La thèse prend comme point de départ les approximations diophantiennes en focalisant sur l'ensemble des nombres mal approxirnables. Nous construisons deux ensembles de nombres mal approxirnables en considérant les nombres rationnels q-adiques, et deux types de modèles d'approximation, le modèle uni-côté et le modèle bi-côté. Nous prouvons par des méthodes élémentaires que pour chaque ensemble, la dimension de Hausdorff dépend de manière continue d'un paramètre, qu'elle est Lebesgue constante presque partout et est auto-similaire. Ce sont donc des ensembles fractals. De plus, on donne une description complète des intervalles où leur dimension est constante. Les méthodes et techniques des preuves utilisent des outils provenant de dynamique symbolique, combinaîoire des mots et beta-shift.

Dans cette thèse, différents problèmes de la combinatoire des mots et de géométrie discrète sont considérés. Nous étudions d'abord l'occurrence des palindromes dans les codages de rotations, une famille de mots incluant entre autres les mots sturmiens et les suites de Rote. En particulier, nous démontrons que ces mots sont pleins, c'est-à-dire qu'ils réalisent la complexité palindromique maximale. Ensuite, nous étudions une nouvelle famille de mots, appelés mots pseudostandards généralisés, qui sont générés à l'aide d'un opérateur appelé clôture pseudopalindromique itérée. Nous présentons entre autres une généralisation d'une formule décrite par Justin qui permet de générer de façon linéaire et optimale un mot pseudostandard généralisé. L'objet central, le f-palindrome ou pseudopalindrome est un indicateur des symétries présentes dans les objets géométriques. Dans les derniers chapitres, nous nous concentrons davantage sur des problèmes de nature géométrique. Plus précisément, nous don-nons la solution à deux conjectures de Provençal concernant les pavages par translation, en exploitant la présence de palindromes et de périodicité locale dans les mots de contour. À la fin de plusieurs chapitres, différents problèmes ouverts et conjectures sont brièvement présentés.

Dans ce document, nous étudions l’évitabilité de différentes formes de répétitions dans les mots. En particulier 3 des 6 chapitres sont dédiés aux répétitions abéliennes en lien notamment avec deux questions d’Erdős de 1957 et 1961. Nous commençons par montrer qu’il existe un algorithme décidant, sous certaines conditions, si un mot morphique évite des puissances abéliennes. Cet algorithme élargit la classe sur laquelle les précédents algorithmes pouvaient décider. Une généralisation de cet algorithme nous permet de montrer que les longs carrés abéliens sont évitables sur l’alphabet ternaire et que les carrés additifs sont évitables sur Z2 . Le premier résultat répond à une question ouverte de Mäkelä datant de 2003 alors que le deuxième rappelle la question ouverte de 1994 concernant l’évitabilité des carrés additifs sur Z.Une autre généralisation de notre algorithme permet d’étudier l’évitabilité des motifs au sens abélien. Nous montrons que les motifs binaires de longueur supérieure à 14 sont évitables sur l’alphabet binaire, améliorant la précédente borne de 118.Nous donnons des conditions suffisantes pour qu’un morphisme soit sans longues puissances nème k-abéliennes. Ce résultat nous permet de calculer, pour tout k ≥ 3, le nombre minimum de carrés k-abéliens qu’un mot binaire infini doit contenir en facteur. Il permet aussi de montrer que les longs carrés 2-abéliens sont évitables sur l’alphabet binaire et qu’il existe un mot ternaire qui ne contient qu’un seul carré 2-abélien en tant que facteur.Enfin, nous proposons une classification complète des formules binaires en fonction de la taille d’alphabet qu’il faut pour les éviter et du taux de croissance (exponentiel ou polynomial) du langage les évitant. / In this document, we study the avoidability of different kind of repetitions in words. We firstshow that under some conditions one can decide whether a morphic word avoids abelian n-thpowers. This algorithm can decide over a wider class of morphism than the previousalgorithms. We generalize this algorithm and use it to show that long abelian squares areavoidable over the ternary alphabet and that additive squares are avoidable over Z2 . The firstresult answers a weak version of a question formulated by Mäkelä in 2003 and the second oneis related to an open question from 1994 about the avoidability of additive squares over Z.Another generalization of this algorithm can be used to study avoidability of patterns in theabelian sense. In particular, we show that binary patterns of length more than 14 areavoidable over the binary alphabet in the abelian sense. This improves considerably theprevious bound of 118.We give sufficient conditions for a morphism to be long k-abelian n-th power-free. This resultallows us to compute for every k ≥ 3 the number of different k-abelian squares that a binaryword must contain. We prove that long 2-abelian squares are avoidable over the binaryalphabet and that over the ternary alphabet there exists a word that contains only one 2-abelian square.We also give a complete classification of binary formulas based on the size of the smallestalphabet over which they are avoidable and on the growth (exponential or polynomial) of theassociated language.

