Cette texte est consacrée au système d'Euler de Kato, construit à partir des unités modulaires, et à son image par l'application exponentielle duale (loi de réciprocité explicite de Kato). La présentation que nous en donnons est sensiblement différente de la présentation originelle de Kato.

Cette thèse a pour objet l'étude de quelques propriétés arithmétiques et géométriques des variétés de Shimura orthogonales. Ces variétés apparaissent naturellement comme espaces de modules de structures de Hodge de type K3. Dans certains cas, elles paramètrent des objets géométriques tels que les surfaces K3 et leurs analogues en dimensions supérieures, les variétés hyperkähleriennes. Ce point de vue modulaire sera notre fil conducteur tout au long de ce mémoire. Ainsi, dans la première partie, on démontre un résultat d'équirépartition du lieu de Hodge dans les variations de structures de Hodge de type K3 au dessus d'une courbe complexe quasi-projective. Dans la deuxième partie, on étudie des analogues arithmétiques du résultat précédent. Un exemple d'énoncés qu'on obtient est le suivant: étant donnée une surface K3 définie sur un corps de nombres et ayant partout bonne réduction, alors sous certaine hypothèse d'approximation, il existe une spécialisation telle que le nombre de Picard géométrique croît strictement. Dans la troisième partie, on relie les problèmes du saut de nombre de Picard dans les familles de surfaces K3 à la question de construction de courbes rationnelles sur ces surfaces. Enfin, on étend un résultat de Bogomolov et Tschinkel. On montre notamment que toute surface K3 définie sur un corps algébriquement clos de caractéristique quelconque et admettant une fibration elliptique non-isotriviale contient une infinité de courbes rationnelles. / This thesis deals with some arithmetical and geometrical aspects of orthogonal Shimura varieties. These varieties appear naturally as moduli spaces of Hodge structures of K3 type. In some cases, they parametrize geometric objects as K3 surfaces and their analogous in higher dimensions, the hyperkähler varieties. This modular point of view will be our guiding principle throughout this dissertation. In the first part, we prove an equidistribution result of the Hodge locus in variations of Hodge structures of K3 type above complex quasi-projective curves. In the second part, we study analogous results in the arithemtic setting. An example of statements we get is the following: given a K3 surface having everywhere good reduction and satisfying an approximation hypothesis, there exists a specialization with strictly increasing geometric Picard rank. In both cases, our methods take advantage of the rich arithmetic, automorphic and geometric structure of orthogonal Shimura varieties as well as the Kuga-Satake construction that links them to moduli spaces of abelian varieties. Finally, we extend a result of Bogomolov and Tschinkel. In particular, we show that any K3 surface defined over an algebraically closed field of arbitrary characteristic and admitting a non-isotrivial elliptic fibration contains infinitely many rational curves.

Le but de cette thèse est d'analyser et de développer les objets mathématiques apparus dans l'article "New classical limits of quantum theories" de S. G. Rajeev, notamment les (loc.sit) "limites néoclassiques" dans le contexte de la théorie des formes modulaires. Afin de voir au mieux quels sont les objets en jeu dans l'étude de Rajeev, on a dans une première étape construit certains modèles-jouets afin de mener dedans des calculs similaires que ceux exposés dans l'article en question tout en essayant d'étudier le rapprochement avec des objets et théories mathématiques rigoureuses, notamment la quantification kählerienne, la géométrie algébrique arithmétique et la formule pour la trace des opérateurs de Hecke. Dans une deuxième étape, on a développé un cadre mathématique rigoureux où vivent naturellement les objets de l'étude de Rajeev. Ce cadre devrait servir dans la suite afin de faire de manière rigoureuse les calculs de "limite néoclassique" dans ce contexte ci. Ainsi les objets développés devraient servir aux mathématiciens de mieux comprendre les idées des physiciens et aux physiciens de pouvoir pousser plus loin les calculs de perturbations / The goal of this thesis is to analyze and to develop the mathematical objects that appeared in "New classical limits of quantum theories" of S. G. Rajeev, especially the (loc. sit) "neoclassical limits" in the context of the contexte of the theory of modular forms. To see what are the objects involved in the study of Rajeev, we constructed certain toy models where could develop similar calculations as those done in the article mentioned above. This was done by trying to compare these toy models with rigorous mathematical theories, for example Kähler quantization, algebric geometry and the trace formula for Hecke operators. After that we developed a rigorous mathematical frame where the objects introduced by Rajeev naturally live. This frame should be used in the futur to do the "neoclassical limit" calculations in this context. So the objects developed could be used by the mathematicians to understand the physical ideas and by the physicists to push further the calculations of perturbation

