Le Théorème des Quatre Couleurs, conjecturé en 1852 et prouvé en 1976, est à l'origine de l'étude des partitions des sommets de graphes peu denses. Il affirme que toute carte plane peut être coloriée avec au plus quatre couleurs différentes, de telle manière que deux régions qui partagent une frontière aient des couleurs différentes. Énoncé en terme de théorie des graphes, cela veut dire que tout graphe planaire, c'est à dire tout graphe qui peut être représenté dans le plan sans que deux arêtes ne se croisent, peut voir son ensemble de sommets partitionné en quatre ensembles tels que chacun de ces ensembles ne contient pas les deux extrémités d'une même arête. Une telle partition est appelée une coloration propre en quatre couleurs. Dans cette thèse, on s'intéresse à l'étude de la structure des graphes peu denses, selon différentes notions de densité. D'une part, on étudie les graphes planaires sans petits cycles, et d'autre part les graphes dont tous les sous-graphes ont un degré moyen peu élevé. Pour ces classes de graphes, on recherche tout d'abord le plus petit nombre de sommets à retirer pour obtenir une forêt, c'est à dire un graphe sans cycles. Cela peut être vu comme une partition des sommets du graphe en un ensemble induisant une forêt et un ensemble de sommets contenant au plus une fraction donnée des sommets du graphe. La motivation première de cette étude est une conjecture d'Albertson et Berman (1976) comme quoi tout graphe planaire admettrait une telle partition où la forêt contient au moins la moitié des sommets du graphe. Dans un second temps, on s'intéresse aux partitions des sommets de ces graphes en deux ensembles, tels que les sous-graphes induits par ces deux ensembles ont des propriétés particulières. Par exemple, ces sous-graphes peuvent être des graphes sans arêtes, des forêts, des graphes de degré borné, ou des graphes dont les composantes connexes ont un nombre borné de sommets. Ces partitions des sommets sont des extensions de la notion de coloration propre de graphe.On montre, pour différentes classes de graphes peu denses, que tous les graphes de ces classes admettent de telles partitions. On s'intéresse également aux aspect algorithmiques de la construction de telles partitions. / The study of vertex partitions of planar graphs was initiated by the Four Colour Theorem, which was conjectured in 1852, and proven in 1976. According to that theorem, one can colour the regions of any planar map by using only four colours, in such a way that any two regions sharing a border have distinct colours. In terms of graph theory, it can be reformulated this way: the vertex set of every planar graph, i.e. every graph that can be represented in the plane such that edges do not cross, can be partitioned into four sets such that no edge has its two endpoints in the same set. Such a partition is called a proper colouring of the graph.In this thesis, we look into the structure of sparse graphs, according to several notions of sparsity. On the one hand, we consider planar graphs with no small cycles, and on the other hand, we consider the graphs where every subgraph has bounded average degree.For these classes of graphs, we first look for the smallest number of vertices that can be removed such that the remaining graph is a forest, that is a graph with no cycles. That can be seen as a partition of the vertices of the graph into a set inducing a forest and a set with a bounded fraction of the vertices of the graph. The main motivation for this study is a the Albertson and Berman Conjecture (1976), which states that every planar graph admits an induced forest containing at least one half of its vertices.We also look into vertex partition of sparse graphs into two sets both inducing a subgraph with some specific prescribed properties. Exemples of such properties can be that they have no edges, or no cycles, that they have bounded degree, or that they have bounded components. These vertex partitions generalise the notion of proper colouring. We show, for different classes of sparse graphs, that every graph in those classes have some specific vertex partition. We also look into algorithmic aspects of these partitions.