L'étude des ensembles de mots complexité linéaire joue un rôle très important dans la théorie de combinatoire des mots et dans la théorie des systèmes dynamiques symboliques.Cette famille d'ensembles comprend les ensembles de facteurs : d'un mot Sturmien ou d'un mot d'Arnoux-Rauzy, d'un codage d'échange d'intervalle, d'un point fixe d'un morphisme primitif, etc.L'enjeu principal de cette thèse est l'étude de systèmes dynamiques minimales, définis de façon équivalente comme ensembles factoriels de mots uniformément récurrents.Comme résultat principal nous considérons une hiérarchie naturelle de systèmes minimal contenante les ensembles neutres, les tree sets et les ensembles spéculaires.De plus, on va relier ces systèmes au groupe libre en utilisant les mots de retours et les bases de sous-groupes d'indice fini.L'on étude aussi les systèmes symboliques dynamiques engendrés par les échanges d'intervalle et les involutions linéaires, ce qui nous permet d'obtenir des exemples et des interprétations géométriques des familles d'ensembles que définis dans notre hiérarchie.L'un des principal outil utilisé ici est l'étude des extensions possibles d'un mot dans un ensemble, ce qui nous permet de déterminer des propriétés telles que la complexité factorielle.Dans ce manuscrit, nous définissons le graphe d'extension, un graphe non orienté associé à chaque mot $w$ dans un ensemble $S$ qui décrit les extensions possibles de $w$ dans $S$ à gauche et à droite.Dans cette thèse, nous présentons plusieurs classes d'ensembles de mots définis par les formes possibles que les graphes d'extensions des éléments dans l'ensemble peuvent avoir.L'une des conditions les plus faibles que nous allons étudier est la condition de neutralité: un mot $w$ est neutre si le nombre de paires $(a,b)$ de lettres telles que $awb in S$ est égal au nombre de lettres $a$ tel que $aw in S$ plus le nombre de lettres $b$ tel que $wb in S$ moins 1.Un ensemble tel que chaque mot non vide satisfait la condition de neutralité est appelé un ensemble neutre.Une condition plus forte est la condition de l'arbre: un mot $w$ satisfait cette condition si son graphe d'extension est à la fois acyclique et connecté.Un ensemble est appelé un tree set si tout mot non vide satisfait cette condition.La famille de tree sets récurrents apparaît comme fermeture naturelle de deux familles d'ensembles très importants : les facteurs d'un mot d'Arnoux-Rauzy et les ensembles d'échange d'intervalle.Nous présentons également les ensembles spéculaires, une sous-famille remarquable de tree sets.Il s'agit également de sous-ensembles de groupes qui forment une généralisation naturelle des groupes libres.Ces ensembles de mots sont une généralisation abstraite des codages naturelles d'échanges d'intervalle et d'involutions linéaires.Pour chaque classe d'ensembles considéré dans cette thèse, nous montrons plusieurs résultats concernant les propriétés de fermeture (sous décodage maximale bifixe ou par rapport aux mots dérivés), la cardinalité des codes bifixes et les de mots de retour, la connexion entre mots de retour et bases du groupe libre, ainsi qu'entre les codes bifixes et les sous-groupes du groupe libre.Chacun de ces résultats est prouvé en utilisant les hypothèses les plus faibles possibles / Sets of words of linear complexity play an important role in combinatorics on words and symbolic dynamics.This family of sets includes set of factors of Sturmian and Arnoux-Rauzy words, interval exchange sets and primitive morphic sets, that is, sets of factors of fixed points of primitive morphisms.The leading issue of this thesis is the study of minimal dynamical systems, also defined equivalently as uniformly recurrent sets of words.As a main result, we consider a natural hierarchy of minimal systems containing neutral sets, tree sets and specular sets.Moreover, we connect the minimal systems to the free group using the notions of return words and basis of subroups of finite index.Symbolic dynamical systems arising from interval exchanges and linear involutions provide us geometrical examples of this kind of sets.One of the main tool used here is the study of possible extensions of a word in a set, that allows us to