Les logiciels critiques nécessitent l'obtention d'une évaluation de conformité aux normesen vigueur avant leur mise en service. Cette évaluation est obtenue après un long travaild'analyse effectué par les évaluateurs de logiciels critiques. Ces derniers peuvent être aidéspar des outils utilisés de manière interactive pour construire des modèles, en faisant appel àdes analyses de flots d'information. Des outils comme SPARK-Ada existent pour des sous-ensembles du langage Ada utilisés pour le développement de logiciels critiques. Cependant,des langages émergents comme ceux de la famille ML ne disposent pas de tels outils adaptés.La construction d'outils similaires pour les langages ML demande une attention particulièresur certaines spécificités comme les fonctions d'ordre supérieur ou le filtrage par motifs. Cetravail présente une analyse de flot d'information pour de tels langages, spécialement conçuepour répondre aux besoins des évaluateurs. Cette analyse statique prend la forme d'uneinterprétation abstraite de la sémantique opérationnelle préalablement enrichie par desinformations de dépendances. Elle est prouvée correcte vis-à-vis d'une définition formellede la notion de dépendance, à l'aide de l'assistant à la preuve Coq. Ce travail constitue unebase théorique solide utilisable pour construire un outil efficace pour l'analyse de toléranceaux pannes.

Actuellement, la restauration des oeuvres d'art, notamment des statues fracturées, repose sur des techniqueséprouvées, mais empiriques. Les statues endommagées comportent souvent des parties brisées. Leur restaurationconsiste la plupart du temps à les rassembler. Ainsi apparait la nécessité de prendre en compte lespropriétés mécaniques des interfaces entre les différentes parties brisées, ce qui permet de limiter l'ampleur desréparations et ainsi, de mieux conserver l'intégrité de l'oeuvre. Par ailleurs, les techniques numériques d'acquisition3D font leur entrée au service de la conservation du patrimoine. Cette thèse propose une méthodologiecapable d'utiliser des données issues d'une acquisition 3D pour simuler les opérations de restauration et leurseffets sur la structure de l'oeuvre. Les processus de restauration peuvent ainsi être testés et optimisés.Un scanner laser est utilisé pour l'acquisition de la géométrie des oeuvres, ce qui nous permet de reconstruireun modèle 3D pour la simulation numérique. Les calculs sont menés dans le cadre de la mécanique des milieuxcontinus déformables avec FLAC3D. Pour vérifier tous les points clés garantissant la stabilité mécanique, lecomportement des éléments de renforts et celui des interfaces entre les blocs ont été considérés. À partirdes résultats de ces études, une critique des stratégies de restauration mises en oeuvre ou envisageables estproposée.De plus, plusieurs méthodes de caractérisation visant à retrouver la provenance du matériau et/ou estimerles propriétés mécaniques de l'oeuvre sont proposées : caractérisations physico-chimiques et minéralogiques,essais non destructifs et destructifs. Une campagne expérimentale visant à caractériser le comportement desfractures en contact frottant avec acquisition de l'état de surface a été réalisée. Une analyse des corrélationsentre les propriétés mécaniques et morphologique des interfaces est ensuite élaborée. Enfin nous proposonsdes modèles prédictifs construits par régressions linéaires multiples et multivariées. Cette étude permet desimuler le comportement d'une oeuvre fracturée.

