L'objet de cette thèse est l'étude de divers problèmes de bord de la gravité bidimensionnelle en utilisant à la fois les méthodes de la gravité de Liouville et les modèles de matrices aléatoires. Elle s'articule autour de deux grands thèmes : le modèle $O(n)$ matriciel et la théorie des cordes en deux dimensions. La première partie expose la méthode développée pour analyser les conditions de bord des modèles statistiques sur réseaux. Celle-ci consiste à utiliser la formulation matricielle du modèle sur réseau aléatoire afin de dériver des équations de boucle dont on prend la limite continue. L'accent est mis sur l'étude des conditions de bords anisotropes récemment introduites pour le modèle $O(n)$. Cette méthode a permis d'obtenir le diagramme de phase associé aux conditions de bord, ainsi que la dimension des opérateurs de bord et le comportement sous les \english{flows} du groupe de renormalisation. Ces résultats peuvent être étendus à d'autres modèles statistiques tels que les modèles ADE. En seconde partie, on s'intéresse à une gravité de Liouville Lorentzienne couplée à un boson libre. Ce modèle peut se réinterpréter comme une théorie des cordes dans un espace cible à deux dimensions dont la version discrète est donnée par une mécanique quantique matricielle (MQM). L'amplitude de diffusion de deux cordes longues à l'ordre dominant est obtenue en utilisant le formalisme chiral de la MQM, le résultat trouvé est en accord avec les calculs effectués dans la théorie continue. En outre, une conjecture a été émise concernant l'amplitude d'un nombre quelconque de cordes longues.

Dans cette thèse je présente les travaux effectués lors de mon doctorat à l'Institut de Physique Théorique (IPhT) du CEA de Saclay, sous la direction de Iosif Bena. Ceux-ci ont pour cadre la théorie des cordes, et plus précisément la supergravité à dix et onze dimensions, comme limite de basse énergie de la théorie des cordes. La première partie concerne l'étude des trous noirs et microétats de trous noirs supersymétriques à trois charges. En utilisant une D-brane supersymétrique appelée supertube, nous avons effectué une approche test et montré que cette approche capture dans tous les cas connus les propriétés physiques de la solution complête de supergravité. Nous avons aussi prouvé que le supertube, quand il est placé dans un fond ayant des charges magnétiques, voit son entropie augmentée par rapport à celle qu'il a en espace plat. Les solutions de supergravité sourcées par des supertubes étant régulières et sans horizon, elles peuvent être vues, dans le contexte du “fuzzball proposal”, comme des microétats de trous noirs. Cette entropie augmentée pourrait donc contribuer pour une large part dans le cadre d'un comptage microscopique de l'entropie de trou noir, . Dans la deuxième partie de la thèse, je présente une nouvelle classe de solutions non supersymétriques de supergravité `a onze dimensions, appelées solutions “à branes flottantes”. Les équations donnant ces nouvelles solutions généralisent les équations BPS, et ont, comme ces dernières, l'énorme avantage d'être partiellement du premier ordre et linéaires. Les équations BPS, et donc toutes les solutions supersymétriques, se retrouvent comme une sous-famille des équations à branes flottantes. Certaines de ces nouvelles solutions ont un horizon et sont donc des trous noirs – avec des topologies d'horizon variées – mais certaines sont complètement régulières et sans horizons et correspondraient à des microétats de trous noirs non extrémaux.

Dans cette thèse nous étudions la théorie des cordes en présence de<br />D-branes et éventuellement d'orientifolds dans des espaces courbes ou dépendants du temps. Notre étude vise à comprendre certains aspects des espaces courbes et dépendant du temps, notamment à cause de leur importance en cosmologie.<br /><br />Le premier chapitre introduit quelques bases de la théorie des cordes.<br /><br />Le deuxième chapitre étudie les cordes non orientées sur les groupes compacts SU(2) et SO(3) : après un rappel des résultats connus sur les D-branes dans ces espaces, nous présentons nos résultats sur la position des orientifolds et leur interaction avec les cordes ouvertes et fermées.<br /><br />Le troisième chapitre étudie les D-branes dans certains fonds de type Ramond-Ramond, en utilisant la S-dualité qui les relie à des fonds de type Neveu-Schwarz, où on sait faire les calculs.<br /><br />Le dernier chapitre considère les cordes sur une D-brane parcourue par une onde plane, et introduit les outils y permettant l'étude des interactions.

