Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse porte sur deux types de problèmes de mécanique statistique : il y est question de percolation sur les groupes et de modèles dirigés. Dans le premier cas,il s’agit de réaliser un groupe comme objet géométrique (via la notion de graphe de Cayley), puis de morceler ce dernier aléatoirement. L’étude de ce processus révèle des liens étroits entre les propriétés géométriques d’un groupe et le comportement de la percolation de Bernoulli sur celui-Ci. Dans le second cas, on s’intéresse à des modèles où haut et bas jouent des rôles différents, ce qui permet de rendre un certain nombre de questions accessibles à l’étude rigoureuse.Le chapitre 1 renforce le théorème d’indistinguabilité de Lyons et Schramm en percolation, lequel stipule que les composantes connexes infinies fournies par la percolation de Bernoulli sur un graphe de Cayley ont presque sûrement toutes la même allure. La non-Trivialité de ce renforcement est illustrée par un modèle dirigé qui vérifie la propriété d’indistinguabilité mais pas la propriété renforcée.Le chapitre 2 est le fruit d’un travail réalisé en collaboration avec Vincent Tassion.On y démontre que la valeur du paramètre critique pour la percolation de Bernoulli ne dépend essentiellement que de la structure locale du graphe de Cayley abélien considéré.Dans le chapitre 3, on introduit une version dirigée du modèle DLA, pour laquelle on établit l’existence d’une dynamique en volume infini, un contrôle sur la propagation d’information et des inégalités asymptotiques sur la largeur et la hauteur de l’agrégat. / This thesis deals with two kinds of statistical mechanics problems: percolation ongroups and directed models. In the first case, we realise the group under considerationas a geometric object (via the notion of Cayley graph) before breaking it apartrandomly. The study of this process reveals deep connections between the geometricproperties of a group and the behaviour of Bernoulli percolation on it. In the secondcase, we focus on models where up and down play different roles, which makes severalquestions less hard to tackle.Chapter 1 strengthens the Indistinguishability Theorem of Lyons-Schramm, whichstates that the infinite clusters yielded by a Bernoulli percolation on a Cayley graphalmost surely all look alike. The non-Triviality of this strengthening is illustrated bya directed model that satisfies the Indistinguishability Property but not the StrongIndistinguishability Property.Chapter 2 has been obtained in collaboration with Vincent Tassion. We show thatthe value of the critical parameter for Bernoulli percolation essentially only dependson the local structure of the considered abelian Cayley graph.In Chapter 3, we introduce a directed version of the DLA model, for which weestablish the existence of an infinite volume dynamics, control the propagation ofinformation and prove asymptotic inequalities on the width and height of the cluster.

On considère R une relation d'équivalence borélienne standard de type I I1 sur un espace de probabilités (X, µ). On étudie une certaine propriété d'homogénéité pour un graphage fixé de la relation R : on suppose que les feuilles du graphage sont toutes isomorphes à un certain graphe transitif (connexe, infini, localement fini) Γ. Que peut-on dire sur la relation ? Dans ce cas, en considérant une action "à la Mackey", on montre qu'il existe (Z ,η) un revêtement standard probabilisé de (X, µ), une action libre (qui préserve η) sur Z du groupe G (localement compact, à base dénombrable d'ouverts) des automorphismes du graphe et un isomorphisme stable des groupoïdes mesurés associés. On fait le lien entre les propriétés du groupe G et celles de la relation de départ ; en particulier la propriété (T), (H) et la moyennabilité "passent" du graphe à la relation et réciproquement. On déduit aussi de la construction quelques couplages d'équivalence mesurée (ou plus généralement des "randembeddings") entre certains sous-groupes des automorphismes de Γ et tout groupe qui contient orbitalement la relation R. Dans un deuxième chapitre, on aborde le cas particulier de la propriété (T) relative pour les paires de groupes (ΓxZ^2, Z^2), où Γ est un sous-groupe non moyennable de SL(2,Z). Cette propriété a d'abord été prouvée par Marc Burger, puis "re-démontrée" plus "visuellement" quelques années plus tard dans le cas de SL(2,Z)xZ^2 par Y. Shalom, en utilisant des découpages du plan. On reprend cette technique dans le cas général du théorème de Burger afin d'obtenir par un algorithme des constantes de Kazhdan explicites pour toute paire (ΓxZ^2, Z^2).

