Le développement d'un système a pour objectif de répondre à des exigences. Aussi, le succès de sa réalisation repose en grande partie sur la phase de spécification des exigences qui a pour vocation de décrire de manière précise et non ambiguë toutes les caractéristiques du système à développer.Les spécifications d'exigences sont le résultat d'une analyse des besoins faisant intervenir différentes parties. Elles sont généralement rédigées en langage naturel (LN) pour une plus large compréhension, ce qui peut mener à diverses interprétations, car les textes en LN peuvent contenir des ambiguïtés sémantiques ou des informations implicites. Il n'est donc pas aisé de spécifier un ensemble complet et cohérent d'exigences. D'où la nécessité d'une vérification formelle des spécifications résultats.Les spécifications LN ne sont pas considérées comme formelles et ne permettent pas l'application directe de méthodes vérification formelles.Ce constat mène à la nécessité de transformer les spécifications LN en spécifications formelles.C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse.La difficulté principale d'une telle transformation réside dans l'ampleur du fossé entre spécifications LN et spécifications formelles.L'objectif de mon travail de thèse est de proposer une approche permettant de vérifier automatiquement des spécifications d'exigences utilisateur, écrites en langage naturel et décrivant le comportement d'un système.Pour cela, nous avons exploré les possibilités offertes par un modèle de représentation fondé sur un formalisme logique.Nos contributions portent essentiellement sur trois propositions :1) une ontologie en OWL-DL fondée sur les logiques de description, comme modèle de représentation pivot permettant de faire le lien entre spécifications en langage naturel et spécifications formelles; 2) une approche d'instanciation du modèle de représentation pivot, fondée sur une analyse dirigée par la sémantique de l'ontologie, permettant de passer automatiquement des spécifications en langage naturel à leur représentation conceptuelle; et 3) une approche exploitant le formalisme logique de l'ontologie, pour permettre un passage automatique du modèle de représentation pivot vers un langage de spécifications formelles nommé Maude. / The main objective of system development is to address requirements. As such, success in its realisation is highly dependent on a requirement specification phase which aims to describe precisely and unambiguously all the characteristics of the system that should be developed. In order to arrive at a set of requirements, a user needs analysis is carried out which involves different parties (stakeholders). The system requirements are generally written in natural language to garantuee a wider understanding. However, since NL texts can contain semantic ambiguities, implicit information, or other inconsistenties, this can lead to diverse interpretations. Hence, it is not easy to specify a set of complete and consistent requirements, and therefore, the specified requirements must be formally checked. Specifications written in NL are not considered to be formal and do not allow for a direct application of formal methods. We must therefore transform NL requirements into formal specifications. The work presented in this thesis was carried out in this framework. The main difficulty of such transformation is the gap between NL requirements and formal specifications. The objective of this work is to propose an approach for an automatic verification of user requirements which are written in natural language and describe a system's expected behaviour. Our approach uses the potential offered by a representation model based on a logical formalism. Our contribution has three main aspects: 1) an OWL-DL ontology based on description logic, used as a pivot representation model that serves as a link between NL requirements to formal specifications; 2) an approach for the instantiation of the pivot ontology, which allows an automatic transformation of NL requirements to their conceptual representations; and 3) an approach exploiting the logical formalism of the ontology in order to automatically translate the ontology into a formal specification language called Maude.

