Le problème de codage avec information adjacente (CCSI) est une technique récente d'annulation d'interférences en transmission et en compression de données. Ceci concerne les situations où l'émetteur est informé (par une voie retour par exemple) d'une partie de l'interférence canal. L'objectif est alors d' utiliser cette connaissance afin de concevoir un codage efficace. Une application étroitement liée à la transmission et à la compression de données est le "marquage de l'information" (information embedding). Potentiellement prometteur, le marquage d'information pose de nombreux défis dans différents domaines de recherche, allant de l'étude des limites théoriques de performance d'un point de vue théorie de l'information aux aspects liés à leurs implémentation d'un point de vue traitement de signal, en passant par la conception de code d'un point de vue communication numérique et codage. Dans cette thèse nous considérons la problématique de marquage de l'information sous ses trois aspects: de théorie de l'information, de codage et communication et de traitement de signal. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse peut être structurée en quatre parties. Dans la première partie, nous formalisons le problème de construction de dictionnaire comme un problème de conception de constellation. En particulier, nous montrons que le problème de codage avec information adjacente disponible à l'encodeur est fondamentalement un problème de codage conjoint source-canal. Ensuite, nous nous basons sur les réseaux de points imbriquées (nested lattices) pour la construction de bons codes algebriques à complexité réduite. Dans la deuxième partie, nous considérons le problème de marquage multiple comme un problème de communication multi-utilisateurs et nous construisons des stratégies de codage qui permettent d'approcher au mieux les limites théoriques de performances. La troisième partie traite le problème de sensibilité à l'information adjacente. Nous y évaluons la dégradation des performances due à une petite perturbation additive de l'information adjacente et nous y montrons que, dans certaines conditions, l'encodeur doit s'adapter à la perturbation en, éventuellement, changer sa stratégie de codage. La quatrième partie traite les performances du CCSI sur un canal AWGN avec jitter (AWGN\&J) d'un point de vue théorie de jeux.

Dans cette thèse, nous traitons la question de la fiabilité du système électrique et notamment le problème d'adéquation des capacités de production d'électricité avec une demande future, qui évolue d'une façon hautement imprévisible. Cette question suscite actuellement des débats économiques et politiques au sein de la commission européenne de l'énergie. Elle s'inscrit dans le contexte de déréglementation et de réformes de libéralisation opérées aux seins de pays occidentaux. Les défaillances qui se sont accompagnées avec cette déréglementation et qui ont provoqué diverses crises ont pour origine l'aversion aux risques des investisseurs, l'incertitude sur la demande future et les prix du carburants et le pouvoir de marché exercé pour les producteurs existants particulièrement en période de tension. Ceci a provoqué d'une part, des prix d'électricité hautement aléatoires et élevés et d'autre part, un manque d'incitations aux nouveaux investissements. Pour y faire face, plusieurs mécanismes additionnels assurant une incitation adéquate aux investissements et une maîtrise des prix d'électricité ont été proposés. Dans ce travail, on compare l'efficacité relative des mécanismes marchands d'incitation aux investissements. L'adéquation des capacités de production dans le long terme constitue le principal critère d'évaluation de ces mécanismes. Par ailleurs l'efficacité en termes de coût et de réduction des manipulations des prix dans les marchés forment deux éléments importants à prendre en considération lors de leur évaluation. Dans la littérature, ces mécanismes ont été traités d'un point de vue purement qualitatif, ce qui limite les enseignements qu'on peut tirer sur l'efficacité de chacun. L'apport de ce travail est de proposer une analyse conduite dans le cadre d'un modèle dynamique numérique. La dimension concurrentielle est prise en compte en mobilisant la théorie des jeux. La résolution du modèle fait appel à la méthode de la programmation dynamique et aux méthodes de problème de complémentarité et de l'inégalité variationnelle. En complément à l'analyse théorique, une étude expérimentale est conduite afin d'intégrer une plus grande diversité de stratégie. Nous concluons de ces recherches que la mise en place d'un mécanisme marchand d'incitation aux investissements est prometteuse. Il permet d'assurer l'adéquation future du système électrique à faible coût et de lutter efficacement contre le problème de pouvoir de marché.

