Sur les espaces de modules de différentielles abéliennes existe une action naturelle de SL(2,R). Ses orbites, appelées disques de Teichmüller, se projettent dans les espaces de modules de surfaces de Riemann sur des géodésiques complexes. En tirant en arrière la forme dz du tore standard par des revêtements ramifiés au-dessus d'un seul point, on obtient les surfaces à petits carreaux, points entiers des espaces de modules de différentielles abéliennes. Nous étudions en détail les disques de Teichmüller des points entiers de l'espace des modules des différentielles abéliennes en genre deux avec un zéro double: nombre de disques de Teichmüller pour chaque nombre de carreaux, et leur géométrie; propriétés algébriques des stabilisateurs (sous-groupes de SL(2,Z) qui ne sont pas de congruence); comportement asymptotique des constantes de Siegel-Veech (coefficients des taux de croissance quadratiques des géodésiques fermées) lorsque le nombre de carreaux tend vers l'infini.

On étudie des familles rigides de connexions de selles sur des surfaces de demi-translation. Les configurations correspondantes sont une première étape pour comprendre la géométrie à l'infini des strates de l'espace des modules des différentielles quadratiques. On étend un résultat de Masur et Zorich en classifiant ces configurations pour chaque composante connexe de strate dès que le genre est supérieur à cinq. <br /><br />On regarde ensuite de façon plus fine des dégénérescences particulières et on prouve en particulier qu'une strate n'admet qu'un seul bout topologique lorsque le genre est zéro.<br /><br />Le lien entre surfaces de translation et échanges d'intervalles fournit un outil puissant pour l'étude du flot de Teichmüller. On propose une généralisation de cette représentation au cadre des différentielles quadratiques. On relie les propriétés géométriques et dynamiques de ces applications à des critères combinatoires explicites portant sur les permutations généralisées associées.

Dans cette thèse, nous étudions la dynamique du flot géodésique de Teichmüller. L'origine de cet intérêt provient de l'étude d'une classe très importante de systèmes dynamiques : celle des échanges d'intervalles. Dans des travaux classiques, Masur et Veech montrent en 1982 que la dynamique de ces échanges d'intervalles est reliée avec la dynamique du flot géodésique de Teichmüller sur l'espace des modules des courbes complexes. L'espace des phases de ce flot peut être vu comme l'espace des modules des différentielles quadratiques sur une surface. Ces espaces sont naturellement stratifiés par le type des singularités des formes. De plus ces strates sont préservées par l'action de ce flot. Des résultats classiques affirment que ces strates sont des orbifolds complexes et sont non-vides et non-connexes en « général ». La motivation du travail expliqué dans cette thèse est donnée par le résultat fondamental, démontré indépendamment par Masur et par Veech (1982), qui affirme que le flot géodésique de Teichmüller agit de façon ergodique sur chaque composante connexe de chaque strate (normalisée), par rapport à une mesure invariante de masse finie. Kontsevich et Zorich ont classifié les composantes connexes des strates de l'espace des modules Hg des différentielles abéliennes. Dans cette thèse, nous donnons une description précise des composantes des strates dans le cas complémentaire de celui de Kontsevich- Zorich, c'est-à-dire de l'espace des modules Qg des différentielles quadratiques qui ne sont pas globalement le carré de différentielles abéliennes. Par ailleurs, nous donnons une formule explicite pour le calcul de la structure spin d'une différentielle quadratique de Qg en termes uniquement des singularités de la strate. Ceci contredit une conjecture de Kontsevich-Zorich sur la classification des composantes connexes non-hyperelliptiques de Qg par cette structure spin. En utilisant cette formule, nous donnons une application dans le contexte des billards dans un polygone rationnel.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22232号 / 理博第4546号 / 新制||理||1653(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科数学・数理解析専攻 / (主査)教授 望月 新一, 教授 玉川 安騎男, 准教授 星 裕一郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Ce travail de thèse porte sur la dynamique du flot linéaire des surfaces de translation et de sa renormalisation par le flot de Teichmüller introduite par H. Masur et W. Veech en 1982. Une version combinatoire de cette renormalisation, l'induction de Rauzy sur les échanges d'intervalles, fût introduite auparavant par G. Rauzy en 1979. D'une part, nous faisons une étude combinatoire des classes de Rauzy qui forment une partition de l'ensemble des permutations irréductibles et interviennent dans l'algorithme d'induction de Rauzy. Nous donnons une formule pour la cardinalité de chaque classe. D'autre part, nous étudions un modèle de billard infini périodique dans le plan appelé le "vent dans les arbres" introduit dans une version stochastique par P. et T. Ehrenfest en 1912 et par J. Hardy et J. Weber en 1980 dans la version périodique. Nous construisons une famille de directions pour lesquelles le flot du billard est divergent donnant ainsi des exemples de Z^2-cocycles divergents au-dessus d'échanges d'intervalles. De plus, nous démontrons que le taux polynomial de diffusion générique est 2/3 autrement dit que la distance maximale atteinte par une particule au temps t est de l'ordre de t^2/3. / In this thesis, we study the dynamics of the linear flow of translation surfaces and its renormalization by the Teichmüller flow introduced by H. Masur and W. Veech in 1982. A combinatorial version of the renormalization, the Rauzy induction on interval exchange transformations, was introduced by G. Rauzy in 1979. First of all, we consider the combinatorics of Rauzy classes which form a partition of the set of irreducible permutations and are part of the Rauzy induction. In a second time, we consider an infinite Z^2-periodic billiard in the plane called the wind-tree model. It was introduced in a stochastic version by P. and T. Ehrenfest in 1912 and in the periodic version by J. Hardy and J. Weber in 1980. We construct a family of directions for which the flow of the billiard is divergent and hence give examples of divergent Z^2-cocycles over interval exchange transformations. Moreover, we prove that the polynomial rate of diffusion is generically 2/3. In other words, the maximal distance reached by a particule below time t has the order of t^2/3.