Les protocoles de sécurité modernes peuvent impliquer un participant humain de façon à ce qu'il compare ou copie de courtes chaines de caractères faisant le pont entre différents appareils. C'est par exemple le cas des protocoles basés sur une authentification à facteur multiples comme les protocoles Google 2 factor ou 3D-Secure.Cependant, de telles chaines de caractères peuvent être sujettes à des attaques par force brute. Dans cette thèse nous proposons un modèle symbolique qui inclut les capacités de l'attaquant à deviner des secrets faibles et à produire des collisions avec des fonctions de hachage dont de l'application résulte une courte chaine de caractères. Nous proposons une nouvelle procédure de décision pour analyser un protocole (restreint à un nombre borné de sessions) qui se base sur de courtes chaines de caractères. Cette procédure a été intégré dans l'outil AKISS et testé sur les protocoles du standard ISO/IEC 9798-6:2010 / Modern security protocols may involve humans in order to compare or copy short strings betweendifferent devices. Multi-factor authentication protocols, such as Google 2-factor or 3D-Secure are typical examplesof such protocols. However, such short strings may be subject to brute force attacks. In this thesis we propose asymbolic model which includes attacker capabilities for both guessing short strings, and producing collisions whenshort strings result from an application of weak hash functions. We propose a new decision procedure for analyzing(a bounded number of sessions of) protocols that rely on short strings. The procedure has been integrated in theAKISS tool and tested protocols from the ISO/IEC 9798-6:2010 standard

Le développement de spécifications formelles correctes pour des systèmes et logiciels commence par l’analyse et la compréhension des besoins du client. Entre ces besoins décrits en langage naturel et leur spécification définie dans un langage formel précis, un écart existe et rend la tâche de développement de plus en plus difficile à accomplir. Nous sommes face à deux mondes distincts. Ce travail de thèse a pour objectif d’expliciter et d’établir des interactions entre ces deux mondes et de les faire évoluer en même temps. Par interaction, nous désignons les liens, les échanges et les activités se déroulant entre les différents documents. Parmi ces activités, nous présentons la validation comme un processus rigoureux qui démarre dès l’analyse des besoins et continue tout au long de l’élaboration de leur spécification formelle. Au fur et à mesure du développement, des choix sont effectués et les retours des outils de vérification et de validation permettent de détecter des lacunes aussi bien dans les besoins que dans la spécification. L’évolution des deux mondes est décrite via l’introduction d’un nouveau besoin dans un système existant et à travers l’application de patrons de développement. Ces patrons gèrent à la fois les besoins et la spécification formelle associée ; ils sont élaborés à partir de la description de la forme des besoins. Ils facilitent la tâche de développement et aident à éviter les risques d’oublis. Quel que soit le choix, des questions se posent tout au long du développement et permettent de déceler des lacunes, oublis ou ambiguïtés dans l’existant. / The development of correct formal specifications for systems and software begins with the analysis and understanding of client requirements. Between these requirements described in natural language and their specification defined in a specific formal language, a gap exists and makes the task of development more and more difficult to accomplish. We are facing two different worlds. This thesis aims to clarify and establish interactions between these two worlds and to evolve them together. By interaction, we mean all the links, exchanges and activities taking place between the different documents. Among these activities, we present the validation as a rigorous process that starts from the requirements analysis and continues throughout the development of their formal specification. As development progresses, choices are made and feedbacks from verification and validation tools can detect shortcomings in requirements as well as in the specification. The evolution of the two worlds is described via the introduction of a new requirement into an existing system and through the application of development patterns. These patterns manage both the requirements and their associated formal specifications ; they are elaborated from the description of the form of the requirements in the client document. They facilitate the task of development and help to avoid the risk of oversights. Whatever the choice, the proposed approach is guided by questions accompanying the evolution of the whole system and makes it possible to detect imperfections, omissions or ambiguities in the existing.

