La complexité implicite (ICC) vise à donner des caractérisations de classes de complexité dans des langages de programmation ou des logiques, sans faire référence à des bornes sur les ressources (temps, espace mémoire). Dans cette thèse, nous étudions l’approche de la logique linéaire à la complexité implicite. L’objectif est de donner des caractérisations de classes de complexité, à travers des variantes du lambda-calcul qui sont typables dans de tels systèmes. En particulier, nous considérons à la fois une perspective monovalente et une perspective polyvalente par rapport à l’ICC. Dans le premier cas, le but est de caractériser une hiérarchie de classes de complexité à travers un lambda-calcul élémentaire typé dans la logique linéaire élémentaire (ELL), où la complexité ne dépend que de l’interface d’un programme, c’est à dire son type. La deuxième approche rend compte à la fois des fonctions calculables en temps polynomial et de la normalisation forte, à travers des termes du lambda-calcul pur qui sont typés dans un système inspiré par la logique linéaire Soft (SLL); en particulier, par rapport à l’approche logique ordinaire, ici nous abandonnons la modalité “!” en faveur de l’emploi des types stratifiés, vus comme un raffinement des types intersection non associatifs, afin d’améliorer la typabilité et, en conséquence, l’expressivité. Enfin, nous explorons l’utilisation des types intersection, privés de certaines de leurs propriétés, vers une direction plus quantitative que l’approche qualitative habituelle, afin d’obtenir une borne sur le calcul de lambda-termes purs, en obtenant en plus une caractérisation de la normalisation forte. / In this thesis we explore the linear logic approach to implicit computational complexity, through the design of type assignment systems based on light linear logic, or heavily inspired by them, with the purpose of giving a characterization of one or more complexity classes, through variants of lambda-calculi which are typable in such systems. In particular, we consider both a monovalent and a polyvalent perspective with respect to ICC. In the first one the aim is to characterize a hierarchy of complexity classes through an elementary lambda-calculus typed in Elementary Linear Logic (ELL), where the complexity depends only on the interface of a term, namely its type. The second approach gives an account of both the functions computable in polynomial time and of strong normalization, through terms of pure lambda-calculus which are typed in a system inspired by Soft Linear Logic (SLL); in particular, with respect to the usual logical take, in the latter we give up the “!” modality in favor of employing stratified types as a refinement of non-associative intersection types, in order to improve typability and, as a consequence, expressivity.Finally we explore the use of intersection types, deprived of some of their usual properties, towards a more quantitative approach rather than the usual qualitative one, namely in order to compute a bound on the computation of pure lambda-terms, obtaining in addition a characterization of strong normalization.

Le lambda-calcul est un formalisation de la notion de calcul. Dans cette thèse nous nous intéresserons à certaines variantes non déterministes, et nous nous pencherons plus particulièrement sur le cas probabiliste.L'étude du lambda-calcul probabiliste n'est pas nouvelle, mais les travaux précédents considéraient le comportement probabiliste comme un effet de bord. Notre objectif est de présenter ce calcul d'une manière plus équationnelle, en intégrant le comportement probabiliste à la réduction.Tout d'abord nous définissons une sémantique opérationnelle déterministe et contextuelle pour le lambda-calcul probabiliste en appel par nom. Afin de traduire la signification de la somme nous définissons une équivalence syntaxique dans notre calcul, dont nous démontrons qu'il ne déforme pas la réduction: considérer une réduction modulo équivalence revient à considérer simplement le résultat du calcul modulo équivalence. Nous prouvons également un résultat de standardisation.Dans ce cadre nous définissons une notion de théorie équationnelle pour le lambda-calcul probabiliste. Nous étendons certaines notions usuelles, et en particulier celle de bon sens. Cette dernière se formalise facilement dans un cadre déterministe mais est bien plus complexe dans le cas probabiliste.Pour finir nous prouvons une correspondance entre l'équivalence observationnelle, l'égalité des arbres de Böhm et la théorie cohérente sensée maximale. Nous définissons une notion d'arbres de Böhm probabilistes dont nous prouvons qu'elle forme un modèle. Nous démontrons ensuite un résultat de séparabilité disant que deux termes avec des arbres de Böhm distincts ne sont pas observationnellement équivalents. / The lambda-calculus is a way to formalize the notion of computation. In this thesis we will be interested in some of these variants introducing non deterministim, and we will focus mostly on a probabilistic calculus.The probabilistic lambda-calculus has been studied for some time, but the probabilistic behaviour has always been treated as a side effect. Our purpose is to give a more equational representation of this calculus, by handling the probabilities inside the reduction rather than as a side effect.To begin with we give a deterministic and contextual operational semantics for the call-by-name probabilistic lambda-calculus. To express the probabilistic behaviour of the sum we introduce a syntactic equivalence in our calculus, and we show it has little consequence on the calculus: reducing modulo equivalence amount to reducing and then looking at the result modulo equivalence. We also prove a standardization theorem.Then using this operational semantics we define a notion of equational theories for the probabilistic lambda-calculus. We extend some usual notions to this setting, and in particular the sensibility of a theory. This notion is quite simple in a deterministic setting but becomes more complicated when we have a probabilistic computation.Finally we prove a generalization of the equality between the observational equivalence, the Böhm tree equality and the maximal coherent sensible lambda-theory. We give a notion of probabilistic Böhm trees, and prove that this forms a model of the probabilistic lambda-calculus. Then we prove a separability result stating that two terms with different Böhm trees are separable, i.e. are not observationally equivalent.