La coordination des flux physiques au sein des chaînes logistiques est une tâche difficile à cause du caractère aléatoire des variations dues au marché et aux partenaires commerciaux et des antagonismes existants entre les objectifs économiques des partenaires. Les travaux développés dans cette thèse s'intègrent dans le cadre de pilotage de flux inter-organisationnelle dans les chaînes logistiques. Nous analysons deux approches ayant le but d'améliorer les performances des systèmes de production/stockage pilotés par des politiques de pilotage flux du type stock nominal. Dans la première approche, nous étudions les effets des stratégies multi-fournisseurs sur les performances des chaînes logistiques. Nous montrons que le délai moyen d'approvisionnement et les coûts moyens de stockage et de rupture de stock peuvent être réduits en optant pour une stratégie multi-fournisseurs. Dans la deuxième approche, nous analysons la dégradation de performances due à la décentralisation des décisions dans une chaîne logistique à deux niveaux en définissant un jeu de Stackelberg entre les partenaires. Nous proposons un contrat de coordination et montrons que le contrat proposé ramène les performances du système décentralisé vers les performances optimales du système centralisé.

La thése poursuit les travaux de la théorie des Jeux évolutionnaires Cette théorie est un cadre de modehsation de la dynamique des populations dans lequel les interactions entre agents sont modélisées par des dilemmes classiques de la théorie des Jeux. Les agents interagissent avec leurs pairs et les meilleurs comportements se diffusent. les moins performants tendent à disparaître. Les modèles spécifiés mettent notamment en évidence des conditions sur les rapports inter-individuels qui permettent de faire émerger des équilibres coopératifs. En supposant que chaque agent a des relations non plus avec tous les agents de la population mais seulement avec un sous-ensemble des agents de la population et toujours avec les mêmes, on augmente considérablement le nombre des dynamiques possibles. Cette démarche fait apparaître un réseau des interactions,.soit un graphe. La contrainte spatiale s'avère une condition favorable au maintien des comportements coopératifs et de la biodiversité des comportements. L'analyse formelle de la convergence n'est généralement plus possible et les modèles sont étudiés par simulation. La these poursuit l'étude de l'impact de la répartition spatiale. Elle introduit un nouveau modèle de répartition spatiale où des communautés d'agents sont en réseau et non plus des agents. Ce modèle permet de mettre en évidence de nouvelles formes d'attracteurs coopératifs et de nouvelles conditions au maintien de la biodiversité. La thèse montre aussi la possibilité de convergence de marchés vers des équilibres non concurrentiels et de maintien de comportements coopératifs, des comportements de cartel.

L'objectif de notre travail est de déterminer des algorithmes qui facilitent la résolution de jeux combinatoires par des calculs informatiques. En premier lieu, nous expliquons comment l'implémentation du nimber permet d'accélérer le calcul de jeux impartiaux en version normale. Puis, nous proposons des raffinements ou des généralisations d'algorithmes de parcours des arbres de jeu, en particulier le PN-search, tout en discutant de l'intérêt de l'intervention humaine lors de l'exécution de ces algorithmes. Enfin, nous présentons des algorithmes de vérification, dont le but initial était de s'assurer de la validité de nos calculs, mais qui permettent également d'obtenir des arbres solutions de taille réduite. Ces techniques sont appliquées à l'étude de deux jeux : le Sprouts, où les joueurs relient des points par des lignes, et le Dots-and-boxes, dont le but est de compléter le maximum de boîtes en plaçant des arêtes. Le Sprouts est un jeu combinatoire impartial, dont la nature topologique rend difficile la représentation informatique. Nous explicitons une telle représentation, avant d'étudier une généralisation où le jeu se déroule sur des surfaces compactes. Le Dots-and-boxes est un jeu partisan, et nous détaillons diverses simplifications théoriques qui nous ont permis d'obtenir informatiquement des résultats nouveaux sur ce jeu.

