La première partie propose divers systèmes de réseaux d'interaction (calcul par réécriture muni d'une réduction atomique, locale et parallèle) qui simulent l'exécution des preuves de la logique linéaire (considérées comme des programmes). Les différents fragments de cette logique sont abordés, on y ajoute aussi une récursion pour atteindre l'expressivité des langages de programmation usuels. Ce procédé de simulation permet d'exécuter certains langages à l'aide d'une petite machine d'exécution multi-processeurs. Il s'appuie sur des représentations localisées de boîtes issues des réseaux de preuve ; certaines utilisent avantageusement un canal de contrôle pour ne rien perdre de la structure des preuves représentées. La deuxième partie s'articule autour de la logique linéaire différentielle et de ses ressources à usage unique. On la munit d'une super-promotion, qui se distingue notamment d'une promotion ordinaire parce qu'elle préserve la symétrie originelle de ce formalisme. C'est la pendante côté logique de la réplication qu'on trouve parfois dans les algèbres de processus. On arrive à isoler l'un de ses composants plus primitifs, le co-enfouissement, responsable de leur dynamique incontrôlée (pour l'instant). Cette construction peut être exprimée dans la syntaxe du λ-calcul avec ressources ou dans un système de réseaux. La séquentialisation de ces derniers requiert une présentation originale de la logique, fondée sur un calcul de structures, et qui a potentiellement d'autres intérêts. Il est aussi question de réalisabilité pour les systèmes différentiels et de sémantique relationnelle pour les divers réseaux présentés.

Cette thèse de théorie de la démonstration étudie les interactions entre le λ-calcul différentiel d'Ehrhard et Regnier d'un côté, et certaines émanations calculatoires de la logique classique (le λμ-calcul de Parigot et le λ-barre-μ-calcul de Herbelin) de l'autre. L'étude est initiée et guidée par la décomposition de ces calculs dans des extensions de la logique linéaire de Girard.<br /><br />Dans une première partie, on définit un cadre commun pour ces extensions, dans le formalisme des réseaux d'interaction de Lafont, et on y rappelle des résultats de la littérature ou du folklore. On donne en particulier la traduction du λμ-calcul et du λ-barre-μ-calcul dans les réseaux polarisés de Laurent et celle du fragment finitaire du λ-calcul différentiel dans les réseaux différentiels d'Ehrhard et Regnier.<br /><br />Dans la deuxième partie, on introduit les réseaux différentiels polarisés (RDP), comme l'extension par une polarisation à la Laurent des réseaux différentiels. La pertinence des règles de réduction nouvelles est soulignée par l'étude d'un modèle dénotationnel commun aux réseaux différentiels et aux réseaux polarisés.<br /><br />Enfin, on présente trois calculs de termes, chacun pouvant être considéré comme une lecture en arrière de tout ou partie des interactions définies par les RDP : un λμ-calcul différentiel, qui correspond à la réunion des réseaux différentiels et des réseaux polarisés ; un λ-barre-μ-calcul avec produit de convolution sur les piles, qui fait intervenir la structure de bigèbre des types polarisés introduite dans les RDP, mais pas la dérivée ; enfin, un λ-barre-μ-calcul différentiel qui développe toute l'expressivité des RDP.

Cette thèse présente un calcul des séquents pour la logique linéaire enrichie d'un connecteur non commutatif et autodual "précède" situé entre le "par" et le "tenseur". Il est défini pour des séquents dont les formules sont orientées par un ordre partiel. Un calcul de réseaux de démonstration quotientant ce calcul des séquents est défini en termes de graphes orientés. Ce calcul est doté d'une sémantique dénotationnelle dans les espaces cohérents, préservée par élimination des coupures, un processus convergent et confluent. Des résultats combinatoires nécessaires sur les ordres partiels et sur la structure des graphes de démonstrations sont établies ainsi que quelques propriétés du calcul commutatif avec la règle MIX.