On considère R une relation d’équivalence borélienne standard de type I I1 sur un espace de probabilités (X, µ). On étudie une certaine propriété d’homogénéité pour un graphage fixé de la relation R : on suppose que les feuilles du graphage sont toutes isomorphes à un certain graphe transitif (connexe, infini, localement fini) Γ. Que peut-on dire sur la relation ? Dans ce cas, en considérant une action "à la Mackey", on montre qu’il existe (Z ,η) un revêtement standard probabilisé de (X, µ), une action libre (qui préserve η) sur Z du groupe G (localement compact, à base dénombrable d’ouverts) des automorphismes du graphe et un isomorphisme stable des groupoïdes mesurés associés. On fait le lien entre les propriétés du groupe G et celles de la relation de départ ; en particulier la propriété (T), (H) et la moyennabilité "passent" du graphe à la relation et réciproquement. On déduit aussi de la construction quelques couplages d’équivalence mesurée (ou plus généralement des "randembeddings") entre certains sous-groupes des automorphismes de Γ et tout groupe qui contient orbitalement la relation R. Dans un deuxième chapitre, on aborde le cas particulier de la propriété (T) relative pour les paires de groupes (ΓxZ^2, Z^2), où Γ est un sous-groupe non moyennable de SL(2,Z). Cette propriété a d’abord été prouvée par Marc Burger, puis "re-démontrée" plus "visuellement" quelques années plus tard dans le cas de SL(2,Z)xZ^2 par Y. Shalom, en utilisant des découpages du plan. On reprend cette technique dans le cas général du théorème de Burger afin d’obtenir par un algorithme des constantes de Kazhdan explicites pour toute paire (ΓxZ^2, Z^2). / We consider a measure preserving standard borel equivalence relation R on a standard probability space (X,µ). We study a particular property of homogeneity for a fixed graphing of the relation R : We assume that the leaves of the graphing are all isomorphic to a given transitive graph Γ (connected, infinite, locally finite). What can be known about the relation ?In this case, considering a « Mackey action », we show that there exists a standard covering of (X,µ) i.e. a standard space Z; a probability measure η; a free, measure-preserving action on Z of G the (locally compact, second countable) group of all graph automorphisms of Γ and a stable isomorphism of the associated measured groupoid with R. We investigate some links between properties of G (resp. of the graph Γ) and those of R. In particular, Kazhdan property (T), Haagerup property (H) and amenability are preserved from the graph to the relation and conversely. We also deduce from the construction some couplings of measured equivalence (more generally some randembeddings) between subgroups of G and any group orbitally containing R. In a second chapter, we deal with the relative property (T) for the pairs (ΓxZ^2,Z^2), where Γ is a non-amenable subgroup of SL(2,Z). This property was first proved by M. Burger. Later on, Y. Shalom gave a more geometrical proof in the case of SL(2,Z)xZ^2, by using partitions of the plane. Following the same techniques in the general case of Burger's theorem, we develop an algorithm producing explicit constants for all pairs (ΓxZ^2,Z^2).

Dans la premier partie de cette thèse, nous étudions la structure des sous-groupes approximatifs dans les groupes metabéliens (groupes résolubles de classe de résolubilité 2) et montrons que si A est un tel sous-groupe K approximatif, il est K^⁰(r) contrôlée (au sens du Tao) par un groupe nilpotent où $ r désigne le rang de $ G=Fit (G) et Fit (G) $ est le sous-groupe de fitting de G. La deuxième partie est consacrée à l'étude de la croissance des ensembles dans GLn(Fq) où Fq est un corps fini. Nous montrons une borne sur le diamètre (par rapport à n'importe quel système des générateurs) pour tous sous-groupes simples finis de ce groupe. Si G est un groupe fini simple de type Lie de rang n, et son corps de base est de taille borné, le diamètre du graphe du Cayley Gamma (G;S) serait borné par exp (O (n (log n) ^ 3)) . Si la taille du corps fini Fq n'est pas borné, notre méthode donne une borne de q ^ {O (n ( log nq) ^ 3) pour le diamètre.Dans la troisième partie nous nous sommes intéressés à la croissance des ensembles dans les boucles de Moufang commutatifs. Ceux-ci sont les boucles commutatifs respectant les identités de Moufang mais sans être (nécessairement) associatifs. Nous montrons que, si les tailles des ensembles des associateurs sont bornées alors la croissance des sous-structures approximatifs dans ces boucles est similaire à celle des groupes ordinaires. De cette façon dans le cadre des boucles de moufang commutatifs finiment engendré on a un théorème de structure pour ses sous-boucles approximatifs.Mots-clefs -sous-groupes approximatifs, groupes résolubles, diamètres des groupes, boucles de moufang commutatifs. / In the first part of this thesis, we study the structure of approximate subgroups inside metabelian groups (solvable groups of derived length 2) and show that if A is such a K-approximate subgroup, then it is K^(O(r)) controlled (in the sense of Tao) by a nilpotent group where r denotes the rank of G=Fit(G) and Fit(G) is the fitting subgroup of G.The second part is devoted to the study of growth of sets inside GLn(Fq) , where we show a bound on the diameter (with respect to any set of generators) for all finite simple subgroups of this group. What we have is - if G is a finite simple group of Lie type with rank n, and its base field has bounded size, then the diameter of the Cayley graph C(G; S) would be bounded by exp(O(n(logn)^3)). If the size of the base field Fq is not bounded then our method gives a bound of q^(O(n(log nq)3)) for the diameter.In the third part we are interested in the growth of sets inside commutative Moufang loops which are commutative loops respecting the moufang identities but without (necessarily)being associative. For them we show that if the sizes of the associator sets are bounded then the growth of approximate substructures inside these loops is similar to those in ordinary groups. In this way for the subclass of finitely generated commutative moufang loops we have a classification theorem of its approximate subloops.