L’analyse statique est une tâche essentielle dans l’optimisation des requêtes et la vérification de la base de graphes RDF. Nous étudions des techniques d’analyse statique pour SPARQL, le langage standard pour l’interrogation des données du Web sémantique. Plus précisément, nous étudions le problème d’inclusion des requêtes et de l’analyse de l’indépendance entre les requêtes et la mise à jour de la base de graphes RDF.Nous sommes intéressés par le développement de techniques grâce à des réductions au problème de la satisfaisabilité de la logique.Nous nous traitons le problème d’inclusion des requêtes SPARQL en présence de l’opérateur OPTIONAL. L’optionalité est l’un des constructeurs les plus compliqués dans SPARQL et aussi celui qui rend ce langage plus expressif que les langages de requêtes classiques, comme SQL.Nous nous concentrons sur la classe de requêtes appelée "well-designed SPARQL", proposées dans la littérature comme un fragment du langage avec de bonnes propriétés en matière d’évaluation des requêtes incluent l’opération OPTIONAL. À ce jour, l’inclusion de requête a été testée à l’aide de différentes techniques: homomorphisme de graphes, bases de données canoniques, techniques de la théorie des automates et réduction au problème de la validité d’une logique. Dans cette thèse, nous utilisons la dernière technique pour tester l’inclusion des requêtes SPARQL avec OPTIONAL utilisant une logique expressive appelée «logique K». En utilisant cette technique, il est possible de régler le problème d’inclusion des requêtes pour plusieurs fragment de SPARQL, même en présence de schémas. Cette extensibilité n’est pas garantie par les autres méthodes.Nous montrons comment traduire a graphe RDF en un système de transitions, ainsi que une requête SPARQL en une formula K. Avec ces traductions, l’inclusion des requêtes dans SPARQL peut être réduite au test de la validité d’une formule logique. Un avantage de cette approche est d’ouvrir la voie pour des implémentations utilisant solveurs de satisfiabilité pour K.Nous présentons un banc d’essais de tests d’inclusion pour les requêtes SPARQL avec OPTIONAL. Nous avons effectué des expériences pour tester et comparer des solveurs d’inclusion de l’état de l’art.Nous présentons également un aperçu préliminaire du problème d’indépendance entre requête et mise à jour. Une requête est indépendante de la mise à jour lorsque l’exécution de la mise à jour ne modifie pas le résultat de la requête. Bien que ce problème ait été intensivement étudié pour des fragments de calcul relationnel, il n’existe pas de travaux pour le langage de requêtes standard pour le web sémantique. Nous proposons une définition de la notion de l’indépendance dans le contexte de SPARQL et nous établissons des premières pistes de analyse statique dans certains situations d’inclusion entre une requête et une mise à jour. / Static analysis is a core task in query optimization and knowledge base verification. We study static analysis techniques for SPARQL, the standard language for querying Semantic Web data. Specifically, we investigate the query containment problem and the query-update independence analysis. We are interested in developing techniques through reductions to the validity problem in logic.We address SPARQL query containment with optional matching. We focus on the class of well-designed SPARQL queries, proposed in the literature as a fragment of the language with good properties regarding query evaluation. SPARQL is interpreted over graphs, hence we encode it in a graph logic, specifically the modal logic K interpreted over label transition systems. We show that this logic is powerful enough to deal with query containment for the well-designed fragment of SPARQL. We show how to translate RDF graphs into transition systems and SPARQL queries into K-formulae. Therefore, query containment in SPARQL can be reduced to unsatisfiability in K.We also report on a preliminary overview of the SPARQL query-update problem. A query is independent of an update when the execution of the update does not affect the result of the query. Determining independence is especially useful in the contest of huge RDF repositories, where it permits to avoid expensive yet useless re-evaluation of queries. While this problem has been intensively studied for fragments of relational calculus, no works exist for the standard query language for the semantic web. We report on our investigations on how a notion of independence can be defined in the SPARQL context

La recherche d'une borne supérieure au temps d'exécution d'un programme est une partie essentielle du processus de vérification de systèmes temps-réel critiques. Les programmes de tels systèmes ont généralement des temps d'exécution variables et il est difficile, voire impossible, de prédire l'ensemble de ces temps possibles. Au lieu de cela, il est préférable de rechercher une approximation du temps d'exécution pire-cas ou Worst-Case Execution Time (WCET). Une propriété cruciale de cette approximation est qu'elle doit être sûre, c'est-à-dire qu'elle doit être garantie de majorer le WCET. Parce que nous cherchons à prouver que le système en question se termine en un temps raisonnable, une surapproximation est le seul type d'approximation acceptable. La garantie de cette propriété de sûreté ne saurait raisonnablement se faire sans analyse statique, un résultat se basant sur une série de tests ne pouvant être sûr sans un traitement exhaustif des cas d'exécution. De plus, en l'absence de certification du processus de compilation (et de transfert des propriétés vers le binaire), l'extraction de