La notion de système de contraintes (cs – selon l'acronyme anglais) est un concept central aux formalismes de la théorie de la concurrence tels que les algèbres de processus pour la programmation concurrente par contraintes. Les systèmes de contraintes sont souvent représentés par des treillis : ses éléments, appelées contraintes, représentent des informations partiales tandis que l’ordre du treillis correspond à des implications. Récemment, une notion appelée “système de contraintes spatiales à n-agents” a été développée pour représenter l’information dans la programmation concurrente par contraintes où les systèmes sont multi-agents et spatialement distribués.D’un point de vue informatique, un système de contraintes spatiales peut être utilisé pour spécifier l’information partiale contenue dans l'espace d'un certain agent (information locale). D’un point de vue épistémique, un cs spatial peut être utilisé pour représenter l’information qui est considérée vrai pour un certain agent (croyance). Les systèmes de contraintes spatiales, néanmoins, ne fournissent pas de mécanismes pour la spécification de la mobilité de l’information ou des processus d'un espace à un autre. La mobilité de l’information est un aspect fondamental des systèmes concurrents.Dans cette thèse nous avons développé la théorie des systèmes de contraintes spatiales avec des opérateurs pour spécifier le déplacement des informations et processus entre les espaces. Nous étudions les propriétés de cette nouvelle famille de systèmes de contraintes et nous illustrons ses applications.Du point de vue calculatoire, ces nouveaux opérateurs nous apportent de l’extrusion d’informations et/ou des processus, qui est un concept central dans les formalismes pour la communication mobile. Du point de vue épistémique, l’extrusion correspond à une notion que nous avons appelé énonciation ; une information qu’un agent souhaite communiquer à d'autres mais qui peut être inconsistante avec les croyances de l’agent même. Des énonciations peuvent donc être utilisées pour exprimer des notions épistémiques tels que les canulars ou les mensonges qui sont fréquemment utilisés dans les réseaux sociaux.Globalement, les systèmes de contraintes peuvent exprimer des notions épistémiques comme la croyance/énonciation et la connaissance en utilisant respectivement une paire de fonctions espace/extrusion qui représentent l’information locale, et un opérateur spatial dérivé qui représente l’information globale. Par ailleurs, nous montrons qu’en utilisant un type précis de systèmes de contraintes nous pouvons aussi représenter la notion du temps comme une séquence d'instances. / The notion of constraint system (cs) is central to declarative formalisms from concurrency theory such as process calculi for concurrent constraint programming (ccp). Constraint systems are often represented as lattices: their elements, called constraints, represent partial information and their order corresponds to entailment. Recently a notion of n-agent spatial cs was introduced to represent information in concurrent constraint programs for spatially distributed multi-agent systems. From a computational point of view a spatial constraint system can be used to specify partial information holding in a given agent’s space (local information). From an epistemic point of view a spatial cs can be used to specify information that a given agent considers true (beliefs). Spatial constraint systems, however, do not provide a mechanism for specifying the mobility of information/processes from one space to another. Information mobility is a fundamental aspect of concurrent systems.In this thesis we develop the theory of spatial constraint systems with operators to specify information and processes moving between spaces. We investigate the properties of this new family of cs and illustrate their applications. From a computational point of view the new operators provide for process/information extrusion, a central concept in formalisms for mobile communication. From an epistemic point of view extrusion corresponds to what we shall call utterance; information that an agent communicates to others but that may be inconsistent with the agent’s beliefs. Utterances can be used to express instances of epistemic notions such as hoaxes or intentional lies which are common place in social media.On the whole, constraint systems can express the epistemic notions of belief /utterance and knowledge by means of, respectively, a space/extrusion function pair that specifies local information and a derived spatial operator that specifies global information. We shall also show that, by using a specific kind of our constraint systems, we can also encode the notion of time as a sequence of instances.