determine properties such as the factor complexity.In this manuscript we define the extension graph, an undirected graph associated to each word $w$ in a set $S$ which describes the possible extensions of $w$ in $S$ on the left and the right.In this thesis we present several classes of sets of words defined by the possible shapes that the graphs of elements in the set can have.One of the weakest condition that we will study is the neutrality condition: a word $w$ is neutral if the number of pairs $(a, b)$ of letters such that $awb in S$ is equal to the number of letters $a$ such that $aw in S$ plus the number of letters $b$ such that $wb in S$ minus 1.A set such that every nonempty word satisfies the neutrality condition is called a neutral set.A stronger condition is the tree condition: a word $w$ satisfies this condition if its extension graph is both acyclic and connected.A set is called a tree set if any nonempty word satisfies this condition.The family of recurrent tree sets appears as a the natural closure of two known families, namely the Arnoux-Rauzy sets and the interval exchange sets.We also introduce specular sets, a remarkable subfamily of the tree sets.These are subsets of groups which form a natural generalization of free groups.These sets of words are an abstract generalization of the natural codings of interval exchanges and of linear involutions.For each class of sets considered in this thesis, we prove several results concerning closure properties (under maximal bifix decoding or under taking derived words), cardinality of the bifix codes and set of return words in these sets, connection between return words and basis of the free groups, as well as between bifix codes and subgroup of the free group.Each of these results is proved under the weakest possible assumptions

Dans cette thèse, différents problèmes de la combinatoire des mots et de géométrie discrète sont considérés. Nous étudions d'abord l'occurrence des palindromes dans les codages de rotations, une famille de mots incluant entre autres les mots sturmiens et les suites de Rote. En particulier, nous démontrons que ces mots sont pleins, c'est-à-dire qu'ils réalisent la complexité palindromique maximale. Ensuite, nous étudions une nouvelle famille de mots, appelés mots pseudostandards généralisés, qui sont générés à l'aide d'un opérateur appelé clôture pseudopalindromique itérée. Nous présentons entre autres une généralisation d'une formule décrite par Justin qui permet de générer de façon linéaire et optimale un mot pseudostandard généralisé. L'objet central, le f-palindrome ou pseudopalindrome est un indicateur des symétries présentes dans les objets géométriques. Dans les derniers chapitres, nous nous concentrons davantage sur des problèmes de nature géométrique. Plus précisément, nous don-nons la solution à deux conjectures de Provençal concernant les pavages par translation, en exploitant la présence de palindromes et de périodicité locale dans les mots de contour. À la fin de plusieurs chapitres, différents problèmes ouverts et conjectures sont brièvement présentés. / In this thesis, we explore different problems at the intersection of combinatorics on words and discrete geometry. First, we study the occurrences of palindromes in codings of rotations, a family of words including the famous Sturmian words and Rote sequences. In particular, we show that these words are full, i.e. they realize the maximal palindromic complexity. Next, we consider a new family of words called generalized pseudostandard words, which are generated by an operator called iterated pseudopalindromic closure. We present a generalization of a formula described by Justin which allows one to generate in linear (thus optimal) time a generalized pseudostandard word. The central object, the f-palindrome or pseudopalindrome, is an indicator of the symmetries in geometric objects. In the last chapters, we focus on geometric problems. More precisely, we solve two conjectures of Provençal about tilings by translation, by exploiting the presence of palindromes and local periodicity in boundary words. At the end of many chapters, different open problems and conjectures are briefly presented.