Este trabalho apresenta uma dedução das equações para a dinâmica de vórtices em superfícies utilizando argumentos físicos e balanço de momento, obtendo o resultado já conhecido devido a Boatto/Koiller e Hally. Na primeira parte, elaboramos uma releitura da contribuição de diversos pesquisadores incluindo, além dos já citados, o trabalho de Marchioro e Pulvirenti sobre a propriedade de localização para a equação de Euler e também a importante contribuição de Flucher e Gustafsson no que diz respeito à determinação da função de Green e função de Robin hidrodinâmicas em domínios do plano. Na segunda parte revisamos o problema da dinâmica de um traçador passivo induzida por um vórtice no disco unitário e estendemos para o caso com vorticidade de fundo constante. Por fim, analisamos a dinâmica de dois vórtices no toro plano, a qual reduz-se ao estudo da dinâmica do centro de vorticidade com hamiltoniana dada pela função de Green. É feita uma descrição das bifurcações das curvas de níveis desta hamiltoniana com respeito a variações do parâmetro modular. Mostramos que o campo hamiltoniano em questão é preservado por biholomorfismos e, portanto, o espaço dos parâmetros pode ser reduzido ao espaço de Moduli do toro plano. Mudanças dentro de uma mesma classe de equivalência por biholomorfismos podem alterar apenas a classe de homotopia das curvas de nível. / In this thesis the equations for the motion of vortices on Riemannian surfaces is studied. Using conservation of momentum and physical arguments, the classical equations of Hally and Boatto/Koiller are recovered. Then the localization result for the Euler\'s equation with flat metric (Marchioro and Pulvirenti) and the determination of the Green\'s and Robin\'s functions on plane domains are revisited in the context of Riemannian surfaces. On a second part of the thesis two examples are analyzed. At first the dynamics of a passive tracer in the unit disk on the flat plane with constant background vorticity. At second the dynamics of two vortices on flat tori. This last system is integrable. The dynamics is determined by the level sets of the Green\'s function which depends on the modular parameter of the torus. The full bifurcation diagram of the system as a function of the module parameter is determined.