Cette thèse se situe dans le cadre de l'analyse symbolique des protocoles Les contributions sont représentées par l'obtention de résultats de décidabilité et de transfert dans les directions suivantes qui sont des thèmes majeurs en vérification des protocoles : - traitement des primitives cryptographiques : chiffrement CBC, signatures en aveugle; - propriétés de sécurité : secret fort, existence de cycles de clefs; - approches pour la sécurité : construction de protocoles sûrs. Ainsi, nous avons montré la décidabilité (d'une part) de l'existence de cycles de clefs et (d'autre part) du secret pour des protocoles utilisant le mode de chiffrement CBC ou des signatures en aveugle. Nous avons aussi transféré la sécurité des protocoles d'un cadre faible vers un cadre plus fort dans les sens suivants. D'une part, nous avons montré qu'une propriété de secret faible implique sous certaines hypothèses une propriété de secret plus forte. D'une autre part, nous avons construit des protocoles sûrs à partir de protocoles ayant des propriétés plus faibles. / This thesis is developed in the framework of the symbolic analysis of security protocols. The contributions are represented by decidability and transfer results in the following directions which are major topics in protocol verification: - treatment of the cryptographic primitives: CBC encryption, blind signatures; - security properties: strong secrecy, existence of key cycles; - approaches for protocol security: construction of the secure protocols. Thus, we showed the decidability (on the one hand) of the existence of key cycles for a bounded number of sessions using a generalized constraint system approach, and (on the other hand) of secrecy for protocols using the CBC encryption or blind signatures for an unbounded number of sessions by using a refined resolution strategy on a new fragment of Horn clauses. We also transferred protocol security from a weak framework towards a stronger framework in the following directions. On the one hand, we showed that a weak property of secrecy (i.e. reachability-based secrecy) implies under certain well-motivated assumptions a stronger secrecy property (i.e. equivalence-based secrecy). On the other hand, we built protocols secure against active adversaries considering an unbounded number of sessions, by transforming protocols which are secure in a non-adversarial setting.

Les comportement épistémiques, mobiles et spatiaux sont omniprésent dans les systèmes distribués aujourd’hui. La nature intrinsèque épistémique de ces types de systèmes provient des interactions des éleménts qui en font parties. La plupart des gens sont familiarisés avec des systèmes numériques où les utilisateurs peuvent partager ses croyances, opinions et même des mensonges intentionnels (des canulars). Aussi, les modèles de ces systèmes doivent tenir compte des interactions avec d’autres de même que leur nature distribués. Ces comportements spatiaux et mobiles font part d’applications où les données se déplacent dans des espaces (peut-être imbriqués) qui sont définis par, par exemple, cercles d’amis, des groupes, ou des dossiers partagés. Nous pensons donc qu’une solide compréhension des notion d’espaces, de mobilité spatial ainsi que le flux d’information épistémique est cruciale dans la plupart des modèles de systèmes distribués de nos jours.Les systèmes de contrainte (sc) fournissent les domaines et les opérations de base pour les fondements sémantiques de la famille de modèles déclaratifs formels de la théorie de la concurrence connu sous le nom de programmation concurrent par contraintes (pcc). Les systèmes des contraintes spatiales (scs) représentent des structures algébriques qui étendent sc pour raisonner sur les comportement spatiaux et épistémiques de base tel que croyance et l’extrusion. Les assertions spatiales et épistémiques peuvent être vues comme des modalités spécifiques. D’autres modalités peuvent être utilisées pour les assertions concernant le temps, les connaissances et même pour l’analyse des groupes entre autres concepts utilisés dans la spécification et la vérification des systèmes concurrents.Dans cette thèse nous étudions l’expressivité des systèmes de contraintes spatiales dans la perspective générale du comportement modal et épistémique. Nous montrerons que les systèmes de contraintes spatiales sont assez robustes pour capturer des modalités inverses et pour obtenir de nouveaux résultats pour les logiques modales. Également, nous montrerons que nous pouvons utiliser les scs pour exprimer un comportement épistémique fondamental comme connaissance. Finalement, nous donnerons une caractérisation algébrique de la notion de l’information distribuée au moyen de constructions sur scs. / Epistemic, mobile and spatial behaviour are common place in today’s distributed systems. The intrinsic epistemic nature of these systems arises from the interactions of the elements taking part of them. Most people are familiar with digital systems where users share their beliefs, opinions and even intentional lies (hoaxes). Models of those systems must take into account the interactions with others as well as the distributed quality these systems present. Spatial and mobile behaviour are exhibited by applications and data moving across (possibly nested) spaces defined by, for example, friend circles, groups, and shared folders. We therefore believe that a solid understanding of the notion of space and spatial mobility as well as the flow of epistemic information is relevant in many models of today’s distributed systems.Constraint systems (cs’s) provide the basic domains and opera- tions for the semantic foundations of the family of formal declarative models from concurrency theory known as concurrent constraint programming (ccp). Spatial constraint systems (scs’s) are algebraic structures that extend cs’s for reasoning about basic spatial and epistemic behaviour such as belief and extrusion. Both spatial and epistemic assertions can be viewed as specific modalities. Other modalities can be used for assertions about time, knowledge and even the analysis of groups among other concepts used in the specification and verification of concurrent systems.In this thesis we study the expressiveness of spatial constraint systems in the broader perspective of modal and epistemic behaviour. We shall show that spatial constraint systems are sufficiently robust to capture inverse modalities and to derive new results for modal logics. We shall show that we can use scs’s to express a fundamental epistemic behaviour such as knowledge. Finally we shall give an algebraic characterization of the notion of distributed information by means of constructors over scs’s.

