Réalisé avec le support financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et du Fonds de Recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT). / Ce mémoire étudie le jeu de policiers-voleur et contient trois articles, chacun portant sur une classe de graphes spécifique. Dans le premier chapitre, la notation et les définitions de base de la théorie de graphe qui nous serons utiles sont introduites. Bien que chaque article comporte une introduction citant les concepts et résultats pertinents, le premier chapitre de ce mémoire contient aussi une introduction générale au jeu de policiers-voleur et présente certains des résultats majeurs sur ce jeu. Le deuxième chapitre contient l’article écrit avec Seyyed Aliasghar Hosseini et Peter Bradshaw portant sur le jeu de policiers-voleurs sur les graphes de Cayley abéliens. Nous améliorons la borne supérieure sur le cop number de ces graphes en raffinant les méthodes utilisées précédemment par Hamidoune, Frankl et Bradshaw. Le troisième chapitre présente l’article concernant le cop number des graphes 2K2-libres. Plus précisément, il est prouvé que 2 policiers peuvent toujours capturer le voleur sur ces graphes, prouvant ainsi la conjecture de Sivaraman et Testa. Finalement, le quatrième chapitre est l’article écrit avec Samuel Yvon et porte sur les graphes qui ont cop number 4. Nous montrons que tous ces graphes ont au moins 19 sommets. En d’autres mots, 3 policiers peuvent toujours capturer le voleur sur tout graphe avec au plus 18 sommets, ce qui répond par la négative à une question de Andreae formulée en 1986. Un pan important de la preuve est faite par ordinateur; ce mémoire contient donc une annexe comprenant le code utilisé. / This thesis studies the game of cops and robbers and consists of three articles, each considering a specific class of graphs. In the first chapter, notation and basic definitions of graph theory are introduced. Al- though each article has an introduction citing the relevant concepts and results, the first chapter of this thesis also contains a general introduction to the game of cops and robbers and presents some of its major results. The second chapter contains the paper written with Seyyed Aliasghar Hosseini and Peter Bradshaw on the game of cops and robbers on abelian Cayley graphs. We improve the upper bound on the cop number of these graphs by refining the methods used previously by Hamidoune, Frankl and Bradshaw. The third chapter presents the paper concerning the cop number of 2K2-free graphs. More precisely, it is proved that 2 cops can always catch the robber on these graphs, proving a conjecture of Sivaraman and Testa. Finally, the fourth chapter is the paper written with Samuel Yvon which deals with graphs of cop number 4. We show that such graphs have at least 19 vertices. In other words, 3 cops can always catch the robber on any graph with at most 18 vertices, which answers in the negative a question by Andreae from 1986. An important part of the proof is by computer; this thesis thus has an appendix containing the code used.

Cette thèse réunit en trois articles mon intérêt éclectique pour la théorie des graphes. Le premier problème étudié est la conjecture de Erdos-Faber-Lovász: La réunion de k graphes complets distincts, ayant chacun k sommets, qui ont deux-à-deux au plus un sommet en commun peut être proprement coloriée en k couleurs. Cette conjecture se caractérise par le peu de résultats publiés. Nous prouvons qu’une nouvelle classe de graphes, construite de manière inductive, satisfait la conjecture. Le résultat consistera à présenter une classe qui ne présente pas les limitations courantes d’uniformité ou de régularité. Le deuxième problème considère une conjecture concernant la couverture des arêtes d’un graphe: Si G est un graphe simple avec alpha(G) = 2, alors le nombre minimum de cliques nécessaires pour couvrir l’ensemble des arêtes de G (noté ecc(G)) est au plus n, le nombre de sommets de G. La meilleure borne connue satisfaite par ecc(G) pour tous les graphes avec nombre d’indépendance de deux est le minimum de n + delta(G) et 2n − omega(racine (n log n)), où delta(G) est le plus petit nombre de voisins d’un sommet de G. Notre objectif a été d’obtenir la borne ecc(G) <= 3/2 n pour une classe de graphes la plus large possible. Un autre résultat associé à ce problème apporte la preuve de la conjecture pour une classe particulière de graphes: Soit G un graphe simple avec alpha(G) = 2. Si G a une arête dominante uv telle que G \ {u,v} est de diamètre 3, alors ecc(G) <= n. Le troisième problème étudie le jeu de policier et voleur sur un graphe. Presque toutes les études concernent les graphes statiques, et nous souhaitons explorer ce jeu sur les graphes dynamiques, dont les ensembles d’arêtes changent au cours du temps. Nowakowski et Winkler caractérisent les graphes statiques pour lesquels un unique policier peut toujours attraper le voleur, appellés cop-win, à l’aide d’une relation <= définie sur les sommets de ce graphe: Un graphe G est cop-win si et seulement si la relation <= définie sur ses sommets est triviale. Nous adaptons ce théorème aux graphes dynamiques. Notre démarche nous mène à une relation nous permettant de présenter une caractérisation des graphes dynamiques cop-win. Nous donnons ensuite des résultats plus spécifiques aux graphes périodiques. Nous indiquons aussi comment généraliser nos résultats pour k policiers et l voleurs en réduisant ce cas à celui d’un policier unique et un voleur unique. Un algorithme pour décider si, sur un graphe périodique donné, k policiers peuvent capturer l voleurs découle de notre caractérisation. / This thesis represents in three articles my eclectic interest for graph theory. The first problem is the conjecture of Erdos-Faber-Lovász: If k complete graphs, each having k vertices, have the property that every pair of distinct complete graphs have at most one vertex in common, then the vertices of the resulting graph can be properly coloured by using k colours. This conjecture is notable in that only a handful of classes of EFL graphs are proved to satisfy the conjecture. We prove that the Erdos-Faber-Lovász Conjecture holds for a new class of graphs, and we do so by an inductive argument. Furthermore, graphs in this class have no restrictions on the number of complete graphs to which a vertex belongs or on the number of vertices of a certain type that a complete graph must contain. The second problem addresses a conjecture concerning the covering of the edges of a graph: The minimal number of cliques necessary to cover all the edges of a simple graph G is denoted by ecc(G). If alpha(G) = 2, then ecc(G) <= n. The best known bound satisfied by ecc(G) for all the graphs with independence number two is the minimum of n + delta(G) and 2n − omega(square root (n log n)), where delta(G) is the smallest number of neighbours of a vertex in G. In this type of graph, all the vertices at distance two from a given vertex form a clique. Our approach is to extend all of these n cliques in order to cover the maximum possible number of edges. Unfortunately, there are graphs for which it’s impossible to cover all the edges with this method. However, we are able to use this approach to prove a bound of ecc(G) <= 3/2n for some newly studied infinite families of graphs. The third problem addresses the game of Cops and Robbers on a graph. Almost all the articles concern static graphs, and we would like to explore this game on dynamic graphs, the edge sets of which change as a function of time. Nowakowski and Winkler characterize static graphs for which a cop can always catch the robber, called cop-win graphs, by means of a relation <= defined on the vertices of such graphs: A graph G is cop-win if and only if the relation <= defined on its vertices is trivial. We adapt this theorem to dynamic graphs. Our approach leads to a relation, that allows us to present a characterization of cop-win dynamic graphs. We will then give more specific results for periodic graphs, and we will also indicate how to generalize our results to k cops and l robbers by reducing this case to one with a single cop and a single robber. An algorithm to decide whether on a given periodic graph k cops can catch l robbers follows from our characterization.