The crossing number of a graph is the minimum number of pairwise edge crossings in a drawing of a graph. A graph $G$ is $k$-crossing-critical if it has crossing number at least $k$, and any subgraph of $G$ has crossing number less than $k$. A consequence of Kuratowski's theorem is that 1-critical graphs are subdivisions of $K_{3,3}$ and $K_{5}$. The graph $V_{2n}$ is a $2n$-cycle with $n$ diameters. Bokal, Oporowski, Richter and Salazar found in \cite{bigpaper} all the critical graphs except the ones that contain a $V_{8}$ minor and no $V_{10}$ minor. We show that a 4-connected graph $G$ has crossing number at least 2 if and only if for each pair of disjoint edges there are two disjoint cycles containing them. Using a generalization of this result we found limitations for the 2-crossing-critical graphs remaining to classify. We showed that peripherally 4-connected 2-crossing-critical graphs have at most 4001 vertices. Furthermore, most 3-connected 2-crossing-critical graphs are obtainable by small modifications of the peripherally 4-connected ones.

Dans cette thèse, nous définissons une nouvelle classe de graphes : les graphes hypotriangulés. Les graphes hypotriangulés vérifient que pour tout chemin de longueur deux, il existe une arête ou un autre chemin de longueur deux entre ses extrémités. Cette classe permet par exemple de modéliser des réseaux robustes. En effet, nous montrons que dans de tels graphes, la suppression d'une arête ou d'un sommet ne modifie pas la distance initiale entre toutes paires de sommets non adjacents. Ensuite, nous étudions et démontrons plusieurs propriétés pour cette classe de graphes. En particulier, après avoir introduit une famille de partitions spécifiques, nous montrons les relations entre certains éléments de cette famille et leur caractère hypotriangulé. De plus, grâce à ces partitions, nous caractérisons les graphes hypotriangulés minimum, qui, parmi les graphes hypotriangulés connexes, minimisent le nombre d'arêtes pour un nombre de sommets fixés.Dans une deuxième partie, nous étudions la complexité, pour la classe des graphes hypotriangulés, de problèmes difficiles dans le cas général. Nous montrons d'abord que les problèmes classiques de cycle hamiltonien, coloration, clique maximum et stable maximum restent NP-difficiles pour cette classe de graphes. Ensuite, nous nous intéressons à des problèmes de modification de graphes, pour lesquels il s'agit de déterminer le nombre minimal d'arêtes à ajouter ou supprimer à un graphe pour obtenir un graphe hypotriangulé : nous montrons la complexité de ces problèmes pour plusieurs classes de graphes. / In this thesis, we define a new class of graphs : the hypochordal graphs. These graphs satisfy that for any path of length two, there exists a chord or another path of length two between its two endpoints. This class can represent robust networks. Indeed, we show that in such graphs, in the case of an edge or a vertex deletion, the distance beween any pair of nonadjacent vertices remains unchanged. Then, we study several properties for this class of graphs. Especially, after introducing a family of specific partitions, we show the relations between some of these partitions and hypochordality. Moreover, thanks to these partitions, we characterise minimum hypochordal graph, that are, among connected hypochordal graphs, those that minimise the number of edges for a given number of vertices. In a second part, we study the complexity, for hypochordal graphs, of problems that are NP-hard in the general case. We first show that the classical problems of hamiltonian cycle, colouring, maximum clique and maximum stable set remain NP-hard for this class of graphs. Then, we analyse graph modification problems : deciding the minimal number of edges to add or delete from a graph, in order to obtain an hypochordal graph. We study the complexity of these problems for sevaral classes of graphs.

Neste trabalho consideramos um problema da Antropologia. A modelagem de sociedades e casamentos de indivíduos é feita com grafos mistos e encontrar caminhos disjuntos é uma questão central no problema. O problema é NP-completo e, quando visto como um problema parametrizado, ele é W[1]-difícil. Alguns subproblemas que surgem durante o processo de obter uma solução para o problema, envolvem caminhos disjuntos e podem ser resolvidos em tempo polinomial. Implementamos algoritmos polinomiais que são usados em uma ferramenta desenvolvida para solucionar o problema na Antropologia considerado. Nossa solução funcionou bem para as sociedades fornecidas pelos nossos parceiros. / In this work we consider a problem from the Anthropology. The model of the societies and the marriages of individuals is done with mixed graphs and to find disjoint paths is a central question in the problem. The problem is NP-complete and W[1]-hard when it is considered a parameterized problem. Some subproblems that arise during the process to obtain a solution for the problem, involve disjoint paths and can be solved in polynomial time. We implemented some polynomial algorithms that are used in a tool developed to solve the problem in the Anthropology considered. Our solution worked well for the societies provided by our partners.