Nous étudions dans cette thèse différents problèmes d'évitabilité des répétitions dans les mots infinis. Soulevée par Thue et motivée par ses travaux sur les mots sans carrés, la problématique s'est développée au cours du XXe siècle, et est aujourd'hui devenue un des grands domaines de recherche en combinatoire des mots. En 1972, Dejean proposa une importante conjecture, dont la validation étape par étape s'est terminée récemment (2009). La conjecture concerne le seuil des répétitions d'un alphabet, i.e., la borne inférieure des exposants évitables sur cet alphabet. La notion de seuil, comme frontière entre évitabilité et non-évitabilité d'un ensemble donné de mots, est le fil directeur de nos travaux. Nous nous intéressons d'abord à une généralisation du seuil des répétitions (nous donnons des encadrements de sa valeur). Cette notion permet d'ajouter, pour décrire l'ensemble des répétitions à éviter, au paramètre de l'exposant, celui de la longueur des répétitions. Puis, nous étudions des problèmes d'existence de mots dans lesquels, simultanément, certaines répétitions sont interdites et d'autres sont forcées. Nous répondons, pour l'alphabet ternaire, à la question : quels réels sont l'exposant critique d'un mot infini sur un alphabet fixé? Nous introduisons ensuite une notion de haute répétitivité, et établissons une description partielle des couples d'exposants paramètrant une double contrainte de haute répétitivité et d'évitabilité. Pour finir, nous utilisons des résultats et techniques issus de ces problématiques pour résoudre une question de coloration de graphes : nous introduisons un seuil des répétitions, calqué sur celui connu pour les mots, et donnons sa valeur pour deux classes de graphes, les arbres et les graphes de subdivisions. / In this thesis we study various problems on repetition avoidance in infinite words. Raised by Thue and motivated by his work on squarefree words, the topic developed during the 20th century, and has nowadays become a principal area of research in combinatorics on words. In 1972, Dejean proposed an important conjecture whose verification in steps was completed recently (2009). The conjecture concerns the repetition threshold for an alphabet, i.e., the infimum of the avoidable exponents for that alphabet. The notion of threshold as a borderline between avoidability and unavoidability for a given set of words is the guiding line of our work. First, we focus on a generalization of the repetition threshold. This concept allows us to include, in addition to the exponent, the length of the repetitions as a parameter in the description of the set of repetitions to avoid. We obtain various bounds in that respect. We then study existence problems for words in which simultaneously some repetitions are forbidden, and others are forced. For the ternary alphabet, we answer the question: what real numbers are the critical exponent of some infinite word over a given alphabet? Also, we introduce a notion of highly repetitive words and give a partial description of the pairs of exponents which parameterize the existence of words both highly repetitive and repetition-free. Finally, we use results and techniques stemming from those problems to solve a question on graph colouring: we introduce a repetition threshold adapted from the thresholds we know for words, and give its value for two classes of graphs, namely, trees and subdivision graphs.

L'analyse dynamique intègre des outils propres aux systèmes dynamiques (comme l'opérateur de transfert) au cadre de la combinatoire analytique, et permet ainsi l'analyse d'un grand nombre d'algorithmes et objets qu'on peut associer naturellement à un système dynamique. Dans ce manuscrit de thèse, nous présentons, dans la perspective de l'analyse dynamique, l'étude probabiliste de plusieurs problèmes qui semblent à priori bien différents : l'analyse probabiliste de la fonction de récurrence des mots de Sturm, et l'étude probabiliste de l'algorithme du “logarithme continu”. Les mots de Sturm constituent une famille omniprésente en combinatoire des mots. Ce sont, dans un sens précis, les mots les plus simples qui ne sont pas ultimement périodiques. Les mots de Sturm ont déjà été beaucoup étudiés, notamment par Morse et Hedlund (1940) qui en ont exhibé une caractérisation fondamentale comme des codages discrets de droites à pente irrationnelle. Ce résultat relie ainsi les mots de Sturm au système dynamique d'Euclide. Les mots de Sturm n'avaient jamais été étudiés d'un point de vue probabiliste. Ici nous introduisons deux modèles probabilistes naturels (et bien complémentaires) et y analysons le comportement probabiliste (et asymptotique) de la “fonction de récurrence” ; nous quantifions sa valeur moyenne et décrivons sa distribution sous chacun de ces deux modèles : l'un est naturel du point de vue algorithmique (mais original du point de vue de l'analyse dynamique), et l'autre permet naturellement de quantifier des classes de plus mauvais cas. Nous