propriétés doit se faire directement sur le code binaire pour garantir leur fiabilité. Toutefois, cette approximation a un coût : un pessimisme - écart entre le WCET estimé et le WCET réel - important entraîne des surcoûts superflus de matériel pour que le système respecte les contraintes temporelles qui lui sont imposées. Il s'agit donc ensuite, tout en maintenant la garantie de sécurité de l'estimation du WCET, d'améliorer sa précision en réduisant cet écart de telle sorte qu'il soit suffisamment faible pour ne pas entraîner des coûts supplémentaires démesurés. Un des principaux facteurs de surestimation est la prise en compte de chemins d'exécution sémantiquement impossibles, dits infaisables, dans le calcul du WCET. Ceci est dû à l'analyse par énumération implicite des chemins ou Implicit Path Enumeration Technique (IPET) qui raisonne sur un surensemble des chemins d'exécution. Lorsque le chemin d'exécution pire-cas ou Worst-Case Execution Path (WCEP), correspondant au WCET estimé, porte sur un chemin infaisable, la précision de cette estimation est négativement affectée. Afin de parer à cette perte de précision, cette thèse propose une technique de détection de chemins infaisables, permettant l'amélioration de la précision des analyses statiques (dont celles pour le WCET) en les informant de l'infaisabilité de certains chemins du programme. Cette information est passée sous la forme de propriétés de flot de données formatées dans un langage d'annotation portable, FFX, permettant la communication des résultats de notre analyse de chemins infaisables vers d'autres analyses. Les méthodes présentées dans cette thèse sont inclues dans le framework OTAWA, développé au sein de l'équipe TRACES à l'IRIT. Elles usent elles-mêmes d'approximations pour représenter les états possibles de la machine en différents points du programme. / The search for an upper bound of the execution time of a program is an essential part of the verification of real-time critical systems. The execution times of the programs of such systems generally vary a lot, and it is difficult, or impossible, to predict the range of the possible times. Instead, it is better to look for an approximation of the Worst-Case Execution Time (WCET). A crucial requirement of this estimate is that it must be safe, that is, it must be guaranteed above the real WCET. Because we are looking to prove that the system in question terminates reasonably quickly, an overapproximation is the only acceptable form of approximation. The guarantee of such a safety property could not sensibly be done without static analysis, as a result based on a battery of tests could not be safe without an exhaustive handling of test cases. Furthermore, in the absence of a certified compiler (and tech- nique for the safe transfer of properties to the binaries), the extraction of properties must be done directly on binary code to warrant their soundness. However, this approximation comes with a cost : an important pessimism, the gap between the estimated WCET and the real WCET, would lead to superfluous extra costs in hardware in order for the system to respect the imposed timing requirements. It is therefore important to improve the precision of the WCET by reducing this gap, while maintaining the safety property, as such that it is low enough to not lead to immoderate costs. A major cause of overestimation is the inclusion of semantically impossible paths, said infeasible paths, in the WCET computation. This is due to the use of the Implicit Path Enumeration Technique (IPET), which works on an superset of the possible execution paths. When the Worst-Case Execution Path (WCEP), corresponding to the estimated WCET, is infeasible, the precision of that estimation is negatively affected. In order to deal with this loss of precision, this thesis proposes an infeasible paths detection technique, enabling the improvement of the precision of static analyses (namely for WCET estimation) by notifying them of the infeasibility of some paths of the program. This information is then passed as data flow properties, formatted in the FFX portable annotation language, and allowing the communication of the results of our infeasible path analysis to other analyses.

L'analyse statique correcte d'un programme consiste à obtenir des propriétés vraies de toute exécution de ce programme. Celles-ci sont utiles pour démontrer des caractéristiques appréciables du logiciel, telles que l'absence de dépassement de capacité ou autre erreur à l'exécution quelle que soient les entrées du programme. Elles sont presque toujours établies à l'aide d'invariants inductifs : des propriétés vraies de l'état initial et telles que si elles sont vraies à une étape de calcul, alors elles restent vraies à l'étape suivante de la transition de calcul, donc sont toujours vraies par récurrence. L'interprétation abstraite est une approche traditionnelle de la recherche d'invariants numériques, que l'on peut exprimer comme une interprétation non-standard du programme dans un domaine abstrait choisi et ne tenant compte que de certaines propriétés intéressantes. Même dans un domaine aussi simple que les intervalles (un minorant et un majorant pour chaque variable), ce calcul ne converge pas nécessairement, et l'analyse doit recourir à des opérateurs d'élargissement pour forcer la convergence au détriment de la précision. Une autre approche, appelée itération de politique et inspirée par la théorie des jeux, garantit de trouver le plus fort invariant inductif dans le domaine abstrait choisi après un nombre fini d'itérations. Cependant, la description originale de cet