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.

Dans ce travail nous étudions la complexité de certains fragments du mu-calcul selon deux points de vue: l’un syntaxique et l’autre topologique. Dans la première partie nous adoptons le point de vue syntaxique afin d'étudier le comportement du mu-calcul sur des classes restreintes de modèles. Parmi d'autres résultats, nous montrons en particulier que sur les modèles transitifs toute propriété définissable par une formule du mu-calcul est définissable par une formule sans alternance de points fixes. Pour ce qui concerne la perspective topologique, nous montrons d'abord que sur les modèles transitifs la logique modale correspond au fragment borélien du mu-calcul. Ensuite nous donnons une description effective des hiérarchies de Borel et de Wadge d'un sous-fragment sans alternance de cette logique sur les arbres binaires et vérifions que pour ce fragment les points de vue topologique et syntaxique coïncident. / In this work we study the complexity of some fragments of the modal mu-calculus from two points of view: the syntactical and the topological. In the first part of the dissertation we adopt the syntactical point of view in order to study the behavior of this formalism on some restricted classes of models. Among other results, we show that on transitive transition systems, every mu-formula is logically equivalent to an alternation free formula. For what concerns the topological point of view, we first prove that on transitive models, the modal logic is exactly the Borel fragment of the modal mu-calculus. Then we provide an effective description of the Borel and Wadge hierarchies of a sub-fragment of the alternation free fragment of the mu-calculus on binary trees. Finally we verify that for this fragment the syntactical point of view and topological point of view coincide.

Dans les années quatre-vingts-dix, on a remarqué ce que l'isomorphisme de Curry-Howard peut être étendu à la logique classique. De nombreux calculs ont été développés pour constituer la base de cette extension. On étudie dans cette thèse quelques uns de ces calculs.<br />On étudie tout d'abord le $\lambda \mu$-calcul simplement typé de Parigot. Parigot a prouvé par des méthodes sémantiques que son calcul est fortement normalisable. Ensuite, David et Nour ont donné une preuve arithmétique de la normalisation forte de ce calcul avec la règle $\mu'$ (règle duale de $\mu$). Cependant, si l'on ajoute au $\lambda \mu \mu'$-calcul la règle de simplification $\rho$, la normalisation forte est perdu. On montre que le $\mu \mu' \rho$-calcul non-typé est faiblement normalisable, et que le $\lambda \mu \mu' \rho$-calcul typé est aussi faiblement normalisable. De plus, on examine les effets d'ajouter quelques autre règles de simplification.<br />On établi ensuite une borne de la longueur des séquences de réduction en $\lambda \mu \rho \theta$-calcul simplement typé.<br />Ce résultat est une extension de celui de Xi pour le $\lambda$-calcul simplement typé.<br />Dans le chapitre suivant on présente une preuve arithmétique de la normalisation forte du $\lambda$-calcul symétrique de Berardi et Barbanera.<br />Enfin, on établi des traductions entre le $\lambda$-calcul symétrique de Berardi et Barbanera et le $\lmts$-calcul, qui est le $\lmt$-calcul de Curien et Herbelin étendu avec une négation. (... qui est obtenu du $\lmt$-calcul de Curien et Herbelin par l'étendre avec une négation).

Le $\lambda \mu^{\wedge \vee}$-calcul est une extension du $\lambda$-calcul associée à la déduction naturelle classique où sont considérés tous les connecteurs.<br>Les principaux résultats de cette thèse sont :<br>- La standardisation, la confluence et une extension de la machin de J.-L. Krivine en $\lambda \mu^{\wedge \vee}$-calcul.<br>- Une preuve sémantique de la forte normalisation du théorème d'élimination des coupures.<br>- Une sémantique de réalisabilité pour le $\lambda \mu^{\wedge \vee}$-calcul qui permet de caractériser le comportement calculatoire de certains termes typés et clos.<br>- Un théorème de complétude pour le $\lambda \mu$-calcul simplement typé.<br>- Une introduction à un $\lambda \mu^{\wedge \vee}$-calcul par valeur confluent.