Les grammaires catégorielles abstraites (ou λ-grammaires) sont un formalisme basé sur le λ-calcul simplement typé. Elles peuvent être vues comme des grammaires générant de tels termes, et ont été introduites afin de modéliser l’interface entre la syntaxe et la sémantique du langage naturel, réunissant deux idées fondamentales : la distinction entre tectogrammaire (c.a.d. structure profonde d’un énoncé) et phénogrammaire (c.a.d représentation de la surface d’un énoncé) de la langue, ex- primé par Curry ; et une modélisation algébrique du principe de compositionnalité afin de rendre compte de la sémantique des phrases, due à Montague. Un des avantages principaux de ce formalisme est que l’analyse d’une grammaires catégorielle abstraite permet de résoudre aussi bien le problème de l’analyse de texte, que celui de la génération de texte. Des algorithmes d’analyse efficaces ont été découverts pour les grammaires catégorielles abstraites de termes linéaires et quasi-linéaires, alors que le problème de l’analyse est non-élémentaire dans sa forme la plus générale. Nous proposons d’étudier des classes de termes pour lesquels l’analyse grammaticale reste solvable en temps polynomial. Ces résultats s’appuient principalement sur deux théorèmes de typage : le théorème de cohérence, spécifiant qu’un λ-terme donné est l’unique habitant d’un certain typage ; et le théorème d’expansion du sujet, spécifiant que deux termes β-équivalents habitent les même typages. Afin de mener cette étude à bien, nous utiliserons une représentation abstraite des notions de λ-termes et de typages, sous forme de jeux. En particulier, nous nous appuierons grandement sur cette notion afin de démontrer le théorème de cohérence pour de nouvelles familles de λ-termes et de typages. Grâce à ces résultats, nous montrerons qu’il est possible de construire de manière directe, un reconnaisseur dans le langage Datalog, pour des grammaires catégorielles abstraites de -termes quasi-affines. / Abstract categorial grammars (or, equivalently, lambda-grammars) is formalism based on the simply-typed lambda-calculus. These grammars can be described as grammars of such terms and were introduced in order to bring a model of the syntax-semantics interface in natural language, based on two main ideas: the distinction between the tectogrammatical (i.e. the deep structure of an utterance) and phenogrammatical (i.e. the interpretation of this structure) levels in natural languages, which was expressed by Curry; and an algebraic modeling of the principle of compositionality in order to give account of the semantics of a sentence. an idea formalized by Montague. One of the main advantages of abstract categorial grammars is that both the problems of natural language parsing and generation can be tackled under the same problem: parsing abstract categorial grammars. Efficient algorithms were discovered for abstract categorial grammars of linear and almost linear lambda-terms, while it is known the recognition problem is decidable but non-elementary in general. This work focuses on the study of classes of terms for which parsing can still be solved in polynomial time. The results we give are mainly based on two theorems: the coherence theorem which specifies that a given lambda-term in the desired class must be the unique inhabitant of one of its typing; and the subject expansion theorem, which states that two beta-equivalent terms of the desired class must inhabit the same typings. In order to lead the study, we use an alternative representation of both simply-typed lambda-terms and their typings as games. In particular, we will use this representation in order to prove the coherence theorems for new classes of lambda-terms. Thanks to these results, we will show it is possible to build in a direct way, recognizers for grammars of almost affine lambda-terms as Datalog programs.