algorithme souffrait de quelques faiblesses : elle se basait sur une conversion totale du programme en un système d'équations, sans intégration ni synergie avec les autres méthodes d'analyse. Notre nouvel algorithme est une forme locale de l'itération de politique, qui la replace dans l'itération de Kleene mais avec un opérateur d'élargissement spécial qui garantit d'obtenir le plus petit invariant inductif dans le domaine abstrait après un nombre fini de ses applications. L'itération de politique locale opère dans les domaines de contraintes linéaires données par patron, qui demandent de fixer d'avance la «forme» de l'invariant (p.ex. "x + 2y" pour obtenir "x + 2y <= 10" ). Notre seconde contribution théorique est le développement et la comparaison de plusieurs stratégies de synthèse de patrons, utilisées en conjonction avec l'itération locale de politiques. De plus, nous présentons une méthode pour générer des arbres d'accessibilité abstraite par interprétation abstraite, permettant la génération de traces de contre-exemples, et ensuite la génération de nouveaux patrons à partir d'interpolants de Craig. Notre troisième contribution concerne l'analyse interprocédurale de programmes, éventuellement récursifs. Nous proposons un algorithme qui génère pour chaque procédure un résumé, applicable à toute interprétation abstraite et notamment à l'itération de politique locale. Nous pouvons ainsi générer les invariants inductifs les plus forts dans le domaine pour un nombre fixé de résumés pour un programme récursif. Notre dernière contribution théorique est une méthode d'affaiblissement permettant de trouver des invariants inductifs, éventuellement disjonctifs, à partir de formules obtenues par exécution symbolique. Nous avons mis en œuvre toutes ces approches dans le système d'analyse statique CPAchecker, un logiciel libre, ce qui permet des communications et collaborations entre analyses. Nos techniques utilisent des résolveurs de satisfiabilité modulo théorie, capables, étant donné une formule de logique du premier ordre sur certaines théories, d'en donner un modèle ou de démontrer qu'aucun n'existe.Afin de simplifier les communications avec ces outils, nous présentons la bibliothèque JavaSMT, fournissant une interface générique. Cette bibliothèque a déjà démontré son utilité pour de nombreux chercheurs. / Static analysis concerns itself with deriving program properties which holduniversally for all program executions.Such properties are used for proving program properties (e.g. there neveroccurs an overflow or other runtime error regardless of a particular execution) and are almostinvariably established using inductive invariants: properties which holdfor the initial state and imply themselves under the program transition, and thushold universally due to induction.A traditional approach for finding numerical invariants is using abstractinterpretation, which can be seen as interpreting the program in the abstractdomain of choice, only tracking properties of interest.Yet even in the intervals abstract domain (upper and lower boundsfor each variable) such computation does not necessarily converge, and theanalysis has to resort to the use of widenings to enforceconvergence at the cost of precision.An alternative game-theoretic approach called policy iteration,guarantees to findthe least inductive invariant in the chosen abstract domain under the finitenumber of iterations.Yet the original description of the algorithm includes a number of drawbacks:it requires converting the entire program to an equation system,does not integrate with other approaches,and is unable to benefit from other analyses.Our new algorithm for running local policy iteration (LPI)instead formulates policy iteration as traditional Kleene iteration,with a widening operator that guarantees to return the least inductiveinvariant in the domain after finitely many applications.Local policy iteration runs in template linear constraint domains whichrequires setting in advance the ``shape'' of the derived invariant (e.g.$x + 2y$ for deriving $x + 2y leq 10$).Our second theoretical contribution involves development and comparison ofa number of different template synthesis strategies, when used in conjunctionwith LPI.Additionally, we present an approach for generating abstract reachabilitytrees using abstract interpretation,enabling the construction of counterexample traces,which in turns lets us generate new templates using Craig interpolants.In our third contribution we bring our attention to interprocedural andpotentially recursive programs.We develop an algorithm parameterizable with any abstract interpretation forsummary generation, and we study it's parameterization with LPI.The resulting approach is able to generate least inductive invariants in the domain for a fixed number of summaries for recursive programs.Our final theoretical contribution is a novel "formula slicing''method for finding potentially disjunctive inductive invariantsfrom program fragments obtained by symbolic execution.We implement all of these techniques in the open-source state-of-the-artCPAchecker program analysis framework, enabling communication and collaborationbetween different analyses.The techniques mentioned above rely onsatisfiability modulo theories solvers,which are capable ofgiving solutions tofirst-order formulas over certain theories or showingthat none exists.In order to simplify communication with such toolswe present the JavaSMT library, which provides a generic interface for suchcommunication.The library has shown itself to be a valuable tool, and is already used by manyresearchers.