La sécurisation inhérente aux échanges dans les environnements dynamiques et distribués, dépourvus d’une coordination centrale et dont la topologie change perpétuellement, est un défi majeur. Dans le cadre de cette thèse, on se propose en effet de définir une infrastructure de sécurité adaptée aux contraintes des systèmes P2P actuels. Le premier volet de nos travaux consiste à proposer un intergiciel, appelé SEMOS, qui gère des sessions sécurisées et mobiles. SEMOS permet en effet de maintenir les sessions sécurisées actives et ce, même lorsque la configuration réseau change ou un dysfonctionnement se produit. Cette faculté d’itinérance est rendue possible par la définition d’un nouveau mécanisme de découplage afin de cloisonner l’espace d’adressage de l’espace de nommage ; le nouvel espace de nommage repose alors sur les tables de hachage distribuées (DHT). Le deuxième volet définit un mécanisme distribué et générique d’échange de clés adapté à l’architecture P2P. Basé sur les chemins disjoints et l’échange de bout en bout, le procédé de gestion des clés proposé est constitué d’une combinaison du protocole Diffie-Hellman et du schéma à seuil(k, n) de Shamir. D’une part, l’utilisation des chemins disjoints dans le routage des sous-clés compense l’absence de l’authentification certifiée, par une tierce partie, consubstantielle au protocole Diffie-Hellman et réduit, dans la foulée, sa vulnérabilité aux attaques par interception. D’autre part, l’extension de l’algorithme Diffie-Hellman par ajout du schéma à seuil (k, n) renforce substantiellement sa robustesse notamment dans la segmentation des clés et/ou en cas de défaillances accidentelles ou délibérées dans le routage des sous-clés. Enfin, les sessions sécurisées mobiles sont évaluées dans un réseau virtuel et mobile et la gestion des clés est simulée dans un environnement générant des topologies P2P aléatoires. / Securing communications in distributed dynamic environments, that lack a central coordination point and whose topology changes constantly, is a major challenge.We tackle this challenge of today’s P2P systems. In this thesis, we propose to define a security infrastructure that is suitable to the constraints and issues of P2P systems. The first part of this document presents the design of SEMOS, our middleware solution for managing and securing mobile sessions. SEMOS ensures that communication sessions are secure and remain active despite the possible disconnections that can occur when network configurations change or a malfunction arises. This roaming capability is implemented via the definition of a new addressing space in order to split up addresses for network entities with their names ; the new naming space is then based on distributed hash tables(DHT). The second part of the document presents a generic and distributed mechanism for a key exchange method befitting to P2P architectures. Building on disjoint paths andend-to-end exchange, the proposed key management protocol consists of a combination of the Diffie-Hellman algorithm and the Shamir’s (k, n) threshold scheme. On the onehand, the use of disjoint paths to route subkeys offsets the absence of the third party’s certified consubstantial to Diffie-Hellman and reduces, at the same time, its vulnerability to interception attacks. On the other hand, the extension of the Diffie-Hellman algorithm by adding the threshold (k, n) scheme substantially increases its robustness, in particular in key splitting and / or in the case of accidental or intentional subkeys routing failures. Finally, we rely on a virtual mobile network to assess the setup of secure mobile sessions.The key management mechanism is then evaluated in an environment with randomly generated P2P topologies.

