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L’objectif de cette thèse est d’attribuer à chaque sommet x d’un graphe G à n sommets une étiquette L(x) de taille compacte O(log n) bits afin de pouvoir :1. construire, à partir des étiquettes d’un ensemble de sommets en panne X C V (G), une structure de donnée S(X)2. décider, à partir de S(X) et des étiquettes L(u) et L(v), si les sommets u et v sont connectés dans le graphe G n X.Nous proposons une solution à ce problème pour la famille des graphes 3-connexes de genre g (via plusieurs résultats intermédiaires).— Les étiquettes sont de taille O(g log n) bits— Le temps de construction de la structure de donnée S(X) est O(Sort([X]; n)).— Le temps de décision est O(log log n). Ce temps est optimal.Nous étendons ce résultat à la famille des graphes excluant un mineur H fixé. Les étiquettes sont ici de taille O(polylog n) bits. / We aim at assigning each vertex x of a n-vertices graph G a compact O(log n)-bit label L(x) in order to :1. construct, from the labels of the vertices of a forbidden set X C V (G), a datastructure S(X)2. decide, from S(X), L(u) and L(v), whether two vertices u and v are connected in G n X.We give a solution to this problem for the family of 3-connected graphs whith bounded genus.— We obtain O(g log n)-bit labels.— S(X) is computed in O(Sort([X]; n)) time.— Connection between vertices is decided in O(log log n) optimal time.We finally extend this result to H-minor-free graphs. This scheme requires O(polylog n)-bit labels.

La première partie de cette thèse s'intéresse au groupage de trafic dans les réseaux de télécommunications. La notion de groupage de trafic correspond à l'agrégation de flux de faible débit dans des conduits de plus gros débit. Cependant, à chaque insertion ou extraction de trafic sur une longueur d'onde il faut placer dans le noeud du réseau un multiplexeur à insertion/extraction (ADM). De plus il faut un ADM pour chaque longueur d'onde utilisée dans le noeud, ce qui représente un coût d'équipements important. Les objectifs du groupage de trafic sont d'une part le partage efficace de la bande passante et d'autre part la réduction du coût des équipements de routage. Nous présentons des résultats d'inapproximabilité, des algorithmes d'approximation, un nouveau modèle qui permet au réseau de pouvoir router n'importe quel graphe de requêtes de degré borné, ainsi que des solutions optimales pour deux scénarios avec trafic all-to-all: l'anneau bidirectionnel et l'anneau unidirectionnel avec un facteur de groupage qui change de manière dynamique. La deuxième partie de la thèse s'intéresse aux problèmes consistant à trouver des sous-graphes avec contraintes sur le degré. Cette classe de problèmes est plus générale que le groupage de trafic, qui est un cas particulier. Il s'agit de trouver des sous-graphes d'un graphe donné avec contraintes sur le degré, tout en optimisant un paramètre du graphe (très souvent, le nombre de sommets ou d'arêtes). Nous présentons des algorithmes d'approximation, des résultats d'inapproximabilité, des études sur la complexité paramétrique, des algorithmes exacts pour les graphes planaires, ainsi qu'une méthodologie générale qui permet de résoudre efficacement cette classe de problèmes (et de manière plus générale, la classe de problèmes tels qu'une solution peut être codé avec une partition d'un sous-ensemble des sommets) pour les graphes plongés dans une surface. Finalement, plusieurs annexes présentent des résultats sur des problèmes connexes.

The tree-width and branch-width of a graph are two well-studied examples of parameters that measure how well a given graph can be decomposed into a tree structure. In this thesis we give several results and applications concerning these concepts, in particular if the graph is embedded on a surface. In the first part of this thesis we develop a geometric description of tangles in graphs embedded on a fixed surface (tangles are the obstructions for low branch-width), generalizing a result of Robertson and Seymour. We use this result to establish a relationship between the branch-width of an embedded graph and the carving-width of an associated graph, generalizing a result for the plane of Seymour and Thomas. We also discuss how these results relate to the polynomial-time algorithm to determine the branch-width of planar graphs of Seymour and Thomas, and explain why their method does not generalize to surfaces other than the sphere. We also prove a result concerning the class C_2k of minor-minimal graphs of branch-width 2k in the plane, for an integer k at least 2. We show that applying a certain construction to a class of graphs in the projective plane yields a subclass of C_2k, but also show that not all members of C_2k arise in this way if k is at least 3. The last part of the thesis is concerned with applications of graphs of bounded tree-width to the Traveling Salesman Problem (TSP). We first show how one can solve the separation problem for comb inequalities (with an arbitrary number of teeth) in linear time if the tree-width is bounded. In the second part, we modify an algorithm of Letchford et al. using tree-decompositions to obtain a practical method for separating a different class of TSP inequalities, called simple DP constraints, and study their effectiveness for solving TSP instances.