Abstract: This thesis studies five kinds of graph colorings: the circular coloring, the total coloring, the (d; 1)-total labeling, the circular (r; 1)-total labeling, and the acyclic list coloring. We give upper bounds on the circular chromatic number of graphs with small maximum average degree, mad for short. It is proved that if mad(G)<22=9 then G has a 11=4-circular coloring, if mad(G) < 5=2 then G has a 14=5-circular coloring. A conjecture by Behzad and Vizing implies that £G+2 colors are always sufficient for a total coloring of graphs with maximum degree £G. The only open case for planar graphs is for £G = 6. Let G be a planar in which no vertex is contained in cycles of all lengths between 3 and 8. If £G(G) = 6, then G is total 8-colorable. If £G(G) = 8, then G is total 9-colorable. Havet and Yu [23] conjectured that every subcubic graph G ̸=K4 has (2; 1)-total number at most 5. We confirm the conjecture for graphs with maximum average degree less than 7=3 and for flower snarks. We introduce the circular (r; 1)-total labeling. As a relaxation of the aforementioned conjecture, we conjecture that every subcubic graph has circular (2; 1)-total number at most 7. We confirm the conjecture for graphs with maximum average degree less than 5=2. We prove that every planar graph with no cycles of lengths 4, 7 and 8 is acyclically 4-choosable. Combined with recent results, this implies that every planar graph with no cycles of length 4;k; l with 5 6 k < l 6 8 is acyclically 4-choosable.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à differentes colorations des sommets d’un graphe et aux homomorphismes de graphes. Nous nous intéressons plus spécialement aux graphes planaires et aux graphes peu denses. Nous considérons la coloration propre des sommets, la coloration acyclique, la coloration étoilée, lak-forêt-coloration, la coloration fractionnaire et la version par liste de la plupart de ces concepts.Dans le Chapitre 2, nous cherchons des conditions suffisantes de 3-liste colorabilité des graphes planaires. Ces conditions sont exprimées en termes de sous-graphes interdits et nos résultats impliquent plusieurs résultats connus.La notion de la coloration acyclique par liste des graphes planaires a été introduite par Borodin, Fon-Der Flaass, Kostochka, Raspaud, et Sopena. Ils ont conjecturé que tout graphe planaire est acycliquement 5-liste coloriable. Dans le Chapitre 3, on obtient des conditions suffisantes pour qu’un graphe planaire admette une k-coloration acyclique par liste avec k 2 f3; 4; 5g.Dans le Chapitre 4, nous montrons que tout graphe subcubique est 6-étoilé coloriable.D’autre part, Fertin, Raspaud et Reed ont montré que le graphe de Wagner ne peut pas être 5-étoilé-coloriable. Ce fait implique que notre résultat est optimal. De plus, nous obtenons des nouvelles bornes supérieures sur la choisissabilité étoilé d’un graphe planaire subcubique de maille donnée.Une k-forêt-coloration d’un graphe G est une application ¼ de l’ensemble des sommets V (G) de G dans l’ensemble de couleurs 1; 2; ¢ ¢ ¢ ; k telle que chaque classede couleur induit une forêt. Le sommet-arboricité de G est le plus petit entier ktel que G a k-forêt-coloration. Dans le Chapitre 5, nous prouvons une conjecture de Raspaud et Wang affirmant que tout graphe planaire sans triangles intersectants admet une sommet-arboricité au plus 2.Enfin, au Chapitre 6, nous nous concentrons sur le problème d’homomorphisme des graphes peu denses dans le graphe de Petersen. Plus précisément, nous prouvons que tout graphe sans triangles ayant un degré moyen maximum moins de 5=2 admet un homomorphisme dans le graphe de Petersen. En outre, nous montrons que la borne sur le degré moyen maximum est la meilleure possible. / In this thesis, we are interested in various vertex coloring and homomorphism problems of graphs with special emphasis on planar graphs and sparsegraphs. We consider proper vertex coloring, acyclic coloring, star coloring, forestcoloring, fractional coloring and the list version of most of these concepts.In Chapter 2, we consider the problem of finding sufficient conditions for a planargraph to be 3-choosable. These conditions are expressed in terms of forbiddensubgraphs and our results extend several known results.The notion of acyclic list coloring of planar graphs was introduced by Borodin,Fon-Der Flaass, Kostochka, Raspaud, and