La théorie de la preuve se développe depuis la correspondance de Curry-Howard suivant deux sources d’inspirations : les langages de programmation, pour lesquels elle agit comme une théorie des types de données, et l’étude sémantique des preuves. Cette dernière consiste à donner des modèles mathématiques pour les comportements des preuves/programmes. En particulier, la sémantique dénotationnelle s’attache à interpréter les deux-ci comme des fonctions entre des types, et permet en retour d’affiner notre compréhension des preuves/programmes. La logique linéaire (LL), introduite par Girard, donne une interprétation logique des notions d’algèbre linéaire, quand la logique linéaire différentielle (DiLL), introduite par Ehrhard et Regnier, permet une compréhension logique de la notion de différentielle.Cette thèse s’attache à renforcer la correspondance sémantique entre théorie de la preuve et analyse fonctionnelle, en insistant sur le caractère involutif de la négation dans DiLL.La première partie consiste en un rappel des notions de linéarité, polarisation et différentiation en théorie de la preuve, ainsi qu’un exposé rapide de théorie des espaces vectoriels topologiques. La deuxième partie donne deux modèles duaux de la logique linéaire différentielle, interprétant la négation d’une formule respectivement par le dual faible et le dual de Mackey. Quand la topologie faible ne permet qu’une interprétation discrète des preuves sous forme de série formelle, la topologie de Mackey nous permet de donner un modèle polarisé et lisse de DiLL, et de raffiner des résultats précédemment obtenus par Blute, Dabrowski, Ehrhard et Tasson. Enfin, la troisième partie de cette thèse s’attache à interpréter les preuves de DiLL par des distributions à support compact. Nous donnons un modèle polarisé de DiLL où les formules négatives sont interprétés par des espaces Fréchet Nucléaires. Nous montrons que enfin la résolution des équations aux dérivées partielles linéaires à coefficients constants obéit à une syntaxe qui généralise celle de DiLL, que nous détaillons. / Around the curry-coward correspondence, proof-theory has grown along two distinct fields : the theory of programming languages, for which formulas acts as data types, and the semantic study of proofs. The latter consists in giving mathematical models of proofs and programs. In particular, denotational semantics distinguishes data types which serves as input or output of programs, and allows in return for a finer understanding of proofs and programs. Linear Logic (LL) gives a logical interpretation of the basic notions from/of linear algebra, while Differential Linear Logic allows for a logical understanding of differentiation. This manuscript strengthens the link between proof-theory and functional analysis, and highlights the role of linear involutive negation in DiLL. The first part of this thesis consists in a quick overview of prerequisites on the notions of linearity, polarisation and differentiation in proof-theory, and gives the necessary background in the theory of locally convex topological vector spaces. The second part uses two classic topologies on the dual of a topological vector space and gives two models of DiLL: the weak topology allows only for a discrete interpretation of proofs through formal power series, while the Mackey topology on the dual allows for a smooth and polarised model of DiLL. Finally, the third part interprets proofs of DiLL by distributions. We detail a polarized model of DiLL in which negatives are Fréchet Nuclear spaces, and proofs are distributions with compact support. We also show that solving linear partial differential equations with constant coefficients can be typed by a syntax similar to the one of DiLL, which we detail.

La logique linéaire fait désormais partie des outils standards en théorie de la démonstration et, de manière plus générale, dans l'étude de la correspondance de Curry-Howard. Nous présentons ici trois directions importantes d'application de méthodes issues de la logique linéaire : - la théorie de la démonstration de la logique classique et ses aspects calculatoires via notamment la sémantique des jeux ; - la complexité implicite à travers les modèles dénotationnels des logiques linéaires à complexité bornée ; - la théorie de la concurrence et ses fondements logiques grâce aux ingrédients apportés par la logique linéaire différentielle. Les approches linéaires offrent ainsi un cadre commun pour l'étude de différents aspects logiques du calcul.