Cette thèse se situe dans le cadre de l'analyse symbolique des protocoles Les contributions sont représentées par l'obtention de résultats de décidabilité et de transfert dans les directions suivantes qui sont des thèmes majeurs en vérification des protocoles :<ul><li>traitement des primitives cryptographiques : chiffrement CBC, signatures en aveugle;</li><li>propriétés de sécurité : secret fort, existence de cycles de clefs;</li><li>approches pour la sécurité : construction de protocoles sûrs.</li></ul>Ainsi, nous avons montré la décidabilité (d'une part) de l'existence de cycles de clefs et (d'autre part) du secret pour des protocoles utilisant le mode de chiffrement CBC ou des signatures en aveugle. Nous avons aussi transféré la sécurité des protocoles d'un cadre faible vers un cadre plus fort dans les sens suivants. D'une part, nous avons montré qu'une propriété de secret faible implique sous certaines hypothèses une propriété de secret plus forte. D'une autre part, nous avons construit des protocoles sûrs à partir de protocoles ayant des propriétés plus faibles.

Dans cette thèse nous développons des structures de supervision permettant de définir des consignes optimales pour des actionneurs thermiques, ainsi que des stratégies de commande appropriées pour le pilotage d'une pompe à chaleur (PAC). Pour répondre à ces objectifs, plusieurs étapes ont été réalisées :- Modélisation orientée commande d'une PAC réversible, des thermistances, et de l'environnement permettant de les lier à l'intérieur de l'habitacle. Des modèles physiques ont été définis et intégrés dans une plateforme du type Model-in-the-Loop pour permettre a posteriori la validation des stratégies de commande et d'optimisation. - Commande d'une PAC. La linéarisation du modèle de PAC autour de certains points de fonctionnement a permis le développement de la commande de l'actionneur principal. La structure de commande proposée permet de prendre en compte, en boucle fermée, des contraintes d'état et d'entrée du système. Les performances de cette structure ont été analysées en considérant successivement des régulateurs principaux de type PI et Hinf. Enfin, des algorithmes réalisant le pilotage d'un actionneur secondaire du système ont été également proposés. - Optimisation des actionneurs thermiques. L'utilisation combinée de thermistances et de la PAC présente des avantages en termes de réduction de la consommation énergétique et/ou du maintien de la puissance thermique demandée dans des conditions aux limites de fonctionnement. Le problème d'optimisation a été résolu en deux temps : des solutions hors-ligne ont été obtenues par résolution d'un problème mixte en nombre entier avec modèle prédictif, puis utilisées pour déduire des stratégies embarquables sur le véhicule.

La première partie de la thèse est consacrée à la commande avec contraintes de systèmes différentiellement plats. Deux types de systèmes sont étudiés : les systèmes non linéaires de dimension finie et les systèmes linéaires à retards. Nous présentons une approche unifiée pour intégrer les contraintes d'entrée/état/sortie dans la planification des trajectoires. Pour cela, nous spécialisons les sorties plates (ou les trajectoires de référence) sous forme de courbes de Bézier. En utilisant la propriété de platitude, les entrées/états du système peuvent être exprimés sous la forme d'une combinaison de sorties plates (courbes de Bézier) et de leurs dérivées. Par conséquent, nous obtenons explicitement les expressions des points de contrôle des courbes de Bézier d'entrées/états comme une combinaison des points de contrôle des sorties plates. En appliquant les contraintes souhaitées à ces derniers points de contrôle, nous trouvons les régions faisables pour les points de contrôle de Bézier de sortie, c'est-à-dire un ensemble de trajectoires de référence faisables. Ce cadre permet d’éviter le recours, en général fort coûteux d’un point de vue informatique, aux schémas d’optimisation. Pour résoudre les incertitudes liées à l'imprécision de l'identification et modélisation des modèles et les perturbations, nous utilisons la commande sans modèle (Model Free Control-MFC) et dans la deuxième partie de la thèse, nous présentons deux applications démontrant l'efficacité de notre approche : 1. Nous proposons une conception de contrôleur qui évite les procédures d'identification du système du quadrotor tout en restant robuste par rapport aux perturbations endogènes (la performance de contrôle est indépendante de tout changement de masse, inertie, effets gyroscopiques ou aérodynamiques) et aux perturbations exogènes (vent, bruit de mesure). Pour atteindre notre objectif en se basant sur la structure en cascade d'un quadrotor, nous divisons le système en deux sous-systèmes de position et d'attitude contrôlés chacun indépendamment par la commande sans modèle de deuxième ordre dynamique. Nous validons notre approche de contrôle avec trois scénarios réalistes : en présence d'un bruit inconnu, en présence d’un vent variant dans le temps et en présence des variations inconnues de masse, tout en suivant des manœuvres agressives. 