Le concept de réversibilité est ancien, mais il soulève de nos jours beaucoup d'intérêt. Il est en effet exploité dans de nombreux domaines tels que la conception de circuits, le débogage et le test de programmes, la simulation et l'informatique quantique. L'idée d'un modèle de programmation réversible peut se montrer particulièrement intéressante pour la construction de systèmes sûrs de fonctionnement, ne serait-ce que parce que plusieurs techniques connues pour la construction de tels systèmes exploitent une forme ou une autre de retour en arrière ou de reprise. Nous poursuivons dans cette thèse l'étude entreprise avec CCS réversible par Vincent Danos et Jean Krivine, en définissant un pi-calcul d'ordre supérieur réversible (rhopi). Nous prouvons que le modèle obtenu est causalement cohérent, et que l'on peut encoder fidèlement rhopi dans une variante du pi-calcul d'ordre supérieur. Nous définissons également une primitive de reprise à grain fin qui permet de contrôler le retour en arrière dans une exécution concurrente. Nous spécifions formellement la sémantique de cette primitive, et nous montrons qu'elle possède de bonnes propriétés, y compris en présence d'opérations de reprise concurrentes. Enfin nous définissons un algorithme concurrent implantant cette primitive de reprise et ous montrons que cet algorithme respecte la sémantique définie.

Les comportements des processus concurrents peuvent être exprimés en utilisant des calculs de processus, des langages formels simples qui permettent de démontrer des résultats mathématiques précis sur les interactions entre processus. Un exemple très simple est CCS, un autre exemple est le pi-calcul, plus expressif grâce à un mécanisme de communication de canaux. Dans ce dernier, on peut instaurer un système de types (pour raffiner l'analyse aux environnements plus contraints) et encoder le lambda-calcul (qui représente les calculs séquentiels).Certains de ces calculs, comme CCS ou des variantes du pi-calcul comme les calculs de fusions, ont une certaine propriété de symétrie. On utilise dans un premier temps cette symétrie comme un outil, pour prouver que deux encodages du lambda-calcul dans le pi-calcul sont en fait équivalents.Cette preuve nécessitant un système de types et une forme de symétrie, on se pose la question de l'existence d'un système de types pour les autres calculs symétriques, notamment les calculs de fusion, à laquelle on répond par la négative avec un théorème d'impossibilité.En analysant ce théorème, on découvre un contrainte fondamentale de ces calculs qui empêche l'utilisation des types, à savoir la présence d'une notion de relation d'équivalence entre les canaux de communication. Le relâchement de cette contrainte pour obtenir une relation de pré-ordre engendre un calcul intéressant qui recouvre des notions importantes du pi-calcul, absentes dans les calculs de fusion : les types et les noms privés. La première partie de la thèse se concentre sur l'étude de ce calcul.La deuxième partie de la thèse se concentre sur la bisimulation, une méthode pour établir l'équivalence de deux agents dans des langages d'ordre supérieur, par exemple le pi-calcul ou le lambda-calcul. Une amélioration de cette méthode est la théorie des techniques modulo, très puissante, mais qui malheureusement s'applique uniquement aux systèmes de premier ordre, comme les automates ou CCS.Cette thèse s'applique alors à décrire les langages d'ordre supérieur en tant que systèmes du premier ordre. On récupère ainsi la théorie générale des techniques modulo pour ces langages, en prouvant correctes la correspondance induite et les techniques spécifiques à chaque langage. On détaille les tenants et aboutissants de cette approche, pour fournir les outils nécessaires à son utilisation pour d'autres langages d'ordre supérieur. / The behaviours of concurrent processes can be expressed using process calculi, which are simple formal languages that let us establish precise mathematical results on the behaviours and interactions between processes. A very simple example is CCS, another one is the pi-calculus, which is more expressive thanks to a name-passing mechanism. The pi-calculus supports the addition of type systems (to refine the analysis to more subtle environments) and the encoding of the lambda-calculus (which represents sequential computations).Some of these calculi, like CCS or variants of the pi-calculus such as fusion calculi, enjoy a property of symmetry. First, we use this symmetry as a tool to prove that two encodings of the lambda-calculus in the pi-calculus are in fact equivalent.This proof using a type system and a form of symmetry, we wonder if other existing symmetric calculi can support the addition of type systems. We answer negatively to this question with an impossibility theorem.Investigating this theorem leads us to a fundamental constraint of these calculi that forbids types: they induce an equivalence relation on names. Relaxing this constraint to make it a preorder relation yields another calculus that recovers important notions of the pi-calculus, that fusion calculi do not satisfy: the notions of types and of privacy of names. The first part of this thesis focuses on the study of this calculus, a pi-calculus with preorders on names.The second part of this thesis focuses on bisimulation, a proof method for equivalence of agents in higher-order languages, like the pi- or the lambda-calculi. An enhancement of this method is the powerful theory of bisimulations up to, which unfortunately only applies for first-order systems, like automata or CCS.We then proceed to describe higher-order languages as first-order systems. This way, we inherit the general theory of up-to techniques for these languages, by proving correct the translations and up-to techniques that are specific to each language. We give details on the approach, to provide the necessary tools for future applications of this method to other higher-order languages.

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.

