Cette thèse présente la construction de courbes tropicales réelles dans R^3 dont la projectivisation, qui est un entrelacs projectif dans IRP^3, est constituée de 2 composantes, I'une étant isotope à un noeud donné au départ. Dans le cas de certains noeuds toriques, il est possible de modifier cette construction pour que I'entrelacs projectif correspondant ait une seule composante isotope au noeud torique considéré. Pour chacune de ces courbes tropicales réelles, nous faisons appel au théorème récent de G. Mikhalkin, qui affirme l'existence d'une algébrique réelle non singulière dans IRP^3, de même genre et degré que la courbe tropicale réelle considérée, et qui est isotope à l'entrelacs projectif correspondant.

Nous allons étudier les propriétés des courbes algébriques sur des surfaces K3 spéciales, du point de vue de la théorie de Brill-Noether.La démonstration de Lazarsfeld du théorème de Gieseker-Petri a mis en lumière l'importance de la théorie de Brill-Noether des courbes admettant un plongement dans une surface K3. Nous allons donner une démonstration détaillée de ce résultat classique, inspirée par les idées de Pareschi. En suite, nous allons décrire le théorème de Green et Lazarsfeld, fondamental pour tout notre travail, qui établit le comportement de l'indice de Clifford des courbes sur les surfaces K3.Watanabe a montré que l'indice de Clifford de courbes sur certaines surfaces K3, admettant un recouvrement double des surfaces de del Pezzo, est calculé en utilisant les involutions non-symplectiques. Nous étudions une situation similaire pour des surfaces K3 avec un réseau de Picard isomorphe à U(m), avec m>0 un entier quelconque. Nous montrons que la gonalité et l'indice de Clifford de toute courbe lisse sur ces surfaces, avec une seule exception déterminée explicitement, sont obtenus par restriction des fibrations elliptiques de la surface. Ce travail est basé sur l'article suivant :M. Ramponi, Gonality and Clifford index of curves on elliptic K3 surfaces with Picard number two, Archiv der Mathematik, 106(4), p. 355–362, 2016.Knutsen et Lopez ont étudié en détail la théorie de Brill-Noether des courbes sur les surfaces d'Enriques. En appliquant leurs résultats, nous allons pouvoir calculer la gonalité et l'indice de Clifford de toute courbe lisse sur les surfaces K3 qui sont des recouvrements universels d'une surface d'Enriques. Ce travail est basé sur l'article suivant :M. Ramponi, Special divisors on curves on K3 surfaces carrying an Enriques involution, Manuscripta Mathematica, 153(1), p. 315–322, 2017. / We study the properties of algebraic curves lying on special K3 surfaces, from the viewpoint of Brill-Noether theory.Lazarsfeld's proof of the Gieseker-Petri theorem has revealed the importance of the Brill-Noether theory of curves which admit an embedding in a K3 surface. We give a proof of this classical result, inspired by the ideas of Pareschi. We then describe the theorem of Green and Lazarsfeld, a key result for our work, which establishes the behaviour of the Clifford index of curves on K3 surfaces.Watanabe showed that the Clifford index of curves lying on certain special K3 surfaces, realizable as a double covering of a smooth del Pezzo surface, can be determined by a direct use of the non-simplectic involution carried by these surfaces. We study a similar situation for some K3 surfaces having a Picard lattice isomorphic to U(m), with m>0 any integer. We show that the gonality and the Clifford index of all smooth curves on these surfaces, with a single, explicitly determined exception, are obtained by restriction of the elliptic fibrations of the surface. This work is based on the following article:M. Ramponi, Gonality and Clifford index of curves on elliptic K3 surfaces with Picard number two, Archiv der Mathematik, 106(4), p. 355-362, 2016.Knutsen and Lopez have studied in detail the Brill-Noether theory of curves lying on Enriques surfaces. Applying their results, we are able to determine and compute the gonality and Clifford index of any smooth curve lying on the general K3 surface which is the universal covering of an Enriques surface. This work is based on the following article:M. Ramponi, Special divisors on curves on K3 surfaces carrying an Enriques involution, Manuscripta Mathematica, 153(1), p. 315-322, 2017.