L'objectif de ce mémoire est de donner la construction de la fonction L p-adique associée à une forme modulaire en suivant l'exposition de [MTT86] et d'étudier les cœfficients du développement en série de puissances de cette fonction. Dans le chapitre 1, nous introduisons les nombres p-adiques. Le corps des nombres p-adiques est déni de manière arithmétique et est un outil important en théorie des nombres. Nous étudierons également les fonctions dont le domaine est les p-adiques et les distributions p-adiques. Ensuite, nous verrons les notions de base sur les formes modulaires et nous présenterons leur fonction L complexe. Dans le chapitre 2, nous construirons une distribution p-adique µf attachée à une forme modulaires avec la propriété que cette dernière interpole les valeurs de la fonction L complexe de f. Par la suite, nous dérivons l'équation fonctionnelle pour la fonction L p-adique obtenue parla distribution µf . Finalement, dans le chapitre 3, nous démontrerons des conséquences de l'équation fonctionnelle. Certains résultats de ce chapitre sont nouveaux et ont été publiés dans [DS19].

Nous proposons deux applications à l'arithmétique des travaux récents de James Arthur sur la classification endoscopique du spectre discret des groupes symplectiques et orthogonaux. La première consiste à ôter une hypothèse d'irréductibilité dans un résultat de Richard Taylor décrivant l'image des conjugaisons complexes par les représentations galoisiennes p-adiques associées aux représentations automorphes cuspidales algébriques régulières essentiellement autoduales pour le groupe GL_{2n+1} sur un corps totalement réel. Nous l'étendons également au cas de GL_{2n}, sous une hypothèse de parité du caractère multiplicatif. Nous utilisons un résultat de déformation p-adique. Plus précisément, nous montrons l'abondance de points correspondant à des représentations galoisiennes (quasi-)irréductibles sur les variétés de Hecke pour les groupes symplectiques et orthogonaux pairs. La classification d'Arthur est utilisée à la fois pour définir les représentations galoisiennes et pour transférer des représentations automorphes autoduales (pas nécessairement cuspidales) de groupes linéaires aux groupes symplectiques et orthogonaux. La deuxième application concerne le calcul explicite de dimensions d'espaces de formes automorphes ou modulaires. Notre contribution principale est un algorithme calculant les intégrales orbitales aux éléments de torsion des groupes classiques p-adiques non ramifiés, pour l'unité de l'algèbre de Hecke non ramifiée. Cela permet le calcul du côté géométrique de la formule des traces d'Arthur, et donc celui de la caractéristique d'Euler du spectre discret en niveau un. La classification d'Arthur permet l'analyse fine de cette caractéristique d'Euler, jusqu'à en déduire les dimensions des espaces de formes automorphes. De là il n'est pas difficile d'apporter une réponse à un problème plus classique: déterminer les dimensions des espaces de formes modulaires de Siegel à valeurs vectorielles.

Nous étudions ici le groupe libre engendré par les classes d'isomorphisme de courbes elliptiques supersingulières en caractéristique $p$ appelé module supersingulier. Nous le comparons à d'autres modules de Hecke : l'homologie de la courbe modulaire $X_0(p)$ et l'ensemble des formes modulaires de poids $2$ et de niveau $p$. Nous donnons des interprétations et des applications des formules de Gross et Gross-Kudla concernant les fonctions L de formes modulaires. Les liens entre le module supersingulier et la géométrie de $X_0(p)$ nous permettent d'appliquer ces résultats à l'étude des points rationnels de certaines courbes modulaires. Reprenant une méthode de Momose et Parent, nous déterminons notamment un ensemble infini de nombres premiers $p$ pour lesquels le quotient de $X_0(p^r)$ ($r\geq 2$) par l'opérateur d'Atkin-Lehner n'a pour points rationnels que les pointes et les points CM.

On propose quatre contributions à l'étude des fonctions L de formes modulaires. La première montre que le Jacobien d'une courbe modulaire possède un facteur simple sur le corps des rationnels de grande dimension et de rang nul, et un facteur simple de grande dimension et de grand rang. La seconde établit la conjecture de densité de niveau 1 des petits zéros pour de nouvelles familles de fonctions L de formes modulaires. La troisième étudie la distribution de la valeur en 1 de la fonction L de carré symétrique d'une forme modulaire. La dernière établit, en collaboration avec F. Martin, un critère de détermination des formes modulaires par les valeurs spéciales de leurs fonctions L.