Les sémantiques de jeux s'attachent à caractériser le comportement interactif des preuves et des programmes, en les modélisant par des stratégies qui décrivent la façon dont ils réagissent à leur environnement. Afin de prendre en compte les aspects concurrents des preuves en logique linéaire, nous avons été amenés à retravailler les notions et techniques classiques de sémantique des jeux pour les étendre à un cadre asynchrone et non-alterné. Dans une première partie, nous définissons une famille de stratégies asynchrones donnant lieu à un modèle de logique linéaire, pleinement complet pour le fragment multiplicatif. Ces stratégies sont définies de façon locale par une série d'axiomes diagrammatiques ; elles sont ensuite raffinées par un critère dynamique d'ordonnancement, dont nous montrons qu'il impose une version orientée du critère de correction des réseaux de preuve. Cette formulation asynchrone permet d'unifier des modèles variés de la logique linéaire - aussi bien séquentiels que concurrents, dynamiques que statiques - où les preuves sont vues comme des stratégies séquentielles, des stratégies concurrentes, des relations ou des structures d'événements. Dans une seconde partie, nous abordons une autre approche pour décrire la causalité induite par les preuves et introduisons une sémantique de jeux capturant les dépendances engendrées par les connecteurs du premier ordre en logique propositionnelle. Nous montrons que la catégorie résultante peut être finiment présentée par un 2-polygraphe et étudions la possibilité d'orienter cette présentation en un système de réécriture confluent, notamment en introduisant un algorithme d'unification dans ce cadre 2-dimensionnel.

Cette thèse est une étude de la géométrie de l'interaction dans le facteur hyperfini (GdI5), introduite par Jean-Yves Girard, et de ses liens avec les constructions plus anciennes. Nous commençons par montrer comment obtenir des adjonctions purement géométriques comme une identité entre des ensembles de cycles apparaissant entre des graphes. Il est alors possible, en choisis- sant une fonction qui mesure les cycles, d'obtenir une adjonction numérique. Nous montrons ensuite comment construire, sur la base d'une adjonction numérique, une géométrie de l'interaction pour la logique linéaire multiplicative additive où les preuves sont interprétées par des graphes. Nous expliquons également comment cette construction permet de définir une sémantique dénotationnelle de MALL, et une notion de vérité. Nous étudions finalement une généralisation de ce cadre utilisant des outils de théorie de la mesure afin d'interpréter les exponentielles et le second ordre. Les constructions sur les graphes étant paramétrées par une fonction de mesure des cycles, nous entreprenons ensuite l'étude de deux cas particuliers. Le premier s'avère être une version combinatoire de la GdI5, et nous obtenons donc une interprétation géométrique de l'orthogonalité basée sur le déterminant de Fuglede-Kadison. Le second cas particulier est une version combinatoire des constructions plus anciennes de la géométrie de l'interaction, où l'orthogonalité est basée sur la nilpotence. Ceci permet donc de comprendre le lien entre les différentes versions de la géométrie de l'interaction, et d'en déduire que les deux adjonctions -- qui semblent à première vue si différentes -- sont des conséquences d'une même identité géométrique. Nous étudions ensuite la notion de vérité subjective. Nous commençons par considérer une version légè- rement modifiée de la GdI5 avec une notion de vérité dépendant du choix d'une sous-algèbre maximale commutative (masa). Nous montrons qu'il existe une correspondance entre la classification des masas introduite par Dixmier (regulière, semi-régulière, singulière) et les fragments de la logique linéaire que l'on peut interpréter dans cette géométrie de l'interaction. Nous étudions alors la vérité subjective de la GdI5, qui dépends du choix d'une représentation du facteur hyperfini de type II1, à la lumière de ce résultat. Finalement, nous détaillerons une proposition de Girard pour étudier les classes de complexité et dé- taillons la caractérisation obtenue par ce dernier de la classe de complexité co-NL, en montrant comment coder un problème complet pour cette classe à l'aide d'opérateurs.

