Soit sigma g,n une surface orientable de genre g avec n trous. Le groupe modulaire de sigma g,n agit sur divers complexes, comme le complexe de courbes et le complexe de décomposition en pantalons. Il a été prouvé, selon une approche initialement établie par Ivanov, que le groupe d'automorphismes de chacun de ces complexes est isomorphe au groupe modulaire. Cela implique notamment que le groupe des automorphismes extérieurs d'un sous-groupe d'indice fini du groupe modulaire est fini. Le but de cette thèse est de démontrer un résultat similaire s'appliquant à des surfaces de type infini de genre zéro. Pour cela, on définit un groupe modulaire asymptotique de ces surfaces, puis un complexe cellulaire localement infini sur lequel le groupe modulaire agit naturellement. On fait apparaitre des propriétés du groupe des automorphismes de chaque complexe en faisant agir les automorphismes sur des graphes auxiliaires. Le premier groupe modulaire étudiée est isomorphe au groupe de Thompson T. Le second est une extension du groupe modulaire universel de genre zéro. / Let sigma g,n be an orientable surface of genus g with n punctures. The mapping class group of sigma g,n acts on several complexes, for instance the curve complex or the pants complex of the surface. It is proved that the automorphism group of each of these complexes are isomorphic to the mapping class group. This implies in particular that the group of outer automorphisms of a finite index subgroup is finite. The purpose of this thesis is to prove a similar result on some surfaces of infinite type and genus zero. For this, we define an asymptotic mapping class group of these surfaces, and then a locally infinite cellular complex where the mapping class group acts naturally. It brings up some properties of the automorphism group of each cellular complex by making automorphisms act on auxiliary graphs. The first studied asymptotic mapping class group is isomorphic to the Thompson group T. The second one is an extension of the universal mapping class group of genus zero.

On étudie le groupe modulaire G du plan privé d'un ensemble de Cantor et les classes de Brouwer du groupe modulaire du plan privé de Z. Ces objets apparaîssent naturellement en dynamique topologique sur les surfaces. Dans le premier chapitre, on s'intéresse au groupe G et à son action sur le graphe des rayons, qui est un analogue déni par Danny Calegari du complexe des courbes pour le plan privé d'un ensemble de Cantor. En particulier, on montre que ce graphe est de diamètre infini et hyperbolique. On utilise ensuite l'action de G sur ce graphe hyperbolique pour exhiber un quasi-morphisme non trivial explicite sur G et pour montrer que le deuxième groupe de cohomologie bornée de G est dedimension infinie. Enfin, on donne un exemple d'un élément hyperbolique de G dont la longueur stable des commutateurs est nulle. Dans le second chapitre, on développe de nouveaux outils pour la théorie de Brouwer homotopique. En particulier, on décrit un ensemble canonique de droites de réduction, l'ensemble des murs, qui sépare le plan en zones de translation maximales et en zones irréductibles. On se restreint ensuite au cas des classes de Brouwer relativement à quatre orbites, et on les décrit explicitement en ajoutant au diagramme de Handel et à l'ensemble des murs un emmêlement, qui est essentiellement une classe d'isotopie de courbes sur le cylindre privé de deux points. / We study the mapping class group G of the complement of a Cantor set in the plane and the Brouwer mapping classes of the mapping class group of the complement of Z in the plane. These objects arise naturally in topological dynamics on surfaces. In the first chapter, we study the group G and its action on the ray graph, which is the analog dened by Danny Calegari of the complex of curves for the complement of a Cantor set in the plane. In particular, we show that this graph has infinite diameter and is hyperbolic. We use the action of G on this graph to find an explicit non trivial quasimorphism on G and to show that this group has infinite dimensional second bounded cohomology. We give an example of a hyperbolic element of G with vanishing stable commutator length. In the second chapter, we give new tools for homotopy Brouwer theory. In particular, we describe a canonical reducing set, the set of "walls", which splits the plane into maximal translation areas and irreducible areas. We then focus on Brouwer mapping classes relatively to four orbits and describe them explicitly by adding to Handel's diagram and to the set of walls a "tangle", which is essentially an isotopy class of simple closed curves in the cylinder minus two points.

