Le domaine de cette thèse est dans la topologie quantique et son sujet est axé sur l'interaction en- tre la topologie de basse dimension et la théorie des représentations. Ma recherche concerne as- pects différents des invariants quantiques pour les entrelacs et les $3$-variétés, visant a créer des ponts entre les façons algébriques et topologiques de les définir. D'une part, une description al- gébrique et combinatoire pour un concept mathématique, crée l'opportunité de développer des outils de calcul. D'un autre côté, les descriptions topologiques et géométriques ouvrent des per- spectives vers des constructions qui mènent a une compréhension plus profonde et a des théories plus subtiles.Les polynômes de Jones coloriés sont des invariants quantiques d'entrelacs contruits en partant de la théorie des représentations de $U_q(sl(2))$. Le premier invariant de cette séquence est le polynôme de Jones original, qui peut-être caractérisé aussi par la théorie de l'écheveau. Bigelow et Lawrence ont décrit un modèle homologique pour le polynôme de Jones. Ils ont utilisé la représentation de Lawrence, qui est une représentation de groupe de tresses sur l'homologie des revêtements d'espaces de configurations dans le disque pointé, et la nature de l'écheveau de l'in- variant pour la preuve. Contrairement a ce cas, les autres polynômes de Jones coloriés ne peu- vent pas être définis facilement par la théorie de l'écheveau.Dans la premiere partie de cette thèse, nous donnons un modèle topologique pour les polynômes de Jones coloriés. Nous utilisons leur définition comme invariants quantiques et construisons des correspondants topologiques pas à pas. Nous observons d'abord que l'invariant peut être codé par des espaces dits de plus haut poids, puis utiliser un résultat de Kohno, qui identifie ces espaces avec des représentations de Lawrence. Nous prouvons que les polynômes de Jones coloriés peu- vent être obtenus comme une forme d'intersection géométrique gradués entre des classes d'ho- mologie dans certaines couvertures des espaces de configuration de points dans le disque pointé.Les deuxième et troisième parties sont orientées vers les applications de la théorie de la représen- tation des super groupes quantiques aux invariants quantiques. La deuxième partie est une col- laboration avec N. Geer, ou nous construisons des invariants quantiques pour $3$-variétés a par- tir des représentations de $U_q(sl(2|1))$. Turaev-Viro ont défini une méthode de type somme d'état qui donne des invariants de $3$-variétés a partir de $ U_q(sl (2)) $. Pour les super groupes quantiques, cela entraîne l'annulation des invariants. Plus tard, Geer-Pa- tureau-Turaev ont défini une méthode modifiée qui commence par une catégorie avec de bonnes propriétés et conduit à des invariants non-nulls. Notre stratégie consiste a construire une caté- gorie qui peut-être utilisée dans cette méthode modifiée. La troisième partie concerne l'étude des algèbre centralisatrices pour les représentations de $ U_q (sl (2 | 1)) $. Wagner et Marin conjec- turaient les dimensions d'une suite d'algèbres centralisatrices correspondant à la représentation simple standard de $U_q(sl(2|1))$. Nous prouvons cette conjecture en utilisant des techniques combinatoires. / The domain of this thesis is within quantum topology and its subject is focused towards the interaction between low dimensional topology and representation theory. My research con- cerns different aspects of quantum invariants for links and $3$-manifolds, aiming to create bridges between algebraic and topological ways of defining them. On one hand, an algebraic and combinatorial description for a mathematical concept, creates the opportunity to develop computational tools. On the other hand, topological and geometrical descriptions open per- spectives towards constructions that lead to a deeper understanding and more subtle theories.The coloured Jones polynomials are quantum link invariants constructed from the representa- tion theory of $U_q(sl(2))$. The first invariant of this sequence is the original Jones polyno- mial, which can be characterised also by skein theory. Bigelow and Lawrence described a homological model for the Jones polynomial. They used the Lawrence representation, which is a braid group representation on the homology of coverings of configuration spaces in the punctured disk, and the skein nature of the invariant for the proof. In contrast to this case, the other coloured Jones polynomials cannot be defined in an easy manner by skein theory.In the first part of this thesis, we give a topological model for the coloured Jones polynomi- als. We use their definition as quantum invariants and construct step by step topological cor- respondents. We first observe that the invariant can be encoded through so-called highest weight spaces and then use a result by Kohno, which identifies these spaces with Lawrence representations. We prove that the coloured Jones polynomials can be obtained as graded geometric intersection pairings between homology classes in certain coverings of the config- uration spaces of points in the punctured disk.The second and third parts are oriented towards applications of representation theory of super quantum groups to quantum invariants.The second part is a collaboration with N. Geer, where we construct quantum invariants for$3$-manifolds from representations of $U_q(sl(2|1))$. Turaev-Viro defined a state-sum type method that gives $3$-manifold invariants from $U_q(sl(2))$. For super quantum groups, this leads to vanishing invariants. Later on, Geer-Patureau-Turaev defined a modified method which starts with a category with good properties and leads to non-vanishing invariants. Our strategy is to construct a category that fits into the input of this modified method.The third part concerns the study of centralizer algebras for representations of $U_q(sl(2|1))$. Wagner and Marin conjectured the dimensions of a sequence of centralizer algebras corre- sponding to the simple standard $U_q(sl(2|1))$-representation. We prove this conjecture us- ing combinatorial techniques.

