Dans ce mémoire, nous nous intéressons aux surfaces de translation. Ce sont des surfaces compactes munies d'une métrique plate, qui possèdent des singularités coniques et sur lesquelles, on peut choisir une direction verticale. De manière équivalente, une surface de translation est aussi une 1-forme holomorphe sur une surface de Riemann. Des exemples majeurs de telles surfaces sont les surfaces obtenues par “ dépliage ” de billards rationnels.Nous identifions deux surfaces de translation images l'une de l'autre par une isométrie préservant l'orientation et la direction verticale. La classe d'une surface par cette relation d'équivalence est encore une surface de translation que l'on appelle surface réduite de la surface de départ.Nous définissons les difféomorphismes affines d'une surface de translation comme les difféomorphismes de cette surface dont la différentielle est constante. Ils forment un groupe appelé le groupe affine de la surface.Le groupe SL(2,IR) agit linéairement sur l'ensemble des surfaces de translation. Le stabilisateur de la surface réduite d'une surface de translation est appelé le groupe de Veech de la surface de translation. Les éléments du groupe de Veech sont en fait les matrices jacobiennes des difféomorphismes affines. Ce groupe est un outil indispensable dans l'étude des surfaces de translation et notre travail en est une illustration. Si le groupe de Veech est un réseau de SL(2,IR), la surface est appelée surface de Veech.L'objectif de ce mémoire est de démontrer que, sur une surface de Veech donnée, les orbites denses du groupe affine s'équirépartissent sur la surface. Nous précisons bien sûr la notion d'équirépartition utilisée. Il est important de noter que les orbites qui ne sont pas denses sont finies et qu'il y en a au plus un nombre dénombrable. Ce résultat est d'abord établi pour la surface réduite de la surface de translation et permet d'en déduire le théorème pour la surface de départ. / In this thesis, we study translation surfaces. These are compact surfaces equipped with a flat metric and conical singularities. A vertical direction is fixed. Translation surfaces are in one to one correspondence with holomorphic 1-forms on Riemann surfaces. Important examples of translation surfaces arise from unfolding billiards in rational polygons.Two translation surfaces are identified if they are obtained one from the other by an isometry preserving the orientation and the vertical direction. The equivalence class of a surface is still a translation surface called the reduced surface. Affine diffeomorphisms on a translation surface are diffeomorphisms whose differential is constant. They form a group called the affine group. The group SL(2,R) acts linearly on the set of translation surfaces. The stabilizer of the reduced surface is the Veech group of the translation surface. The elements of the Veech group are in fact the derivative of the affine diffeomorphisms. This group is of great importance in the study of translation surfaces and our work illustrate this phenomenon. If the Veech group is a lattice in SL(2,R), the surface is called a Veech surface. The goal of this thesis is to prove that dense orbit of the affine group on a Veech surface are equidistributed in the surface. One has to explain precisely what equidistribution means in this context. It is important to notice that non dense orbits are finite and that the number of these orbits is at most countable. The result is first of all established for reduced surfaces and we deduce a general result for all surfaces.