La vérification formelle est indispensable pour assurer la fiabilité des applications critiques comme les protocoles de communication et les systèmes répartis. La technique de vérification basée sur les modèles (model-checking) consiste à traduire l'application vers un système de transitions étiquetées (STE), sur lequel les propriétés attendues, exprimées en logique temporelle, sont vérifiées à l'aide d'outils appelés évaluateurs (model-checkers). Cependant, les logiques temporelles "classiques", définies sur un vocabulaire d'actions atomiques, ne sont pas adaptées aux langages de description comme LOTOS, dont les actions contiennent des valeurs typées. Cette thèse définit un formalisme appelé XTL (eXecutable Temporal Language) qui permet d'exprimer des propriétés temporelles portant sur les données du programme à vérifier. XTL est basé sur une extension du mu-calcul modal avec des variables typées. Les valeurs contenues dans le STE, extraites à l'aide d'opérateurs modaux étendus, peuvent être passées en paramètre aux opérateurs de point fixe ou manipulées à l'aide de constructions d'inspiration fonctionnelle comme "let", "if-then-else", "case", etc. Les propriétés portant sur des séquences d'actions du programme sont décrites succinctement au moyen d'expressions régulières. Des méta-opérateurs spéciaux permettent l'évaluation des formules sur un STE et l'expression de propriétés temporelles non-standard par exploration de la relation de transition. La sémantique de XTL est formellement définie et des algorithmes efficaces sont proposés pour évaluer des formules temporelles XTL sur des modèles STEs. Un évaluateur XTL est développé et utilisé avec succès pour la validation d'applications industrielles comme le protocole BRP développé par Philips et la couche liaison du bus série IEEE-1394 ("FireWire").

Dans cet ouvrage nous allons résumer nos activités de recherche depuis l'obtention du titre de docteur à l'Université du Québec à Montréal. Ces recherches ont eu lieu auprès de et ont été possibles grâce à de nombreuses institutions que nous remercions : le BRICS à l'Université de Aarhus, le PIMS et le Département d'Informatique de l'Université de Calgary, le LaBRI de Bordeaux et, enfin, le Laboratoire d'Informatiqu Fondamentale de Marseille et l'Université de Provence. Nous souhaitons illustrer comment la notion de structure, algébrique et d'ordre, peut être un guide fructueux dans l'étude de sujets importants de l'informatique tels que les processus concurrents et les logiques modales et temporales pour la vérification des systèmes informatiques.

Les travaux de cette thèse se situent dans le cadre de la linguistique computationnelle. La problématique est de définir une interface syntaxe / sémantique basée sur les théories de la grammaire générative.<br />Une première partie, concernant le problème de l'analyse syntaxique, présente tout d'abord, la syntaxe générative, puis un formalisme la réalisant: les grammaires minimalistes de Stabler. <br />À partir de ces grammaires, nous réalisons une étude sur les propriétés de l'opération de fusion pour laquelle nous définissons des notions d'équivalence, ainsi qu'une modélisation abstraite des lexiques.<br />Une seconde partie revient sur le problème de l'interface. Pour cela, nous proposons un formalisme de type logique, basé sur la logique mixte (possédant des connecteurs commutatifs et non-commutatifs), qui équivaut, sous certaines conditions, aux grammaires de Stabler. <br />Dans ce but, nous introduisons une normalisation des preuves de cette logique, normalisation permettant de vérifier la propriété de la sous-formule. Ces propriétés sont également étendues au calcul de Lambek avec produit.<br />À partir de l'isomorphisme de Curry-Howard, nous synchronisons un calcul sémantique avec les preuves réalisant l'analyse syntaxique. Les termes de notre calcul font appel aux propriétés du lambda mu-calcul, ainsi qu'à celles de la DRT (Discourse Representative Theory).<br />Une dernière partie applique ces formalismes à des cas concrets. Nous établissons des fragments d'une grammaire du français autour du problème des clitiques.