2. Nous utilisons la commande sans modèle et les correcteurs « intelligents » associés, pour contrôler (maintenir) l'élasticité horizontale d'un système de Cloud Computing. Comparée aux algorithmes commerciaux d’Auto-Scaling, notre approche facilement implémentable se comporte mieux, même avec de fluctuations aigües de charge. Ceci est confirmé par des expériences sur le cloud public Amazon Web Services (AWS). / The first part of the thesis is devoted to the control of differentially flat systems with constraints. Two types of systems are studied: non-linear finite dimensional systems and linear time-delay systems. We present an approach to embed the input/state/output constraints in a unified manner into the trajectory design for differentially flat systems. To that purpose, we specialize the flat outputs (or the reference trajectories) as Bézier curves. Using the flatness property, the system’s inputs/states can be expressed as a combination of Bézier curved flat outputs and their derivatives. Consequently, we explicitly obtain the expressions of the control points of the inputs/states Bézier curves as a combination of the control points of the flat outputs. By applying desired constraints to the latter control points, we find the feasible regions for the output Bézier control points i.e. a set of feasible reference trajectories. This framework avoids the use of generally high computing cost optimization schemes.    To resolve the uncertainties arising from imprecise model identification and the unknown pertubations, we employ the Model-Free Control (MFC) and in the second part of the thesis we present two applications demonstrating the effectiveness of our approach: 1. We propose a controller design that avoids the quadrotor’s system identification procedures while staying robust with respect to the endogenous (the control performance is independent of any mass change, inertia, gyroscopic or aerodynamic effects) and exogenous disturbances (wind, measurement noise). To reach our goal, based on the cascaded structure of a quadrotor, we divide the system into positional and attitude subsystems each controlled by an independent Model-Free controller of second order dynamics. We validate our control approach in three realistic scenarios: in presence of unknown measurement noise, with unknown time-varying wind disturbances and mass variation while tracking aggressive manoeuvres. 2. We employ the Model-Free Control to control (maintain) the “horizontal elasticity” of a Cloud Computing system. When compared to the commercial “Auto-Scaling” algorithms, our easily implementable approach behaves better, even with sharp workload fluctuations. This is confirmed by experiments on the Amazon Web Services (AWS) public cloud.

Dans cette thèse nous développons des structures de supervision permettant de définir des consignes optimales pour des actionneurs thermiques, ainsi que des stratégies de commande appropriées pour le pilotage d’une pompe à chaleur (PAC). Pour répondre à ces objectifs, plusieurs étapes ont été réalisées :- Modélisation orientée commande d’une PAC réversible, des thermistances, et de l’environnement permettant de les lier à l’intérieur de l’habitacle. Des modèles physiques ont été définis et intégrés dans une plateforme du type Model-in-the-Loop pour permettre a posteriori la validation des stratégies de commande et d’optimisation. - Commande d’une PAC. La linéarisation du modèle de PAC autour de certains points de fonctionnement a permis le développement de la commande de l’actionneur principal. La structure de commande proposée permet de prendre en compte, en boucle fermée, des contraintes d’état et d’entrée du système. Les performances de cette structure ont été analysées en considérant successivement des régulateurs principaux de type PI et Hinf. Enfin, des algorithmes réalisant le pilotage d’un actionneur secondaire du système ont été également proposés. - Optimisation des actionneurs thermiques. L’utilisation combinée de thermistances et de la PAC présente des avantages en termes de réduction de la consommation énergétique et/ou du maintien de la puissance thermique demandée dans des conditions aux limites de fonctionnement. Le problème d’optimisation a été résolu en deux temps : des solutions hors-ligne ont été obtenues par résolution d’un problème mixte en nombre entier avec modèle prédictif, puis utilisées pour déduire des stratégies embarquables sur le véhicule. / Through this thesis we develop some strategies to define the optimal set points for thermal actuators, as well as an adequate control strategy for a heat pump. To this extent, different steps were carried out:- Control-oriented modeling of a reversible heat pump, thermistors, and the environment connecting these elements to the interior of the car’s cabin. Simplified but non-linear physical models were defined and used to build a Model-in-the-Loop platform, which would later be considered for the validation of the control and optimization strategies. - Control of a heat pump. The linearization of the heat pump model around some operating points was used to develop the control of the electric compressor, being the main actuator. The proposed control structure takes into account, in closed loop, input and state constraints. The performance of the structure was analyzed by using main controllers of PI and Hinf type. Lastly, some control algorithms were also proposed to control a second actuator of the system. - Thermal actuators optimization. Despite the high efficiency of the heat pump, the use of thermistors can be advantageous both for reducing the energetic consumption and/or to ensure the thermal power requests in extreme conditions. The optimization problem was carried out in two steps: offline solutions were firstly obtained solving a mixed-integer problem with predictive model, then used to derive some strategies that could be embedded in the vehicle.