Cette thèse s'intéresse à des aspects divers des structures affines complexes branchées sur les surfaces de Riemann.Dans une première partie, nous étudions un invariant algébrique de ces structures appelé holonomie, qui est une représentation du groupe fondamental de la surface sous-jacente dans le groupe affine. Nous démontrons un théorème caractérisant les représentations se réalisant comme l'holonomie d'une structure affine.Nous nous intéressons ensuite à la géométrie de certains espaces de modules de telles structures qui viennent naturellement avec une structure hyperbolique complexe. Nous décrivons cette géométrie en terme de dégénérescences de structures affines.Enfin, nous regardons une sous-classe de structures affines dont chaque élément induit une famille de feuilletages sur la surface sous-jacente. Nous relions ces feuilletages à des systèmes dynamiques unidimensionnels appelés échanges d'intervalles affines et nous étudions un cas particulier en détails. / This thesis deals with several aspects of branched, complex affine structures on Riemann surfaces.In a first chapter, we study an algebraic invariant of these structures called holonomy, which is a representation of the fundamental group of the underlying surface into the affine group. We prove a theorem characterising such representations that arise as the holonomy of an affine structure.In a second part, we study certain moduli spaces of affine tori which happen to have an additional complex hyperbolic structure. We analyse the geometry of this structures in terms of degenerations of the underlying affine tori.Finally, we narrow our interest to a subclass of affine structures each element of which inducing a family of foliations on the underlying topological surface. We link these foliations to 1-dimensional dynamical systems called affine interval exchange transformations and study a particular case in details.

Soit Σ une surface compacte connexe orientée avec une seule composante du bord. Notons par M le groupe d'homéotopie de Σ. En considérant l'action de M sur le groupe fondamental de Σ, il est possible de définir différentes filtrations de M ainsi que des homomorphismes sur chaque terme de ces filtrations. Le but de cette thèse est double. En premier lieu, nous étudions deux filtrations de M : la " filtration de Johnson-Levine " introduite par Levine et la " filtration de Johnson alternative " introduite recemment par Habiro et Massuyeau. Les définitions de ces deux filtrations prennent en compte un corps en anses bordé par la surface. Nous nous référons à ces filtrations comme " filtrations de type Johnson " et les homomorphismes correspondants sont appelés " homomorphismes de type Johnson " par leur analogie avec la filtration de Johnson originale et les homomorphismes de Johnson usuels. Nous donnons une comparaison de la filtration de Johnson avec la filtration de Johnson-Levine au niveau du monoïde des cobordismes d'homologie de Σ. Nous donnons également une comparaison entre la filtration de Johnson alternative, la filtration Johnson-Levine et la filtration de Johnson au niveau du groupe d'homéotopie. Deuxièmement, nous étudions la relation entre les " homomorphismes de type Johnson" et l'extension fonctorielle de l'invariant perturbatif universel des variétés de dimension trois (l'invariant de Le-Murakami-Ohtsuki ou invariant LMO). Cette extension fonctorielle s'appelle le foncteur LMO et il prend ses valeurs dans une catégorie de diagrammes. Nous démontrons que les "homomorphismes de type Johnson " peuvent être lus dans la réduction arborée du foncteur LMO. En particulier, cela fournit une nouvelle grille de lecture de la réduction arborée du foncteur LMO. / Let Σ be a compact oriented surface with one boundary component and let M denote the mapping class group of Σ. By considering the action of M on the fundamental group of Σ it is possible to define different filtrations of M together with some homomorphisms on each term of the filtrations. The aim of this thesis is twofold. First, we study two filtrations of M : the « Johnson-Levine filtration » introduced by Levine and « the alternative Johsnon filtration » introduced recently by Habiro and Massuyeau. The definition of both filtrations involve a handlebody bounded by Σ. We refer to these filtrations as ≪ Johnson-type filtrations » and the corresponding homomorphisms have referred to as « Johnson-type homomorphisms » by their analogy with the original Johnson filtration and the usual Johnson homomorphisms. We provide a comparison of the Johnson filtration with the Johnson-Levine filtration at the level of the monoid of homology cobordisms of Σ. We also provide a comparison of the alternative Johnson filtration with the Johnson-Levine filtration and the Johnson filtration at the level of the mapping class group. Secondly, we study the relationship between the « Johnson-type homomorphisms » and the functorial extension of the universal perturbative invariant of 3-manifolds (the Le-Murakami-Ohtsuki invariant or LMO invariant). This functorial extension is calling the LMO functor and it takes values in a category of diagrams. We prove that the « Johnson-type homomorphisms » is in the tree reduction of the LMO functor. In particular, this provides a new reading grid of the tree reduction of the LMO functor.