Les architectures des systèmes sur puce (System-on-Chip, SoC) actuelles intègrent de nombreux composants différents tels que les processeurs, les accélérateurs, les mémoires et les blocs d'entrée/sortie, certains pouvant contenir des caches. Vu que l'effort de validation basée sur la simulation, actuellement utilisée dans l'industrie, croît de façon exponentielle avec la complexité des SoCs, nous nous intéressons à des techniques de vérification formelle. Nous utilisons la boîte à outils CADP pour développer et valider un modèle formel d'un SoC générique conforme à la spécification AMBA 4 ACE récemment proposée par ARM dans le but de mettre en œuvre la cohérence de cache au niveau système. Nous utilisons une spécification orientée contraintes pour modéliser les exigences générales de cette spécification. Les propriétés du système sont vérifié à la fois sur le modèle avec contraintes et le modèle sans contraintes pour détecter les cas intéressants pour la cohérence de cache. La paramétrisation du modèle proposé a permis de produire l'ensemble complet des contre-exemples qui ne satisfont pas une certaine propriété dans le modèle non contraint. Notre approche améliore les techniques industrielles de vérification basées sur la simulation en deux aspects. D'une part, nous suggérons l'utilisation du modèle formel pour évaluer la bonne construction d'une unité de vérification d'interface. D'autre part, dans l'objectif de générer des cas de test semi-dirigés intelligents à partir des propriétés de logique temporelle, nous proposons une approche en deux étapes. La première étape consiste à générer des cas de tests abstraits au niveau système en utilisant des outils de test basé sur modèle de la boîte à outils CADP. La seconde étape consiste à affiner ces tests en cas de tests concrets au niveau de l'interface qui peuvent être exécutés en RTL grâce aux services d'un outil commercial de génération de tests dirigés par les mesures de couverture. Nous avons constaté que notre approche participe dans la transition entre la vérification du niveau interface, classiquement pratiquée dans l'industrie du matériel, et la vérification au niveau système. Notre approche facilite aussi la validation des propriétés globales du système, et permet une détection précoce des bugs, tant dans le SoC que dans les bancs de test commerciales. / State-of-the-art System-on-Chip (SoC) architectures integrate many different components, such as processors, accelerators, memories, and I/O blocks. Some of those components, but not all, may have caches. Because the effort of validation with simulation-based techniques, currently used in industry, grows exponentially with the complexity of the SoC, this thesis investigates the use of formal verification techniques in this context. More precisely, we use the CADP toolbox to develop and validate a generic formal model of a heterogeneous cache-coherent SoC compliant with the recent AMBA 4 ACE specification proposed by ARM. We use a constraint-oriented specification style to model the general requirements of the specification. We verify system properties on both the constrained and unconstrained model to detect the cache coherency corner cases. We take advantage of the parametrization of the proposed model to produce a comprehensive set of counterexamples of non-satisfied properties in the unconstrained model. The results of formal verification are then used to improve the industrial simulation-based verification techniques in two aspects. On the one hand, we suggest using the formal model to assess the sanity of an interface verification unit. On the other hand, in order to generate clever semi-directed test cases from temporal logic properties, we propose a two-step approach. One step consists in generating system-level abstract test cases using model-based testing tools of the CADP toolbox. The other step consists in refining those tests into interface-level concrete test cases that can be executed at RTL level with a commercial Coverage-Directed Test Generation tool. We found that our approach helps in the transition between interface-level and system-level verification, facilitates the validation of system-level properties, and enables early detection of bugs in both the SoC and the commercial test-bench.

Cette thèse étudie deux modèles de réalisabilité pour la logique classique construits sur la sémantique des jeux HO, interprétant la logique, l'arithmétique et l'analyse classiques directement par des programmes manipulant un espace de stockage d'ordre supérieur.La non-innocence en jeux HO autorise les références d'ordre supérieur, et le non parenthésage révèle la CPS des jeux HO et fournit une catégorie de continuations dans laquelle interpréter le lambda-mu calcul de Parigot. Deux modèles de réalisabilité sont construits sur cette interprétation calculatoire directe des preuves classiques.Le premier repose sur l'orthogonalité, comme celui de Krivine, mais il est simplement typé et au premier ordre. En l'absence de codage de l'absurdité au second ordre, une mu-variable libre dans les réaliseurs permet l'extraction. Nous définissons un bar-récurseur et prouvons qu'il réalise l'axiome du choix dépendant, utilisant deux conséquences de la structure de CPO du modèle de jeux: toute fonction sur les entiers (même non calculable) existe dans le modèle, et toute fonctionnelle sur des séquences est Scott-continue. La bar-récursion est habituellement utilisée pour réaliser intuitionnistiquement le « double negation shift » et en déduire la traduction négative de l'axiome du choix. Ici, nous réalisons directement l'axiome du choix dans un cadre classique.Le second, très spécifique au modèle de jeux, repose sur des conditions de gain: des ensembles de positions d'un jeu munis de propriétés de cohérence. Un réaliseur est alors une stratégie dont les positions sont toutes gagnantes. / This thesis investigates two realizability models for classical logic built on HO game semantics. The main motivation is to have a direct computational interpretation of classical logic, arithmetic and analysis with programs manipulating a higher-order store.Relaxing the innocence condition in HO games provides higher-order references, and dropping the well-bracketing of strategies reveals the CPS of HO games and gives a category of continuations in which we can interpret Parigot's lambda-mu calculus. This permits a direct computational interpretation of classical proofs from which we build two realizability models.The first model is orthogonality-based, as the one of Krivine. However, it is simply-typed and first-order. This means that we do not use a second-order coding of falsity, and extraction is handled by considering realizers with a free mu-variable. We provide a bar-recursor in this model and prove that it realizes the axiom of dependent choice, relying on two consequences of the CPO structure of the games model: every function on natural numbers (possibly non computable) exists in the model, and every functional on sequences is Scott-continuous. Usually, bar-recursion is used to intuitionistically realize the double negation shift and consequently the negative translation of the axiom of choice. Here, we directly realize the axiom of choice in a classical setting.The second model relies on winning conditions and is very specific to the games model. A winning condition is a set of positions in a game which satisfies some coherence properties, and a realizer of a formula is then a strategy which positions are all winning.