Le modèle à deux matrices a été introduit pour étudier le modèle d'Ising sur surface aléatoire. Depuis, le lien entre les modèles de matrices et la combinatoire de surfaces discrétisées s'est beaucoup développé Cette thèse a pour propos d'approfondir ces liens et de les étendre au delà des modèles de matrices en suivant l'évolution de mes travaux de recherche. Tout d'abord, je m'attache à définir rigoureusement le modèle à deux matrices hermitiennes formel donnant accès aux fonctions génératrices de surfaces discrétisées portant une structure de spin. Je montre alors comment calculer, par des méthodes de g'eométrie algébrique, tous les termes du développement topologique des observables comme formes différentielles définies sur une courbe algébrique associée au modèle: la courbe spectrale. Dans un second temps, je montre comment, imitant la construction du modèle à deux matrices, on peut définir de telles formes différentielles sur n'importe quelle courbe algébrique possédant de nombreuses propriétés d'invariance sous les déformations de la courbe algébrique considérée. En particulier, on peut montrer que si cette courbe est la courbe spectrale d'un modèle de matrices, ces invariants reconstituent les termes des développements topologiques des observables du modèle. Finalement,<br /><br />je montre que pour un choix particulier des paramètres, ces objets peuvent être rendus invariants modulaires et sont solutions des équations d'anomalie holomorphe de la théorie de Kodaira-Spencer donnant un nouvel élément vers la preuve de la conjecture de Dijkgraaf-Vafa.

Il existe des nombreuses solutions lisses dans le domaine de la théorie des cordes, caractérisées par une topologie non triviale (bulles) et sans sources localisées. Dans cette thèse nous analysons quelques-unes parmi les solutions les plus importantes avec les différents objectifs pour lesquels ils sont étudiés. Des solutions lisses en onze dimensions peuvent être interprétées comme microétats BPS de trou noir dans le cadre de la Fuzzball proposal. On peut promouvoir ces microétats à être quasi-BPS en plaçant de supertubes au minimum métastable à l’intérieur de ces solutions. Nous montrons que ces minima peuvent abaisser leur énergie lorsque les bulles se déplacent dans certaines directions dans l’espace des modules, ce qui implique que ces microétats quasi-BPS sont en fait instables. L’énergie dissipée par ces solutions correspond au rayonnement Hawking et on compare le taux d’émission et la fréquence à celles du trou noir correspondant. En modifiant la géométrie asymptotique de ces microétats on pourrait construire des microétats pour des trous noirs BPS sans charge électrique en cinq dimensions. Il faut donc trouver une nouvelle solution de supergravité en cinq dimensions dont la norme du vecteur de Killing passe de positive à nulle dans certaines régions. Nous construisons des exemples explicites où la norme du vecteur de Killing supersymétrique est une fonction réelle non-analytique telle que tous ses dérivés sont nulles à un point où le vecteur de Killing devient nul. Dans la solution de Lin-Lunin-Maldacena on trouve un mécanisme pour briser la supersymétrie similaire à celui utilisé pour les microétats quasi-BPS. Nous analysons l’énergie potentielle de branes M2 polarisés en branes M5. Lorsque les charges des M2 sont parallèles à ceux de la solution, nous trouvons des configurations stables. Lorsque les charges des M2 ne sont pas parallèles, nous trouvons des états métastables qui brisent la supersymétrie et nous analysons le processus de rayonnement d’énergie. Nous analysons aussi la solution de Klebanov-Strassler et construisons sa version T- duale dans la supergravité de type IIA. Pour cela une analyse approfondie est nécessaire pour choisir l’isomérie la plus appropriée. Notre construction est la première étape d’un programme pour tester la stabilité des antibranes dans la supergravité de type IIA. / There exist many smooth solutions in String Theory characterized by a nontrivial topology threaded by fluxes and no localized sources. In this thesis we analyze some of the most important bubbled solutions along with the different purposes they are studied for. Some smooth, eleven-dimensional solutions can be interpreted as BPS black hole microstates in the context of the Fuzzball proposal. One can promote these to be microstates for near-BPS black holes by placing probe supertubes at a metastable minimum inside these solutions. We show that these minima can lower their energy when the bubbles move in certain directions in the moduli space, which implies that these near-BPS microstates are in fact unstable. The decay of these solutions corresponds to Hawking radiation and we compare the emission rate and frequency to those of the corresponding black hole. By modifying the asymptotic behavior of these microstates one could be able to construct microstates for five-dimensional BPS black holes with no electric charge. To do so one needs to find a new supergravity solution in five-dimensions whose Killing vector switches from timelike to null in some open regions. We construct explicit examples where the norm of the supersymmetric Killing vector is a real not-everywhere analytic function such that all its derivatives vanish at a point where the Killing vector becomes null. In the Lin-Lunin-Maldacena solution we find a supersymmetry-breaking mechanism similar to that used for near-BPS microstates. We analyze the potential energy of M2 probes polarized into M5 brane shells. When the charges of the probe are parallel to those of the solution we find stable configurations, while when the charges are opposite we find metastable states that break supersymmetry and analyze the decay process to supersymmetric configurations. We analyze also the Klebanov-Strassler solution and construct its T-dual version in Type IIA. This is done by just reconstructing the solution expanded on a small region of the deformed conifold, after a thorough analysis to choose the most suitable isometry. Our construction is the first step in a program to test the stability of antibranes in Type IIA backgrounds.