Neste trabalho consideramos um problema da Antropologia. A modelagem de sociedades e casamentos de indivíduos é feita com grafos mistos e encontrar caminhos disjuntos é uma questão central no problema. O problema é NP-completo e, quando visto como um problema parametrizado, ele é W[1]-difícil. Alguns subproblemas que surgem durante o processo de obter uma solução para o problema, envolvem caminhos disjuntos e podem ser resolvidos em tempo polinomial. Implementamos algoritmos polinomiais que são usados em uma ferramenta desenvolvida para solucionar o problema na Antropologia considerado. Nossa solução funcionou bem para as sociedades fornecidas pelos nossos parceiros. / In this work we consider a problem from the Anthropology. The model of the societies and the marriages of individuals is done with mixed graphs and to find disjoint paths is a central question in the problem. The problem is NP-complete and W[1]-hard when it is considered a parameterized problem. Some subproblems that arise during the process to obtain a solution for the problem, involve disjoint paths and can be solved in polynomial time. We implemented some polynomial algorithms that are used in a tool developed to solve the problem in the Anthropology considered. Our solution worked well for the societies provided by our partners.

Cette thèse étudie des systèmes locaux de gestion de transfert de pétrole ayant une architecture de réseau de canalisation. Pour leur représentativité, deux systèmes localisés au Venezuela et appartenant à l'entreprise PDVSA (Pétroles du Venezuela) ont été retenus pour illustrer les méthodes proposées et les valider : le Terminal Maritime de Pétrole de Guaraguao et le Centre de Stockage de Punta de Palmas. Dans ces réseaux des connexions, appelées « alignements », sont établies en ouvrant/fermant des vannes à travers d'un système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Le choix d'un alignement doit tenir compte de critères d'optimisation. La minimisation des interférences avec d'autres alignements, liée à la notion de capacité opérative, a été identifiée comme le critère de choix le plus important. Les contributions de cette thèse reposent sur une modélisation sous forme de graphes, et sur des algorithmes appartenant au domaine de la recherche opérationnelle. Elles contribuent à fournir aux opérateurs de supervision des outils d'analyse permettant d'optimiser le choix des alignements. Des indicateurs permettant de quantifier l'impact des opérations d'alignement ou des défaillances, sur la capacité opérative du système, sont proposés. La minimisation de l'impact sur la capacité opérative, va correspondre à la minimisation des interférences avec des alignements potentiels. Un algorithme de calcul de ces indicateurs, est présenté, ainsi que des algorithmes de recherche de chemin, de détermination d'éléments critiques, et de recherche d'alignements utilisant des pompes. Ces algorithmes sont basés sur des algorithmes classiques s'adressant au problème du plus court chemin, du flot maximum et du nombre maximum de chemins disjoints. Cependant, ils utilisent des méthodes innovantes, comme l'ajout de contraintes considérant l'existence de sous-types d'alignements, le calcul dynamique des coûts des chemins à partir de son impact sur la capacité opérative, et la recherche de chemins via un point intermédiaire obligatoire. Les contributions sont potentiellement applicables dans des domaines autres que le transport de pétrole. Les algorithmes ont été mis en œuvre en utilisant le langage Python et ont été testés en utilisant les données réelles des réseaux étudiés. L'objectif à moyen terme de ces travaux est le développement d'un logiciel d'assistance à la prise de décision. / This thesis studies local crude oil transportation systems with a pipe network architecture. Two representative systems, belonging to PDVSA (Venezuelan oil company), have been studied: the Guaraguao Crude Oil Seaport and the Punta de Palmas Tanks Yard. In this systems, connections, called "alignments", are established by opening/closing valves using a SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) system. Alignment choice is made based on optimization criteria. Interferences minimization with other alignments, related to the notion of operative capacity, has been identified as the most important criterion. The contributions of this thesis are based on graph modelling and algorithms from operational research. The main goal is to provide analysis tools allowing alignment choice optimization. Indexes permitting the quantification of alignments or failures impact on the operative capacity of the system are proposed. Minimizing the impact on the operative capacity will correspond to minimizing interferences with potential alignments. An algorithm computing these indexes is presented, as well as complementary developments such as a path search algorithm, an algorithm for critical elements determination, and algorithm for alignments using pumps. These algorithms are based on classical algorithms for the shortest path problem, the maximum flow problem and the maximum disjoint paths problem. However, they use innovative methods such as adding constraints when considering alignment sub-types, the dynamic computation of path costs based on their impact on operative capacity, and path search considering an obligatory intermediate node. These contributions can potentially be applied in areas other than oil transportation. The algorithms had been implemented in Python and had been tested using real data from the studied systems. The middle term goal of these works is the development of assistance software for decision making.