Este trabalho apresenta uma dedução das equações para a dinâmica de vórtices em superfícies utilizando argumentos físicos e balanço de momento, obtendo o resultado já conhecido devido a Boatto/Koiller e Hally. Na primeira parte, elaboramos uma releitura da contribuição de diversos pesquisadores incluindo, além dos já citados, o trabalho de Marchioro e Pulvirenti sobre a propriedade de localização para a equação de Euler e também a importante contribuição de Flucher e Gustafsson no que diz respeito à determinação da função de Green e função de Robin hidrodinâmicas em domínios do plano. Na segunda parte revisamos o problema da dinâmica de um traçador passivo induzida por um vórtice no disco unitário e estendemos para o caso com vorticidade de fundo constante. Por fim, analisamos a dinâmica de dois vórtices no toro plano, a qual reduz-se ao estudo da dinâmica do centro de vorticidade com hamiltoniana dada pela função de Green. É feita uma descrição das bifurcações das curvas de níveis desta hamiltoniana com respeito a variações do parâmetro modular. Mostramos que o campo hamiltoniano em questão é preservado por biholomorfismos e, portanto, o espaço dos parâmetros pode ser reduzido ao espaço de Moduli do toro plano. Mudanças dentro de uma mesma classe de equivalência por biholomorfismos podem alterar apenas a classe de homotopia das curvas de nível. / In this thesis the equations for the motion of vortices on Riemannian surfaces is studied. Using conservation of momentum and physical arguments, the classical equations of Hally and Boatto/Koiller are recovered. Then the localization result for the Euler\'s equation with flat metric (Marchioro and Pulvirenti) and the determination of the Green\'s and Robin\'s functions on plane domains are revisited in the context of Riemannian surfaces. On a second part of the thesis two examples are analyzed. At first the dynamics of a passive tracer in the unit disk on the flat plane with constant background vorticity. At second the dynamics of two vortices on flat tori. This last system is integrable. The dynamics is determined by the level sets of the Green\'s function which depends on the modular parameter of the torus. The full bifurcation diagram of the system as a function of the module parameter is determined.

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.

L'étude des espaces-temps plats singuliers munis d'une surface de Cauchy polyédrale est motivée par leur rôle de model jouet de gravité quantique proposé par Deser, Jackiw et 'T Hooft. Cette thèse porte sur les paramétrisations de certaines classes d'espaces-temps plat singuliers : les espaces-temps plats avec particules massives et BTZ Cauchy-compacts maximaux. Deux paramétrisations sont proposées, l'une reposant sur une extension du théorème de Mess aux espaces-temps plats avec BTZ et la surface de Penner-Epstein, l'autre reposant sur une généralisation du théorème d'Alexandrov aux espaces-temps plats avec particules massives et BTZ. Ce travail propose également une amorce de cadre théorique permettant de considérer des espaces-temps singuliers plus généraux. / The study of singular flat spacetimes with polyhedral Cauchy-surfaces is motivated by the quantum gravity toy model role they play in the seminal work of Deser, Jackiw and 'T Hooft. This thesis study parametrisations of classes of singular flat spacetimes : Cauchy-compact maximal flat spacetimes with massive and BTZ-like singularities. Two parametrisations are constructed. The first is based on an extension of Mess theorem to flat spacetimes with BTZ and Penner-Epstein convex hull construction. The second is based on a generalisation of Alexandrov polyhedron theorem to radiant Cauchy-compact flat spacetimes with massive and BTZ-like singularities. This work also initiate a wider theoretical background that encompass singular spacetimes.

Cette thèse est consacrée à l'étude d'un point de vue modèle théorique de corps valués algébriquement clos enrichis d'un prédicat qui représente soit un sous-groupe multiplicatif soit un sous-corps. Nous donnons un résultat d'élimination partielle des quantificateurs pour les structures du type (M , G), où M est un corps valué algébriquement clos et où G un sous-groupe multiplicatif sur lequel la valuation est injective... / This thesis is dedicated to the model theoretic study of algebraically closed valued fields equipped with a additional unary predicate for either a multiplicative subgroup or a subfield.We give a result of relative quantifier elimination for structures of the kind (M , G), where M is an algebraically closed valued field and G is a multiplicative subgroup on wich the valuation is injective...