model of Finite State Machine with Timeouts (TFSM) for integrating functional service description with time-related quality and safety parameters, and derive the extension of the model in order to adequately inherit significant nondeterminism due to the lack of observability and control over third-party component services. For the purpose of component optimization in the composition, we propose a method for deriving the largest solution containing all allowed component service implementations, based on solving TFSM parallel equation. Further, techniques for extracting restricted solutions with required properties (minimized/maximized time parameters, deadlock- and livelock-safety, similarity to the initially given component, etc.) have been proposed. In cases when the specification of a composite service is provided as a set of functional requirements, possibly, augmented with quality requirements, we propose a technique to minimize this set with respect to the component under optimization. Application of the obtained results for more efficient candidate component services discovery and binding, alongside with extending the framework for more complex distributed modes of communications, are among the topics for the future work.