Nous cherchons dans cette thèse à calculer les stratégies gagnantes de jeux combinatoires avec un programme informatique. Nous montrons comment les découpages qui apparaissent au sein de certains jeux impartiaux peuvent être utilisés pour accélérer les calculs. Nous détaillons en particulier l'utilisation du concept d'arbre canonique réduit dans les calculs en version misère. Ces méthodes ont été appliquées avec succès au calcul de deux jeux impartiaux en apparence très différents : le Sprouts, où les joueurs relient des points par des lignes, et le Cram, qui consiste à remplir un plateau avec des dominos. Nous exposons ensuite une méthode originale de suivi des calculs de jeux, avec des interactions en temps réel par l'opérateur humain. Enfin, nous décrivons l'architecture du programme modulaire qui nous a permis de réaliser de nombreux calculs différents au sein d'un cadre commun, et qui pourrait être étendu à l'avenir à d'autres jeux ou algorithmes.

De nos jours, la notion de responsabilité dans un système distribué est devenue quasiment incontournable dans les techniques de détection de fautes. Elle permet non seulement de détecter les fautes mais aussi de fournir des preuves de dysfonctionnement contre les noeuds fautifs dans un système distribué. Les noeuds dits rationnels, c'est-à-dire des noeuds qui essayent de tirer profit du système en maximisant leur bénéfice sans y contribuer en, sont un exemple.Dans la littérature, il existe deux types de solutions exploitant cette notion : les solutions spécifiques et les solutions génériques.Les solutions spécifiques sont relatives à un type de système distribué donné et se construisent en tenant compte de la structure du système et de l'application qui s'y exécute. Les solutions génériques quant à elles, sont indépendantes du système.Dans cette thèse nous nous intéressons au second type de solutions c'est à dire les solutions génériques. Dans cette classe de solutions, il existe deux approches pour mettre en place la notion de responsabilité : l'approche matérielle et l'approche logicielle.Actuellement le seul protocole logiciel, générique qui permet d'assurer la notion de responsabilité dans un système distribué, est le protocole PeerReview.Ce protocole n'est basé sur une aucune configuration matérielle. Cependant, il n'est pas robuste aux comportements dits rationnels au sein de ses propres étapes.Notre objectif est de fournir une solution logicielle sous-jacente renforçant la notion de responsabilité au niveau d'une application qui s'exécute sur un système distribué en présence de noeuds rationnels.Pour ce faire nous proposons FullReview un protocole qui se base sur la théorie des jeux pour motiver et forcer les noeuds rationnels à suivre les différentes étapes, non seulement au niveau de son propre protocole mais aussi au niveau de l'application qu'il surveille. En outre, FullReview utilise l'architecture classique d'un système responsable, qui associe à chaque noeud un ensemble de noeuds appelés moniteurs ou surveillants, et ayant un rôle de surveillance périodique du noeud en question.Nous prouvons théoriquement que notre protocole est un équilibre de Nash, c'est-à-dire que les noeuds rationnels n'ont aucun intérêt à dévier du protocole.Ce genre de protocole étant coûteux en terme d'échanges de messages, nous nous sommes intéressés à l'étude théorique des différentes techniques de gestion des moniteurs ou surveillants.L'objectif de cette étude est d'identifier les conditions sur les paramètres du protocole pour lesquelles une méthode de gestion convient mieux qu'une autre.De plus nous évaluons notre protocole en l'appliquant à deux applications largement utilisées : SplitStream, un protocole efficace pour la multi-diffusion de flux vidéo et Onion Routing, le protocole de communication anonyme le plus utilisé. Les résultats montrent que FullReview détecte efficacement les comportements rationnels avec un faible surcoût comparé au protocole PeerReview et passe à l'échelle comme ce dernier. / Accountability is becoming increasingly required in today's distributed systems. It allows not only to detect faults but also to build provable evidence about the misbehaving nodes in a distributed system. Rational nodes that aim at maximising their benefit without contributing their fair share to the system, are an example. In the literature, there exists two types of solutions that exploit accountability: specific solutions and generic solutions.Specific solutions are related to a given type of distributed system and are built by taking into account the structure of the system and the running application. As for