Dans ce projet de thèse, nous étudions le rôle joué par l'anomalie dû à la connexion composée dans les théories de supergravités dans l'espace-temps à huit dimensions. Ce genre d'anomalie est en effet engendrée par la structure quotient d'espace des champs moduli de la supergravité là où le nombre des super-charges posent des contraintes rigoureux. Notre accomplissement principal est de proposer des termes supplémentaires pour annuler cette anomalie dans la théorie de supergravité en huit dimensions avec seize supercharges. Ces termes, en outre, peuvent être considérés comme une manifestation des corrections provenant de la théorie de super-cordes et nous montrons par des calculs explicites qu'une amplitude sur une boucle dans la théorie de cordes correspondante reproduit ces termes. Motivés par cette démonstration de la cohérence entre la supergravité et la théorie de cordes, nous proposons un seuil mathématique pour la compactification de ces théories dans huit dimensions vers six dimensions sur une sphère en présence des branes de co-dimension 2. Ceci est une simulation de compactification sur une surface K3 à l'aide des branes. Nous montrons que la présence d'anomalie composé ne peut être justifiée que par des branes de co-dimensions deux. Nous discutons la dualité entre la théorie Heterotic et la théorie-F sous la lumière de 7-branes et puis la compactification des supergravités de dix dimensions sur K3 en présence des 5-branes. Tous cela nous ouvrent nouvelles voies pour étudier des aspects non-perturbatives de la théorie de cordes. Nous concluons avec un calcul sur deux boucles dans la théorie de cordes Heterotic de dix dimensions qui n'ont pas été beaucoup exploré dans la littérature. / We examine the structure of composite anomaly in maximal and half-maximal supergravity theories especially in eight space-time dimensions. The number of super-charges dictates the structure of the coset space of the moduli fields of the theory which in turn engenders the composite anomaly in such theories. Our main achievement lies in proposing counter-terms for such anomalies. These terms are of stringy nature and we show by explicit 1-loop amplitude calculations in corresponding string theories that those counter-terms are consistently provided by string amplitude. In the light of non-perturbative higher dimensional theories like F-theory, the anomaly cancelling counter-terms are seen to be related to co-dimension two branes e.g. 7-branes. We then use these results of 8-dimensional theories to provide for supergravity theories in six-dimensions by compactifying on a sphere in the presence of 5-branes. This is in fact a simulation of K3 compactification and our knowledge of composite connection provide us with threshold conditions to achieve such compactifications. All these analysis provide for greater insight into the non-perturbative regime of string theory. We then conclude with a calculation of 2-loop Heterotic string amplitude which has been very less explored in the literature.