discutons la relation entre ces deux modèles et leurs méthodes respectives, en exhibant un lien potentiel qui utilise la transformée de Mellin. Nous avons aussi considéré (et c'est un travail en cours qui vise à unifier les approches) les mots associés à deux familles particulières de pentes : les pentes irrationnelles quadratiques, et les pentes rationnelles (qui donnent lieu aux mots de Christoffel). L'algorithme du logarithme continu est introduit par Gosper dans Hakmem (1978) comme une mutation de l'algorithme classique des fractions continues. Il calcule le plus grand commun diviseur de deux nombres naturels en utilisant uniquement des shifts binaires et des soustractions. Le pire des cas a été étudié récemment par Shallit (2016), qui a donné des bornes précises pour le nombre d'étapes et a exhibé une famille d'entrées sur laquelle l'algorithme atteint cette borne. Dans cette thèse, nous étudions le nombre moyen d'étapes, tout comme d'autres paramètres importants de l'algorithme. Grâce à des méthodes d'analyse dynamique, nous exhibons des constantes mathématiques précises. Le système dynamique ressemble à première vue à celui d'Euclide, et a été étudié d'abord par Chan (2005) avec des méthodes ergodiques. Cependant, la présence des puissances de 2 dans les quotients change la nature de l'algorithme et donne une nature dyadique aux principaux paramètres de l'algorithme, qui ne peuvent donc pas être simplement caractérisés dans le monde réel.C'est pourquoi nous introduisons un nouveau système dynamique, avec une nouvelle composante dyadique, et travaillons dans ce système à deux composantes, l'une réelle, et l'autre dyadique. Grâce à ce nouveau système mixte, nous obtenons l'analyse en moyenne de l'algorithme. / Dynamical Analysis incorporates tools from dynamical systems, namely theTransfer Operator, into the framework of Analytic Combinatorics, permitting the analysis of numerous algorithms and objects naturally associated with an underlying dynamical system.This dissertation presents, in the integrated framework of Dynamical Analysis, the probabilistic analysis of seemingly distinct problems in a unified way: the probabilistic study of the recurrence function of Sturmian words, and the probabilistic study of the Continued Logarithm algorithm.Sturmian words are a fundamental family of words in Word Combinatorics. They are in a precise sense the simplest infinite words that are not eventually periodic. Sturmian words have been well studied over the years, notably by Morse and Hedlund (1940) who demonstrated that they present a notable number theoretical characterization as discrete codings of lines with irrationalslope, relating them naturally to dynamical systems, in particular the Euclidean dynamical system. These words have never been studied from a probabilistic perspective. Here, we quantify the recurrence properties of a ``random'' Sturmian word, which are dictated by the so-called ``recurrence function''; we perform a complete asymptotic probabilistic study of this function, quantifying its mean and describing its distribution under two different probabilistic models, which present different virtues: one is a naturaly choice from an algorithmic point of view (but is innovative from the point of view of dynamical analysis), while the other allows a natural quantification of the worst-case growth of the recurrence function. We discuss the relation between these two distinct models and their respective techniques, explaining also how the two seemingly different techniques employed could be linked through the use of the Mellin transform. In this dissertation we also discuss our ongoing work regarding two special families of Sturmian words: those associated with a quadratic irrational slope, and those with a rational slope (not properly Sturmian). Our work seems to show the possibility of a unified study.The Continued Logarithm Algorithm, introduced by Gosper in Hakmem (1978) as a mutation of classical continued fractions, computes the greatest common divisor of two natural numbers by performing division-like steps involving only binary shifts and substractions. Its worst-case performance was studied recently by Shallit (2016), who showed a precise upper-bound for the number of steps and gave a family of inputs attaining this bound. In this dissertation we employ dynamical analysis to study the average running time of the algorithm, giving precise mathematical constants for the asymptotics, as well as other parameters of interest. The underlying dynamical system is akin to the Euclidean one, and was first studied by Chan (around 2005) from an ergodic, but the presence of powers of 2 in the quotients ingrains into the central parameters a dyadic flavour that cannot be grasped solely by studying this system. We thus introduce a dyadic component and deal with a two-component system. With this new mixed system at hand, we then provide a complete average-case analysis of the algorithm by Dynamical Analysis.