Issue des travaux sur la logique linéaire et l'analyse calculatoire de la logique classique, la notion de polarités semble jouer un rôle essentiel dans l'étude actuelle des systèmes logiques. La polarisation est une contrainte qui simplifie les objets tout en conservant une expressivité suffisante d'un point de vue informatique.<br /><br />L'objet de cette thèse est d'étudier et d'exploiter cette nouvelle structure afin en particulier de mettre à jour les relations entre la logique classique et la logique linéaire (LL). L'introduction des polarités dans LL permet de mieux appréhender ce vaste système et de prolonger le développement de différents outils trop complexes en l'absence de cette contrainte. Nous définissons ainsi, pour la logique linéaire polarisée (LLP), des réseaux de preuve intégrant les connecteurs additifs de manière satisfaisante, une sémantique des jeux polarisés qui réconcilie jeux et dualité, une géométrie de l'interaction parallèle et d'autres sémantiques dénotationnelles basées sur des notions connues (espaces de corrélation, catégories de contrôle).<br /><br />Il est important de montrer que malgré cette contrainte, LLP reste un système suffisamment expressif. Pour cela nous étudions en détail les traductions des différents systèmes de logique classique déterministe connus (LC, lambda-mu calcul, ...) aussi bien en appel par nom qu'en appel par valeur. De surcroît, les traductions obtenues pour ces systèmes sont plus simples que celles vers LL.<br /><br />Enfin la souplesse de ces traductions nous permet d'analyser plus finement certaines propriétés de la logique classique tout comme LL permet d'analyser la logique intuitionniste. On peut ainsi étudier un équivalent linéaire des CPS-traductions.

L'étude de la relation entre syntaxe et sémantique qu'établissent les grammaires de types<br />logiques a essentiellement privilégié le sens de l'analyse - syntaxe vers sémantique. Cette thèse souligne le profit que la génération - sémantique vers syntaxe - tire de l'étroitesse de cette relation.<br /><br />Elle s'appuie sur l'étude logique de ces modèles grammaticaux et met en avant l'utilisation de la logique linéaire et de ses réseaux de preuve. Autour du calcul de Lambek, un fragment intuitionniste de la logique linéaire non commutative, nous étudions le comportement des extensions de ce calcul en tant que modèles syntaxiques, notamment avec le calcul ordonné. Nous montrons par exemple qu'un fragment de ce dernier permet d'engendrer la même classe de langage que les grammaires d'arbres adjoints.<br /><br />D'autre part, l'adéquation de la syntaxe, portée par la notion de preuve, à la sémantique de Montague, portée par la notion de lambda-terme, s'illustre dans la correspondance de Curry-Howard. L'utilisation des réseaux de preuve nous permet de montrer que, pour le calcul de Lambek et pour des représentations sémantiques linéaires avec une constante au moins, le problème de génération est décidable et que ces grammaires sont intrinsèquement réversibles. Nous caractérisons les formes sémantiques permettant une réalisation syntaxique polynomiale. Aussi pouvons-nous proposer une méthode complète de génération dans ce cadre.<br /><br />Ces résultats, de même que l'implémentation dont ils ont fait l'objet, exploitent la théorie de la démonstration sous-jacente et en particulier les réseaux de preuve sous forme de graphes. Nous obtenons ainsi un cadre uniforme pour l'analyse et la génération. Pour le conserver, dans l'optique d'une prise en compte sémantique de termes non linéaires grâce aux connecteurs exponentiels de la logique linéaire, nous donnons une nouvelle syntaxe et un nouveau critère de correction pour les réseaux avec exponentiels sous forme de graphes.