Les voies de signalisation canoniques traditionnelles aident à comprendre l'ensemble des processus de signalisation à l'intérieur de la cellule. Les données phosphoprotéomiques à grande échelle donnent un aperçu des altérations entre différentes protéines dans différents contextes expérimentaux. Notre objectif est de combiner les réseaux de signalisation traditionnels avec des données de séries temporelles phosphoprotéomiques complexes afin de démêler les réseaux de signalisation spécifiques aux cellules. Côté application, nous appliquons et améliorons une méthode de séries temporelles caspo conçue pour intégrer des données phosphoprotéomiques de séries temporelles dans des réseaux de signalisation de protéines. Nous utilisons une étude de cas réel à grande échelle tirée du défi HPN-DREAM BreastCancer. Nous déduisons une famille de modèles booléens à partir de données de séries temporelles de perturbations multiples de quatre lignées cellulaires de cancer du sein, compte tenu d'un réseau de signalisation protéique antérieur. Les résultats obtenus sont comparables aux équipes les plus performantes du challenge HPN-DREAM. Nous avons découvert que les modèles similaires sont regroupés dans l'espace de solutions. Du côté informatique, nous avons amélioré la méthode pour découvrir diverses solutions et améliorer le temps de calcul. / Traditional canonical signaling pathways help to understand overall signaling processes inside the cell. Large scale phosphoproteomic data provide insight into alterations among different proteins under different experimental settings. Our goal is to combine the traditional signaling networks with complex phosphoproteomic time-series data in order to unravel cell specific signaling networks. On the application side, we apply and improve a caspo time series method conceived to integrate time series phosphoproteomic data into protein signaling networks. We use a large-scale real case study from the HPN-DREAM BreastCancer challenge. We infer a family of Boolean models from multiple perturbation time series data of four breast cancer cell lines given a prior protein signaling network. The obtained results are comparable to the top performing teams of the HPN-DREAM challenge. We also discovered that the similar models are clustered to getherin the solutions space. On the computational side, we improved the method to discover diverse solutions and improve the computational time.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux design, vérification et implémentation des systèmes à base de composants. Nous proposons d'abord une méthodologie de design et de vérification compositionelle et incrémentale à base de contrats pour les systèmes de composants. Nous proposons ensuite une implémentation distribuée qui permet de préserver certaines properiétés globales de ces systèmes. La méthodologie de design proposée utilise les contrats comme un moyen de contraindre, raffiner et d'implémenter les systèmes. Elle est basée sur un formalisme de contracts générique, que nous instancions pour un formalisme de composants permettant la description des propriétés de progrés. Nous étendons cette méthodologie pour raisonner sur des systèmes de taille arbitraire et nous prouvons son utilité pour vérifier des propriétés de sûreté et de progrés d'un réseau de noeuds distribués. Dans le contexte des systèmes distribués, les systèmes doivent être implémenter de manière distribuée. Nous proposons dans cette thèse un protocole qui permet l'exécution distribuée des systèmes tout en préservant certaines propriétés globales à savoir des synchronisations et des priorités et où les composants interagissent par échange de messages. Nous proposons également une implémentation du protocole pour une plateforme particulière. / The goal of the thesis is to provide theory, methods and tools for the design and implementation of component-based systems. To master the complexity of systems of components, we first propose a contract-based design and verification approach which is both compositional and incremental. Then we provide a distributed implementation of these systems allowing to preserve some global properties. The proposed verification approach uses contracts as a means to constrain, refine and implement systems. It is based on a generic contract framework that we instantiate for a component framework allowing to express progress properties. We also extend the approach to reason about systems of arbitrary size and we show its usefulness for proving safety and progress properties in networked systems. In the context of distributed settings, these systems must later be executed in a distributed fashion. We also propose in this thesis a protocol that allows executing systems in a distributed way while preserving some global requirements namely priorities and synchronizations and where components interact by message exchange. Then, we provide an implementation of this protocol in a particular platform.

Nous avons étudié dans le cadre de cette thèse le design, la vérification et l'implémentation des systèmes à composants. Nous nous sommes intéressés en particulier aux formalismes exprimant des interactions complexes, dans lesquels les connecteurs servent non seulement au transfert de données mais également à la synchronisation entre composants. 