Le problème du cercle de Gauss consiste à compter le nombre de points entiers de longueur bornée dans le plan. Autrement dit, compter le nombre de géodésiques fermées de longueur bornée sur un tore plat bidimensionnel. De très nombreux problèmes de comptage en systèmes dynamiques se sont inspirés de ce problème. Depuis 30 ans, on cherche à comprendre l’asymptotique de géodésiques fermées dans les surfaces de translation. H. Masur a montré que ce nombre a une croissance quadratique. Calculer l’asymptotique quadratique (constante de Siegel–Veech) est un sujet de recherches très actif aujourd’hui. L’objet d’étude de cette thèse est le modèle de windtree, un modèle de billard non compact. Dans le cas classique, on place des obstacles rectangulaires identiques dans le plan en chaque point entier. On joue au billard sur le complémentaire. Nous montrons que le nombre de trajectoires périodiques a une croissance asymptotique quadratique et calculons la constante de Siegel–Veech pour le windtree classique ainsi que pour la généralisation de Delecroix– Zorich. Nous prouvons que, pour le windtree classique, cette constante ne dépend pas des tailles des obstacles (phénomène “non varying” analogue aux résultats de Chen–Möller). Enfin, lorsque la surface de translation compacte sous-jacente est une surface de Veech, nous donnons une version quantitative du comptage. / The Gauss circle problem consists in counting the number of integer points of bounded length in the plane. In other words, counting the number of closed geodesics of bounded length on a flat two dimensional torus. Many counting problems in dynamical systems have been inspired by this problem. For 30 years, the experts try to understand the asymptotic behavior of closed geodesics in translation surfaces. H. Masur proved that this number has quadratic growth rate. Compute the quadratic asymptotic (Siegel–Veech constant) is a very active research domain these days. The object of study in this thesis is the wind-tree model, a non-compact billiard model. In the classical setting, we place identical rectangular obstacles in the plane at each integer point. We play billiard on the complement. We show that the number of periodic trajectories has quadratic asymptotic growth rate and we compute the Siegel–Veech constant for the classical wind-tree model as well as for the Delecroix–Zorich variant. We prove that, for the classical wind-tree model, this constant does not depend on the dimensions of the obstacles (non-varying phenomenon, analogous to results of Chen–Möller). Finally, when the underlying compact translation surface is a Veech surface, we give a quantitative version of the counting.

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