Mes travaux de recherche portent sur la théorie de la démonstration, le lambda-calcul et l'informatique théorique, dans la ligne de la correspondance de Curry-Howard entre les preuves et les programmes.<br /><br />Dans ma thèse de doctorat, j'ai étudié les opérateurs de mise en mémoire pour les types de données. Ces notions, qui sont introduites par Krivine, permettent de programmer en appel par valeur tout en utilisant la stratégie de la réduction de tête pour exécuter les $\lambda$-termes. Pour cette étude, j'ai introduit avec David une extension du $\lambda$-calcul avec substitutions explicites appelée $\lambda$-calcul dirigé. Nous en avons déduit une nouvelle caractérisation des termes de mise en mémoire et obtenu des nombreux résultats très fins à leur sujet. En ce qui concerne le typage des opérateurs de mise en mémoire, Krivine a trouvé une formule du second ordre, utilisant la non-non traduction de Gödel de la logique classique dans la logique intuitionniste, qui caractérise ces opérateurs. Je me suis attaché à diverses généralisations du résultat de Krivine pour les types à quantificateur positif dans des extensions de la logique des prédicats du second ordre.<br /><br />J'ai poursuivi, après ma thèse, une activité de recherche sur l'extension de la correspondance de Curry-Howard à la logique classique, au moyen des instructions de contrôle. J'ai étudié des problèmes liés aux types de données dans deux de ces systèmes : le $\lambda \mu$-calcul de Parigot et le $\lambda C$-calcul de Krivine. J'ai donné des algorithmes très simples permettant de calculer la valeur d'un entier classique dans ces deux systèmes. J'ai également caractérisé les termes dont le type est l'une des règles de l'absurde. J'ai étendu le système de Parigot pour en obtenir une version non déterministe mais où les entiers se réduisent toujours en entiers de Church. Curieusement, ce système permet de programmer la fonction ``ou parallèle''.<br /><br />Je me suis intéressé aux systèmes numériques qui servent à représenter les entiers naturels au sein du $\lambda$-calcul. J'ai montré que pour un tel système, la possession d'un successeur, d'un prédécesseur et d'un test à zéro sont des propriétés indépendantes, puis qu'un système ayant ces trois fonctions possède toujours un opérateur de mise en mémoire. Dans un cadre typé, j'ai apporté une réponse négative à une conjecture de Tronci qui énonçait une réciproque du résultat précédent.<br /><br />La notion de mise en mémoire ne s'applique qu'à des types de données. Une définition syntaxique a été donné par Böhm et Berarducci, et Krivine a proposé une définition sémantique de ces types. J'ai obtenu avec Farkh des résultats reliant la syntaxe et la sémantique des types de données. Nous avons proposé également des définitions des types entrée et des types sortie pour lesquelles nous avons montré diverses propriétés syntaxiques et sémantiques.<br /><br />J'ai réussi à combiner la logique intuitionniste et la logique classique en une logique mixte. Dans cette logique, on distingue deux genres de variables du second ordre, suivant que l'on peut, ou non, leur appliquer le raisonnement par l'absurde. Ce cadre m'a permi de donner le type le plus général pour les opérateurs de mise en mémoire. Vu le rôle important que cette logique semble devoir jouer dans la théorie de ces opérateurs, j'en ai mené avec A. Nour une étude théorique approfondie. Le système de logique mixte propositionnelle auquelle nous avons abouti évoque les sytèmes $LC$ de Girard et $LK^{tq}$ de Danos, Joinet et Schellinx.<br /><br />Je me suis intéressé avec David à l'équivalence induite par l'égalité entre les arbres de Böhm infiniment $\eta$-expansés. Avec Raffalli, je me suis également intéressé à la sémantique de la logique du second ordre.

Cette thèse s'intéresse à la modélisation de la syntaxe et de l'interface syntaxe-sémantique de la phrase, et explore la possibilité de contrôler au niveau des structures de dérivation la surgénération que produit le traitement des dépendances à distance par des types d'ordre supérieur. À cet effet, nous étudions la possibilité d'étendre le système de typage des Grammaires Catégorielles Abstraites avec les constructions de la somme disjointe, du produit cartésien et du produit dépendant, permettant d'étiqueter les catégories syntaxiques par des structures de traits. Nous prouvons dans un premier temps que le calcul résultant de cette extension bénéficie des propriétés de confluence et de normalisation, permettant d'identifier les termes beta-équivalents dans le formalisme grammatical. Nous réduisons de plus le même problème pour la beta-eta-équivalence à un ensemble d'hypothèse de départ. Dans un second temps, nous montrons comment cette introduction de structures de traits peut être appliquée au contrôle des dépendances à distances, à travers les exemples des contraintes de cas, des îlots d'extraction pour les mouvements explicites et implicites, et des extractions interrogatives multiples, et nous discutons de la pertinence de placer ces contrôles sur les structures de dérivation.