1. DESIGN ET VÉRIFICATION Le design par contrat est une approche largement répandue pour développer des systèmes lorsque plusieurs équipes travaillent en parallèle. Les contrats représentent des contraintes sur les implémentations qui sont préservées tout au long du développement et du cycle de vie d'un système. Ils peuvent donc servir également à la phase de vérification d'un tel système. Notre but n'est pas de proposer un nouveau formalisme de spécification, mais plutôt de définir un ensemble minimal de propriétés qu'une théorie basée sur les contrats doit satisfaire pour permettre certains raisonnements. En cela, nous cherchons à séparer explicitement les propriétés spécifiques à chaque formalisme de spécification et les règles de preuves génériques. Nous nous sommes attachés à fournir des définitions suffisamment générales pour exprimer un large panel de langages de spécification, et plus particulièrement ceux dans lesquels les interactions sont complexes, tels que Reo ou BIP. Pour ces derniers, raisonner sur la structure du système est essentiel et c'est pour cette raison que nos contrats ont une partie structurelle. Nous montrons comment découle de la propriété nommée raisonnement circulaire une règle pour prouver la dominance sans composer les contrats, et comment cette propriété peut être affaiblie en utilisant plusieurs relations de raffinement. Notre travail a été motivé par les langages de composants HRC L0 et L1 définis dans le projet SPEEDS. 2. IMPLÉMENTATION Synthétiser un contrôleur distribué imposant une contrainte globale sur un système est dans le cas général un problème indécidable. On peut obtenir la décidabilité en réduisant la concurrence: nous proposons une méthode qui synchronise les processus de façon temporaire. Dans les travaux de Basu et al., le contrôle distribué est obtenu en pré-calculant par model checking la connaissance de chaque processus, qui reflète dans un état local donné toutes les configurations possibles des autres processus. Ensuite, à l'exécution, le contrôleur local d'un processus décide si une action peut être exécutée sans violer la contrainte globale. Nous utilisons de même des techniques de model checking pour pré-calculer un ensemble minimal de points de synchronisation au niveau desquels plusieurs processus partagent leur connaissance au court de brèves périodes de coordination. Après chaque synchronisation, les processus impliqués peuvent de nouveau progresser indépendamment les uns des autres jusqu'à ce qu'une autre synchronisation ait lieu. Une des motivations pour ce travail est l'implémentation distribuée de systèmes BIP. / In this thesis, we have studied how component-based systems are designed, verified and then implemented. We have focused in particular on formalisms involving complex interactions, where connectors are not only used to transfer data but also play a role in the synchronization of components. 1. DESIGN AND VERIFICATION Contracts are emerging as a concept of choice when systems are designed by teams working independently. They are design constraints for implementations which are maintained throughout the development and life cycle of the system, thus being also useful for verification. Our goal is not to propose a new design framework but rather to define a minimal set of properties which a given contract theory should satisfy to offer some reasoning rules. In that sense, we aim at a separation of concerns between framework-dependent properties and generic proof rules. We have focused on finding definitions expressive enough to encompass a great variety of existing specification formalisms, and in particular those in which interaction is complex, like Reo and BIP. For those, reasoning about the structure of the system is essential and this is why our contracts have a structural part. We show how so-called circular reasoning entails a rule for proving dominance (refinement between contracts) without composing contracts and how it can be relaxed by combining several refinement relations. Our work has a practical motivation in the component frameworks HRC L0 and L1 defined in the SPEEDS IP project. 2. IMPLEMENTATION The problem of synthesizing a distributed controller that imposes some global constraint on a system is, in general, undecidable. One can achieve decidability at the expense of reducing concurrency: we propose a method that synchronizes processes temporarily. In Basu et al., distributed control is achieved by first using model checking to precalculate the knowledge of each process, which reflects in a given local state all the possible situations of the other processes. Then, at runtime, the local controller of a process decides whether an action of that process can be executed without violating the imposed constraint. We use model checking techniques as well to precalculate a minimal set of synchronization points, where joint knowledge, i.e., knowledge common to several processes, can be achieved during short coordination phases. After each synchronization, the participating processes can again progress independently until a further synchronization is called for. One practical motivation for this work is the distributed implementation of BIP systems.