Dans le domaine des systèmes critiques, l'analyse des temps d'exécution des programmes est nécessaire pour planifier et ordonnancer au mieux différentes tâches et par extension pour dimensionner les systèmes. La durée d'exécution d'un programme dépend de divers facteurs comme ses entrées ou le matériel utilisé. Or cette variation temporelle pose problème dans les systèmes temps-réel dans lesquels il est nécessaire de dimensionner précisément les temps processeur alloués à chaque tâche, et pour cela, connaître leur temps d'exécution au pire cas. Au sein de l'équipe TRACES à l'IRIT, nous cherchons à calculer une borne supérieure à ce temps d'exécution au pire cas qui soit la plus précise possible. Pour cela, nous travaillons sur le graphe de flot de contrôle d'un programme qui représente un sur-ensemble des ses exécutions possibles, que nous accompagnons d'annotations sur des comportements spécifiques du programme susceptibles de réduire la sur-approximation de notre estimation. Dans les outils destinés au calcul du temps d'exécution au pire cas des programmes, les annotations sont habituellement exprimées et intégrées grâce à des langages d'annotation spécifiques. Nous proposons d'utiliser des automates appelés automates d'annotation de flot en lieu et place de ces langages, afin de fonder non seulement l'expression, mais également l'intégration d'annotations dans l'analyse sur des bases formelles. Nous présentons ces automates enrichis de contraintes, de variables et d'une hiérarchie et nous montrons comment ils supportent les divers types d'annotations utilisés dans le domaine de l'analyse du temps d'exécution au pire cas. Par ailleurs, l'intégration des annotations dans une analyse se fait habituellement par l'association de contraintes numériques au graphe de flot de contrôle. Les automates que nous présentons supportent cette méthode mais leur expressivité offre également de nouvelles possibilités d'intégration basées sur le dépliage du graphe de flot de contrôle. Nous présentons des résultats expérimentaux issus de la comparaison de ces deux méthodes qui montrent comment le dépliage de graphe peut améliorer la précision de l'analyse. A terme, ce gain de précision dans l'estimation du temps d'exécution au pire cas permettra de mieux exploiter le matériel sans faire courir de risques à l'utilisateur ou au système. / In the domain of critical systems, the analysis of execution times of programs is needed to schedule various task at best and by extension to dimension the whole system. The execution time of a program depends on multiple factors such as entries of the program or the targeted hardware. Yet this time variation is an issue in real-time systems where the duration is required to allow correct processor time to each task, and in this purpose, we need to know their worst-case execution time. In the TRACES team at IRIT, we try to compute a safe upper bound of this worst-case execution time that would be as precise as possible. In order to do so, we work on the control flow graph of a program that represents an over-set of its possible executions and we combine this structure with annotations on specific behaviours of the program that might reduce the over-approximation of our estimation. Tools designed to compute worst-case execution times of programmes usually support the expression and the integration of annotations thanks to specific annotation languages. Our proposal is to replace these languages with a type of automata named flow fact automata so that not only the expression but also the integration of annotations in the analysis inherit from the formal basis of automata. Based on these automata enriched with constraints, variables and a hierarchy, we show how they support the various annotation types used in the worst-case execution time domain. Additionally, the integration of annotations in an analysis usually lead to associate numerical constraint to the control flow graph. The automata presented here support this method but their expressiveness offers new integration possibilities based on the partial unfolding of control flow graph. We present experimental results from the comparison of these two methods that show how the graph unfolding can improve the analysis precision. In the end, this precision gain in the worst-case execution time will ensure a better usage of the hardware as well as the absence of risks for the user or the system itself.