In this doctoral dissertation, we studied and solved several questions regarding positional and abstract numeration systems. Each particular problem is the focus of a chapter. The first problem concerns the study of the preservation of recognizability under multiplication by a constant in abstract numeration systems built on polynomial regular languages. We obtained several results generalizing those from P. Lecomte and M. Rigo. The second problem we considered is a decidability problem, which was already studied, most notably, by J. Honkala and A. Muchnik. For our part, we studied this problem for two new cases: the linear positional numeration systems and the abstract numeration systems. Next, we focused on the extension to the multidimensional setting of a result of A. Maes and M.~Rigo regarding S-automatic infinite words. We obtained a characterization of multidimensional S-automatic words in terms of multidimensional (non-necessarily uniform) morphisms. This result can be viewed as the analogous of O. Salon's extension of a theorem of A. Cobham. Finally, generalizing results of P. Lecomte and M. Rigo, we proposed a formalism to represent real numbers in the general framework of abstract numeration systems built on languages that are not necessarily regular. This formalism encompasses in particular the rational base numeration systems, which have been recently introduced by S. Akiyama, Ch. Frougny, and J. Sakarovitch. Finally, we ended with a list of open questions in the continuation of this work./Dans cette dissertation, nous étudions et résolvons plusieurs questions autour des systèmes de numération abstraits. Chaque problème étudié fait l'objet d'un chapitre. Le premier concerne l'étude de la conservation de la reconnaissabilité par la multiplication par une constante dans des systèmes de numération abstraits construits sur des langages réguliers polynomiaux. Nous avons obtenus plusieurs résultats intéressants généralisant ceux de P. Lecomte et M. Rigo. Le deuxième problème auquel je me suis intéressée est un problème de décidabilité déjà étudié notamment par J. Honkala et A. Muchnik et ici décliné en deux nouvelles versions : les systèmes de numération de position linéaires et les systèmes de numération abstraits. Ensuite, nous nous penchons sur l'extension au cas multidimensionnel d'un résultat d'A. Maes et de M. Rigo à propos des mots infinis S-automatiques. Nous avons obtenu une caractérisation des mots S-automatiques multidimensionnels en termes de morphismes multidimensionnels (non nécessairement uniformes). Ce résultat peut être vu comme un analogue de l'extension obtenue par O. Salon d'un théorème de A. Cobham. Finalement, nous proposons un formalisme de la représentation des nombres réels dans le cadre général des systèmes de numération abstraits basés sur des langages qui ne sont pas nécessairement réguliers. Ce formalisme englobe notamment le cas des numérations en bases rationnelles introduits récemment par S. Akiyama, Ch. Frougny et J. Sakarovitch. Nous terminons par une liste de questions ouvertes dans la continuité de ce travail.

Cette dissertation se divise en deux parties, distinctes mais connexes, qui sont le reflet de la cotutelle. Nous étudions et résolvons des problèmes concernant d'une part la combinatoire des mots dans un contexte abélien et d'autre part des problèmes de couverture dans des graphes. Chaque question fait l'objet d'un chapitre. En combinatoire des mots, le premier problème considéré s'intéresse à la régularité des suites au sens défini par Allouche et Shallit. Nous montrons qu'une suite qui satisfait une certaine propriété de symétrie est 2-régulière. Ensuite, nous appliquons ce théorème pour montrer que les fonctions de complexité 2-abélienne du mot de Thue--Morse ainsi que du mot appelé ''period-doubling'' sont 2-régulières. Les calculs et arguments développés dans ces démonstrations s'inscrivent dans un schéma plus général que nous espérons pouvoir utiliser à nouveau pour prouver d'autres résultats de régularité. Le deuxième problème poursuit le développement de la notion de mot de retour abélien introduite par Puzynina et Zamboni. Nous obtenons une