Les systèmes cyber-physiques sont une classe de systèmes complexe, de grande échelle, souvent critiques de sûreté, qui apparaissent dans des applications industrielles variées. Des approches de vérification formelle sont capable de fournir des garanties pour la performance et la sûreté de ces systèmes. Elles nécessitent trois éléments : un modèle formel, une méthode de vérification, ainsi qu’un ensemble de spécifications formelles. En revanche, les modèles industriels sont typiquement informels, ils sont analysés dans des environnements de simulation informels et leurs spécifications sont décrits dans un langage naturel informel. Dans cette thèse, nous visons à faciliter l’intégration de la vérification formelle dans le processus industriel de la conception basé sur modèle.Notre première contribution clé est une méthodologie de transformation de modèle. A partir d’un modèle de simulation standard, nous le transformons en un modèle de vérification équivalent, plus précisément en un réseau d’automates hybrides. Le processus de transformation prend en compte des différences de syntaxes, sémantique et d’autres aspects de la modélisation. Pour cette classe de modèle formel, des algorithmes d’atteignabilité peuvent être appliqués pour vérifier des propriétés de sûreté. Un obstacle est que des algorithmes d’atteignabilité se mettent à l’échelle pour des modèles affines par morceaux, mais pas pour des modèles non linéaires. Pour obtenir des surapproximations affines par morceaux des dynamiques non linéaires, nous proposons une technique compositionnelle d’hybridisation syntaxique. Le résultat est un modèle très compact qui retient la structure modulaire du modèle d’origine de simulation, tout en évitant une explosion du nombre de partitions.La seconde contribution clé est une approche pour encoder des spécifications formelles riches de façon à ce qu’elles peuvent être interprétées par des outils d’atteignabilité. Nous prenons en compte des spécifications exprimées sous forme d’un gabarit de motif (pattern template), puisqu’elles sont proche au langage naturel et peuvent être compris facilement par des utilisateurs non experts. Nous fournissons (i) des définitions formelles pour des motifs choisis, qui respectent la sémantique des automates hybrides, et (ii) des observateurs qui encodes les propriétés en tant qu’atteignabilité d’un état d’erreur. En composant ces observateurs avec le modèle formel, les propriétés peuvent être vérifiées par des outils standards de vérification qui sont automatisés.Finalement, nous présentons une chaîne d’outils semi-automatisée ainsi que des études de cas menées en collaboration avec des partenaires industriels. / Cyber-Physical Systems form a class of complex, large-scale systems of frequently safety-critical nature in various industrial applications. Formal verification approaches can provide performance and safety guarantees for these systems. They require three elements: a formal model, a formal verification method, and a set of formal specifications. However, industrial models are typically non-formal, they are analyzed in non-formal simulation environments, and their specifications are described in non-formal natural language. In this thesis, we aim to facilitate the integration of formal verification into the industrial model-based design process.Our first key contribution is a model transformation methodology. Starting with a standard simulation model, we transform it into an equivalent verification model, particularly a network of hybrid automata. The transformation process addresses differences in syntax, semantics, and other aspects of modeling. For this class of formal models, so-called reachability algorithms can be applied to verify safety properties. An obstacle is that scalable algorithms exist for piecewise affine (PWA) models, but not for nonlinear ones. To obtain PWA over-approximations of nonlinear dynamics, we propose a compositional syntactic hybridization technique. The result is a highly compact model that retains the modular structure of the original simulation model and largely avoids an explosion in the number of partitions.The second key contribution is an approach to encode rich formal specifications so that they can be interpreted by tools for reachability. Herein, we consider specifications expressed by pattern templates since they are close to natural language and can be easily understood by non-expert users. We provide (i) formal definitions for select patterns that respect the semantics of hybrid automata, and (ii) monitors which encode the properties as the reachability of an error state. By composing these monitors with the formal model under study, the properties can be checked by off-the-shelf fully automated verification tools.Furthermore, we provide a semi-automated toolchain and present results from case studies conducted in collaboration with industrial partners.

Le contrôle de l'information émise par un système a vu son utilité grandir avec la multiplication des systèmes communicants. Ce contrôle peut être réalisé par exemple pour révéler une information du système, ou au contraire pour en dissimuler une. Le diagnostic notamment cherche à déterminer, grâce à l'observation du système, si une faute a eu lieu au sein de celui-ci. Dans cette thèse, nous établissons des bases formelles à l'analyse des problèmes du diagnostic pour des modèles stochastiques. Nous étudions ensuite ces problèmes dans plusieurs cadres (fini/infini, passif/actif). / The control of the information given by a system has seen increasing importance recently with the multiplication of communicating systems. This control can be used in order to disclose an information of the system, or, oppositely, to hide one. Diagnosis for instance tries to determine from the observation produced by the system whether a fault occurred within it or not. In this PhD, we establish formal foundations to the analysis of the diagnosis problems for stochastic models. We then study these problems in multiple framework (finite/infinite, passive/active).