Les trous noirs sont produits par effondrement gravitationnel d'étoiles supermassives et contiennent en leur centre une singularité de l'espace-temps habillée d'un horizon auquel rien ne peut s'échapper. Ils se situent à la frontière théorique commune entre la Relativité Générale et la Mécanique Quantique, ce qui en fait le principal laboratoire théorique et expérimental pour tester les théories quantiques de la gravité comme la Théorie des Cordes. L'entropie d'un trou noir est énorme, de l'ordre de sa masse au carré. Comme tout objet entropique, une description microscopique en termes de dégénérescence d'états devrait exister. De plus, le trou noir s'évapore par rayonnement d'Hawking et l'information à l'intérieur semble perdue, ce qui compromet la principe d'unitarité, pierre angulaire de la Mécanique Quantique. Par conséquent, la Théorie des Cordes doit fournir les degrés de liberté nécessaires pour décrire la nature de micro-état de trous noirs, elle doit également trouver un mécanisme résolvant la singularité et le paradoxe de la perte d'information. Cette thèse porte sur la physique des trous noirs à travers le "fuzzball proposal" et le "microstate geometry program". La majeure partie de la discussion se déroulera dans la limite de basse énergie de la Théorie des Cordes, c'est-à-dire en Supergravité. Le ``proposal" stipule qu'il existe "eS" solutions non singulières sans horizon qui ressemblent à un trou noir à large distance mais qui diffèrent à proximité de l'horizon. Sur la base de cette affirmation, la solution de trou noir classique correspond à la description statistique d'un système de solutions qui ont la même géométrie que le trou noir à l'extérieur de l'horizon, mais qui se terminent par des géométries régulières, dites "fuzzy". La proposition soulève plusieurs questions : Comment la singularité est-elle résolue ? De telles géométries peuvent-elles être construites en Supergravité ? Comment l'information s'échappe-t-elle de l'ensemble des micro-états ? La thèse est décomposée en trois parties. La première partie présente les bases et donne un aperçu du "microstate geometry program". La deuxième partie regroupe cinq travaux qui se consacrent à construire de larges familles de micro-états de trous noirs supersymétriques ou non supersymétriques. La dernière partie passe en revue deux travaux. L'un d'eux étudie le processus de diffusion dans les micro-états. Cela permet d'élucider comment le principe d'unicité est restaurée et comment l'information s'échappe des micro-états. La seconde traite du rôle des micro-états dans le contexte de la correspondance AdS2/CFT1 et donne l'ébauche d'une preuve pour le "fuzzball proposal". / Black holes are produced by gravitational collapse of supermassive stars and consist of a spacetime singularity dressed by a horizon from which nothing can escape. They lie at the common theoretical border between General Relativity and Quantum Mechanics, making them the main theoretical and experimental laboratory for testing quantum theories of gravity as String theory. The entropy of a black hole is huge, of the order of its mass squared. As any entropic object, a microscopic description in terms of large degeneracy of states should exist. Moreover, black hole evaporates through thermal Hawking's radiation and the information in the interior seems lost, that compromises the unitary principle, a cornerstone of Quantum Mechanics. Therefore, String Theory must provide the degrees of freedom necessary to describe the microstate nature of black holes, it must also find a mechanism resolving the singularity and the information loss paradox. This thesis addresses black-hole physics through the lens of the fuzzball proposal and the microstate geometry program. The major part of the discussion will be conducted in the low-energy limit of String Theory, that is in Supergravity. The proposal states that there exist "eS" horizonless non-singular solutions that resemble a black hole at large distance but differ in the vicinity of the horizon. Based on this statement, the classical black-hole solution corresponds to the average description of a system of solutions which match the black-hole geometry outside the horizon but cap off as ``fuzzy" smooth geometries in the infrared. The proposal leads to several questions: How is the singularity resolved? Can "eS" such geometries be built in Supergravity? How does the information escape from the ensemble of microstates?The thesis is decomposed in three parts. The first part introduces the basic materials and gives a review of the microstate geometry program. The second part gathers five works that all consist in constructing large classes of smooth horizonless microstate geometries of supersymmetric or non-supersymmetric black holes. The last part review two works. One is investigating the scattering process in microstate geometries. This helps to elucidate how unitarity is restored and how information escapes from black-hole backgrounds. The second one addresses the role of microstate geometries in the context of the AdS2/CFT1 correspondence and gives a beginning of proof for the fuzzball proposal.