On s'intéresse ici aux actions (discrètes, par isométries) d'un groupe $\Gamma$ sur un espace métrique mesuré $X$ et à la manière dont ces actions écartent les points. Le lemme de Margulis classique conclut lorsque $X$ est une variété simplement connexe de courbure strictement négative et bornée. Une version récente (due à G. Besson, G. Courtois et S. Gallot) conclut lorsque $X$ est un espace métrique mesuré d'entropie bornée, mais est essentiellement limitée au cas où $\Gamma$ est un groupe fondamental d'une variété de courbure négative<br />majorée et de rayon d'injectivité minoré. Nous montrons que ce dernier résultat (et ses applications géométriques) se généralise à une classe ${\cal C}$ plus vaste de groupes (qui contient les groupes hyperboliques selon Gromov, les produits libres et les produits amalgamés ``malnormaux'') et aux quasi-actions par quasi-isométries (avec points fixes éventuels) de ces groupes sur un espace métrique mesuré d'entropie bornée. Nous montrons aussi que ${\cal C}$ est fermé pour une topologie naturelle. Nous appliquons ce résultat au cas où $X$ est le graphe de Cayley d'un groupe $G$ commensurable à un groupe $\Gamma \in {\cal C}$, obtenant des résultats<br />de finitude qui s'appliquent en particulier aux groupes hyperboliques selon Gromov et aux groupes fondamentaux de variétés de diamètre borné. Ces derniers résultats apportent un éclairage nouveau aux questions de l'existence d'un minorant universel de l'entropie pour l'ensemble des groupes $G$ de ce type et de l'existence, pour chacun de ces groupes, d'un système générateur d'entropie algébrique minimale.

Ma thèse se situe à l'intersection de \textit {la théorie des groupes géométrique} et \textit{la théorie des groupes mesurée}. Une question majeure dans la théorie des groupes géométrique est d'étudier la classe de quasi-isométrie (QI) et la classe d'équivalence mesurée (ME) d'un groupe, respectivement. $L^p$-équivalence mesurée est une relation d'équivalence qui est définie en ajoutant des contraintes géométriques avec d'équivalence mesurée. En plus, QI est une condition géométrique. Il est une question naturelle, si deux groupes sont QI et ME, si elles sont $L^p$-ME pour certains $p>0$. Dans mon premier article, en collaboration avec R. Tessera, nous répondons négativement à cette question pour $p\geq 1$, montrant que l'extension centrale canonique d'un groupe surface de genre plus élevé ne sont pas $L^1$-ME pour le produit direct de ce groupe de surface avec $\mathbb{Z}$ (alors qu'ils sont à la fois quasi-isométrique et équivalente mesurée).Dans mon deuxième papier, j'ai observé un lien général entre la géométrie des expandeurs, defini comme une séquence des quotients finis ( l'espace de boîte) d'un groupe finiment engendré, et les propriétés mesurée theorique du groupe. Plus précisément, je l'ai prouvé que si deux <<espaces de boîte>> sont quasi-isométrique, les groupes correspondants doivent être <<mesurée équivalente uniformément >>, une notion qui combine à la fois QI et ME. Je prouve aussi une version de ce résultat pour le plongement grossière, ce qui permet de distinguer plusieurs classe des expandeurs. Par exemple, je montre que les expandeurs associé à $SL(m, \mathbb{Z})$ ne grossièrement plongent à les expandeurs associés à $SL_n(\mathbb{Z})$ si $m>n$. / My thesis lies at the intersection of \textit{geometric group theory} and \textit{measured group theory}. A major question in geometric group theory is to study the quasi-isometry (QI) class and the measure equivalence (ME) class of a group, respectively. $L^p$-measure equivalence is an equivalence relation which is defined by adding some geometric constraints with measure equivalence. Besides, quasi-isometry is a geometric condition. It is a natural question if two groups are QI and ME, whether they are $L^p$-ME for some $p>0$. In my first paper, together with R. Tessera, we answer this question negatively for $p\geq 1$, showing that the canonical central extension of a surface group of higher genus is not $L^1$-ME to the direct product of this surface group with $\mathbb{Z}$ (while they are both quasi-isometric and measure equivalent). In my second paper, I