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Witten, Reshetikhin et Turaev ont défini des invariants des variétés topologiques de dimension 3, dits "quantiques" qui s'étendent en une structure de TQFT, c'est-à-dire un foncteur monoïdal d'une catégorie de cobordismes vers la catégorie des espaces vectoriels complexes. Nous étudions ici leur asymptotique. Dans ce cadre, les courbes sur une surface induisent des endomorphismes des espaces de TQFT, appelés opérateurs courbes, qui sont l'un des objets centraux du mémoire. Tous ces invariants dépendant d'un paramètre entier r, on s'intéresse à leur comportement quand r tend vers l'infini. On s'aperçoit alors que les invariants quantiques sont liés à des objets plus géométriques, comme les espaces des modules des représentations dans SU2 du groupe fondamental d'une surface. La première partie de la thèse introduit la notion de TQFT et les invariants de Witten-Reshetikhin-Turaev, puis donne des rudiments de géométrie de l'espace des modules SU2 d'une surface et de quantification géométrique. La deuxième partie présente un résultat sur l'asymptotique des coefficients de matrices des opérateurs courbes en TQFT. A partir de calcul d'écheveau et d'un théorème de Bullock, on relie les deux premiers termes de leur développement aux fonctions traces associées aux multicourbes. Cette thèse aboutit dans la troisième partie à un résultat asymptotique pour les coefficients de matrices des représentations quantiques. Un modèle géométrique est proposé pour les espaces de TQFT associés aux surfaces, et il est montré que les opérateurs courbes s'identifient alors à des opérateurs de Toeplitz. Des méthodes standards d'analyse semi-classiques permettent d'en déduire le résultat. / In this thesis we study the asymptotics of some invariants of 3-manifolds, known as "quantum invariants" which were defined by Witten, Reshetikhin and Turaev. These invariants are part of a TQFT structure, that is a monoidal functor for a category of cobordism to the category of complex vector spaces. In this setting, curves on surfaces induce endomorphisms of TQFT vector spaces, called curve operators, which are one of the main object in our study. All these invariants depend of an integer parameter r, and we are interested in their behavior when r tends to infinity. We can then see that quantum invariants are related to more geometric objects, like the moduli space of conjugacy classes of SU2 representations of the fundamental group of a surface. The thesis is divided in 3 parts: in the first one we introduce the notion of TQFT and the Witten-Reshetikhin-Turaev invariants, then we give basic properties of the SU2-moduli spaces and explain the general approach of geometric quantification. In the second one we present a result on the asymptotics of matrix coefficients of curve operators. Using skein calculus and a theorem of Bullock, we express the first two terms of their expansion in terms of trace functions on the SU2-moduli space associated to multicurves. The final part gives an asymptotic expansion of matrix coefficents of quantum representations. A geometric model for TQFT vector spaces is defined, and we show that curve operators can be seen as Toeplitz operators in this model. Standard tools of semi-classical analysis allow us to deduce the result from this.

Une théorie des champs quantique topologique (TQFT) en dimension 3 est un foncteur monoidal symétrique de la catégorie des cobordismes de dimension 3 vers celle des espaces vectoriels. Une TQFT fournit en particulier un invariant scalaire des variétés fermées de dimension 3 ainsi que des représentations du groupe de difféotopie des surfaces fermées.Turaev explique en 1994 comment construire à partir d'une catégorie modulaire une TQFT qui étend l'invariant scalaire de 3-variétés fermées introduit en 1991 par Reshetikhin et Turaev. Dans cette thèse, nous généralisons cette construction à l'aide d'une catégorie C en ruban avec coend. On représente un cobordisme par un enchevêtrement d'un type particulier (enchevêtrement de cobordisme) et on associe à celui-ci un morphisme défini entre puissances tensorielles de la coend comme décrit par Lyubashenko en 1995. A l'aide de l'extension du calcul de Kirby aux cobordismes de dimension 3, cette construction nous permet de produire un invariant de cobordismes puis une TQFT à valeurs dans la sous-catégorie monoïdale symétrique des objets transparents de C.Dans le cas où C est une catégorie modulaire, cette sous-catégorie s'identifie à celle des espaces vectoriels et on retrouve ainsi la TQFT de Turaev. Dans le cas où C est une catégorie prémodulaire modularisable, notre TQFT est un relèvement de la TQFT de Turaev associée à la modularisée de C. / A 3-dimensional topological quantum field theory (TQFT) is a symmetric monoidal functor from the category of 3-cobordisms to the category of vector spaces. Such TQFTs provide in particular numerical invariants of closed 3-manifolds and representations of the mapping class group of closed surfaces.In 1994, Turaev explains how to construct a TQFT from a modular category; the scalar invariant is then the Reshethikhin-Turaev invariant introduced in 1991. In this thesis, we describe a generalization of this construction starting from a ribbon category C with coend. We present a cobordism by a certain type of tangle (cobordism tangle) and we associate to such a tangle a morphism between tensor products of the coend as described by Lyubashenko in 1994. Extending the Kirby calculus to 3-cobordisms, we obtain in this way an invariant of cobordisms and a TQFT which takes values in the symmetric monoidal subcategory of transparent objects of C. If the category C is modular, this subcategory can be identified with the category of vector spaces, and we recover Turaev's TQFT. If the category C is modularizable, our TQFT is a lift of the Turaev TQFT for the modularization of C.