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Cette thèse concerne la topologie quantique, une branche des mathématiques née dans les années 1980 suite aux travaux de Jones, Drinfeld et Witten. Un exemple fondamental d'invariant quantique des 3-variétés est due à Turaev-Viro en 1992. Leur approche, dans sa forme générale due à Barrett et Westbury, utilise une catégorie de fusion sphérique comme ingrédient principal et consiste en une somme d'états sur un squelette de la 3-variété dont les sommets sont coloriés par les 6j-symboles de la catégorie.Le résultat principal de la thèse est la construction d'un invariant topologique des 3-variétés peignées (c'est-à-dire des 3-variétés munies d'un champ de vecteurs jamais nuls) qui généralise celui de Turaev-Viro. Ce nouvel invariant est défini au moyen d'une catégorie de fusion pivotale et consiste en une somme d'états sur un squelette ramifié représentant la 3-variété peignée.Lorsque la catégorie de fusion pivotale n'est pas sphérique, l'invariant permet en général de distinguer des champs de vecteurs non homotopes sur une même 3-variété. Ceci est montré en considérant une catégorie de fusion pivotale associée à un caractère d'un groupe fini. Pour cette catégorie, l'invariant correspond à l'évaluation par le caractère de la classe d'Euler d'un certain fibré vectoriel de rang 2 associé au champ de vecteurs. / This thesis concerns quantum topology, a branch of mathematics born in the 1980s after the work of Jones, Drinfeld and Witten. A fundamental example of a quantum invariant of 3-manifolds is due to Turaev-Viro in 1992. Their approach, in its general form due to Barrett and Westbury, uses a spherical fusion category as the main ingredient and consists in a state sum on a skeleton of the 3-manifold whose vertices are colored by the 6j-symbols of the category. The main result of the thesis is the construction of a topological invariant of combed 3-manifolds (that is, of 3-manifolds endowed with a nowhere-zero vector field) which generalizes that of Turaev-Viro. This new invariant is defined by means of a pivotal fusion category and consists in a state sum on a branched skeleton representing the combed 3-manifold. When the pivotal fusion category is not spherical, the invariant allows in general to distinguish non homotopic vector fields on the same 3-manifold. This is proved by considering a pivotal fusion category associated with a character of a finite group. For this category, the invariant corresponds to the evaluation by the character of the Euler class of a certain vector bundle of rank 2 associated to the vector field.

Soit $F_n$ le groupe libre de rang $n$. On considère le groupe $IA_n$ des automorphismes de $F_n$ qui agissent trivialement sur son abélianisé. Deux filtrations canoniques de $IA_n$ sont définies : la première est sa suite centrale descendante $\Gamma_*$ ; la seconde est la filtration d’Andreadakis $\mathcal A_*$, définie à partir de l’action sur $F_n$. Le problème d’Andreadakis est l’étude de la différence entre ces deux filtrations. Après avoir mis en place un cadre général pour l’étude de telles filtrations et des filtrations sur les algèbres de groupes qui leur sont associées, nous étudions différentes versions de ce problème. En particulier, nous examinons sa restriction à certains sous-groupes de $IA_n$ : nous montrons que les deux filtrations coïncident si on les restreint aux groupes triangulaires et aux groupes de tresses. Nous examinons aussi le problème stable : nous montrons que le morphisme canonique entre les algèbres de Lie associées aux filtrations est surjectif si $n$ est assez grand devant le degré considéré. Nous étudions également une version $p$-restreinte du problème, calculant au passage l’algèbre de Lie du groupe de congruence. Les méthodes employées sont essentiellement d’ordre algébrique. Elles proviennent de la théorie combinatoire des groupes ainsi que d’outils développés pour l’étude des groupes de difféotopie, et sont souvent reformulées avec un langage catégorique approprié. / Let $F_n$ be the free group on $n$ generators. Consider the group $IA_n$ of automorpisms of $F_n$ acting trivially on its abelianization. There are two canonical filtrations on $IA_n$: the first one is its lower central series $\Gamma_*$; the second one is the Andreadakis filtration $\mathcal A_*$, defined from the action on $F_n$. Andreadakis asked if and how these filtrations were different. We begin by describing a framework adapted to the study of such filtrations and their counterparts on group algebras. We then study several versions of the problem. In particular, we look at its restriction to some subgroups of $IA_n$ : we show that the two filtration coïncide when restricted to the triangular subroups and to braid groups. We also consider a stable version of the problem : we establish that the canonical morphism between the associated graded Lie rings is surjective when $n$ is big enough compared to a fixed degree. We also investigate a $p$-restricted version of the Andreadakis problem, and provide a calculation of the Lie algebra of the classical congruence group. Our methods are algebraic in nature. The tools come from combinatorial group theory and the study of mapping class groups; we often introduce some categorical langage to reformulate them.