observed a general link between the geometry of expanders arising as a sequence of finite quotients (box space) of a finitely generated group, and the measured theoretic properties of the group. More precisely, I proved that if two box spaces' are quasi-isometric, then the corresponding groups must be `uniformly measure equivalent', a notion that combines both quasi-isometry and measure equivalence. I also prove a version of this result for coarse embedding, allowing to distinguish many classes of expanders. For instance, I show that the expanders associated to $SL(m,\mathbb{Z})$ do not coarsely embed inside the expanders associated to $SL_n(\mathbb{Z}$ if $m>n$.

L’utilisation de l’algèbre pour résoudre des problèmes de graphes a conduit au développement de trois branches : théorie spectrale des graphes, géométrie et combinatoire des groupes et études des invariants de graphes. La notion de graphe d’expansions (invariant de graphes) est relativement récente, elle a été développée afin d’étudier la robustesse des réseaux de télécommunication. Il s’avère que la construction de familles infinies de graphes expanseurs est un problème difficile. Cette thèse traite principalement de la construction de nouvelles familles de tels graphes. Les graphes expanseurs possèdent des nombreuses applications en informatique, notamment dans la construction de certains algorithmes, en théorie de la complexité, sur les marches aléatoires (random walk), etc. En informatique théorique, ils sont utilisés pour construire des familles de codes correcteurs d’erreur. Comme nous l’avons déjà vu les familles d’expanseurs sont difficiles à construire. La plupart des constructions s'appuient sur des techniques algébriques complexes, principalement en utilisant des graphes de Cayley et des produit Zig-Zag. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode de construction de familles infinies d’expanseurs en utilisant les G-graphes. Ceux-ci sont en quelque sorte une généralisation des graphes de Cayley. Plusieurs nouvelles familles infinies d’expanseurs sont construites, notamment la première famille d’expanseurs irréguliers. / Applying algebraic and combinatorics techniques to solve graph problems leads to the birthof algebraic and combinatorial graph theory. This thesis deals mainly with a crossroads questbetween the two theories, that is, the problem of constructing infinite families of expandergraphs.From a combinatorial point of view, expander graphs are sparse graphs that have strongconnectivity properties. Expanders constructions have found extensive applications in bothpure and applied mathematics. Although expanders exist in great abundance, yet their explicitconstructions, which are very desirable for applications, are in general a hard task. Mostconstructions use deep algebraic and combinatorial approaches. Following the huge amountof research published in this direction, mainly through Cayley graphs and the Zig-Zagproduct, we choose to investigate this problem from a new perspective; namely by usingG-graphs theory and spectral hypergraph theory as well as some other techniques. G-graphsare like Cayley graphs defined from groups, but they correspond to an alternative construction.The reason that stands behind our choice is first a notable identifiable link between thesetwo classes of graphs that we prove. This relation is employed significantly to get many newresults. Another reason is the general form of G-graphs, that gives us the intuition that theymust have in many cases such as the relatively high connectivity property.The adopted methodology in this thesis leads to the identification of various approaches forconstructing an infinite family of expander graphs. The effectiveness of our techniques isillustrated by presenting new infinite expander families of Cayley and G-graphs on certaingroups. Also, since expanders stand in no single stem of graph theory, this brings us toinvestigate several closely related threads from a new angle. For instance, we obtain newresults concerning the computation of spectra of certain Cayley and G-graphs, and theconstruction of several new infinite classes of integral and Hamiltonian Cayley graphs.