Le concept de réversibilité est ancien, mais il soulève de nos jours beaucoup d'intérêt. Il est en effet exploité dans de nombreux domaines tels que la conception de circuits, le débogage et le test de programmes, la simulation et l'informatique quantique. L'idée d'un modèle de programmation réversible peut se montrer particulièrement intéressante pour la construction de systèmes sûrs de fonctionnement, ne serait-ce que parce que plusieurs techniques connues pour la construction de tels systèmes exploitent une forme ou une autre de retour en arrière ou de reprise. Nous poursuivons dans cette thèse l'étude entreprise avec CCS réversible par Vincent Danos et Jean Krivine, en définissant un pi-calcul d'ordre supérieur réversible (rhopi). Nous prouvons que le modèle obtenu est causalement cohérent, et que l'on peut encoder fidèlement rhopi dans une variante du pi-calcul d'ordre supérieur. Nous définissons également une primitive de reprise à grain fin qui permet de contrôler le retour en arrière dans une exécution concurrente. Nous spécifions formellement la sémantique de cette primitive, et nous montrons qu'elle possède de bonnes propriétés, y compris en présence d'opérations de reprise concurrentes. Enfin nous définissons un algorithme concurrent implantant cette primitive de reprise et ous montrons que cet algorithme respecte la sémantique définie. / Reversible computing has a long history. Nowadays, reversible computing is attracting increasing interest because of its potential applications in diverse fields, including hardware design, biological modelling, program debugging and testing and quantum computing. Of particular interest is the application of reversible computation notions to the study of programming abstractions for dependable systems, because several techniques used to build dependable systems rely on some forms of undo or rollback. We continue, in this thesis, the study undertaken on reversible CCS by Vincent Danos and Jean Krivine, by defining a reversible higher-order pi-calculus (rhopi). We prove that reversibility in our calculus is causally consistent and that one can encode faithfully rhopi into a variant of HOpi. Moreover we design a fine-grained rollback primitive able to control the rollback of a concurrent execution. We give a formal specification of this primitive and show that it enjoys good properties, even in presence of concurrent conflicting rollbacks. We then devise a concurrent algorithm implementing such primitive and show that the algorithm respects the defined semantics.

Un programme concurrent est composé de plusieurs unités logiques : les processus. Chaque processus a un comportement qui lui est propre : il exécute ses actions de façon séquentielle. Un objectif important est de s'assurer que de tels systèmes concurrents complexes soient cependant exempts de défaut. Cette problématique est étudiée dans le cadre de la théorie de la concurrence. Quand plusieurs processus s’exécutent en parallèle, l’ordre d’exécution des actions du programme global n’est plus déterminé. On assiste au fameux phénomène "d’explosion combinatoire" faisant référence au très grand nombre d’exécutions globales possibles. Les diverses techniques et méthodes d'analyse existantes (model checking, analyse statique, tests automatisés, etc) se heurtent irrémédiablement à cette "explosion". Cette thèse s'inscrit dans un projet à long terme d'étude quantitative de ce phénomène et de développement des techniques d’analyse statistique basées sur la génération aléatoire uniforme. Notre objectif dans cette thèse est de traiter une composante fondamentale de la concurrence : la synchronisation. Ce mécanisme permet aux processus de communiquer entre eux. Dans cette thèse nous proposons un modèle combinatoire de structures croissantes pour modéliser les exécutions de programmes concurrents synchronisés. Avec des outils de combinatoire analytique nous obtenons plusieurs résultats exacts et asymptotiques sur le nombre moyen d'exécutions dans des sous-classes de programmes concurrents. Nous présentons aussi plusieurs algorithmes de génération aléatoire uniforme de structures croissantes et de leurs étiquetages. / A concurrent program is a composition of several logical blocks: the processes. Each process has its own behavior, independent from the others: it sequentially runs its actions. An important goal is to ensure that such concurrent complex systems are faultless. This problem is studied in the field of concurrency theory. When several process are running in parallel, the running order of the actions of the total program is no more decided. This is the well-known "combinatorial explosion" phenomena, meaning that the number of possible runs of the global program is huge. The analysis techniques and methods existing (model checking, static analysis, automated testing, etc) are irremediably limited by this "explosion". This thesis is a part of a long-term project about the quantitative study of this phenomena and the development of statistic analysis methods based on the uniform random generation. Our specific goal is to study a fundamental principle of the concurrency theory: the synchronization. This mechanism allows communications between the processes. In this thesis we propose a combinatorial model of increasingly labeled structures to deal with runs of synchronized concurrent programs. Using the tools of analytic combinatorics we obtain close formulas and asymptotic equivalents for the average number of runs in several subclasses of concurrent programs. We also present algorithms of uniform random generation of increasingly labeled structures and for their increasing labelings.

Avec plus de 57 milliards d’€ de CA en France en 2014, le e-commerce continue à se développer, tant en volume qu’en nombre d’acteurs. Pourtant peu d’industriels se lancent dans le e-commerce, alors que les théories économiques suggèrent que ceux-ci devraient intégrer les fonctions d’intermédiation dès lors qu’il est capable de les effectuer à un coût moindre que des opérateurs extérieurs.Dans cette recherche, nous explorons les freins des industriels du secteur de l’électrodomestique vis-à-vis du e-commerce et suggérons que, conformément à la théorie de la concurrence multipoints, les industriels évitent de commercialiser leurs produits sur Internet dans un souci de stabilité de leur système de distribution. Des résultats de notre recherche, nous mettons en évidence les facteurs de création du conflit dans ce contexte, ce qui nous conduit à formuler des recommandations à l’égard des managers qui envisageraient l’ouverture d’un site marchand. / With more than 57 billion € turnover in France in 2014, the e-commerce continues to grow, both in volume and number of players. Yet few manufacturers are engaging in e-commerce, while economic theories suggest that they should integrate intermediation functions as soon as they are able to perform at a lower cost than external operators.In this research, we explore why the household appliance industry sector do not launch e-commerce site and suggest that, according to the multipoint competition theory, they do so in order to avoid coercion from the traditional distribution system. From the results of our research, we emerge factors that create conflict in this context, which leads us to make recommendations in respect of managers who would consider opening a retail website.