Cette thèse présente la construction de courbes tropicales réelles dans R^3 dont la projectivisation, qui est un entrelacs projectif dans IRP^3, est constituée de 2 composantes, I'une étant isotope à un noeud donné au départ. Dans le cas de certains noeuds toriques, il est possible de modifier cette construction pour que I'entrelacs projectif correspondant ait une seule composante isotope au noeud torique considéré. Pour chacune de ces courbes tropicales réelles, nous faisons appel au théorème récent de G. Mikhalkin, qui affirme l'existence d'une algébrique réelle non singulière dans IRP^3, de même genre et degré que la courbe tropicale réelle considérée, et qui est isotope à l'entrelacs projectif correspondant. / In this thesis, we construct real tropical curves in R^3 whose projectivization - which is a projective link in RP^3 - has 2connected components, one of them being isotopic to a given knot. For some torus knots, it is possible to modify thetropical construction such that the corresponding projective link is a knot (with a single component) isotopic to the giventorus knot. For each of these real tropical curve, we use a recent result of G. Mikhalkin, asserting the existence of a realnon singular algebraic curve in RP^3, of the same genus and degree as the real tropical curve, and isotopic to thecorresponding projective link.

Les courbes algébriques sont des objets centraux de la géométrie algébrique. Dans cette thèse, nous étudions ces objets sous différents angles de la géométrie algébrique tels que la géométrie algébrique effective et la géométrie arithmétique. Dans le premier chapitre, nous étudions les courbes non-hyperelliptiques de genre g et leurs jacobiennes liées par l’intermédiaire de diviseurs thêta caractéristiques. Ces derniers contiennent des propriétés géométriques extrinsèques qui permettent de calculer les constantes thêta. Dans le deuxième chapitre, nous nous concentrons sur les courbes hyperelliptiques de genre 2 et leur surface de Kummer associée avec une motivation cryptographique. Dans le troisième et dernier chapitre, nous étudions les revêtements doubles non-ramifiés des courbes non-hyperelliptiques de genre g pour obtenir des informations sur le p-rang. / Algebraic curves are central objects in algebraic geometry. In this thesis, we consider these objects from different angles of algebraic geometry such as computational algebraic geometry and arithmetic geometry. In the first chapter, we study non-hyperelliptic curves of genus g and their Jacobians linked via theta characteristic divisors. Such divisors provide extrinsic geometric properties which allow us to compute theta constants. In the second chapter, we focus on hyperelliptic curves of genus 2 and the associated Kummer surface with a cryptographic motivation. In the third and final chapter, we examine unramified double covers of non-hyperelliptic curves of genus g to obtain information about p-rank.