Cette thèse concerne la combinaison du lambda-calcul et de la réécriture, dont nous étudions principalement deux propriétés : la confluence et la normalisation forte. Nous commençons par étudier sous quelles conditions la combinaison d'une relation de réécriture conditionnelle confluente au lambda-calcul donne une relation de réécriture confluente. Ensuite nous nous intéressons aux preuves de normalisation forte de lambda-calculs typés utilisant la technique de réductibilité. Notre contribution la plus importante est une comparaison de diverses variantes de cette technique, utilisant comme outil de comparaison la manière dont ces variantes s'étendent à la réécriture et dont elles prennent en compte les types unions et les types existentiels implicites. Enfin, nous présentons un critère, basé sur un système de types contraints, pour la normalisation forte de la réécriture conditionnelle combinée au lambda-calcul. Notre approche étend des critères de terminaison existants qui utilisent des annotations de taille. C'est à notre connaissance le premier critère de terminaison pour la réécriture conditionnelle avec membres droits d'ordre supérieur qui prenne en compte, dans l'argument de terminaison, de l'information issue de la satisfaction des conditions des règles de réécriture / This thesis is about the combination of lambda-calculus with rewriting. We mainly study two properties: confluence and strong normalization. We begin by studying under which conditions the combination of a confluent conditional rewrite relation to the lambda-calculus leads to a confluent relation. Next, we study strong normalization proofs of typed lambda-calculi that use the reducibility technique. Our main contribution is a comparison of variants of this technique, with respect to how they extend to rewriting and how they handle union and implicit existential types. Finally, we present a termination criterion for the combination of conditional rewriting and lambda-calculus based on a constrained type system. Our approach, which extends known criteria that use sized types, is to our knowledge the first termination criterion for conditional rewriting with higher-order right-hand sides that takes into account in the termination argument some information generated by the satisfaction of the conditions of the rewrite rules

Les programmes mobiles, comme les applettes, sont utiles mais potentiellement hostiles, et il faut donc pouvoir s'assurer que leur exécution n'est pas dangereuse pour le système hôte. Une solution est d'exécuter le programme mobile dans un environnement sécurisé, servant d'interface avec les ressources locales, dans le but de contrôler les flux d'informations entre le code mobile et les ressources, ainsi que les accès du code mobile aux ressources. Nous proposons deux critères de sécurité pour l'exécution de code mobile, obtenus chacun à partir d'une analyse de l'environnement local. Le premier porte sur les flux d'informations, garantit la confidentialité, est fondé sur le code de l'environnement, et est exact et indécidable ; le second porte sur les contrôles d'accès, garantit le confinement, s'obtient à partir du type de l'environnement, et est approché et décidable. Le premier chapitre, méthodologique, présente l'étude d'objets infinis représentés sous la forme d'arbres. Nous avons privilégié pour les définir, une approche équationnelle, et pour raisonner sur eux, une approche déductive, fondée sur l'interprétation co-inductive de systèmes d'inférence. Dans le second chapitre, on montre dans le cas simple du calcul, comment passer d'une sémantique opérationnelle à une sémantique dénotationnelle, en utilisant comme dénotation d'un programme son observation. Le troisième chapitre présente finalement en détail les deux critères de sécurité pour l'exécution de code mobile. Les techniques développées dans les chapitres précédents sont utilisées pour l'étude de la confidentialité, alors que des techniques élémentaires suffisent à l'étude du confinement.

Le but de cette thèse est d'étudier la somme et le zéro dans deux principaux cadres : les isomorphismes de types et la normalisation de lambda-termes. Les isomorphismes de type avaient déjà été étudiés dans le cadre du lambda-calcul simplement typé avec paires surjectives mais sans somme. Pour aborder le cas avec somme et zéro, j'ai commencé par restreindre l'étude au cas des isomorphismes linéaires, dans le cadre de la logique linéaire, ce qui a conduit à une caractérisation remarquablement simple de ces isomorphismes, obtenue grâce à une méthode syntaxique sur les réseaux de preuve. Le cadre plus général de la logique intuitionniste correspond au problème ouvert de la caractérisation des isomorphismes dans les catégories bi-cartésiennes fermées. J'ai pu apporter une contribution à cette étude en montrant qu'il n'y a pas d'axiomatisation finie de ces isomorphismes. Pour cela, j'ai tiré partie de travaux en théorie des nombres portant sur un problème énoncé par Alfred Tarski et connu sous le nom du « problème des égalités du lycée ». Pendant tout ce travail sur les isomorphismes de types, s'est posé le problème de trouver une forme canonique pour représenter les lambda-termes, que ce soit dans le but de nier l'existence d'un isomorphisme par une étude de cas sur la forme du terme, ou pour vérifier leur existence dans le cas des fonctions très complexes que j'étais amené à manipuler. Cette réflexion a abouti à poser une définition « extensionnelle » de forme normale pour le lambda-calcul avec somme et zéro, obtenue par des méthodes catégoriques grâce aux relations logiques de Grothendieck, apportant ainsi une nouvelle avancée dans l'étude de la question réputée difficile de la normalisation de ce lambda-calcul. Enfin je montrerai comment il est possible d'obtenir une version « intentionnelle » de ce résultat en utilisant la normalisation par évaluation. J'ai pu ainsi donner une adaptation de la technique d' évaluation partielle dirigée par les types pour qu'elle produise un résultat dans cette forme normale, ce qui en réduit considérablement la taille et diminue aussi beaucoup le temps de normalisation dans le cas des isomorphismes de types considérés auparavant.

