Les principaux sujets d'intérêt de cette thèse concerneront deux notions de la complexité d'un mot infini : la complexité abélienne et la complexité de permutation. La complexité abélienne a été étudiée durant les dernières décennies. La complexité de permutation est, elle, une forme de complexité des mots relativement nouvelle qui associe à chaque mot apériodique de manière naturelle une permutation infinie. Nous nous pencherons sur deux sujets dans le domaine de la complexité abélienne. Dans un premier temps, nous nous intéresserons à une notion abélienne de la maximal pattern complexity définie par T. Kamae. Deuxièmement, nous analyserons une limite supérieure de cette complexité pour les mots C-équilibré. Dans le domaine de la complexité de permutation des mots apériodiques binaires, nous établissons une formule pour la complexité de permutation du mot de Thue-Morse, conjecturée par Makarov, en étudiant la combinatoire des sous-permutations sous l'action du morphisme de Thue-Morse. Par la suite, nous donnons une méthode générale pour calculer la complexité de permutation de l'image de certains mots sous l'application du morphisme du doublement des lettres. Finalement, nous déterminons la complexité de permutation de l'image du mot de Thue-Morse et d'un mot Sturmien sous l'application du morphisme du doublement des lettres.

Cette thèse étudie les structures dont la théorie au second ordremonadique est décidable, et en particulier la hiérarchie à pile. Onpeut définir celle-ci comme la hiérarchie pour $n$ des graphesd'automates à piles imbriquées $n$ fois ; une définition externe, partransformations de graphes, est également disponible. Nous nousintéressons à l'exemple des ordinaux. Nous montrons que les ordinauxplus petits que $epsilon_0$ sont dans la hiérarchie, ainsi que des graphesporteurs de plus d'information, que l'on appelle "graphecouvrants''. Nous montrons ensuite l'inverse : tous les ordinaux de lahiérarchie sont plus petits que $epsilon_0$. Ce résultat utilise le fait queles ordres d'un niveau sont en fait isomorphes aux structures desfeuilles des arbres déterministes dans l'ordre lexicographique, aumême niveau. Plus généralement, nous obtenons une caractérisation desordres linéaires dispersés dans la hiérarchie. Dans un troisièmetemps, nous resserons l'intérêt aux ordres de type $omega$ --- les mots infinis --- pour montrer que les mots du niveau 2 sont les motsmorphiques, ce qui nous amène à une nouvelle extension au niveau 3

Les principaux sujets d'intérêt de cette thèse concerneront deux notions de la complexité d'un mot infini : la complexité abélienne et la complexité de permutation. La complexité abélienne a été étudiée durant les dernières décennies. La complexité de permutation est, elle, une forme de complexité des mots relativement nouvelle qui associe à chaque mot apériodique de manière naturelle une permutation infinie. Nous nous pencherons sur deux sujets dans le domaine de la complexité abélienne. Dans un premier temps, nous nous intéresserons à une notion abélienne de la maximal pattern complexity définie par T. Kamae. Deuxièmement, nous analyserons une limite supérieure de cette complexité pour les mots C-équilibré. Dans le domaine de la complexité de permutation des mots apériodiques binaires, nous établissons une formule pour la complexité de permutation du mot de Thue-Morse, conjecturée par Makarov, en étudiant la combinatoire des sous-permutations sous l'action du morphisme de Thue-Morse. Par la suite, nous donnons une méthode générale pour calculer la complexité de permutation de l'image de certains mots sous l'application du morphisme du doublement des lettres. Finalement, nous déterminons la complexité de permutation de l'image du mot de Thue-Morse et d'un mot Sturmien sous l'application du morphisme du doublement des lettres. / The main topics of interest in this thesis will be two types of complexity, abelian complexity and permutation complexity. Abelian complexity has been investigated over the past decades. Permutation complexity is a relatively new type of word complexity which investigates lexicographical ordering of shifts of an aperiodic word. We will investigate two topics in the area of abelian complexity. Firstly we will consider an abelian variation of maximal pattern complexity. Secondly we consider an upper bound for words with the C-balance property. In the area of permutation complexity, we compute the permutation complexity function for a number of words. A formula for the complexity of Thue-Morse word is established by studying patterns in subpermutations and the action of the Thue-Morse morphism on the subpermutations. We then give a method to calculate the complexity of the image of certain words under the doubling map. The permutation complexity function of the image of the Thue-Morse word under the doubling map and the image of a Sturmian word under the doubling map are established.