Ce travail se fonde sur le lien entre le corps des modules d'un revêtement et les espaces de Hurwitz. Pour un revêtement donné, l'arithmétique de ces espaces fournit des résultats sur la ramification du corps des modules au-dessus du corps de rationalité des points de branchement. Le théorème de Beckmann, qui circonscrit la ramification dans cette extension à certaines places, les mauvaises places, trouve ainsi une démonstration naturelle. Une analyse plus fine des espaces de Hurwitz fournit des informations sur les mauvaises places ne divisant pas l'ordre du groupe de monodromie du revetement (mais où les points de branchement se rencontrent) : l'idée consiste à considérer le revêtement du complété de l'espace de Hurwitz au-dessus du complété de l'espace de configuration de points. Pour une telle place, le lieu de branchement du revêtement se prolonge en une section arithmétique sur ce dernier espace, et la restriction du revêtement de Hurwitz à cette section fournit de l'information sur la ramification dans le corps des modules en la place considérée. Nous étudions ce problème de restriction dans un cadre plus général, en considérant le cas d'un revêtement modérément ramifié le long de diviseurs à croisements normaux restreint à une section, et en nous basant sur le théorème d'Abhyankar. Nous donnons une version effective de ce résultat de ramification dans le corps des modules, en fonction d'entiers qui dépendent des relations de congruence entre les points de branchement, ainsi que d'un choix de générateurs de l'inertie autour des composantes du bord de l'espace de configuration de points croisant la section. À cet effet, nous introduisons un certain type de twists de Dehn, les twists sarments, et nous décrivons leur action sur l'ensemble des classes de Nielsen. Une dernière partie de ce travail regroupe des résultats divers de descente du corps de définition d'un revêtement, qui utilisent des gerbes au-dessus des espaces de Hurwitz.

Cette thèse consiste en trois parties que j'ai faites pendant ces trois ans.La première partie va être constituée de l'étude de la distribution de la longueur de corde sur le plan hyperbolique. Nous montrons l'identité de Pleijel pour le plan hyperbolique. En utilisant cette identité, nous remontrons l'identité de formule de Crofton et l'inégalité isopérimétrique pour le plan hyperbolique, et puis nous calculons la distribution de la longueur de corde associée à un triangle idéal et celle associée à un quadrilatère idéal. Ensuit, nous montons les résultats analogues pour les surfaces riemannienne simplement connexes avec la courbure constante. La seconde partie va contribuer aux études de la métrique de pression sur l'espace de Teichmüller d'un tore privé d'un disque. En étudiant la dégénération du tore quand la longueur du bord va à l'infini, nous trouvons la relation de cette métrique avec la métrique de pression sur l'espace modulaires des graphes métriques. Nous montrons ensuite que la fonction de l'entropie n'est pas constante sur les feuilles symplectique de l'espace Teichmüller d'une surface à bord.Finalement, la troisième partie concerne la quantification de l'espace de Teichmüller d'une surface avec les piqûres. nous montrons. Dans ce chapitre, nous étudions l'extension centrale du groupe modulaire via la quantification de Chekhov-Fock et calculons sa classe de cohomologie qui est 12 fois la classe de Meyer plus les classes d'Euler associées aux piqûres. / This thesis consists of three parts corresponding to the three subjects that I have studied during the last three years.The first part contains the study of the chord length distribution associated to a compact (or non-compact) domain in the hyperbolic plane. We prove the hyperbolic Pleijel identity. By using this identity, we find new approaches to the Crofton's formula and the isoperimetric inequality, and then compute the chord length distribution associated to an ideal triangle and that associated to an ideal quadrilateral. Then we prove the analogue results for the simply connected Riemannian surface with constant curvature.The second part of this thesis (Chapter 5) consists of the study of the pressuremetric on the Teichmüller space of one-holed torus. By studying the degeneration of the torus when the boundary length goes to infinity, we find the relation of this metric to the pressure metric on the moduli space of metric graphs. Then we study the entropy function and prove that it is not constant on the symplectic leaf of the Teichmüller space of a bordered surface.Finally, the third part concerns the quantization of the Teichmüller space of a punctured surface. In this chapter, we study the central extension of the mapping class group coming from the quantization and compute its cohomology class which is 12 times the Meyer class plus the Euler classes associated to punctures.