Sopena. They conjectured that everyplanar graph is acyclically 5-choosable. In Chapter 3, we obtain some sufficientconditions for planar graphs to be acyclically k-choosable with k 2 f3; 4; 5g.In Chapter 4, we prove that every subcubic graph is 6-star-colorable. On theother hand, Fertin, Raspaud and Reed showed that the Wagner graph cannot be5-star-colorable. This fact implies that our result is best possible. Moreover, weobtain new upper bounds on star choosability of planar subcubic graphs with givengirth.A k-forest-coloring of a graph G is a mapping ¼ from V (G) to the set f1; ¢ ¢ ¢ ; kgsuch that each color class induces a forest. The vertex-arboricity of G is the smallestinteger k such that G has a k-forest-coloring. In Chapter 5, we prove a conjecture ofRaspaud and Wang asserting that every planar graph without intersecting triangleshas vertex-arboricity at most 2.Finally, in Chapter 6, we focus on the homomorphism problems of sparse graphsto the Petersen graph. More precisely, we prove that every triangle-free graph withmaximum average degree less than 5=2 admits a homomorphism to the Petersengraph. Moreover, we show that the bound on the maximum average degree in ourresult is best possible.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à différentes notions de colorations sous contraintes. Nous nous intéressons plus spécialement à la coloration acyclique, à la coloration forte d'arêtes et à la coloration d'arêtes sommets adjacents distinguants.Dans le Chapitre 2, nous avons étudié la coloration acyclique. Tout d'abord nous avons cherché à borner le nombre chromatique acyclique pour la classe des graphes de degré maximum borné. Ensuite nous nous sommes attardés sur la coloration acyclique par listes. La notion de coloration acyclique par liste des graphes planaires a été introduite par Borodin, Fon-Der Flaass, Kostochka, Raspaud et Sopena. Ils ont conjecturé que tout graphe planaire est acycliquement 5-liste coloriable. De notre côté, nous avons proposé des conditions suffisantes de 3-liste coloration acyclique des graphes planaires. Dans le Chapitre 3, nous avons étudié la coloration forte d'arêtes des graphes subcubiques en majorant l'indice chromatique fort en fonction du degré moyen maximum. Nous nous sommes également intéressés à la coloration forte d'arêtes des graphes subcubiques sans cycles de longueurs données et nous avons également obtenu une majoration optimale de l'indice chromatique fort pour la famille des graphes planaires extérieurs. Nous avons aussi présenté différents résultats de complexité pour la classe des graphes planaires subcubiques. Enfin, au Chapitre 4, nous avons abordé la coloration d'arêtes sommets adjacents distinguants en déterminant les majorations de l'indice avd-chromatique en fonction du degré moyen maximum. Notre travail s'inscrit dans la continuité de celui effectué par Wang et Wang en 2010. Plus précisément, nous nous sommes focalisés sur la famille des graphes de degré maximum au moins 5. / In this thesis, we are interested in various coloring of graphs under constraints. We study acyclic coloring, strong edge coloring and adjacent vertex-distinguishing edge coloring.In Chapter 2, we consider acyclic coloring and we bound the acyclic chromatic number by a function of the maximum degree of the graph. We also study acyclic list coloring. The notion of acyclic list coloring of planar graphs was introduced by Borodin, Fon-Der Flaass, Kostochka, Raspaud, and Sopena. They conjectured that every planar graph is acyclically 5-choosable. We obtain some sufficient conditions for planar graphs to be acyclically 3-choosable.In Chapter 3, we study strong edge coloring of graphs. We prove some upper bounds of the strong chromatic index of subcubic graphs as a function of the maximum average degree. We also obtain a tight upper bound for the minimum number of colors in a strong edge coloring of outerplanar graphs as a function of the maximum degree. We also prove that the strong edge k-colouring problem, when k=4,5,6, is NP-complete for subcubic planar bipartite graphs with some girth condition. Finally, in Chapter 4, we focus on adjacent vertex-distinguishing edge coloring, or avd-coloring, of graphs. We bound the avd-chromatic number of graphs by a function of the maximum average degree. This work completes a result of Wang and Wang in 2010.