Mes travaux de recherche portent sur la théorie de la démonstration, le lambda-calcul et l'informatique théorique, dans la ligne de la correspondance de Curry-Howard entre les preuves et les programmes.<br /><br />Dans ma thèse de doctorat, j'ai étudié les opérateurs de mise en mémoire pour les types de données. Ces notions, qui sont introduites par Krivine, permettent de programmer en appel par valeur tout en utilisant la stratégie de la réduction de tête pour exécuter les $\lambda$-termes. Pour cette étude, j'ai introduit avec David une extension du $\lambda$-calcul avec substitutions explicites appelée $\lambda$-calcul dirigé. Nous en avons déduit une nouvelle caractérisation des termes de mise en mémoire et obtenu des nombreux résultats très fins à leur sujet. En ce qui concerne le typage des opérateurs de mise en mémoire, Krivine a trouvé une formule du second ordre, utilisant la non-non traduction de Gödel de la logique classique dans la logique intuitionniste, qui caractérise ces opérateurs. Je me suis attaché à diverses généralisations du résultat de Krivine pour les types à quantificateur positif dans des extensions de la logique des prédicats du second ordre.<br /><br />J'ai poursuivi, après ma thèse, une activité de recherche sur l'extension de la correspondance de Curry-Howard à la logique classique, au moyen des instructions de contrôle. J'ai étudié des problèmes liés aux types de données dans deux de ces systèmes : le $\lambda \mu$-calcul de Parigot et le $\lambda C$-calcul de Krivine. J'ai donné des algorithmes très simples permettant de calculer la valeur d'un entier classique dans ces deux systèmes. J'ai également caractérisé les termes dont le type est l'une des règles de l'absurde. J'ai étendu le système de Parigot pour en obtenir une version non déterministe mais où les entiers se réduisent toujours en entiers de Church. Curieusement, ce système permet de programmer la fonction ``ou parallèle''.<br /><br />Je me suis intéressé aux systèmes numériques qui servent à représenter les entiers naturels au sein du $\lambda$-calcul. J'ai montré que pour un tel système, la possession d'un successeur, d'un prédécesseur et d'un test à zéro sont des propriétés indépendantes, puis qu'un système ayant ces trois fonctions possède toujours un opérateur de mise en mémoire. Dans un cadre typé, j'ai apporté une réponse négative à une conjecture de Tronci qui énonçait une réciproque du résultat précédent.<br /><br />La notion de mise en mémoire ne s'applique qu'à des types de données. Une définition syntaxique a été donné par Böhm et Berarducci, et Krivine a proposé une définition sémantique de ces types. J'ai obtenu avec Farkh des résultats reliant la syntaxe et la sémantique des types de données. Nous avons proposé également des définitions des types entrée et des types sortie pour lesquelles nous avons montré diverses propriétés syntaxiques et sémantiques.<br /><br />J'ai réussi à combiner la logique intuitionniste et la logique classique en une logique mixte. Dans cette logique, on distingue deux genres de variables du second ordre, suivant que l'on peut, ou non, leur appliquer le raisonnement par l'absurde. Ce cadre m'a permi de donner le type le plus général pour les opérateurs de mise en mémoire. Vu le rôle important que cette logique semble devoir jouer dans la théorie de ces opérateurs, j'en ai mené avec A. Nour une étude théorique approfondie. Le système de logique mixte propositionnelle auquelle nous avons abouti évoque les sytèmes $LC$ de Girard et $LK^{tq}$ de Danos, Joinet et Schellinx.<br /><br />Je me suis intéressé avec David à l'équivalence induite par l'égalité entre les arbres de Böhm infiniment $\eta$-expansés. Avec Raffalli, je me suis également intéressé à la sémantique de la logique du second ordre.