Cette thèse étudie les structures dont la théorie au second ordremonadique est décidable, et en particulier la hiérarchie à pile. Onpeut définir celle-ci comme la hiérarchie pour $n$ des graphesd'automates à piles imbriquées $n$ fois ; une définition externe, partransformations de graphes, est également disponible. Nous nousintéressons à l'exemple des ordinaux. Nous montrons que les ordinauxplus petits que $epsilon_0$ sont dans la hiérarchie, ainsi que des graphesporteurs de plus d'information, que l'on appelle "graphecouvrants''. Nous montrons ensuite l'inverse : tous les ordinaux de lahiérarchie sont plus petits que $epsilon_0$. Ce résultat utilise le fait queles ordres d'un niveau sont en fait isomorphes aux structures desfeuilles des arbres déterministes dans l'ordre lexicographique, aumême niveau. Plus généralement, nous obtenons une caractérisation desordres linéaires dispersés dans la hiérarchie. Dans un troisièmetemps, nous resserons l'intérêt aux ordres de type $omega$ --- les mots infinis --- pour montrer que les mots du niveau 2 sont les motsmorphiques, ce qui nous amène à une nouvelle extension au niveau 3 / This thesis studies the structures with decidable monadic second-ordertheory, and in particular the pushdown hierarchy. The latter can bedefined as the family for $n$ of pushdown graphs with $n$ timesimbricated stacks ; another definition is by graph transformations. Westudy the example of ordinals. We show that ordinals smaller that $epsilon_0$are in the hierarchy, along with graphs called "covering graphs'', which carry more data than ordinals. We show then the converse : allordinals of the hierarchy are smaller than $epsilon_0$. This result uses thefact that linear orders of a level are actually isomorphic to thestructure of leaves of deterministic trees by lexicographic ordering, at the same level. More generally, we obtain a characterisation ofscattered linear orders in the hierarchy. We finally focus on the caseof orders of type $omega$ --- infinite words --- and show that morphicwords are exactly words of the second level of the hierarchy. Thisleads us to a new definition of words for level 3

Le sujet de cette thèse se divise en trois parties: les deux premières traitent chacune d'une extension du modèle utilisé en théorie des automates, tandis que la dernière aborde une partie plus concrète qui consiste à générer des automates avec des propriétés particulières. Tout d'abord, nous donnons une extension du concept d'automate universel, défini sur les mots finis, aux omega-langages. Pour cela, nous avons défini une forme normale pour tenir compte de la spécificité du mode d'acceptation des automates de Büchi qui nous permettent de reconnaître les omega-langages. Ensuite nous avons défini deux types d'omega-factorisations, "classiques" et "pures", qui sont des extensions du concept de factorisation d'un langage, ce qui nous a permis de définir l'automate universel d'un omega-langage. Nous avons prouvé que ce dernier dispose bien des différentes propriétés attendues: il est le plus petit automate de Büchi reconnaissant l'omega-langage et qui possède la propriété d'universalité (moyennant la forme normale). Nous présentons également une méthode pour calculer efficacement les omega-factorisations maximales d'un langage à partir d'un automate prophétique reconnaissant le dit langage. Dans la seconde partie, nous traitons le cas des automates bidirectionnels à multiplicité dans un semi-anneau. Dans un premier temps, nous donnons une version légérement différente de la construction permettant de passer d'un automate bidirectionnel à multiplicité à un automate unidirectionnel à multiplicité et nous prouvons qu'elle préserve la non-ambiguïté mais pas le déterminisme. Nous montrons, également à l'aide d'une construction, que les automates bidirectionnels à multiplicité non-ambigus sont équivalents aux automates unidirectionnels à multiplicité déterministes. Dans un second temps, nous nous concentrons sur les semi-anneaux tropicaux (ou min-+). Nous montrons que sur N-min-+, les automates bidirectionnels sont équivalents aux automates unidirectionnels. Nous montrons également que sur Z-min-+, les automates bidirectionnels n'ont pas toujours un comportement défini et que cette propriété est décidable tandis qu'il n'est pas décidable s'il existe un mot pour lequel le comportement est défini. Dans la dernière partie, nous proposons un algorithme de génération aléatoire d'automate acycliques, accessibles et déterministes ainsi que d'automates acycliques minimaux avec une distribution qui est quasiment uniforme, tout cela à l'aide de chaîne de Markov. Nous prouvons l'exactitude de chacun de ces deux algorithmes et nous expliquons comment adapter en tenant compte de contraintes sur l'ensemble des états finals / The subject of this thesis is decided into three parts: two of them are about extensions of the classical model in automata theory, whereas the third one is about a more concrete aspect which consists in randomly generate automata with specific properties. We first give an extension of the universal automaton on finite words to infinite words. To achieve this, we define a normal form in order to take account of the specific acceptance mode of Büchi automata which recognize omega-langages. Then we define two kinds of omega-factorizations, a "regular" one and the "pure" kind, which are both extensions of the classical concept of factorization of a language. This let us define the universal automaton of an omega-language. We prove that it has all the required properties: it is the smallest Buchi automaton, in normal form, that recognizes the omega-language and which has the universal property. We also give an effective way to compute the "regular" omega-factorizations of a language using a prophetic automaton recognizing the language. In the second part, we deal with two-way automata weighted over a semi ring. First, we give a slightly different version of the computation of a weighted one-way automaton from a weighted two-way automaton and we prove that it preserves the non-ambiguity but not the determinism. We prove that non-ambiguous weighted two-way automata are equivalent to deterministic weighted one-way automata. In a later part, we focus on tropical semi rings (or min-+). We prove that two-way automata on N-min-+ are equivalent to one-way automata on N-min-+. We also prove that the behavior of two-way automata on Z-min-+ are not always defined and that this property is decidable whereas it is undecidable whether or not there exists a word on which the behavior is defined. In the last section, we propose an algorithm in order to randomly generate acyclic, accessible and determinist automata and minimal acyclic automata with an almost uniform distribution using Morkov chains. We prove the reliability of both algorithms and we explain how to adapt them in order to fit with constraints on the set of final states