generic solutions, they are independent to the system.In this thesis we consider the second type of solutions i.e., generic solutions. There exists two approaches in this class of solutions: hardware approach and software approach. Nowadays the only software and generic protocol that allows to enforce accountability in a distributed system is PeerReview protocol. This protocol is not based on any hardware configuration. However, it is not robust to rational behaviour in its own steps.Our objective is to provide a generic software solution to enforce accountability on any underlying application that running on a distributed system in presence of rational nodes.To reach this goal we propose FullReview a protocol that uses game theory to motivate and force rational participants to follow different steps, not only in its own protocol but also in the application that it monitors. Moreover FullReview uses the classical architecture of an accountable system. This architecture assigns to each node in the system, a set of nodes called monitors. Periodically each node is monitored by its set of monitors.We theoretically prove that our protocol is a Nash equilibrium, i.e., nodes do not have any interest in deviating from it.This kind of protocol being costly in terms of messages exchanged, we are interested to the theoretic study of different techniques of monitors management. The objective of this study is to identify conditions on protocol parameters for which a method of management is more appropriate than another.Furthermore, we practically evaluate FullReview by deploying it for enforcing accountability in two applications: (1) SplitStream, an efficient multicast protocol for live streaming, and (2) Onion Routing, the most widely used anonymous communication protocol. Performance evaluation shows that FullReview effectively detects faults in presence of rational nodes while introducing a small overhead compared to PeerReview and scaling as PeerReview.

Les codes identifiants ont été introduits en 1998 par Karpovsky, Chakrabarty et Levitin. Un code identifiant est un sous-graphe tel que chaque sommet est identifié de manière unique par les sommets du code qui l'entourent. Il existe plusieurs variantes de ces codes, dont notamment une version colorée dans laquelle les sommets sont identifiés par les couleurs dans leur voisinage. Dans cette thèse, nous cherchons en particulier à construire un cycle le plus grand possible qui admette une coloration identifiante, étant donné un nombre de couleurs fixé. Nous avons aussi étudié le problème des codes identifiants sur une classe particulière de graphes orientés : les tournois. Dans une seconde partie, nous avons aussi étudié deux jeux particuliers. Le premier est une généralisation des jeux octaux - qui se jouent normalement sur un tas - aux graphes. Plus précisemment, le jeu 0.33 ; chaque joueur peut retirer un ou deux sommets voisins d'un graphe, sans déconnecter ce dernier. Le premier qui ne peut plus jouer perd. Nous avons été capable de caractériser les issues de ce jeu dans des classes de graphes particulières, les étoiles subdivisées et les bi-étoiles subdivisées. Le second jeu est appelé le jeu du Pompier (Firefighter). Il consiste à arrêter un feu qui se propage dans un graphe en protégeant des sommets à chaque tour. Nous avons résolu une conjecture sur ce jeu, et introduit la version online, pour laquelle nous avons pu donner des résultats d'approximation. / Identifying codes were introduced in 1998 by Karpovsky, Chakrabarty and Levitin. An identifying code is a subgraph such that each vertex is uniquely identified by the vertices in its neighborhood. There are several variants of these codes, including a colored version where the vertices are identified by the colors in their neighborhood. In this phd, we want to build an identifying coloring of a large cycle, given a fixed number of colors. We also studied identified codes in a certain class of oriented graphs: tournaments. We have also studied some topics in the game theory. The first one is a generalization of octal games, where we play on a graph instead of a heap. More precisely, the 0.33 game; each player can remove one or two vertices in a graph, with no disconnection allowed. The first player who cannot play loses. We studied this game in some graph classes: subdivided stars and subdivided bistars. The other game is called the Firefighter game. It's a one player game, where this one wants to contain a spreading fire in a graph. We solved a conjecture about this game, and introduced the online version of the game, for which we found some approximation results.

