Les automates distribués sont des machines à états finis qui opèrent sur des graphes orientés finis. Fonctionnant comme des algorithmes distribués synchrones, ils utilisent leur graphe d'entrée comme un réseau dans lequel des processeurs identiques communiquent entre eux pendant un certain nombre (éventuellement infini) de rondes synchrones. Pour la variante locale de ces automates, où le nombre de rondes est borné par une constante, Hella et al. (2012, 2015) ont établi une caractérisation logique par des formules de la logique modale de base. Dans le cadre de cette thèse, nous présentons des caractérisations logiques similaires pour deux classes d'automates distribués plus expressives.La première classe étend les automates locaux avec une condition d'acceptation globale et la capacité d'alterner entre des modes de calcul non-déterministes et parallèles. Nous montrons qu'elle est équivalente à la logique monadique du second ordre sur les graphes.En nous restreignant à des transitions non-déterministes ou déterministes, nous obtenons également deux variantes d'automates strictement plus faibles pour lesquelles le problème du vide est décidable.Notre seconde classe adapte la notion standard d'algorithme asynchrone au cadre des automates distribués non-locaux. Les machines résultantes sont prouvées équivalentes à un petit fragment de la logique de point fixe, et plus précisément, à une variante restreinte du μ-calcul modal qui autorise les plus petits points fixes mais interdit les plus grands points fixes. Profitant du lien avec la logique, nous montrons aussi que la puissance expressive de ces automates asynchrones est indépendante du fait que des messages puissent être perdus ou non.Nous étudions ensuite la décidabilité du problème du vide pour plusieurs classes d'automates non-locaux. Nous montrons que le problème est indécidable en général, en simulant une machine de Turing par un automate distribué qui échange les rôles de l'espace et du temps. En revanche, le problème s'avère décidable en LOGSPACE pour une classe d'automates oublieux, où les nœuds voient les messages reçus de leurs voisins, mais ne se souviennent pas de leur propre état. Finalement, à titre de contribution mineure, nous donnons également de nouvelles preuves de séparation pour plusieurs hiérarchies d'alternance de quantificateurs basées sur la logique modale. / Distributed automata are finite-state machines that operate on finitedirected graphs. Acting as synchronous distributed algorithms, they use their input graph as a network in which identical processors communicate for a possibly infinite number of synchronous rounds. For the local variant of those automata, where the number of rounds is bounded by a constant, Hella et al. (2012, 2015) have established a logical characterization in terms of basic modal logic. In this thesis, we provide similar logical characterizations for two more expressive classes of distributed automata.The first class extends local automata with a global acceptance condition and the ability to alternate between non deterministic and parallel computations. We show that it is equivalent to monadic second-order logic on graphs. By restricting transitions to be non deterministic or deterministic, we also obtain two strictly weaker variants for which the emptiness problem is decidable.Our second class transfers the standard notion of asynchronous algorithm to the setting of non local distributed automata. There sulting machines are shown to be equivalent to a small fragment of least fixpoint logic, and more specifically, to a restricted variantof the modal μ -calculus that allows least fixpoints but forbids greatest fixpoints. Exploiting the connection with logic, we additionally prove that the expressive power of those asynchronous automata is independent of whether or not messages can be lost.We then investigate the decidability of the emptiness problem forseveral classes of nonlocal automata. We show that the problem isundecidable in general, by simulating a Turing machine with adistributed automaton that exchanges the roles of space and time. Onthe other hand, the problem is found to be decidable in logspace for a class of forgetful automata, where the nodes see the messages received from their neighbors but cannot remember their own state. As a minor contribution, we also give new proofs of the strictness of several set quantifier alternation hierarchies that are based on modallogic.

Dans cette thèse, nous étudions diverses largeurs de graphes autour de la largeur arborescente ainsi que de la largeur de clique. Nous commençons avec une étude comparative entre la largeur arborescente d’un graphe et la largeur de clique du graphe d’incidence associé, de laquelle nous extrayons des résultats algorithmiques encourageants. Puis nous présentons quelques propriétés structurelles liées à la largeur arborescente spéciale, largeur relativement récente qui est à mi-chemin entre les deux largeurs précédentes. Enfin nous nous intéressons à une notion plus générale connue sous le nom de fonction de partition sous-modulaire qui englobe, entre autres, les largeurs arborescentes « classique » et spéciale, la largeur de chemin ainsi que la largeur linéaire et les largeurs de branches de coupe et de découpe. Nous présentons alors un algorithme linéaire à paramètre fixé pour le calcul de ces différentes largeurs, lequel généralise un certain nombre de résultats propres à chacune de ces largeurs. / In this thesis, we study some width parameters on graphs, beyond tree-width and clique-width. Our first investigation is a comparative study between the tree-width of a graph and the clique-width of the associated incidence graph, from which we extract some strong algorithmic results. Then we present a few structural properties over a recently defined width called special tree-width and which takes its definition through both tree-width and clique-width. Finally, we end our journey with a more general notion named sub-modular partition fonction and which encompass both “classic” and special tree-widths, path-width, branch-width, linear-width, cut-width and carvingwidth among others. So, we introduce a fixed parameter tractable algorithm computing those widths parameters and thus we generalize a number of results specific to each of them.