We investigate quotient-fine nearness frames, showing that they are reflective in the category of strong nearness frames, and that, in those with spatial completion, any near subset is contained in a near grill. We construct two categories, each of which is shown to be equivalent to that of quotient-fine nearness frames. We also consider some subcategories of the category of nearness frames, which are co-hereditary and closed under coproducts. We give due attention to relations between these subcategories. We introduce totally strong nearness frames, whose category we show to be closed under completions. We investigate N-homomorphisms and remote points in the context of totally bounded uniform frames, showing the role played by these uniform N-homomorphisms in the transfer of remote points, and their relationship with C -quotient maps. A further study on grills enables us to establish, among other things, that grills are precisely unions of prime filters. We conclude the thesis by showing that the lattice of all nearnesses on a regular frame is a pseudo-frame, by which we mean a poset pretty much like a frame except for the possible absence of the bottom element. / Mathematical Sciences / Ph.D. (Mathematics)

Η εργασία αυτή, αναφέρεται σε τοπολογίες σε χώρους συναρτήσεων και δομείται ως εξής: Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή και δίνονται βασικές έννοιες των τοπολογικών χώρων. Στο κεφάλαιο 2 μελετώνται κυρίως η compact open και η σημειακή ανοικτή τοπολογία. Στο κεφάλαιο 3 μελετώνται οι συνδετικά συνεχείς και οι διαχωριστικές τοπολογίες. Στο κεφάλαιο 4 μελετώνται οι τοπολογίες scott και isbell. Το κεφάλαιο 5 αναφέρεται σε ανοικτά προβλήματα των χώρων συναρτήσεων. Στο τέλος της εργασίας υπάρχει εκτενής βιβλιογραφία. / This task is about topologies on function spaces.In chapter 1 there is an introduction in topological spaces. In chapter 2 we study the compact open and point open topologies. In chapter 3 we study jointly continuous and splitting topologies. In chapter 4 we study Scott and Isbell topologies. Finally, in chapter 5 there is a reference in some open problems on function spaces.

We investigate quotient-fine nearness frames, showing that they are reflective in the category of strong nearness frames, and that, in those with spatial completion, any near subset is contained in a near grill. We construct two categories, each of which is shown to be equivalent to that of quotient-fine nearness frames. We also consider some subcategories of the category of nearness frames, which are co-hereditary and closed under coproducts. We give due attention to relations between these subcategories. We introduce totally strong nearness frames, whose category we show to be closed under completions. We investigate N-homomorphisms and remote points in the context of totally bounded uniform frames, showing the role played by these uniform N-homomorphisms in the transfer of remote points, and their relationship with C -quotient maps. A further study on grills enables us to establish, among other things, that grills are precisely unions of prime filters. We conclude the thesis by showing that the lattice of all nearnesses on a regular frame is a pseudo-frame, by which we mean a poset pretty much like a frame except for the possible absence of the bottom element. / Mathematical Sciences / Ph.D. (Mathematics)

