<p>The central idea of this dissertation is to interpret certain invariants constructed from Laplace spectral data on a compact Riemannian manifold as regularized integrals of closed differential forms on the space of Riemannian metrics, or more generally on a space of metrics on a vector bundle. We apply this idea to both the Ray-Singer analytic torsion</p><p>and the eta invariant, explaining their dependence on the metric used to define them with a Stokes' theorem argument. We also introduce analytic multi-torsion, a generalization of analytic torsion, in the context of certain manifolds with local product structure; we prove that it is metric independent in a suitable sense.</p> / Dissertation

Cette thèse est faite de deux parties. La première partie est un article rédigé conjointementavec Martin Puchol et Jialin Zhu. La deuxième partie est une série de résultats obtenus par moi-même liés au théorème de Riemann-Roch-Grothendieck pour les fibrés vectoriels plats. Dans la première partie, nous donnons une preuve analytique d'un résultat décrivant le comportement de la torsion analytique en théorie de de Rham lorsque la variété considérée est séparée en deux par une hypersurface. Plus précisément, nous donnons une formule liant la torsion analytique de la variété entière aux torsions analytiques associées aux variétés à bord avec des conditions limites relative ou absolue le long de l'hypersurface. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous raffinons les résultats de Bismut-Lott pour les images directes des fibrés vectoriels plats au cas où le fibré vectoriel plat en question est lui-même la cohomologie holomorphe d'un fibré vectoriel le long d'une fibration plate à fibres complexes. Dans ce contexte, nous donnons une formule de Riemann-Roch-Grothendieck dans laquelle la classe de Todd du fibré tangent relatif apparaît explicitement. En remplaçant les classes de cohomologie par des formes explicites qui les représentent en théorie de Chern-Weil, nous généralisons ainsi des constructions de Bismut-Lott. / This thesis consists of two parts. The first part is an article written jointly with Martin Puchol and Jialin Zhu, the second part is a series of results obtained by myself in connection with the Riemann-Roch-Grothendieck theorem for flat vector bundles. In the first part, we give an analytic approach to the behavior of classical Ray-Singer analytic torsion in de Rham theory when a manifold is separated along a hypersurface. More precisely, we give a formula relating the analytic torsion of the full manifold, and the analytic torsion associated with relative or absolute boundary conditions along the hypersurface. In the second part of this thesis, we refine the results of Bismut-Lott on direct images of flat vector bundles to the case where the considered flat vector bundle is itself the fiberwise holomorphic cohomology of a vector bundle along a flat fibration by complex manifolds. In this context, we give a formula of Riemann-Roch-Grothendieck in which the Todd class of the relative holomorphic tangent bundle appears explicitly. By replacing cohomology classes by explicit differential forms in Chern-Weil theory, we extend the constructions of Bismut-Lott in this context.

L'objet de cette thèse est de démontrer une formule reliant les métriques de Ray-Singer hypoelliptique et de Milnor sur le déterminant de la cohomologie d'une variété riemannienne compacte par une déformation à la Witten du laplacien hypoelliptique en théorie de de Rham. / The purpose of this thesis is to prove a formula relating the hypoelliptic Ray-Singermetric and the Milnor metric on the determinant of the cohomology of a compact Riemannian manifold by a Witten-like deformation of the hypoelliptic Laplacian in de Rham theory.

Dans cette thèse, on donne une formule géométrique explicite pour les intégrales orbitales semisimples tordues du noyau de la chaleur sur un espace symétrique, en utilisant la méthode du laplacien hypoelliptique développée par Bismut. On montre que nos résultats sont compatibles avec les résultats classiques de la théorie de l'indice équivariant local sur les espaces localement symétriques compacts. On utilise notre formule explicite pour évaluer le terme dominant dans l'asymptotique quand d -> + ∞ de la torsion analytique équivariante de Ray-Singer associée à une famille de fibrés vectoriels plats Fd sur un espace localement symétrique compact. On montre que le terme dominant peut être calculé à l'aide de W-invariants au sens de Bismut-Ma-Zhang. / In this thesis, we give an explicit geometric formula for the twisted semisimple orbital integrals associated with the heat kernel on symmetric spaces. For that purpose, we use the method of the hypoelliptic Laplacian developed by Bismut. We show that our results are compatible with classical results in local equivariant index theory. We also use this formula to evaluate the leading term of the asymptotics as d -> + ∞ of the equivariant Ray-Singer analytic torsion associated with a sequence of flat vector bundles Fd on a compact locally symmetric space. We show that the leading term can be evaluated in terms of the W-invariants constructed by Bismut-Ma-Zhang.