Cette thèse étudie l’évolution des marchés du gaz naturel en Europe jusqu’en 2035 en utilisant les outils de la modélisation. Le modèle proposé, intitulé GaMMES, repose sur une description oligopolistique des marchés et ses principaux avantages sont les suivants : un niveau de détail important de la structure économique de la chaîne gazière et une prise en compte endogène des contrats de long-terme en amont ainsi que de la substitution avec les produits pétroliers et le charbon, au niveau de la demande. Dans un premier temps, nous étudions la question de la sécurité d’approvisionnement en gaz en Europe et les conditions favorables à la régulation des marchés vulnérables au risque de rupture d’approvisionnement, notamment de la part de la Russie. Trois études de cas sont proposées selon le degré de dépendance et la nature de régulation en place : le marché allemand des années 1980 et les marchés actuels de la Bulgarie et de l’Espagne. Nous étudions en particulier l’évolution des caractéristiques des marchés en fonction du risque de rupture et le type de régulation à mettre en place afin d’assurer l’optimalité du bien-être social. Ensuite, nous proposons un modèle de type systèmes dynamiques afin de prendre en compte la substitution énergétique entre le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Notre approche permet d’estimer une nouvelle forme fonctionnelle de la fonction de demande pour le gaz naturel, qui englobe à la fois la substitution énergétique et les inerties de consommation dues aux investissements des usagers finaux. Dans un troisième temps, nous utilisons cette fonction de demande dans un modèle d’équilibre partiel des marchés du gaz naturel en Europe. Le modèle GaMMES, écrit sous forme de problème de complémentarité, représente les principaux acteurs de l’industrie du gaz naturel en considérant leurs interactions stratégiques et les pouvoirs de marchés. Il a été appliqué au marché du gaz naturel en Europe du nord-est afin d’étudier l’évolution, jusqu’en 2035, de la consommation, des prix spot, des prix et volumes long-terme, de la production et de la dépendance par rapport aux imports étrangers. Finalement, nous proposons une extension stochastique du modèle GaMMES afin d’analyser l’impact de la forte fluctuation du prix du Brent sur les marchés gaziers. Une étude économétrique a été menée afin de calculer la loi de probabilité du prix du pétrole, lorsqu’il est modélisé en tant que variable aléatoire, dans le but de construire et pondérer l’arbre des scénarii. Les résultats permettent de comprendre comment l’aléa modifie les comportements stratégiques des acteurs, notamment au niveau des contrats de long-terme. Enfin, la valeur de la solution stochastique est calculée afin de quantifier l’importance de la prise en compte des fluctuations du prix du pétrole pour chaque acteur de la chaîne. / This thesis studies the evolution of the natural gas markets in Europe, until 2035, using optimization theory tools. The model we develop, named GaMMES, is based on an oligopolistic description of the markets. Its main advantages are the following: we consider an important level of detail in the economic structure of the gas chain and we endogenously take into account long-term contracts in the upstream as well as energy substitution between gas, oil, and coal in the demand. In the first part of this thesis, we study the issue of security of supply in Europe and the conditions under which it is necessary to regulate the gas markets that are strongly dependent on foreign imports. Three case studies are then presented, regarding the level of dependence and the markets' specificities: the German gas trade of the 1980s and the current Spanish and Bulgarian markets. We study in particular the evolution of the markets' outcome as a function of the supply disruption probability and the kind of regulation to implement in order to maximize the social welfare. In the second part, we develop a system dynamics model in order to capture fuel substitution between oil, coal, and natural gas. Our approach allows one to calculate a new functional form of the demand function for natural gas that contains energy substitution and consumption inertia effects due to end-users' investments. In the third part, we take advantage of our demand function and use it in a partial equilibrium model of natural gas markets in Europe. The GaMMES model, when written as a complementarity problem, describes the principal gas chain actors as well as their strategic interactions and market power. It was applied to the northwestern European gas trade to analyze the evolution of consumption, spot and long-term contract prices and volumes, production, and natural gas dependence, until 2035. In the last part, we present a stochastic extension of the GaMMES model in order to study the impact of the strong Brent price fluctuation on the gas markets. An econometric analysis allowed us to calculate the probability law of the oil price, when taken as a random variable, in order to construct the scenario tree and estimate its weights. Our results show how uncertainty changes the strategic behavior, in particular for the long-term contracting activity. Finally, the value of the stochastic solution is calculated to quantify the importance of taking into account randomness in the optimization programs of the gas chain actors.