caractérisation des mots sturmiens avec un intercepte non nul en termes du cardinal (fini ou non) de l'ensemble des mots de retour abélien par rapport à tous les préfixes. Nous décrivons cet ensemble pour Fibonacci ainsi que pour Thue--Morse (bien que cela ne soit pas un mot sturmien). Nous étudions la relation existante entre la complexité abélienne et le cardinal de cet ensemble. En théorie des graphes, le premier problème considéré traite des codes identifiants dans les graphes. Ces codes ont été introduits par Karpovsky, Chakrabarty et Levitin pour modéliser un problème de détection de défaillance dans des réseaux multiprocesseurs. Le rapport entre la taille optimale d'un code identifiant et la taille optimale du relâchement fractionnaire d'un code identifiant est comprise entre 1 et 2 ln(|V|)+1 où V est l'ensemble des sommets du graphe. Nous nous concentrons sur les graphes sommet-transitifs, car nous pouvons y calculer précisément la solution fractionnaire. Nous exhibons des familles infinies, appelées quadrangles généralisés, de graphes sommet-transitifs pour lesquelles les solutions entière et fractionnaire sont de l'ordre |V|^k avec k dans {1/4, 1/3, 2/5}. Le second problème concerne les (r,a,b)-codes couvrants de la grille infinie déjà étudiés par Axenovich et Puzynina. Nous introduisons la notion de 2-coloriages constants de graphes pondérés et nous les étudions dans le cas de quatre cycles pondérés particuliers. Nous présentons une méthode permettant de lier ces 2-coloriages aux codes couvrants. Enfin, nous déterminons les valeurs exactes des constantes a et b de tout (r,a,b)-code couvrant de la grille infinie avec |a-b|>4. Il s'agit d'une extension d'un théorème d'Axenovich. / This dissertation is divided into two (distinct but connected) parts that reflect the joint PhD. We study and we solve several questions regarding on the one hand combinatorics on words in an abelian context and on the other hand covering problems in graphs. Each particular problem is the topic of a chapter. In combinatorics on words, the first problem considered focuses on the 2-regularity of sequences in the sense of Allouche and Shallit. We prove that a sequence satisfying a certain symmetry property is 2-regular. Then we apply this theorem to show that the 2-abelian complexity functions of the Thue--Morse word and the period-doubling word are 2-regular. The computation and arguments leading to these results fit into a quite general scheme that we hope can be used again to prove additional regularity results. The second question concerns the notion of return words up to abelian equivalence, introduced by Puzynina and Zamboni. We obtain a characterization of Sturmian words with non-zero intercept in terms of the finiteness of the set of abelian return words to all prefixes. We describe this set of abelian returns for the Fibonacci word but also for the Thue-Morse word (which is not Sturmian). We investigate the relationship existing between the abelian complexity and the finiteness of this set. In graph theory, the first problem considered deals with identifying codes in graphs. These codes were introduced by Karpovsky, Chakrabarty and Levitin to model fault-diagnosis in multiprocessor systems. The ratio between the optimal size of an identifying code and the optimal size of a fractional relaxation of an identifying code is between 1 and 2 ln(|V|)+1 where V is the vertex set of the graph. We focus on vertex-transitive graphs, since we can compute the exact fractional solution for them. We exhibit infinite families, called generalized quadrangles, of vertex-transitive graphs with integer and fractional identifying codes of order |V|^k with k in {1/4,1/3,2/5}. The second problem concerns (r,a,b)-covering codes of the infinite grid already studied by Axenovich and Puzynina. We introduce the notion of constant 2-labellings of weighted graphs and study them in four particular weighted cycles. We present a method to link these labellings with covering codes. Finally, we determine the precise values of the constants a and b of any (r,a,b)-covering code of the infinite grid with |a-b|>4. This is an extension of a theorem of Axenovich.