Le sujet de cette thèse est la théorie des opérades. Une opérande est utilisée pour encoder des collections d’opérations. Une opérade P est associée à une catégorie d’algèbres, qui est gouvernée par une monade, dénotée par S(P,-). Nous avons des variantes de cette monade, dénotées par Λ(P,-) et Γ(P,-), ce qui nous donne de nouvelles catégories d’algèbres associée à P. Nous étudions les monades Λ(PreLie,-) et Γ(P,-), associées à une opérande particulière PreLie, dont la structure reflets la définition classique des crochets de Lie par la symétrisation des opérations. Nous montrons que la catégorie des algèbres Λ(PreLie,-) est isomorphe à la catégorie des algèbres pré-Lie p-restreintes. Nous donnons ensuite une présentation de la structure d’une algèbre sur la monade Γ(PreLie,-). Nous expliquons comment définir une généralisation appropriée de la notion d’une opérade dans la seconde partie de la thèse. Premièrement, nous expliquons la définition d’une catégorie de foncteurs cohomologiques de Mackey sur une catégorie des partitions HParn. Nous prouvons que cette catégorie de foncteurs de HParn-Mackey cohomologiques est équivalent à la catégorie de Suslin-Friedlander des foncteurs polynomiaux strictes de degré n. Nous comptons sur ce résultat pour définir une catégorie de M-modules correspondant aux foncteurs analytiques. Nous prouvons que la catégorie des M-modules forme une catégorie monoïdale équivalente à celle des foncteurs analytiques avec la composition des foncteurs comme structure monoïdale. Nous utilisons ce résultat pour prouver que la catégorie des monades analytiques est équivalente à une catégorie d’opérades généralisées dans les M-modules. / The subject of this thesis is the theory of operads. An operad is used to encode collections of operations. An operad P is associated to a category of algebras, which is governed by a monad, denoted by S(P,-). We have variants of this monad, denoted by Λ(P,-) and Γ(P,-), which give new categories of algebras associated to P. We study the monads Λ(PreLie,-) and Γ(PreLie,-) associated to a particular operad PreLie, whose structure reflects the classical definition of Lie brackets by the symmetrization of operations in the field of differential geometry. We show that the category of Λ(PreLie,-) algebras is isomorphic to the category of p-restricted pre-Lie algebras. Then we give a presentation of the structure of an algebra over the monad Γ(PreLie,-). We explain how to define a suitable generalisation of the notion of an operad in the second part of the thesis. In a first step we explain the definition of a category of cohomological Mackey functors on a category of partitions HParn. We prove that this category of cohomological HParn-Mackey functors is equivalent to the Suslin-Friedlander category of strict polynomial functors of degree n. We rely on this result to define a category of M-modules corresponding to analytic functors. We prove that the category of M-modules forms a monoidal category equivalent to the category of analytic functors with the composition of functors as monoidal structure. We use this result to prove that the category of analytic monads is equivalent to a category of generalized operads in M-modules.