Cette thèse étudie la vérification automatique de propriétés de sûreté de systèmes logico-numériques discrets ou hybrides. Ce sont des systèmes ayant des variables booléennes et numériques et des comportements discrets et continus. Notre approche est fondée sur l'analyse statique par interprétation abstraite. Nous adressons les problèmes suivants : les méthodes d'interprétation abstraite numériques exigent l'énumération des états booléens, et par conséquent, ils souffrent du probléme d'explosion d'espace d'états. En outre, il y a une perte de précision due à l'utilisation d'un opérateur d'élargissement afin de garantir la terminaison de l'analyse. Par ailleurs, nous voulons rendre les méthodes d'interprétation abstraite accessibles à des langages de simulation hybrides. Dans cette thèse, nous généralisons d'abord l'accélération abstraite, une méthode qui améliore la précision des invariants numériques inférés. Ensuite, nous montrons comment étendre l'accélération abstraite et l'itération de max-stratégies à des programmes logico-numériques, ce qui aide à améliorer le compromis entre l'efficacité et la précision. En ce qui concerne les systèmes hybrides, nous traduisons le langage de programmation synchrone et hybride Zelus vers les automates hybrides logico-numériques, et nous étendons les méthodes d'analyse logico-numérique aux systèmes hybrides. Enfin, nous avons mis en oeuvre les méthodes proposées dans un outil nommé ReaVer et nous fournissons des résultats expérimentaux. En conclusion, cette thèse propose une approche unifiée à la vérification de systèmes logico-numériques discrets et hybrides fondée sur l'interprétation abstraite qui est capable d'intégrer des méthodes d'interprétation abstraite numériques sophistiquées tout en améliorant le compromis entre l'efficacité et la précision. / This thesis studies the automatic verification of safety properties of logico-numerical discrete and hybrid systems. These systems have Boolean and numerical variables and exhibit discrete and continuous behavior. Our approach is based on static analysis using abstract interpretation. We address the following issues: Numerical abstract interpretation methods require the enumeration of the Boolean states, and hence, they suffer from the state space explosion problem. Moreover, there is a precision loss due to widening operators used to guarantee termination of the analysis. Furthermore, we want to make abstract interpretation-based analysis methods accessible to simulation languages for hybrid systems. In this thesis, we first generalize abstract acceleration, a method that improves the precision of the inferred numerical invariants. Then, we show how to extend abstract acceleration and max-strategy iteration to logico-numerical programs while improving the trade-off between efficiency and precision. Concerning hybrid systems, we translate the Zelus hybrid synchronous programming language to logico-numerical hybrid automata and extend logico-numerical analysis methods to hybrid systems. Finally, we implemented the proposed methods in ReaVer, a REActive System VERification tool, and provide experimental results. Concluding, this thesis proposes a unified approach to the verification of discrete and hybrid logico-numerical systems based on abstract interpretation, which is capable of integrating sophisticated numerical abstract interpretation methods while successfully trading precision for efficiency.

Les analyses statiques ont pour but de déterminer les propriétés des programmes au moment de la compilation. Contrairement aux analyses dynamiques, le comportement exact du programme ne peut être connu. Par conséquent, on a recours à des approximations pour remédier à ce manque d'information. Malgré ces approximations, les analyses statiques permettent des optimisations et des transformations efficaces pour améliorer les performances des programmes. Parmi les premières analyses du processus d'optimisation figure l'analyse des pointeurs. Son but est d'analyser statiquement un programme en entrée et de fournir en résultat une approximation des emplacements mémoire vers lesquels pointent ses variables pointeurs. Cette analyse est considérée comme l'une des analyses de programmes les plus délicates et l'information qu'elle apporte est très précieuse pour un grand nombre d'autres analyses clientes. En effet, son résultat est nécessaire à d'autres optimisations, comme la propagation de constante, l'élimination du code inutile, le renommage des scalaires ainsi que la parallélisation automatique des programmes. L'analyse des pointeurs est très nécessaire pour l'exploitation du parallélisme présent dans les applications scientifiques écrites en C. Ceci est dû au fait que les tableaux, très présents dans ce type d'applications, sont accédés via les pointeurs. Il devient nécessaire d'analyser les dépendances entre les éléments de tableau dans le but de paralléliser les boucles. Le langage C présente beaucoup de difficultés lors de son analyse par la liberté qu'il offre aux utilisateurs pour gérer et manipuler la mémoire par le biais des pointeurs. Ces difficultés apparaissent par exemple lors de l'accès aux tableaux par pointeurs, l'allocation dynamique (via «malloc») ainsi que les structures de données récursives. L'un des objectifs principaux de cette thèse est de déterminer les emplacements mémoire vers lesquels les pointeurs pointent. Ceci se fait en assurant plusieurs dimensions comme : - la sensibilité au flot de contrôle, c'est-à-dire la mise à jour des informations d'un point programme à un autre ; - la non-sensibilité au contexte, c'est-à-dire l'utilisation de résumés au lieu de l'analyse du corps de la fonction à chaque appel ; - la modélisation des champs pointeurs des structures de données agrégées, dans laquelle chaque champ représente un emplacement mémoire distinct. D'autres aspects sont pris en compte lors de l'analyse des programmes écrits en C comme la précision des emplacements mémoire alloués au niveau du tas, l'arithmétique sur pointeurs ou encore les pointeurs vers tableaux. Notre travail permet l'amélioration des résultats des analyses clientes et en particulier il permet la parallélisation des boucles lorsqu'on accède aux éléments de tableaux via les pointeurs, la détection de code inutile ou le calcul du graphe