Les strates de l'espace de modules des di__erentielles ab_eliennes sont naturellementmunies d'un feuilletage holomorphe, appel_e feuilletage isop_eriodique (ou feuilletagesdes p_eriodes aboslues, ou encore feuilletage du noyau). Celui-ci a _et_e introduit il y a25 ans, d'abord par A. Eskin et M. Kontsevitch, puis par K. Calta et C. McMullenavant de devenir un objet important en dynamique de Teichmuller. La questiong_en_erale abord_ee dans ce texte est la suivante :Comment les feuilles du feuilletage isop_eriodique se r_epartissent-ellesdans l'espace de module ?McMullen a d_emontr_e l'ergodicit_e du feuilletage dans les strates principales (o_u toutesles singularit_es sont simples) en genre 2 et 3 en utilisant des techniques issue dela dynamique homog_ene. Calsamiglia, Deroin & Francaviglia ont ensuite _etenduce resulat et obtenu une classi_cation _a la Ratner des ensembles ferm_es satur_espar le feuilletage. Simultan_ement, Hamenstadt a fourni une preuve alternative del'ergodicit_e, toujours dans la strate principale. De fa_con _etonnante, le seul r_esulatconnu pour les autres strates est d^u _a P. Hooper et B. Weiss : les feuilles des surfacesde Arnoux-Yoccoz sont denses dans les strates qui les contiennent.La question de la dynamique du feuilletage isop_eriodique peut ^etre formul_ee dansle contexte plus g_en_eral des sous vari_et_es a_nes. Avila, Eskin et Moller ont prouv_eque la codimension des feuilles est alors paire. Le cas de la codimension 2, ou rang1, est d_ej_a riche. Nous _etablissons un cri_ete de densit_e des feuilles et l'appliquons_a di__erentes familles de vari_et_es a_nes de rang 1. Parmi celles-la, les lieux Prymoccupent une place importante. Nous d_emontrons dans ce cadre que les feuilles sontsoit ferm_ees, soit denses, en fonction de l'artithm_eticit_e du lieu. Dans le cas nonarithm_etique, nous prouvons que le feuilletage est ergodique pour la mesure a_neassoci_ee. Cela aboutit _a la d_ecouverte de nouvelles feuilles denses dans des strates _asingularit_es multiples. Ces r_esultats sugg_erent une connection entre la g_eometrie desvari_et_es a_nes et la dynamique isop_eriodique. L'exploitation de cette connection engenre 3 aboutit _a la classi_cation des vari_et_es a_nes non arithm_etiques ne provenantpas d'orbites ferm_ees dans les strates _a deux singularit_es. / The strata of the moduli space of abelian di_erentials are endowed with a naturalholomorphic foliation, known as the isoperiodic foliation (or absolute period foliationor kernel foliation). It has been introduced 25 years ago by A. Eskin and M. Kontsevichand later by K. Calta and C. McMullen before it became a central object inTeichmuller dynamics. The general question addressed in this text is the following:How do the leaves of the isoperiodic foliation wander around in themoduli space ?McMullen proved the ergodicity of the foliation in the principal stratum (where thesingularities of the abelian di_erentials are all simple) in genus 2 and 3 using resultsfrom group actions on homogeneous space. Calsamiglia, Deroin & Francavigliageneralized this result in higher genera and obtained a Ratner-like classi_cation ofthe closed saturated subsets. Simultaneously, Hamenstadt gave an alternative proofof the ergodicity. Surprisingly enough, for the strata where at least one zero isnot simple, the only result available was due to Hooper and Weiss: the leaf of theArnoux-Yoccoz surface is dense in the stratum in which it belongs.The question of the dynamics of the isoperiodic foliation can be rephrased in the moregeneral context of a_ne manifolds. Avila, Eskin, M^oller proved that the codimensionof the leaves is even. The codimension 2 case, also known as rank 1, already displaysa rich and contrasted picture. We give a criterion for density of the leaves, and applyit to di_erent families of rank one a_ne manifolds. Among those, special attention isdedicated to the Prym eigenform loci. We prove that the leaves are either compactor dense, depending on the arithmeticity of the locus. In the non arithmetic case, weprove that the foliation is ergodic with respect to the a_ne measure. In turn, thisgives new examples of dense leaves in strata where at least one of the singularity isnot simple. The aforementioned results suggest a connection between the dynamicsof the isoperiodic foliation and the geometry of a_ne manifolds. This connection isanalyzed in genus 3 and results in a classi_cation of the proper non arithmetic a_nemanifolds in strata with 2 singularities.