Les problèmes d'interpolation ont été largement étudiés dans la Conception Géométrique Assistée par Ordinateur. Ces problèmes consistent en la construction de courbes et de surfaces qui passent exactement par un ensemble de données. Dans ce cadre, l'objectif principal de cette thèse est de présenter des méthodes d'interpolation de données 2D et 3D au moyen de courbes Algébriques Trigonométriques à Hodographe Pythagorien (ATPH). Celles-ci sont utilisables pour la conception de modèles géométriques dans de nombreuses applications. En particulier, nous nous intéressons à la modélisation géométrique d'objets odontologiques. À cette fin, nous utilisons les courbes spatiales ATPH pour la construction de surfaces développables dans des volumes odontologiques. Initialement, nous considérons la construction de courbes planes ATPH avec continuité C² qui interpolent une séquence ordonnée de points. Nous employons deux méthodes pour résoudre ce problème et trouver la « bonne » solution. Nous étendons les courbes ATPH planes à l'espace tridimensionnel. Cette caractérisation 3D est utilisée pour résoudre le problème d'interpolation Hermite de premier ordre. Nous utilisons ces splines ATPH spatiales C¹ continues pour guider des facettes développables, qui sont déployées à l'intérieur de volumes tomodensitométriques odontologiques, afin de visualiser des informations d'intérêt pour le professionnel de santé. Cette information peut être utile dans l'évaluation clinique, diagnostic et/ou plan de traitement. / Interpolation problems have been widely studied in Computer Aided Geometric Design (CAGD). They consist in the construction of curves and surfaces that pass exactly through a given data set, such as point clouds, tangents, curvatures, lines/planes, etc. In general, these curves and surfaces are represented in a parametrized form. This representation is independent of the coordinate system, it adapts itself well to geometric transformations and the differential geometric properties of curves and surfaces are invariant under reparametrization. In this context, the main goal of this thesis is to present 2D and 3D data interpolation schemes by means of Algebraic-Trigonometric Pythagorean-Hodograph (ATPH) curves. The latter are parametric curves defined in a mixed algebraic-trigonometric space, whose hodograph satisfies a Pythagorean condition. This representation allows to analytically calculate the curve's arc-length as well as the rational-trigonometric parametrization of the offsets curves. These properties are usable for the design of geometric models in many applications including manufacturing, architectural design, shipbuilding, computer graphics, and many more. In particular, we are interested in the geometric modeling of odontological objects. To this end, we use the spatial ATPH curves for the construction of developable patches within 3D odontological volumes. This may be a useful tool for extracting information of interest along dental structures. We give an overview of how some similar interpolating problems have been addressed by the scientific community. Then in chapter 2, we consider the construction of planar C2 ATPH spline curves that interpolate an ordered sequence of points. This problem has many solutions, its number depends on the number of interpolating points. Therefore, we employ two methods to find them. Firstly, we calculate all solutions by a homotopy method. However, it is empirically observed that only one solution does not have any self-intersections. Hence, the Newton-Raphson iteration method is used to directly compute this \good" solution. Note that C2 ATPH spline curves depend on several free parameters, which allow to obtain a diversity of interpolants. Thanks to these shape parameters, the ATPH curves prove to be more exible and versatile than their polynomial counterpart, the well known Pythagorean-Hodograph (PH) quintic curves and polynomial curves in general. These parameters are optimally chosen through a minimization process of fairness measures. We design ATPH curves that closely agree with well-known trigonometric curves by adjusting the shape parameters. We extend the planar ATPH curves to the case of spatial ATPH curves in chapter 3. This characterization is given in terms of quaternions, because this allows to properly analyze their properties and simplify the calculations. We employ the spatial ATPH curves to solve the first-order Hermite interpolation problem. The obtained ATPH interpolants depend on three free angular values. As in the planar case, we optimally choose these parameters by the minimization of integral shape measures. This process is also used to calculate the C1 interpolating ATPH curves that closely approximate well-known 3D parametric curves. To illustrate this performance, we present the process for some kind of helices. In chapter 4 we then use these C1 ATPH splines for guiding developable surface patches, which are deployed within odontological computed tomography (CT) volumes, in order to visualize information of interest for the medical professional. Particularly, we construct piecewise conical surfaces along smooth ATPH curves to display information related to the anatomical structure of human jawbones. This information may be useful in clinical assessment, diagnosis and/or treatment plan. Finally, the obtained results are analyzed and conclusions are drawn in chapter 5.

Un outil puissant dans le cadre des solutions algébro-géométriques des équations intégrables est l'identité de Fay sur des surfaces de Riemann compactes. Cette relation généralise une identité bien connue pour la fonction birapport dans le plan complexe. Elle permet d'établir des relations entre les fonctions theta et leurs dérivées. Cela offre une approche complémentaire aux solutions algébro-géométriques des équations intégrables avec certains avantages par rapport à l'utilisation des fonctions de Baker-Akhiezer. Cette méthode a été appliquée avec succès par Mumford et al. aux équations Korteweg-de Vries, Kadomtsev-Petviashvili et sine-Gordon. Selon cette approche, nous construisons des solutions algébro-géométriques des équations de Camassa-Holm et de Dym, ainsi que des solutions de l'équation de Schrödinger non linéaire à plusieurs composantes et des équations de Davey-Stewartson. Les limites solitoniques de ces solutions sont étudiées lorsque le genre de la surface de Riemann associée tombe à zéro. De plus, nous présentons une évaluation numérique des solutions algébro-géométriques des équations intégrables lorsque la surface de Riemann associée est réelle. / Fay's identity on Riemann surfaces is a powerful tool in the context of algebro-geometric solutions to integrable equations. This relation generalizes a well-known identity for the cross-ratio function in the complex plane. It allows to establish relations between theta functions and their derivatives. This offers a complementary approach to algebro-geometric solutions of integrable equations with certain advantages with respect to the use of Baker-Akhiezer functions. It has been successfully applied by Mumford et al. to the Korteweg-de Vries, Kadomtsev-Petviashvili and sine-Gordon equations. Following this approach, we construct algebro-geometric solutions to the Camassa-Holm and Dym type equations, as well as solutions to the multi-component nonlinear Schrödinger equation and the Davey-Stewartson equations. Solitonic limits of these solutions are investigated when the genus of the associated Riemann surface drops to zero. Moreover, we present a numerical evaluation of algebro-geometric solutions of integrable equations when the associated Riemann surface is real.