In this thesis, we will study the smooth linear section of the Grassmannian Gr(2, n). Explicitly, we give a criterion for the rationality of such linear section in terms of its codimension in the Plü ̈cker embedding in projective space. Moreover, to obtain a better understanding of the birational parametrization of these linear sections, we analyze their Hodge structures in the cases of even and odd codimensions. To be more precise, we provide numerous examples which suggest certain patterns of Hodge diamonds corresponding to even and odd cases and derive the proof of general patterns for codimension 3 smooth linear section of Gr(2, n) corresponding to odd and even n. / page 29 is missing from hardcopy

This thesis mainly concerns the cohomology of the moduli spaces ℳ3[2] and ℳ3,1[2] of genus 3 curves with level 2 structure without respectively with a marked point and some of their natural subspaces. A genus 3 curve which is not hyperelliptic can be realized as a plane quartic and the moduli spaces 𝒬[2] and 𝒬1[2] of plane quartics without respectively with a marked point are given special attention. The spaces considered come with a natural action of the symplectic group Sp(6,𝔽2) and their cohomology groups thus become Sp(6,𝔽2)-representations. All computations are therefore Sp(6,𝔽2)-equivariant. We also study the mixed Hodge structures of these cohomology groups. The computations for ℳ3[2] are mainly via point counts over finite fields while the computations for ℳ3,1[2] primarily uses a description due to Looijenga in terms of arrangements associated to root systems. This leads us to the computation of the cohomology of complements of toric arrangements associated to root systems. These varieties come with an action of the corresponding Weyl group and the computations are equivariant with respect to this action.

L'objet principal de cette thèse est de démontrer une inégalité d'Arakelov qui consiste à borner le degré d'un sous-faisceau inversible de l'image directe d'un faisceau relatif pluricanonique d'une famille semi-stable de courbes. Un problème naturel qui apparaît est la caractérisation des familles pour lesquelles sont satisfaites le cas d'égalité dans l'inégalité d'Arakelov, i.e. le cas d'égalité d'Arakelov. Peu d'exemples de telles familles sont connus. Dans cette thèse nous en proposons plusieurs en prouvant que le faisceau relatif bicanonique d'une famille semi-stable de courbes uniformisée par la boule unité et dont toutes les fibres singulières sont totalement géodésiques contient un sous-faisceau inversible qui satisfait l'égalité d'Arakelov. / The main object of study in this thesis is an Arakelov inequality which bounds the degree of an invertible subsheaf of the direct image of the pluricanonical relative sheaf of a semistable family of curves. A natural problem that arises is the characterization of those families for which the equality is satisfied in that Arakelov inequality, i.e. the case of Arakelov equality. Few examples of such families are known. In this thesis we provide some examples by proving that the direct image of the bicanonical relative sheaf of a semistable family of curves uniformized by the unit ball, all whose singular fibers are totally geodesic, contains an invertible subsheaf which satisfies Arakelov equality.

On étudie les déformations des applications harmoniques $f$ tordues par rapport à une représentation. Après avoir construit une application harmonique tordue "universelle", on donne une construction de toute déformations du premier ordre de $f$ en termes de la théorie de Hodge ; on applique ce résultat à l'espace de modules des représentations réductives d'un groupe de Kähler, pour démontrer que les points critiques de la fonctionnelle de l'énergie $E$ coïncident avec les représentations de monodromie des variations complexes de structures de Hodge. Ensuite, on procède aux déformations du second ordre, où des obstructions surviennent ; on enquête sur l'existence de ces déformations et on donne une méthode pour le construire. En appliquant ce résultat à la fonctionnelle de l'énergie comme ci-dessus, on démontre (pour n'importe quel groupe de présentation finie) que la fonctionnelle de l'énergie est strictement pluri sous-harmonique sur l'espace des modules des représentations. En assumant de plus que le groupe soit de Kähler, on étudie les valeurs propres de la matrice hessienne de $E$ dans les points critiques. / We study the deformations of twisted harmonic maps $f$ with respect to a representation. After constructing a continuous ``universal'' twisted harmonic map, we give a construction of every first order deformation of $f$ in terms of Hodge theory; we apply this result to the moduli space of reductive representations of a K\"ahler group, to show that the critical points of the energy functional $E$ coincide with the monodromy representations of polarized complex variations of Hodge structure. We then proceed to second order deformations, where obstructions arise; we investigate the existence of such deformations, and give a method for constructing them, as well. Applying this to the energy functional as above, we prove (for every finitely presented group) that the energy functional is strictly pluri sub-harmonic on the moduli space of representations; assuming furthermore that the group is Kähler, we study the eigenvalues of the Hessian of $E$ at critical points.