Cette thèse porte sur l’adaptation de la réalisabilité et la paramétricité au cas des types dépendants dans le cadre des Systèmes de Types Purs. Nous décrivons une méthode systématique pour construire une logique à partir d’un langage de programmation, tous deux décrits comme des systèmes de types purs. Cette logique fournit des formules pour exprimer des propriétés des programmes et elle offre un cadre formel adéquat pour développer une théorie de la réalisabilité au sein de laquelle les réalisateurs des formules sont exactement les programmes du langage de départ. Notre cadre permet alors de considérer les théorèmes de représentation pour le système T de Gödel et le système F de Girard comme deux instances d'un théorème plus général.Puis, nous expliquons comment les relations logiques de la théorie de la paramétricité peuvent s'exprimer en terme de réalisabilité, ce qui montre que la logique engendrée fournit un cadre adéquat pour développer une théorie de la paramétricité du langage de départ. Pour finir, nous montrons comment cette théorie de la paramétricité peut-être adaptée au système sous-jacent à l'assistant de preuve Coq et nous donnons un exemple d'application original de la paramétricité à la formalisation des mathématiques. / This thesis focuses on the adaptation of realizability and parametricity to dependent types in the framework of Pure Type Systems. We describe a systematic method to build a logic from a programming language, both described as pure type systems. This logic provides formulas to express properties of programs and offers a formal framework that allows us to develop a theory of realizability in which realizers of formulas are exactly programs of the starting programming language. In our framework, the standard representation theorems of Gödel's system T and Girard's system F may be seen as two instances of a more general theorem. Then, we explain how the so-called « logical relations » of parametricity theory may be expressed in terms of realizability, which shows that the generated logic provides an adequate framework for developping a general theory of parametricity. Finally, we show how this parametricity theory can be adapted to the underlying type system of the proof assistant Coq and we give an original example of application of parametricity theory to the formalization of mathematics.

Les grammaires catégorielles abstraites (ou λ-grammaires) sont un formalisme basé sur le λ-calcul simplement typé. Elles peuvent être vues comme des grammaires générant de tels termes, et ont été introduites afin de modéliser l'interface entre la syntaxe et la sémantique du langage naturel, réunissant deux idées fondamentales : la distinction entre tectogrammaire (c.a.d. structure profonde d'un énoncé) et phénogrammaire (c.a.d représentation de la surface d'un énoncé) de la langue, exprimé par Curry ; et une modélisation algébrique du principe de compositionnalité afin de rendre compte de la sémantique des phrases, due à Montague. Un des avantages principaux de ce formalisme est que l'analyse d'une grammaires catégorielle abstraite permet de résoudre aussi bien le problème de l'analyse de texte, que celui de la génération de texte. Des algorithmes d'analyse efficaces ont été découverts pour les grammaires catégorielles abstraites de termes linéaires et quasi-linéaires, alors que le problème de l'analyse est non-élémentaire dans sa forme la plus générale. Nous proposons d'étudier des classes de termes pour lesquels l'analyse grammaticale reste solvable en temps polynomial. Ces résultats s'appuient principalement sur deux théorèmes de typage : le théorème de cohérence, spécifiant qu'un λ-terme donné est l'unique habitant d'un certain typage ; et le théorème d'expansion du sujet, spécifiant que deux termes β-équivalents habitent les même typages. Afin de mener cette étude à bien, nous utiliserons une représentation abstraite des notions de λ-termes et de typages, sous forme de jeux. En particulier, nous nous appuierons grandement sur cette notion afin de démontrer le théorème de cohérence pour de nouvelles familles de λ-termes et de typages. Grâce à ces résultats, nous montrerons qu'il est possible de construire de manière directe, un reconnaisseur dans le langage Datalog, pour des grammaires catégorielles abstraites de λ-termes quasi-affines.