Dans cette thèse on s'attache à étudier les crochets de Rankin-Cohen et les déformations correspondantes selon de différents points de vue. On présente d'un côté une nouvelle interprétation des déformations de Rankin-Cohen via la théorie de "Quantification par Deformations de Fedosov(en collaboration avec P. Bieliavsky et X. Tang). On parvient notamment à redémontrer un théorème de Connes-Moscovici sur la déformation formelle des algèbres sous l'action d'une algèbre de Hopf H1 munie d'une structure projective. De l'autre cote on donne dans Chapitre III une interprétation détaillée des crochets de Rankin-Cohen via la théorie de représentations unitaires de SL2(R) et en utilisant cette interprétation on étudie certaines propriétés des produits déformés, notamment l'unicité des produits construits par Cohen-Manin-Zagier et une propriété de séparation du produit d'Eholzer. Dans le dernier chapitre on donne une démonstration élémentaire de l'identité combinatoire qui est cruciale pour démontrer l'associativité dans l'approche de la question de déformations par Cohen-Manin-Zagier, Eholzer, et Connes-Moscovici.

Cette thèse porte sur la famille des nombres dits multizêtas, et sur les relations qu'ils vérifient.Le premier chapitre est une introduction générale au domaine et se donne pour objectif de présenter brièvement les différents cadres dans lesquels s'inscrivent les résultats des trois autres chapitres, et d'énoncer ces résultats.Dans le chapitre 2, on étudie les relations linéaires entre zêtas simples et zêtas doubles, en établissant un lien rigoureux entre ces relations, les relations linéaires entre crochets de Poisson d'éléments de profondeur 1 de l'algèbre de Lie libre à deux générateurs, et l'espace des formes modulaires. Il s'agit en grande partie d'algèbre linéaire élémentaire sur des matrices définies explicitement.Le résultat principal du chapitre 3 a trait à une algèbre de Lie de dérivations déduite de l'étude de la catégorie des motifs elliptiques mixtes introduite par Hain et Matsumoto. Il démontre l'existence de relations linéaires observées par Pollack dans cette algèbre et provenant elles aussi des formes modulaires. Les démonstrations consistent majoritairement à adapter des techniques introduites par Ecalle à l'étude des propriétés de certains polynômes non commutatifs.Le quatrième et dernier chapitre propose une construction d'une algèbre de multizêtas elliptiques formels, en analogie avec les travaux de Hain et Matsumoto sur les motifs elliptiques mixtes et d'Enriquez sur les associateurs elliptiques. Celle-ci se place dans le formalisme écallien des moules ; on prouve deux résultats partiels qui corroborent la validité de cette dernière construction. / This thesis deals with the family of numbers called multiple zeta values, and on the relations they satisfy. The first chapter is a general introduction to the field and has the goal of briefly presenting the different settings into which the results of the three other chapters fit, and stating these results. In chapter 2, we study the linear relations between simple and double zeta values, establishing a rigorous connection between these relations, the linear relations between Poisson bracket of depth 1 elements of the free Lie algebra on two generators, and the space of modular forms. The proofs consist mainly in performing elementary linear algebra on explicitly defined matrices. The main result of chapter 3 involves a Lie algebra of derivations derived from the study of the category of mixed elliptic motives introduced by Hain and Matsumoto. We prove the existence of linear relations observed by Pollack in this algebra and which also come from modular forms. The bulk of the proofs rely on applying techniques introduced by Ecalle to the study of the properties of certain non-commutative polynomials. The fourth and last chapter proposes a construction of an elliptic formal multizeta algebra, in analogy with work by Hain and Matsumoto on mixed elliptic motives and Enriquez on elliptic associators. The latter falls within the écallian formalism of moulds, we prove two partial results which support the validity of said construction.

Cette thèse porte sur la famille des nombres dits multizêtas, et sur les relations qu'ils vérifient.Le premier chapitre est une introduction générale au domaine et se donne pour objectif de présenter brièvement les différents cadres dans lesquels s'inscrivent les résultats des trois autres chapitres, et d'énoncer ces résultats.Dans le chapitre 2, on étudie les relations linéaires entre zêtas simples et zêtas doubles, en établissant un lien rigoureux entre ces relations, les relations linéaires entre crochets de Poisson d'éléments de profondeur 1 de l'algèbre de Lie libre à deux générateurs, et l'espace des formes modulaires. Il s'agit en grande partie d'algèbre linéaire élémentaire sur des matrices définies explicitement.Le résultat principal du chapitre 3 a trait à une algèbre de Lie de dérivations déduite de l'étude de la catégorie des motifs elliptiques mixtes introduite par Hain et Matsumoto. Il démontre l'existence de relations linéaires observées par Pollack dans cette algèbre et provenant elles aussi des formes modulaires. Les démonstrations consistent majoritairement à adapter des techniques introduites par Ecalle à l'étude des propriétés de certains polynômes non commutatifs.Le quatrième et dernier chapitre propose une construction d'une algèbre de multizêtas elliptiques formels, en analogie avec les travaux de Hain et Matsumoto sur les motifs elliptiques mixtes et d'Enriquez sur les associateurs elliptiques. Celle-ci se place dans le formalisme écallien des moules ; on prouve deux résultats partiels qui corroborent la validité de cette dernière construction.