Cette thèse est articulée autour de deux thématiques : la première (chapitres 1 à 3) est l’étude des exposants de Lyapunov associés à un fibré plat sur une courbe complexe, et en particulier leur application dans les modèles de wind-tree ainsi que leur lien avec les variations de structures de Hodge quand les fibrés en sont munis. La deuxième (chapitres 4 à 5) traite des surfaces de dilatations, de leurs symétries et de leur dynamique.Dans le chapitre 1, un résultat reliant taux de diffusion d’un modèle de wind-tree à un exposant de Lyapunov d’un espace affine invariant d’une strate de différentielles quadratique est présenté. Ce théorème permet de calculer numériquement ces taux de diffusion pour un grande famille de modèles et d’observer l’influence des la forme des obstacles sur la vitesse du flot. Le chapitre 2 apporte une preuve d’une conjecture sur le comportement des exposants dans des strates à genre fixé avec un grand nombre de pôles dans le cas ou le nombre de zéros est borné. Ce résultat appuie une intuition que le taux de diffusion pour un wind-tree périodique avec un grand nombre d’angles est petit. Enfin dans le chapitre 3 nous considérons des exposants de Lyapunov plus généraux, associés à un fibré plat muni d’une variation de structure de Hodge sur la sphère privée de trois points. Cet exemple venu des équations hypergéométriques mime la structure de fibrés de Hodge sur des espaces de modules paramétrés par la sphère. Nous cherchons à comprendre la relation des exposants avec des grandeurs algébriques, en particulier avec les degrés paraboliques des sous fibrés holomorphes.Dans le chapitre 4 nous considérons les groupes de Veech de surfaces de dilatation et proposons une classification topologique complète de ceux-ci. Ce chapitre est aussi l’occasion de décrire notre intuition de cet objet et de proposer une conjecture sur l’existence de cylindres dans ces surfaces. Dans le chapitre 5 nous décrivons complètement la dynamique d’un exemple de surface de dilatation de genre 2 dans toutes les directions. Nous montrons l’existence et la généricité de directions correspondantes à des cylindres ainsi que l’existence d’une infinité de direction dans lesquels le flot géodésique s’accumule sur des espaces de Cantor. / This thesis is organized around two main themes : on one hand (chapter 1 to 3) we study the Lyapunov exponents associated to a flat bundle on a complex curve, their application to wind-tree models and links with variation of Hodge structures on the bundle endowed with them. On the other hand (chapter 4 and 5) we introduce dilatation surfaces, and study their symmetries and dynamics.In chapter 1, a result binds diffusion rates of wind-tree models and a Lyapunov exponent of some affine invariant spaces in strata of quadratic differentials. This theorem enables us to compute numerically these diffusion rates for a large familly of models and hence to observe the influence of the shape of the obstacles on the speed of the flow. Chapter 2 is devoted to the proof of a conjecture on Lyapunov exponents behaviour for strata of a given genus and large number of poles when the number of zeros is bounded. It confirms an intuition explained in the previous chapter that diffusion rate on periodic wind-tree models with obstacles with a large number of angles is close to zero. At last, in chapter 3, we consider Lyapunov exponents in the more general setting of flat bundles endowed with a variation of Hodge structure on the sphere minus three points. This example coming from hypergeometric equations mimics the structure of a Hodge bundle on a moduli space parametrized by the sphere. We investigate the relation between these exponents and algebraic numbers like parabolic degrees of holomorphic subbundles.In chapter 4 we consider Veech groups of dilatation surfaces and give a complete topological classification of them. We also convey our intuition of this object and claim a conjecture on the existence of cylinders on each surface. In chapter 5 we describe the dynamics of a genus 2 example in every directions. We show the existence and genericity of directions corresponding to cylinders and we describe an infinite set of directions for which the geodesic flow accumulates on a Cantor set