Cette dissertation se divise en deux parties, distinctes mais connexes, qui sont le reflet de la cotutelle. Nous étudions et résolvons des problèmes concernant d'une part la combinatoire des mots dans un contexte abélien et d'autre part des problèmes de couverture dans des graphes. Chaque question fait l'objet d'un chapitre. En combinatoire des mots, le premier problème considéré s'intéresse à la régularité des suites au sens défini par Allouche et Shallit. Nous montrons qu'une suite qui satisfait une certaine propriété de symétrie est 2-régulière. Ensuite, nous appliquons ce théorème pour montrer que les fonctions de complexité 2-abélienne du mot de Thue--Morse ainsi que du mot appelé ''period-doubling'' sont 2-régulières. Les calculs et arguments développés dans ces démonstrations s'inscrivent dans un schéma plus général que nous espérons pouvoir utiliser à nouveau pour prouver d'autres résultats de régularité. Le deuxième problème poursuit le développement de la notion de mot de retour abélien introduite par Puzynina et Zamboni. Nous obtenons une caractérisation des mots sturmiens avec un intercepte non nul en termes du cardinal (fini ou non) de l'ensemble des mots de retour abélien par rapport à tous les préfixes. Nous décrivons cet ensemble pour Fibonacci ainsi que pour Thue--Morse (bien que cela ne soit pas un mot sturmien). Nous étudions la relation existante entre la complexité abélienne et le cardinal de cet ensemble. En théorie des graphes, le premier problème considéré traite des codes identifiants dans les graphes. Ces codes ont été introduits par Karpovsky, Chakrabarty et Levitin pour modéliser un problème de détection de défaillance dans des réseaux multiprocesseurs. Le rapport entre la taille optimale d'un code identifiant et la taille optimale du relâchement fractionnaire d'un code identifiant est comprise entre 1 et 2 ln(|V|)+1 où V est l'ensemble des sommets du graphe. Nous nous concentrons sur les graphes sommet-transitifs, car nous pouvons y calculer précisément la solution fractionnaire. Nous exhibons des familles infinies, appelées quadrangles généralisés, de graphes sommet-transitifs pour lesquelles les solutions entière et fractionnaire sont de l'ordre |V|^k avec k dans {1/4, 1/3, 2/5}. Le second problème concerne les (r,a,b)-codes couvrants de la grille infinie déjà étudiés par Axenovich et Puzynina. Nous introduisons la notion de 2-coloriages constants de graphes pondérés et nous les étudions dans le cas de quatre cycles pondérés particuliers. Nous présentons une méthode permettant de lier ces 2-coloriages aux codes couvrants. Enfin, nous déterminons les valeurs exactes des constantes a et b de tout (r,a,b)-code couvrant de la grille infinie avec |a-b|>4. Il s'agit d'une extension d'un théorème d'Axenovich. / This dissertation is divided into two (distinct but connected) parts that reflect the joint PhD. We study and we solve several questions regarding on the one hand combinatorics on words in an abelian context and on the other hand covering problems in graphs. Each particular problem is the topic of a chapter. In combinatorics on words, the first problem considered focuses on the 2-regularity of sequences in the sense of Allouche and Shallit. We prove that a sequence satisfying a certain symmetry property is 2-regular. Then we apply this theorem to show that the 2-abelian complexity functions of the Thue--Morse word and the period-doubling word are 2-regular. The computation and arguments leading to these results fit into a quite general scheme that we hope can be used again to prove additional regularity results. The second question concerns the notion of return words up to abelian equivalence, introduced by Puzynina and Zamboni. We obtain a characterization of Sturmian words with non-zero intercept in terms of the finiteness of the set of abelian return words to all prefixes. We describe this set of abelian returns for the Fibonacci word but also for the Thue-Morse word (which is not Sturmian). We investigate the relationship existing between the abelian complexity and the finiteness of this set. In graph theory, the first problem considered deals with identifying codes in graphs. These codes were introduced by Karpovsky, Chakrabarty and Levitin to model fault-diagnosis in multiprocessor systems. The ratio between the optimal size of an identifying code and the optimal size of a fractional relaxation of an identifying code is between 1 and 2 ln(|V|)+1 where V is the vertex set of the graph. We focus on vertex-transitive graphs, since we can compute the exact fractional solution for them. We exhibit infinite families, called generalized quadrangles, of vertex-transitive graphs with integer and fractional identifying codes of order |V|^k with k in {1/4,1/3,2/5}. The second problem concerns (r,a,b)-covering codes of the infinite grid already studied by Axenovich and Puzynina. We introduce the notion of constant 2-labellings of weighted graphs and study them in four particular weighted cycles. We present a method to link these labellings with covering codes. Finally, we determine the precise values of the constants a and b of any (r,a,b)-covering code of the infinite grid with |a-b|>4. This is an extension of a theorem of Axenovich.