La vérification automatique est aujourd'hui devenue un domaine central de recherche en informatique. Depuis plus de 25 ans, une riche théorie a été développée menant à de nombreux outils, à la fois académiques et industriels, permettant la vérification de propriétés booléennes - celles qui peuvent être soit vraies soit fausses. Les besoins actuels évoluent vers une analyse plus fine, c'est-à-dire plus quantitative. L'extension des techniques de vérification aux domaines quantitatifs a débuté depuis 15 ans avec les systèmes probabilistes. Cependant, de nombreuses autres propriétés quantitatives existent, telles que la durée de vie d'un équipement, la consommation énergétique d'une application, la fiabilité d'un programme, ou le nombre de résultats d'une requête dans une base de données. Exprimer ces propriétés requiert de nouveaux langages de spécification, ainsi que des algorithmes vérifiant ces propriétés sur une structure donnée. Cette thèse a pour objectif l'étude de plusieurs formalismes permettant de spécifier de telles propriétés, qu'ils soient dénotationnels - expressions régulières, logiques monadiques ou logiques temporelles - ou davantage opérationnels, comme des automates pondérés, éventuellement étendus avec des jetons. Un premier objectif de ce manuscript est l'étude de résultats d'expressivité comparant ces formalismes. En particulier, on donne des traductions efficaces des formalismes dénotationnels vers celui opérationnel. Ces objets, ainsi que les résultats associés, sont présentés dans un cadre unifié de structures de graphes. Ils peuvent, entre autres, s'appliquer aux mots et arbres finis, aux mots emboîtés (nested words), aux images ou aux traces de Mazurkiewicz. Par conséquent, la vérification de propriétés quantitatives de traces de programmes (potentiellement récursifs, ou concurrents), les requêtes sur des documents XML (modélisant par exemple des bases de données), ou le traitement des langues naturelles sont des applications possibles. On s'intéresse ensuite aux questions algorithmiques que soulèvent naturellement ces résultats, tels que l'évaluation, la satisfaction et le model checking. En particulier, on étudie la décidabilité et la complexité de certains de ces problèmes, en fonction du semi-anneau sous-jacent et des structures considérées (mots, arbres...). Finalement, on considère des restrictions intéressantes des formalismes précédents. Certaines permettent d'étendre l'ensemble des semi-anneau sur lesquels on peut spécifier des propriétés quantitatives. Une autre est dédiée à l'étude du cas spécial de spécifications probabilistes : on étudie en particulier des fragments syntaxiques de nos formalismes génériques de spécification générant uniquement des comportements probabilistes. / Automatic verification has nowadays become a central domain of investigation in computer science. Over 25 years, a rich theory has been developed leading to numerous tools, both in academics and industry, allowing the verification of Boolean properties - those that can be either true or false. Current needs evolve to a finer analysis, a more quantitative one. Extension of verification techniques to quantitative domains has begun 15 years ago with probabilistic systems. However, many other quantitative properties are of interest, such as the lifespan of an equipment, energy consumption of an application, the reliability of a program, or the number of results matching a database query. Expressing these properties requires new specification languages, as well as algorithms checking these properties over a given structure. This thesis aims at investigating several formalisms, equipped with weights, able to specify such properties: denotational ones - like regular expressions, first-order logic with transitive closure, or temporal logics - or more operational ones, like navigating automata, possibly extended with pebbles. A first objective of this thesis is to study expressiveness results comparing these formalisms. In particular, we give efficient translations from denotational formalisms to the operational one. These objects, and the associated results, are presented in a unified framework of graph structures. This permits to handle finite words and trees, nested words, pictures or Mazurkiewicz traces, as special cases. Therefore, possible applications are the verification of quantitative properties of traces of programs (possibly recursive, or concurrent), querying of XML documents (modeling databases for example), or natural language processing. Second, we tackle some of the algorithmic questions that naturally arise in this context, like evaluation, satisfiability and model checking. In particular, we study some decidability and complexity results of these problems depending on the underlying semiring and the structures under consideration (words, trees...). Finally, we consider some interesting restrictions of the previous formalisms. Some permit to extend the class of semirings on which we may specify quantitative properties. Another is dedicated to the special case of probabilistic specifications: in particular, we study syntactic fragments of our generic specification formalisms generating only probabilistic behaviors.