Tous les problèmes définissables en logique du second ordre monadique peuvent être résolus en temps polynomial dans les classes de graphes qui ont une largeur de clique bornée. La largeur de clique est un paramètre de graphe défini de manière algébrique, c'est-à-dire, à partir d'opérations de composition de graphes. La largeur de rang, définie de manière combinatoire, est une notion équivalente à la largeur de clique des graphes non orientés. Nous donnons une caractérisation algébrique de la largeur de rang et nous montrons qu'elle est linéairement bornée par la largeur arborescente. Nous proposons également une notion de largeur de rang pour les graphes orientés et une relation de vertex-minor pour les graphes orientés. Nous montrons que les graphes orientés qui ont une largeur de rang bornée sont caractérisés par une liste finie de graphes orientés à exclure comme vertex-minor. Beaucoup de classes de graphes n'ont pas une largeur de rang bornée, par exemple, les graphes planaires. Nous nous intéressons aux systèmes d'étiquetage dans ces classes de graphes. Un système d'étiquetage pour une propriété P dans un graphe G, consiste à assigner une étiquette, aussi petite que possible, à chaque sommet de telle sorte que l'on puisse vérifier si G satisfait P en n'utilisant que les étiquettes des sommets. Nous montrons que si P est une propriété définissable en logique du premier ordre alors, certaines classes de graphes de largeur de clique localement bornée admettent un système d'étiquetage pour P avec des étiquettes de taille logarithmique. Parmi ces classes on peut citer les classes de graphes de degré borné, les graphes planaires et plus généralement les classes de graphes qui excluent un apex comme mineur et, les graphes d'intervalle unitaire. Si x et y sont deux sommets, X un ensemble de sommets et F un ensemble d'arêtes, nous notons Conn(x,y,X,F) la propriété qui vérifie dans un graphe donné si x et y sont connectés par un chemin, qui ne passe par aucun sommet de X si aucune arête de F. Cette propriété n'est pas définissable en logique du premier ordre. Nous montrons qu'elle admet un système d'étiquetage avec des étiquettes de taille logarithmique dans les graphes planaires. Nous montrons enfin que Conn(x,y,X,0) admet également un système d'étiquetage avec des étiquettes de taille logarithmique dans des classes de graphes qui sont définies comme des combinaisons de graphes qui ont une petite largeur de clique et telles que le graphe d'intersection de ces derniers est planaire et est de degré borné. / Every property definable in onadic second order logic can be checked in polynomial-time on graph classes of bounded clique-width. Clique-width is a graph parameter defined in an algebraical way, i.e., with operations ``concatenating graphs'' and that generalize concatenation of words.Rank-width, defined in a combinatorial way, is equivalent to the clique-width of undirected graphs. We give an algebraic characterization of rank-width and we show that rank-width is linearly bounded in term of tree-width. We also propose a notion of ``rank-width'' of directed graphs and a vertex-minor inclusion for directed graphs. We show that directed graphs of bounded ``rank-width'' are characterized by a finite list of finite directed graphs to exclude as vertex-minor. Many graph classes do not have bounded rank-width, e.g., planar graphs. We are interested in labeling schemes on these graph classes. A labeling scheme for a property P in a graph G consists in assigning a label, as short as possible, to each vertex of G and such that we can verify if G satisfies P by just looking at the labels. We show that every property definable in first order logic admit labeling schemes with labels of logarithmic size on certain graph classes that have bounded local clique-width. Bounded degree graph classes, minor closed classes of graphs that exclude an apex graph as a minor have bounded local clique-width. If x and y are two vertices and X is a subset of the set of vertices and Y is a subset of the set of edges, we let Conn(x,y,X,Y) be the graph property x and y are connected by a path that avoids the vertices in X and the edges in Y. This property is not definable by a first order formula. We show that it admits a labeling scheme with labels of logarithmic size on planar graphs. We also show that Conn(x,y,X,0) admits short labeling schemes with labels of logarithmic size on graph classes that are ``planar gluings'' of graphs of small clique-width and with limited overlaps.