Un origami est un revêtement du tore T2, éventuellement ramifié au-dessus de l'origine.Cet objet a été introduit par William P. Thurston et William A. Veech dans les années 1970.Un origami peut être vu comme un ensemble fini de copies du carreau unitaire qui sont collées par translations. Ainsi, un origami est un cas particulier d'une surface de translation,un élément de l'espace des modules de surfaces de Riemann munies d'une 1-forme holomorphe.Un origami O avec n carreaux correspond à une paire de permutations (σ, τ ) Є 2 Sn X Sn définie à conjugaison près. Le groupe Mon(O) engendré par une telle paire s'appelle le groupe de monodromie de O. On dit qu'un origami est primitif si son groupe de monodromie est un groupe de permutation primitif. Il y a une action naturelle du groupeGL2(Z) sur les origamis, le stabilisateur de O pour cette action est le groupe de Veechdésigné par GL(O). Le groupe de monodromie est un invariant des GL2(Z)-orbites.Dans le chapitre 3 de la thèse, nous montrons que le groupe de monodromie de tout origami primitif à n carreaux dans la strate H(2k) est An ou Sn si n ≥ 3k + 2, et noustrouvons la borne exacte quand 2k + 1 est premier. La même proposition est vraie pourla strate H(1; 1) si n =/= 6. Dans le chapitre 4, nous considérons les origamis réguliers,i.e. ceux pour lesquels le nombre de carreaux est égal à l'ordre du groupe de monodromie.Nous construisons de nouvelles familles d'origamis intéressantes et cherchons leurs strates et groupes de Veech. Nous estimons également le nombre de GL2(Z)-orbites et strates distinctes des origamis réguliers ayant un groupe de monodromie donné. Afin de trouver une borne inférieure pour les origamis alternés, nous prouvons que chaque permutation dans An quifixe peu de points est le commutateur d'une paire engendrant An. Dans le chapitre 6, nous étudions une propriété de sous-groupes de PSL2(Z) qui est liée à la propriété d'être le groupe de Veech d'un origami.

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs problèmes géométriques concernant les liens-selles de surfaces plates définies par des formes différentielles méromorphes ayant des pôles de degré arbitrairement grand. Dans le cas des 1-formes holomorphes, les surfaces sont d'aire finie et ont une infinité de liens-selles. Au contraire, pour les 1-formes méromorphes ainsi que les différentielles d'ordre supérieur (quadratiques et au delà) ayant des pôles dont le degré est suffisamment grand, les surfaces sont d'aire infinie et il est courant que le nombre de liens-selles soit fini. Nous étudions trois problèmes au sujet de telles surfaces. Le premier problème est la caractérisation des strates de différentielles dont les surfaces plates correspondantes ont toujours un nombre fini de liens-selles. Nous sommes parvenus à réduire le problème à un simple critère combinatoire relatif au profil de singularités de la strate. Pour ce premier problème, nous nous plaçons dans le cadre le plus général possible : celui des k-différentielles (de la forme f(z)dz^{k}) ayant au moins un pôle d'ordre supérieur ou égal à k. Le deuxième problème est celui de la caractérisation des groupes de Veech des surfaces plates avec pôles. Dans le cas classique des surfaces de (demi)-translation, il s'agit d'un problème très difficile. Ici, au contraire, la rigidité induite par la présence de pôles permet de donner une réponse complète. Enfin, nous proposons une caractérisation complète des familles de nombres complexes pouvant apparaître comme résidus aux pôles d'une différentielle méromorphe appartenant à une strate donnée. Ainsi, la géométrie plate permet de donner une réciproque au théorème des résidus dans laquelle on contrôle la multiplicité des singularités. Ce dernier résultat est le fruit d'une collaboration avec Quentin Gendron. / In this thesis, we consider several geometric problems about saddle connections of flat surfaces defined by meromorphic differentials with poles of arbitrarily large degree. In the case of holomorphic 1-forms, surfaces are of finite area an have infinitely many saddle connections. On the contrary, if we consider meromorphic 1-forms and differentials of higher orders (quadratic and beyond) with at least one pole whose degree is large enough, flat surface are of infinite area and their number of saddle connections may be finite. We study three problems about such surfaces. The first problem is the characterization of the strata of differentials such that the corresponding flat surfaces always have a finite number of saddle connections. We achieved to reduce the problem to a to single combinatorial criterium depending on the singularity pattern of the stratum. When we deal with this problem, we adopt the most general framework of k-differentials (of the form f(z)dz^{k}) with at least one pole of order at least k. The second problem is characterization of Veech groups of flat surfaces with poles. In the classical case of (half)-translation surfaces, it is a very difficult problem. Here, rigidity induced by the poles makes possible to provide a complete answer. Finally, we provide a complete characterization of the families of complex numbers that can appear as residues at the poles of a meromorphic differential belonging to a gien stratum. Thus, flat geometry provides a reciprocal to the residue theorem in which we control the multiplicities of the singularities. This last result is the product of a collaboration with Quentin Gendron.