L'être humain fait des erreurs, en particulier dans la réalisation de taches complexes comme la construction des systèmes informatiques modernes. Nous nous intéresserons dans cette thèse à la vérification assistée par ordinateur du bon fonctionnement des systèmes informatiques. Les systèmes informatiques actuels sont de grande complexité. Afin de garantir leur fiabilité, la vérification automatique est une alternative au 'testing' et à la simulation. Elle propose d'utiliser des ordinateurs pour explorer exhaustivement l'ensemble des états du système, ce qui est problématique: même des systèmes assez simples peuvent atteindre un grand nombre d'états. L'utilisation des bonnes représentations des espaces d'états est essentielle pour surmonter la complexité des problèmes posés en vérification automatique. La vérification des systèmes concurrents amène des difficultés additionnelles, car l'analyse doit, en principe, examiner tous les ordres possibles d'exécution des actions concurrentes. Le dépliage des réseaux de Petri est une technique largement étudiée pour la vérification des systèmes concurrents. Il représentent l'espace d'états du système par un ordre partiel, ce qui se révèle aussi naturel qu'efficace pour la vérification automatique. Nous nous intéressons à la vérification des systèmes concurrents modélisés par des réseaux de Petri, en étudiant deux techniques remarquables de vérification: le 'model checking' et le diagnostic. Nous étudions les dépliages des réseaux de Petri étendus avec des arcs de lecture. Ces dépliages, aussi appelés dépliages contextuels, semblent être une meilleure représentation des systèmes contenant des actions concurrentes qui lisent des ressources partagées : ils peuvent être exponentiellement plus compacts dans ces cas. Ce travail contient des contributions théoriques et pratiques. Dans un premier temps, nous étudions la construction des dépliages contextuels, en proposant des algorithmes et des structures de données pour leur construction efficace. Nous combinons les dépliages contextuels avec les 'merged process', une autre représentation des systèmes concurrents qui contourne l'explosion d'états dérivée du non-déterminisme. Cette nouvelle structure, appelée 'contextual merged process', est souvent exponentiellement plus compacte, ce que nous montrons expérimentalement. Ensuite, nous nous intéressons à la vérification à l'aide des dépliages contextuels. Nous traduisons vers SAT le problème d'atteignabilité des dépliages contextuels, en abordant les problèmes issus des cycles de conflit asymétrique. Nous introduisons également une méthode de diagnostic avec des hypothèses d'équité, cette fois pour des dépliages ordinaires. Enfin, nous implémentons ces algorithmes dans le but de produire un outil de vérification compétitif et robuste. L'évaluation de nos méthodes sur un ensemble d'exemples standards, et leur comparaison avec des techniques issues des dépliages ordinaires, montrent que la vérification avec des dépliages contextuels est plus efficace que les techniques existantes dans de nombreux cas. Ceci suggère que les dépliages contextuels, et les structures d'évènements asymétriques en général, méritent une place légitime dans la recherche en concurrence, également du point de vu de leur efficacité. / Humans make mistakes, especially when faced to complex tasks, such as the construction of modern hardware or software. This thesis focuses on machine-assisted techniques to guarantee that computers behave correctly. Modern computer systems are large and complex. Automated formal verification stands as an alternative to testing or simulation to ensuring their reliability. It essentially proposes to employ computers to exhaustively check the system behavior. Unfortunately, automated verification suffers from the state-space explosion problem: even relatively small systems can reach a huge number of states. Using the right representation for the system behavior seems to be a key step to tackle the inherent complexity of the problems that automated verification solves. The verification of concurrent systems poses additional issues, as their analysis requires to evaluate, conceptually, all possible execution orders of their concurrent actions. Petri net unfoldings are a well-established verification technique for concurrent systems. They represent behavior by partial orders, which not only is natural but also efficient for automatic verification. This dissertation focuses on the verification of concurrent systems, employing Petri nets to formalize them, and studies two prominent verification techniques: model checking and fault diagnosis. We investigate the unfoldings of Petri nets extended with read arcs. The unfoldings of these so-called contextual nets seem to be a better representation for systems exhibiting concurrent read access to shared resources: they can be exponentially smaller than conventional unfoldings on these cases. Theoretical and practical contributions are made. We first study the construction of contextual unfoldings, introducing algorithms and data structures that enable their efficient computation. We integrate contextual unfoldings with merged processes, another representation of concurrent behavior that alleviates the explosion caused by non-determinism. The resulting structure, called contextual merged processes, is often orders of magnitude smaller than unfoldings, as we experimentally demonstrate. Next, we develop verification techniques based on unfoldings. We define SAT encodings for the reachability problem in contextual unfoldings, thus solving the problem of detecting cycles of asymmetric conflict. Also, an unfolding-based decision procedure for fault diagnosis under fairness constraints is presented, in this case only for conventional unfoldings. Finally, we implement our verification algorithms, aiming at producing a competitive model checker intended to handle realistic benchmarks. We subsequently evaluate our methods over a standard set of benchmarks and compare them with existing unfolding-based techniques. The experiments demonstrate that reachability checking based on contextual unfoldings outperforms existing techniques on a wide number of cases. This suggests that contextual unfoldings, and asymmetric event structures in general, have a rightful place in research on concurrency, also from an efficiency point of view.