de dépendances. Il est implémenté dans le compilateur parallélliseur PIPS (Parallélisation Interprocédurale de Programmes Scientifiques) et permet d'analyser, en particulier, les applications scientifiques de traitement du signal tout en assurant une analyse intraprocédurale précise et une analyse interprocédurale efficace via les résumés. / Static analysis algorithms strive to extract the information necessary for the understanding and optimization of programs at compile time. The potential values of the variables of type pointer are the most difficult information to determine. This information is often used to assess if two pointers are potential aliases, i.e. if they can point to the same memory area. An analysis of pointers, also called points-to analysis, may provide more precision to other analyses such as constant propagation, analysis of dependencies or analysis of live variables. The analysis of pointers is very important for the exploitation of parallelism in scientific C programs since the most important structures they manipulate are arrays, which are typically accessed by pointers. It is necessary to analyse the dependencies between arrays in order to exploit the parallelism between loops. C language is very hard to analyse since it allows to users to manipulate the memory through pointers. These difficulties arise for example when accessing arrays by pointers, dynamic allocation (via "malloc") and recursive data structures. Points-to analysis may also attempt to handle recursive data structures and other structures that are accessed by pointers. This work provides a points-to analysis which is : - flow-sensitive, by taking into account the order of execution of instructions ; - field-sensitive, since structure fields are treated as individual locations ; - context-insensitive, because functions summaries are computed to avoid re-analyzing functions bodies. Other issues such as heap modeling, pointer arithmetics and pointers to arrays are also taken into account while analyzing C programs. Our intraprocedural analysis provides precise results to client analyses, in particular it allows parallelization when accessing the array elements loops via pointers, detecting useless code or computing the dependency graph. while our interprocedural one allows to propagate them efficiently. Our work is implemented within the PIPS (Parallélisation Interprocédurale de Programmes Scientifiques) parallelizer, a framework designed to analyze, optimize and parallelize scientific and signal processing applications. Keywords : static analysis, points-to analysis, flow-sensitive, context-insensitive, field-sensitive.

Un logiciel critique est un logiciel dont le mauvais fonctionnement peut avoir un impact important sur la sécurité ou la vie des personnes, des entreprises ou des biens.L'ingénierie logicielle pour les systèmes critiques est particulièrement difficile et combine différentes méthodes pour garantir la qualité des logiciels produits.Parmi celles-ci, les méthodes formelles peuvent être utilisées pour prouver qu'un logiciel respecte ses spécifications.Le travail décrit dans cette thèse s'inscrit dans le contexte de la validation de propriétés de sûreté de programmes critiques, et plus particulièrement des propriétés numériques de logiciels embarqués dans des systèmes de contrôle-commande.La première partie de cette thèse est consacrée aux preuves de stabilité au sens de Lyapunov.Ces preuves s'appuient sur des calculs en nombres réels, et ne sont pas valables pour décrire le comportement d'un programme exécuté sur une plateforme à arithmétique machine.Nous présentons un cadre théorique générique pour adapter les arguments des preuves de stabilité de Lyapunov aux arithmétiques machine.Un outil effectue automatiquement la traduction de la preuve en nombres réels vers une preuve en nombres a virgule flottante.La seconde partie de la thèse porte sur l'analyse des relations affines, en utilisant une interprétation abstraite basée sur l'approximation des valuations associées aux points de contrôle d'un programme par des polyèdres convexes.Nous présentons ALICe, un framework permettant de comparer différentes techniques de génération d'invariants.Il s'accompagne d'une collection de cas de tests tirés de publications sur l'analyse de programmes, et s'interface avec trois outils utilisant différents algorithmes de calcul d'invariants: Aspic, iscc et PIPS.Afin d'affiner les résultats de PIPS, deux techniques de restructuration de code sont introduites, et plusieurs améliorations sont apportées aux algorithmes de génération d'invariants et évaluées à l'aide d'ALICe. / A critical software is a software whose malfunction may result in death or serious injury to people, loss or severe damage to equipment or environmental harm.Software engineering for critical systems is particularly difficult, and combines different methods to ensure the quality of produced software.Among them, formal methods can be used to prove that a software obeys its specifications.This thesis falls within the context of the validation of safety properties for critical software, and more specifically, of numerical properties for embedded software in control-command systems.The first part of this thesis deals with Lyapunov stability proofs.These proofs rely on computations with real numbers, and do not accurately describe the behavior of a program run on a platform with machine arithmetic.We introduce a generic, theoretical framework to adapt the arguments of Lyapunov stability proofs to machine arithmetic.A tool automatically translates the proof on real numbers to a proof with floating-point numbers.The second part of the thesis focuses on linear relation analysis, using an abstract interpretation based on the approximation by convex polyhedrons of valuations associated with each control point in a program.We present ALICe, a framework to compare different invariant generation techniques.It comes with a collection of test cases taken from the program analysis literature, and interfaces with three tools, that rely on different algorithms to compute invariants: Aspic, iscc and PIPS.To refine PIPS results, two code restructuring techniques are introduced, and several improvements are made to the invariant generation algorithms and evaluated using ALICe.