L'informatique a changé profondément les aspects méthodologiques du processus de découverte dans les différents domaines du savoir. Les chercheurs ont à leur disposition aujourd'hui de nouvelles capacités qui permettent d'envisager la résolution de nouveaux problèmes. Les plates-formes parallèles et distribués composées de ressources partagés entre différents participants peuvent rendre ces nouvelles capacités accessibles à tout chercheur et offre une puissance de calcul qui a été limitée jusqu'à présent, aux projets scientifiques les plus grands (et les plus riches). Dans ce document qui regroupe les résultats obtenus pendant mon doctorat, nous explorons quatre facettes différentes de la façon dont les organisations s'engagent dans une collaboration sur de plates-formes parallèles et distribuées. En utilisant des outils classiques de l'analyse combinatoire, de l'ordonnancement multi-objectif et de la théorie des jeux, nous avons montré comment calculer des ordonnancements avec un bon compromis entre les résultats obtenu par les participants et la performance globale de la plate-forme. En assurant des résultats justes et en garantissant des améliorations de performance pour les différents participants, nous pouvons créer une plate-forme efficace où chacun se sent toujours encourager à collaborer et à partager ses ressources. Tout d'abord, nous étudions la collaboration entre organisations égoïstes. Nous montrons que le comportement égoïste entre les participants impose une borne inférieure sur le makespan global. Nous présentons des algorithmes qui font face à l'égoïsme des organisations et qui présentent des résultats équitables. La seconde étude porte sur la collaboration entre les organisations qui peuvent tolérer une dégradation limitée de leur performance si cela peut aider à améliorer le makespan global. Nous améliorons les bornes d'inapproximabilité connues sur ce problème et nous présentons de nouveaux algorithmes dont les garanties sont proches de l'ensemble de Pareto (qui regroupe les meilleures solutions possibles). La troisième forme de collaboration étudiée est celle entre des participants rationnels qui peuvent choisir la meilleure stratégie pour leur tâches. Nous présentons un modèle de jeu non coopératif pour le problème et nous montrons comment l'utilisation de "coordination mechanisms" permet la création d'équilibres approchés avec un prix de l'anarchie borné. Finalement, nous étudions la collaboration entre utilisateurs partageant un ensemble de ressources communes. Nous présentons une méthode qui énumère la frontière des solutions avec des meilleurs compromis pour les utilisateurs et sélectionne la solution qui apporte la meilleure performance globale. / Computer science is deeply changing methodological aspects of the discovery process in different areas of knowledge. Researchers have at their disposal new capabilities that can create novel research opportunities. Parallel and distributed platforms composed of resources shared between different participants can make these new capabilities accessible to every researcher at every level, delivering computational power that was restricted before to bigger (and wealthy) scientific projects. This work explores four different facets of the rules that govern how organizations engage in collaboration on modern parallel and distributed platforms. Using classical combinatorial tools, multi-objective scheduling and game-theory, we showed how to compute schedules with good trade-offs between the results got by the participants and the global performance of the platform. By ensuring fair results and guaranteeing performance improvements for the participants, we can create an efficient platform where everyone always feels encouraged to collaborate and to share its resources. First, we study the collaboration between selfish organizations. We show how the selfish behavior between the participants imposes a lower bound on the global makespan. We present algorithms that cope with the selfishness of the organizations and that achieve good fairness in practice. The second study is about collaboration between organizations that can tolerate a limited degradation on their performance if this can help ameliorate the global makespan. We improve the existing inapproximation bounds for this problem and present new algorithms whose guarantees are close to the Pareto set. The third form of collaboration studied is between rational participants that can independently choose the best strategy for their jobs. We present a non-cooperative game-theoretic model for the problem and show how coordination mechanisms allow the creation of approximate pure equilibria with bounded price of anarchy. Finally, we study collaboration between users sharing a set of common resources. We present a method that enumerates the frontier of best compromise solutions for the users and selects the solution that brings the best value for the global performance function.