Dans une première partie, nous étudions l’opérade SC2 "Swiss-Cheese" de Voronov, qui gouverne l’action d’une algèbre D2 sur une algèbre D1. Nous construisons un modèle en groupoïdes de cette opérade et nous décrivons les algèbres sur ce modèle de manière similaire à la description classique des algèbres sur H*(SC). Nous étendons notre modèle en un modèle rationnel dépendant d’un associateur de Drinfeld, et nous le comparons au modèle qui existerait si l’opérade SC était formelle. Dans une seconde partie, nous étudions les espaces de configurations des variétés compactes, lisses, sans bord et simplement connexes. Nous démontrons sur R une conjecture de Lambrechts–Stanley qui décrit un modèle de tels espaces de configurations, avec comme corollaire leur invariance homotopique réelle. En nous fondant sur la preuve par Kontsevich de la formalité des opérades Dn, nous obtenons en outre que ce modèle est compatible avec l’action de l’opérade de Fulton–MacPherson quand la variété est parallélisée. Cela nous permet de calculer explicitement l’homologie de factorisation d’une telle variété. Enfin, dans une troisième partie, nous élargissons ce résultat à une large classe de variétés à bord. Nous utilisons d’abord une dualité de Poincaré–Lefschetz au niveau des chaînes pour calculer l’homologie des espaces de configurations de ces variétés, puis nous reprenons les méthodes du second chapitre pour obtenir le modèle, qui est compatible avec l’action de l’opérade Swiss-Cheese SCn. / In a first part, we study Voronov’s "Swiss-Cheese" operad SC2, which governs the action of a D2-algebra on a D1-algebra. We build a model in groupoids of this operad and we describe algebras over this model in a manner similar to the classical description of algebras over H*(SC). We extend our model into a rational model which depends on a Drinfeld associator, and we compare this new model to the one that we would get if the operad SC were formal. In a second part, we study configuration spaces of closed smooth simply connected manifolds. We prove over R a conjecture of Lambrechts–Stanley which describes a mode of such configuration spaces, and we obtain as corollary their real homotopy invariance. Moreover, using Kontsevich’s proof of the formality of the operads Dn, we obtain that this model is compatible with the action of the Fulton–MacPherson operad when the manifold is framed. This allows us to explicitly compute the factorization homology of such a manifold. Finally, in a third part, we expand this result to a large class of manifolds with boundary. We first use a chain-level Poincaré–Lefschetz duality result to compute the homology of the configuration spaces of these manifolds, then we reuse the methods of the second chapter to obtain our model, which is compatible with the action of the Swiss-Cheese operad SCn.

Cette thèse est motivée par les problèmes de constructions de surfaces algébriques réelles. Nous nous intéressons plus particulièrement au problème de construire des surfaces algébriques réelles avec un grand nombre d'anses. Ce problème est relié à la conjecture de Viro, dont un contre exemple a été construit pour la première fois par I. Itenberg en 1993. L'outil fondamental de nos constructions est le patchwork de Viro, qui peut également s'interpréter par la géométrie tropicale. En utilisant la géométrie tropicale, et plus particulièrement les modifications tropicales, nous donnons une nouvelle construction d'une famille de courbes algébriques réelles planes avec un nombre asymptotiquement maximal d'ovals pairs. Cette famille avait été construite initialement en 2006 par E. Brugallé. En utilisant la méthode générale du patchwork, nous donnons ensuite une construction d'une sextique réelle avec 45 anses, améliorant ainsi un résultat de 2001 de F. Bihan. Enfin, nous nous penchons sur l'étude des surfaces algébriques réelles dans P1xP1xP1 et nous construisons notamment une famille de surfaces algébriques réelles de tridegré (2k,2l,2) dans P1xP1xP1 avec un premier nombre de Betti asymptotiquement maximal. Cette construction utilise une généralisation de la méthode du patchwork de Viro faite par E. Shustin en 1998. / In this thesis, we focus on constructions of real algebraic surfaces. The main problem we focus on is to construct real algebraic surfaces with a big number of handles. This problem is related to Viro's conjecture. A couterexample to Viro's conjecture was constructed at the first time by I. Itenberg in 1993. The fundamental tool to our constructions is Viro's patchworking. Viro's patchworking can be reformulated in terms of tropical geometry. Using tropical geometry, and more precisely tropical modifications, we give a new construction of a family of real algebraic plane curves with asymptotically a maximal number of even ovals. This family was first constructed in 2006 by E. Brugallé. Using Viro's patchworking, we construct a real sextic with 45 handles, improving a result of F. Bihan obtained in 2001. At least, we focus on the study of real algebraic surfaces in P1xP1xP1. More precisely, we construct a family of real algebraic surfaces of tridegree (2k,2l,2) in P1xP1xP1 with asymptotically a maximal first Betti number. This construction uses a more general version of Viro's patchworking due to E. Shustin in 1998.