La réutilisation est une pratique courante lors du développement de logiciel. Bien souvent, cette réutilisation se fait à travers l’utilisation des librairies. Cette dernière met ses fonctionnalités à disposition des développeurs en utilisant les Interfaces de Programmation d’Application (API). En théorie, les développeurs qui utilisent les API n’ont pas forcément besoin de se préoccuper de comment les éléments internes de cette API fonctionnent. En effet, les API mettent leurs fonctionnalités à disposition des développeurs sans forcément dévoiler ce qui se passe à l’interne. Cependant, pour utiliser correctement une API il est nécessaire de respecter des contraintes d’utilisation qui sont à la fois implicites et explicites ainsi que des modèles d’utilisation. L’usage des librairies et des API est très commun dans le domaine du développement de logiciel. Cela permet aux développeurs d’utiliser les fonctionnalités proposées par l’API et ainsi de se concentrer directement sur la tâche qu’ils doivent effectuer. Toutefois, apprendre et se familiariser avec les contraintes d’usage des API sont des tâches ardues et exigent un effort cognitif considérable de la part du développeur. Les chercheurs ont tenté de corriger ce problème en étudiant les modèles d’utilisation et en analysant les traces d’utilisation de code client pour s’assurer de leurs conformités. Néanmoins, les analyses dynamiques ne sont pas possibles pendant les phases précoces de développement du logiciel, car cela requiert une implémentation minimum et l’exécution du code. Nous proposons l’outil Temporal Usage PAttern Checker (Tupac). Une approche basée sur l’analyse statique interprocédural pour vérifier la conformité du code client aux modèles d’utilisation pendant la phase de développement. Tupac peut être déployé dans un envi- ronnement de développement (IDE) et ainsi fournir des informations relatives à l’utilisation des API plus tôt pendant la phase de développement du logiciel. Nous avons évalué notre approche sur quatre projets Java avec quatre API. Les résultats ont démontré que Tupac a une bonne précision et un taux de rappel intéressant. De plus, nous avons pu conclure qu’en moyenne cela prend une demi-seconde pour vérifier la confor- mité d’un patron pour un projet tout entier. Cela démontre que Tupac peut être déployé dans un rythme de codage régulier. / In modern software development, reuse takes the form of using libraries that expose their functionality via Application Programming Interfaces (APIs). In theory, APIs allow developers to write client code that reuses library code without needing to know its internals. In practice, correctly using APIs requires respecting explicit and implicit constraints and usage patterns. This allows developers to use functionality proposed by API so that they can focus directly on the task they want to achieve. APIs require a significant effort from the developer to learn various usage constraint. Ignoring such patterns could lead to errors and design flaws. These often cannot be detected prior to integration and system testing. Researchers have attempted to solve this problem by extracting API usage patterns and analyzing client code traces for conformance. However, dynamic analysis is still impossible to perform early without a minimum of integration and execution. We propose the Temporal Usage PAttern Checker (Tupac) for API, an interprocedural static analysis approach that can verify that client code conforms to temporal API usage patterns as it is being developed. Tupac can be deployed inside an Integrated Development Environment (IDE), thus providing developers with feedback about API usage much earlier in the development process. We evaluated the effectiveness of our approach on four projects with four different APIs. Our evaluation shows that Tupac has good precision and interesting recall. Crucially, we also show that it takes, on average, half a second to check an entire project for conformance to a pattern, meaning that it can realistically be deployed in the regular coding rhythm