La théorie de la preuve se développe depuis la correspondance de Curry-Howard suivant deux sources d’inspirations : les langages de programmation, pour lesquels elle agit comme une théorie des types de données, et l’étude sémantique des preuves. Cette dernière consiste à donner des modèles mathématiques pour les comportements des preuves/programmes. En particulier, la sémantique dénotationnelle s’attache à interpréter les deux-ci comme des fonctions entre des types, et permet en retour d’affiner notre compréhension des preuves/programmes. La logique linéaire (LL), introduite par Girard, donne une interprétation logique des notions d’algèbre linéaire, quand la logique linéaire différentielle (DiLL), introduite par Ehrhard et Regnier, permet une compréhension logique de la notion de différentielle.Cette thèse s’attache à renforcer la correspondance sémantique entre théorie de la preuve et analyse fonctionnelle, en insistant sur le caractère involutif de la négation dans DiLL.La première partie consiste en un rappel des notions de linéarité, polarisation et différentiation en théorie de la preuve, ainsi qu’un exposé rapide de théorie des espaces vectoriels topologiques. La deuxième partie donne deux modèles duaux de la logique linéaire différentielle, interprétant la négation d’une formule respectivement par le dual faible et le dual de Mackey. Quand la topologie faible ne permet qu’une interprétation discrète des preuves sous forme de série formelle, la topologie de Mackey nous permet de donner un modèle polarisé et lisse de DiLL, et de raffiner des résultats précédemment obtenus par Blute, Dabrowski, Ehrhard et Tasson. Enfin, la troisième partie de cette thèse s’attache à interpréter les preuves de DiLL par des distributions à support compact. Nous donnons un modèle polarisé de DiLL où les formules négatives sont interprétés par des espaces Fréchet Nucléaires. Nous montrons que enfin la résolution des équations aux dérivées partielles linéaires à coefficients constants obéit à une syntaxe qui généralise celle de DiLL, que nous détaillons. / Around the curry-coward correspondence, proof-theory has grown along two distinct fields : the theory of programming languages, for which formulas acts as data types, and the semantic study of proofs. The latter consists in giving mathematical models of proofs and programs. In particular, denotational semantics distinguishes data types which serves as input or output of programs, and allows in return for a finer understanding of proofs and programs. Linear Logic (LL) gives a logical interpretation of the basic notions from/of linear algebra, while Differential Linear Logic allows for a logical understanding of differentiation. This manuscript strengthens the link between proof-theory and functional analysis, and highlights the role of linear involutive negation in DiLL. The first part of this thesis consists in a quick overview of prerequisites on the notions of linearity, polarisation and differentiation in proof-theory, and gives the necessary background in the theory of locally convex topological vector spaces. The second part uses two classic topologies on the dual of a topological vector space and gives two models of DiLL: the weak topology allows only for a discrete interpretation of proofs through formal power series, while the Mackey topology on the dual allows for a smooth and polarised model of DiLL. Finally, the third part interprets proofs of DiLL by distributions. We detail a polarized model of DiLL in which negatives are Fréchet Nuclear spaces, and proofs are distributions with compact support. We also show that solving linear partial differential equations with constant coefficients can be typed by a syntax similar to the one of DiLL, which we detail.

La première partie propose divers systèmes de réseaux d'interaction (calcul par réécriture muni d'une réduction atomique, locale et parallèle) qui simulent l'exécution des preuves de la logique linéaire (considérées comme des programmes). Les différents fragments de cette logique sont abordés, on y ajoute aussi une récursion pour atteindre l'expressivité des langages de programmation usuels. Ce procédé de simulation permet d'exécuter certains langages à l'aide d'une petite machine d'exécution multi-processeurs. Il s'appuie sur des représentations localisées de boîtes issues des réseaux de preuve ; certaines utilisent avantageusement un canal de contrôle pour ne rien perdre de la structure des preuves représentées. La deuxième partie s'articule autour de la logique linéaire différentielle et de ses ressources à usage unique. On la munit d'une super-promotion, qui se distingue notamment d'une promotion ordinaire parce qu'elle préserve la symétrie originelle de ce formalisme. C'est la pendante côté logique de la réplication qu'on trouve parfois dans les algèbres de processus. On arrive à isoler l'un de ses composants plus primitifs, le co-enfouissement, responsable de leur dynamique incontrôlée (pour l'instant). Cette construction peut être exprimée dans la syntaxe du λ-calcul avec ressources ou dans un système de réseaux. La séquentialisation de ces derniers requiert une présentation originale de la logique, fondée sur un calcul de structures, et qui a potentiellement d'autres intérêts. Il est aussi question de réalisabilité pour les systèmes différentiels et de sémantique relationnelle pour les divers réseaux présentés.

Cette thèse de théorie de la démonstration étudie les interactions entre le λ-calcul différentiel d'Ehrhard et Regnier d'un côté, et certaines émanations calculatoires de la logique classique (le λμ-calcul de Parigot et le λ-barre-μ-calcul de Herbelin) de l'autre. L'étude est initiée et guidée par la décomposition de ces calculs dans des extensions de la logique linéaire de Girard.<br /><br />Dans une première partie, on définit un cadre commun pour ces extensions, dans le formalisme des réseaux d'interaction de Lafont, et on y rappelle des résultats de la littérature ou du folklore. On donne en particulier la traduction du λμ-calcul et du λ-barre-μ-calcul dans les réseaux polarisés de Laurent et celle du fragment finitaire du λ-calcul différentiel dans les réseaux différentiels d'Ehrhard et Regnier.<br /><br />Dans la deuxième partie, on introduit les réseaux différentiels polarisés (RDP), comme l'extension par une polarisation à la Laurent des réseaux différentiels. La pertinence des règles de réduction nouvelles est soulignée par l'étude d'un modèle dénotationnel commun aux réseaux différentiels et aux réseaux polarisés.<br /><br />Enfin, on présente trois calculs de termes, chacun pouvant être considéré comme une lecture en arrière de tout ou partie des interactions définies par les RDP : un λμ-calcul différentiel, qui correspond à la réunion des réseaux différentiels et des réseaux polarisés ; un λ-barre-μ-calcul avec produit de convolution sur les piles, qui fait intervenir la structure de bigèbre des types polarisés introduite dans les RDP, mais pas la dérivée ; enfin, un λ-barre-μ-calcul différentiel qui développe toute l'expressivité des RDP.

La logique linéaire fait désormais partie des outils standards en théorie de la démonstration et, de manière plus générale, dans l'étude de la correspondance de Curry-Howard. Nous présentons ici trois directions importantes d'application de méthodes issues de la logique linéaire : - la théorie de la démonstration de la logique classique et ses aspects calculatoires via notamment la sémantique des jeux ; - la complexité implicite à travers les modèles dénotationnels des logiques linéaires à complexité bornée ; - la théorie de la concurrence et ses fondements logiques grâce aux ingrédients apportés par la logique linéaire différentielle. Les approches linéaires offrent ainsi un cadre commun pour l'étude de différents aspects logiques du calcul.