La théorie des cordes est un de nos meilleurs candidats pour une théorie quantique de la gravité. A ce jour elle n'a pas encore été conclusive à propose de ce sujet. Malgré cela, on a réalisé qu'on peut en tirer des informations sur tout une variété de sujets, dont notamment les théories de jauges supersymétriques, en étudiant la limite de basse énergie dans le volume d'univers des branes. Cette immersion des théories de jauges en théorie des cordes nous fournit un autre point de vue. Ce dernier nous permet souvent de prendre une approche plus géométrique pour obtenir de nouveaux résultats sinon inaccessible par des méthodes plus conventionnelles. Même en absence de vérification expérimentale de la supersymétrie, sa présence dans cette classe de théories de jauge nous fournit un terrain de jeux propice pour tester de nouvelles méthodes d'une manière efficace. En effet, la présence de la supersymétrie donne une structure additionnelle qui rend la théorie plus rigide. Cela simplifie les calculs et rend des résultats plus accessibles. On peut oser de dire que si on n'arrive pas à calculer un certain résultat en présence de supersymétrie, il y a très peu de chance d'y arriver sans. L'approche par la théorie des cordes le rend possible de découvrir des symétries cachées ou de comprendre des symétries connues d'une autre manière.Une classe de théories quantique intéressantes qui sont présentes en théories des cordes, c'est les théories de petites cordes. Ces dernières ont été découverte il y a deux décennies. Ces théories en six dimensions ont été construite une première fois comme théories dans le volume d'universe de branes NS5 dans le cadre de la théorie des cordes IIB en prenant la limite du couplage de la corde qui tend vers zéro. Dans cette limite, la théorie résultant reste non-trivial mais les interactions en dehors de la brane sont supprimées, notamment la gravité. Comme le nom le suggère, ces théories contiennent des cordes qu'on appelle petites cordes. La tension des petites cordes est proportionnelle à l'échelle naturelle de la corde. En plus, ces théories profitent de la T-dualité comme les théories de cordes critiques. Elle sont donc des théories quantiques non-locales. Leur complexité se situe entre celle des théories quantiques locales et celle de la théorie des cordes complète. Elles sont donc des candidates intéressantes pour étudier la dynamique dans le volume d'univers de la brane NS5. Pour des énergies inférieures à l'échelle de la corde, elles ont une description en termes de théories de jauges symétriques de type quiver. On peut donc également obtenir des informations sur ces dernières. Cette description locale n'est plus valable une fois l'échelle de la corde atteinte.Le but principal de cette thèse est d'étudier des dualités entre le théories de petites cordes en utilisant différentes constructions disponible en théorie des cordes. Cela nous permet d'attaquer le problème d'angles différents et de faire un lien avec des structures géométriques. En conséquence on peut analyser différentes relation parmi les théories de petites cordes. On confirme ensuite la validité des dualités qu'on obtient en utilisant la fonction de partition instantonique. Cet object est complètement non-perturbative et établit ces dualités comme résultat exact. Cette structure de dualités s'étend naturellement aux descriptions de basse énergie en terme de théories de jauges supersymétriques. De plus, on étudie les conséquences directes du réseaux de dualités qu'on a découvert. / String theory remains one of our best candidates for a theory of quantum gravity. Until now it has not lived up to this goal. However, along the way it was realized that string theory can give us valu-able insights into a variety of subjects among which supersymmetric gauge theories by studying the low-energy worldvolume dynamics of branes. This embedding of gauge theories into string theory provides us with a different viewpoint that often allows us to use powerful geometric considerati-ons in order to obtain new results that are inaccessible from conventional methods. Even in the ab-sence of experimental confirmation of supersymmetry, its presence in this class of gauge theories provides us with a playground where different methods can be tested in an efficient way. Indeed, supersymmetry provides additional structure, rendering the underlying theory more rigid and thus simplifying computations and making results more accessible. One could dare to say that when a certain result can not be calculated in the presence of supersymmetry, there is probably not much hope of achieving it without supersymmetry. This stringy approach to gauge theories makes it pos-sible to unravel hidden dualities or to understand already known ones from a different perspective. An interesting class of quantum theories that are embedded into string theory are the so called little string theories. They have been discovered two decades ago. These six-dimensional theories were first obtained as the worldvolume theory of a stack of NS5 branes in the context of Type II string theory trough a particular decoupling limit that sends the string coupling constant to zero while kee-ping at the same time the string scale finite. In this limit, the resulting theory remains interacting but the bulk dynamics is decoupled, in particular gravity. As their name suggests, they contain strings. The tension of the little strings is proportional to the string scale, which is the only intrinsic scale in the theory. Furthermore, the little string theories enjoy T-duality similar to the critical string theory. They are thus non-local quantum theories. So the complexity of little string theory lies between that of local quantum field theories and full fledged critical string theory. This makes them interesting candidates for studying stringy phenomena in an easier setup where gravity is absent and to learn more about the worldvolume dynamics of the NS5 brane. At energies far below the string scale, they have a low-energy description in terms of quiver gauge theories, so their study can also give us insights into these kinds of theories. This local description breaks down as we reach the string scale and we must rely on the full little string theories. The main goal of this thesis is to study dualities between little string theories by using different dual constructions available in string theory. These allow us to attack the problem from different angles and they establish also a connection to geometric structures. This makes it possible to systematically analyse relations among different little string theories. We then confirm the validity of the newly found duality relations by using the so called instanton partition function. The latter is a completely non-perturbative object allowing us to establish the dualities as an exact result. This duality structure naturally extends to the low-energy description in terms of supersymmetric quiver gauge theories. Furthermore, we study the direct consequences of this duality web. We find interesting cases where the dimensional reduction from six to five dimensions simultaneously reduces the rank of the group and changes the matter content. Another result that we find is the presence of a hidden dihedral symmetry which acts in a highly non-trivial fashion on the spectrum of the underlying gauge theories.