Des sémantiques élégantes et des implémentations efficaces des langages de programmation fonctionnels peuvent être décrits par les mêmes structures mathématiques, notamment dans la correspondance Curry-Howard, où le programmes, les types et l’exécution, coïncident aux preuves, formules et normalisation. Une telle flexibilité est aiguisé par l’approche déconstructive et géométrique de la logique linéaire (LL) et les réseaux de preuve, et de la réduction optimale et les graphes de partage (SG).En adaptent la géométrie de l’interaction de Girard, cette thèse propose une géométrie de l’interaction des ressources (GoRI), une sémantique dynamique et dénotationnelle, qui décrit algébriquement par leurs chemins, les termes du calcul des ressources (RC), une variation linéaire et non-déterministe du lambda calcul (LC). Les séries infinis dans RC sont aussi le domaine du développement de Taylor-Ehrhard-Regnier, une linéarisation du LC. La thèse explique la relation entre ce dernier et la réduction démontrant qu’ils commutent, et présente une version développé de la formule d’exécution pour calculer les chemins du LC typé.Les SG sont un modèle d’implémentation du LC, dont les pas sont locales et asynchrones, et le partage implique et les termes et les contextes. Bien que les tests ont montré des accélérations exceptionnelles, jusqu à exponentielles, par rapport aux implémentations traditionnelles, les SG n’ont pas que des avantages. La thèse montre que, dans le cas restreint des réseaux élémentaires, où seule le cœur des SG est requis, les désavantages sont au plus quadratique, donc inoffensifs. / Elegant semantics and efficient implementations of functional programming languages can both be described by the very same mathematical structures, most prominently with in the Curry-Howard correspondence, where programs, types and execution respectively coincide with proofs, formulæ and normalisation. Such a flexibility is sharpened by the deconstructive and geometrical approach pioneered by linear logic (LL) and proof-nets, and by Lévy-optimal reduction and sharing graphs (SG).Adapting Girard’s geometry of interaction, this thesis introduces the geometry of resource interaction (GoRI), a dynamic and denotational semantics, which describes, algebra-ically by their paths, terms of the resource calculus (RC), a linear and non-deterministic variation of the ordinary lambda calculus. Infinite series of RC-terms are also the domain of the Taylor-Ehrhard-Regnier expansion, a linearisation of LC. The thesis explains the relation between the former and the reduction by proving that they commute, and provides an expanded version of the execution formula to compute paths for the typed LC. SG are an abstract implementation of LC and proof-nets whose steps are local and asynchronous, and sharing involves both terms and contexts. Whilst experimental tests on SG show outstanding speedups, up to exponential, with respect to traditional implementations, sharing comes at price. The thesis proves that, in the restricted case of elementary proof-nets, where only the core of SG is needed, such a price is at most quadratic, hence harmless. / Semantiche eleganti ed implementazioni efficienti di linguaggi di programmazione funzionale possono entrambe essere descritte dalle stesse strutture matematiche, più notevolmente nella corrispondenza Curry-Howard, dove i programmi, i tipi e l’esecuzione coincidono, nell’ordine, con le dimostrazioni, le formule e la normalizzazione. Tale flsesibilità è acuita dall’approccio decostruttivo e geometrico della logica lineare (LL) e le reti di dimostrazione, e della riduzione ottimale e i grafi di condivisione (SG).Adattando la geometria dell’interazione di Girard, questa tesi introduce la geometria dell’interazione delle risorse (GoRI), una semantica dinamica e denotazionale che descrive, algebricamente tramite i loro per-corsi, i termini del calcolo delle risorse (RC), una variante lineare e non-deterministica del lambda calcolo ordinario. Le serie infinite di termini del RC sono inoltre il dominio dell’espansione di Taylor-Ehrhard-Regnier, una linearizzazione del LC. La tesi spiega la relazione tra quest’ultima e la riduzione dimostrando che esse commutano, e fornisce una versione espansa della for-mula di esecuzione per calcolare i percorsi del LC tipato. I SG sono un modello d’implementazione del LC, i cui passi sono loc-ali e asincroni, e la cui condivisione riguarda sia termini che contesti. Sebbene le prove sperimentali sui SG mostrino accellerazioni eccezionali, persino esponenziali, rispetto alle implementazioni tradizionali, la condivisione ha un costo. La tesi dimostra che, nel caso ristretto delle reti elementari, dove è necessario solo il cuore dei SG, tale costo è al più quad-ratico, e quindi innocuo.