Un origami est un revêtement du tore T2, éventuellement ramifié au-dessus de l'origine.Cet objet a été introduit par William P. Thurston et William A. Veech dans les années 1970.Un origami peut être vu comme un ensemble fini de copies du carreau unitaire qui sont collées par translations. Ainsi, un origami est un cas particulier d'une surface de translation,un élément de l'espace des modules de surfaces de Riemann munies d'une 1-forme holomorphe.Un origami O avec n carreaux correspond à une paire de permutations (σ, τ ) Є 2 Sn X Sn définie à conjugaison près. Le groupe Mon(O) engendré par une telle paire s'appelle le groupe de monodromie de O. On dit qu'un origami est primitif si son groupe de monodromie est un groupe de permutation primitif. Il y a une action naturelle du groupeGL2(Z) sur les origamis, le stabilisateur de O pour cette action est le groupe de Veechdésigné par GL(O). Le groupe de monodromie est un invariant des GL2(Z)-orbites.Dans le chapitre 3 de la thèse, nous montrons que le groupe de monodromie de tout origami primitif à n carreaux dans la strate H(2k) est An ou Sn si n ≥ 3k + 2, et noustrouvons la borne exacte quand 2k + 1 est premier. La même proposition est vraie pourla strate H(1; 1) si n =/= 6. Dans le chapitre 4, nous considérons les origamis réguliers,i.e. ceux pour lesquels le nombre de carreaux est égal à l'ordre du groupe de monodromie.Nous construisons de nouvelles familles d'origamis intéressantes et cherchons leurs strates et groupes de Veech. Nous estimons également le nombre de GL2(Z)-orbites et strates distinctes des origamis réguliers ayant un groupe de monodromie donné. Afin de trouver une borne inférieure pour les origamis alternés, nous prouvons que chaque permutation dans An quifixe peu de points est le commutateur d'une paire engendrant An. Dans le chapitre 6, nous étudions une propriété de sous-groupes de PSL2(Z) qui est liée à la propriété d'être le groupe de Veech d'un origami. / An origami is a covering of the torus T2, possibly ramified above the origin. This objectwas introduced by William P. Thurston and William A. Veech in 1970s. Un origami can beviewed as a finite collection of copies of the unitary square that are glued by translations.Thus, un origami is a particular case of a translation surface, that is, an element of the moduli space of Riemann surfaces equipped with a holomorphic 1-form.An n-square origami O corresponds to a pair of permutations (σ, τ ) Є 2 Sn X Sn defined up to conjugation. The group Mon(O) generated by such a pair is called the monodromy group of O. We say that an origami is primitive if its monodromy group is a primitive permutation group. There is a natural action of group GL2(Z) on the origamis, the stabilizer of O for this action is the Veech group denoted by GL(O). The monodromy group is aninvariant of the GL2(Z)-orbits.In the chapter 3 of the thesis, we show that the monodromy group of any primitive n-square origami in the stratum H(2k) is either An or Sn if n ≥ 3k + 2, and we find the exact bound when 2k + 1 is prime. The same proposition is true for the stratum H(1; 1) if n =/= 6.In the chapter 4, we consider the regular origamis, i.e. the origamis for which the number of squares equals the order of the monodromy group. We construct new families of origamis and investigate their strata and Veech groups. Also, we estimate the number of distinct GL2(Z)-orbits and strata of regular origamis with a given monodromy group. In order to find a lower bound for alternating origamis, we prove that each permutation in An which fixes few points is the commutator of a pair generating An. In the chapter 6, we study a subgroup property of PSL2(Z) that is related to the property to be the Veech group of an origami.

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