Cette thèse est dédiée à l'étude d'une classe de couplages dans l'action effective de la théorie des cordes qui se trouvent au croisement entre la théorie des cordes topologique et les théories de jauge supersymétriques. Ces couplages généralisent un ensemble de couplages gravitationnels qui calculent la fonction de partition de la théorie des cordes topologique. Dans la limite de théorie des champs, ces derniers reproduisent la fonction de partition de la théorie de jauge dans le fond Oméga lorsque l'un des paramètres de ce dernier, epsilon_+ , est égal à zéro. Cela suggère naturellement l'existence d'une généralisation dénommée la corde topologique raffinée. Les couplages étudiés dans ce manuscrit sont caractérisés par un multiplet vectoriel supplémentaire et sont calculés, en théorie des cordes, aux niveaux perturbatif et non-perturbatif. De plus, leur limite de théorie des champs donne la fonction de partition de la théorie des champs dans un fond Oméga général. Ainsi, ces couplages ouvrent de nouvelles perspectives pour la définition, au niveau de la surface d'univers, de la théorie des cordes topologiques raffinée.

Nous avons réalisé une déformation non-triviale et complète de la théorie de supergravité maximale en dimension deux. Il s'agit de la supergravité maximale avec groupe de jauge SO(9). Cette théorie décrit de manière effective la supergravité de type IIA sur un espace-temps produit AdS_2 x S^8. Elle joue ainsi un rôle important dans la correspondance Gravité / Théorie de Jauge appliquée au cas de la D0-brane. Afin de préparer la construction de la supergravité maximale jaugée SO(9), nous nous intéressons aux supergravités maximales en dimension onze et trois, puisqu'elles donnent lieu à différentes formulations non équivalentes de la théorie bidimensionnelle non jaugée. Le formalisme d' « Embedding tensor » est ensuite présenté. Il permet de déterminer l'ensemble des groupes de jauges compatibles avec la supersymétrie maximale. La supergravité SO(9) est dès lors explicitement construite et ouvre la voie à deux applications importantes. P our commencer, nous avons réalisé l'inclusion d'un sous-secteur bosonique de la théorie SO(9), la troncature de Cartan, dans la supergravité de type IIA à dix dimensions d'espace-temps. Il s'agit d'une inclusion cohérente. Cela a motivé la deuxième application, de nature holographique. Ainsi, à partir du sous-secteur de Cartan de la supergravité SO(9), et en particulier de la découverte d'états fondamentaux de type « half-BPS », nous avons calculé un ensemble de fonctions de corrélation à un et deux points associées à des opérateurs de modèles de matrice duaux. Nous avons conclu en un résumé de nos travaux et en la présentation d'intéressantes perspectives. / A complete non trivial supersymmetric deformation of the maximal supergravity in two dimensions is achieved by the gauging of a SO(9) group. The resulting theory describes the reduction of type IIA supergravity on an AdS_2 x S^8 background and is of first importance in the Domain-Wall / Quantum Field theory correspondence for the D0-brane case. To prepare the construction of the SO(9) gauged maximal supergravity, we focus on the eleven dimensional supergravity and the maximal supergravity in three dimensions since they give rise to important off-shell inequivalent formulations of the ungauged theory in two dimensions. The embedding tensor formalism is presented, allowing for a general desciption of the gaugings consistent with supersymmetry. The SO(9) supergravity is explicitly constructed and applications are considered. In particular, an embedding of the bosonic sector of the two-dimensional theory into type IIA supergravity is obtained. Hence, the Cartan truncation of the SO(9) supergravity is proved to be consistent. This motivated holographic applications. Therefore, correlation functions for operators in dual Matrix models are derived from the study of gravity side excitations around half BPS backgrounds. These results are fully discussed and outlooks are presented.