On suppose que S=Sg,n est un surface connexe orientable de type topologique fini, de genre g≥3 et n≥0 épointements. Dans les chapitres 1 et 2 on décrit l'ensemble principal d'une surface et prouve que en utilisant expansions rigides itérés, on peut créer suites croissantes d'ensembles finis qui sa réunion est le complexe des courbes de la surface C(S). Dans le 3ème chapitre on introduit l'ensemble rigide X(S) de Aramayona et Leininger et l'utilise pour montrer que la suite des chapitres précédents est eventuellement une suite d'ensembles rigides. On utilise cela pour prouver que si Si=Sgi,ni pour i=1,2 sont surfaces telles que k(S1)≥k(S2) et g1≥3, toute application qui préserve les arêtes de C(S1) dans C(S2) est induite par un homéomorphisme. Ceci est utilisé pour montrer un résultat similaire pour les homomorphismes de sous-groupes de Mod*(S1) dans Mod*(S2). Dans le 4ème chapitre on utilise les résultats précédents pour prouver que l'unique façon d'obtenir une application qui préserve les arêtes et qui est alternante du graphe de Hatcher-Thurston de S1, HT(S1), dans soi de S2, HT(S2) est en utilisant un homéomorphisme de S1 et puis piquer la surface n fois pour obtenir S2. Ceci implique que toute application qui préserve les arêtes et qui est alternante de HT(S) dans soi même et aussi tous les automorphismes de HT(S), sont induits par homéomorphismes. Dans le 5ème chapitre on montre que toute application super-injective du graphe des courbes qui ne sépare pas et courbes extérieures de S1, NO(S1), dans soi de S2, NO(S2), est induite par un homéomorphisme. Finalement, dans les conclusions on discute la signifiance des résultats et les façons possibles d'étendre leur. / Suppose S = Sg,n is an orientable connected surface of finite topological type, with genus g ≥ 3 and n ≥ 0 punctures. In the first two chapters we describe the principal set of a surface, and prove that through iterated rigid expansions we can create an increasing sequence of finite sets whose union in the curve complex of the surface C(S). In the third chapter we introduced Aramayona and Leininger's finite rigid set X(S) and use it to prove that the increasing sequence of the previous two chapters becomes an increasing sequence of finite rigid sets after, at most, the fifth iterated rigid expansion. We use this to prove that given S1 = Sg1,n1 and S2 = Sg2,n2 surfaces such that k(S1) ≥ k(S2) and g1 ≥ 3, any edge-preserving map from C(S1) to C(S2) is induced by a homeomorphism from S1 to S2. This is later used to prove a similar statement using homomorphisms from certain subgroups of Mod*(S1) to Mod*(S2). In the fourth chapter we use the previous results to prove that the only way to obtain an edge-preserving and alternating map from the Hatcher-Thurston graph of S1 = Sg,0, HT(S1), to the Hatcher-Thurston graph of S2 = Sg,n, HT(S2), is using a homeomorphism of S1 and then make n punctures to the surface to obtain S2. As a consequence, any edge-preserving and alternating self-map of HT(S) as well as any automorphism is induced by a homeomorphism. In the fifth chapter we prove that any superinjective map from the nonseparating and outer curve graph of S1, NO(S1), to that of S2, NO(S2), is induced by a homeomorphism assuming the same conditions as in the previous chapters. Finally, in the conclusions we discuss the meaning of these results and possible ways to expand them.