Soient k, n des entiers avec 1 ≤ k ≤ n − 2. On cherche le suprémum ω(n, k) des nombres ω avec la propriété suivante. Pour tout point u ∈ ℝ^n u à coordonnées linéairement indépendantes sur ℚ, tout sous-espace E de ℝ^n orthogonal à u de dimension k et tout δ > 0, il existe une infinité de points non nuls x ∈ ℤ^n formant un angle au plus δ avec E tels que |x·u| ≤ ∥x∥^−ω. Ici, x·u désigne le produit scalaire de x avec u et ∥x∥ désigne la norme de x. En posant ν(m) = (m − 1 +√(m² + 2m − 3))/2, Schmidt (1976) a démontré que ω(3, 1) ≥ ν(2), puis Thurnheer (1990) a obtenu ω(n, n − 2) ≥ ν(n−1) en général. En 2014, Roy a établi que ω(3, 1) = ν(2). Dans ce mémoire, on montre que ω(n, 1) = ν(2) quel que soit n, on simplifie l’argument de Thurnheer et on montre que ω(n, k) ≥ ν(k+1) en général. On répond également à une question connexe de Badziahin et Bugeaud.

Un espace de Banach spectral p-adique est un espace de~Banach p-adique muni d'une algèbre de fonctions analytiques à valeurs dans un corps complet et algébriquement clos C. Un espace de Banach-Colmez est un espace de Banach spectral qui s'obtient par extensions et quotients à partir de C et Qp. Ces espaces forment une catégorie abélienne, qui est naturellement munie de fonctions additives « dimension » et « hauteur » ; on retrouve ainsi une démonstration du théorème « faiblement admissible implique admissible » (Colmez-Fontaine, 2000). De plus, il existe une sous-catégorie pleine qui admet une filtration canonique par les pentes de l'action du Frobenius, décroissante et indexée par les rationnels positifs.

Les minorations de combinaison linéaire, à coefficients entiers, de logarithmes de nombres algébriques constituent un outil important dans la résolution effective de certaines classes d'équations diophantiennes. Le cas de deux logarithmes est à cet égard particulièrement utile. Nous utilisons ici, pour l'obtention de ces minorations, la méthode dite de Schneider avec multiplicité. La démonstration repose sur l'utilisation des déterminants d'interpolation et d'un lemme de zéros approprié à ce cadre. Le lemme de zéros exploité ici, dont la preuve reprend la construction originelle de D.W. Masser, s'avère dans notre cas plus efficace que les résultats généraux précédemment employés. Nous utilisons ensuite une méthode standard pour encadrer un déterminant non nul, afin d'obtenir une inégalité fondamentale faisant intervenir de nombreux paramètres arbitraires. Nous déduisons de cette dernière une liste de minorations totalement explicites de formes linéaires de logarithmes.

Le présent document est un compte-rendu de quatre présentations que j'ai faites au congrès de Théorie des Nombres Québec-Maine entre 2013 et 2016. Au fil des ans, j'ai effectué quelques améliorations et corrections aux documents originaux. Le contenu, l'esprit et l'organisation sont restés essentiellement inchangés. Les quatre sujets sont fondamentalement distincts tout en étant dans un même cercle d'idées. Le premier chapitre traite d'un certain nombre de sujets en relation avec le comportement moyen de certaines fonctions multiplicatives, dans un ensemble bien précis, qui partagent plusieurs propriétés avec la fonction indicatrice des nombres libres de puissance k-ième. En particulier, on y établit plusieurs estimations de la variance dans des intervalles courts et dans des progressions arithmétiques. Le deuxième chapitre étudie un problème du crible combinatoire. Il y est question d'établir une majoration analogue à la célèbre inégalité de Brun-Titchmarsh, mais pour les nombres libres de puissance k-ième. Après quelques remarques élémentaires, on établit une nouvelle inégalité en supposant une conjecture forte en lien avec la densité maximale d'une suite de nombres ayant un diviseur de la forme pk 1pk 2 où p1 et p2 sont des nombres premiers qui satisfont certaines conditions. La méthode fournit aussi une majoration effective pour le nombre de nombres libres de puissance k-ième dans un intervalle [x + 1, x + h] lorsque h est petit par rapport à x. Le troisième chapitre, écrit en collaboration avec Jean-Marie De Koninck, établit des inégalités particulières pour la fonction τ(n) qui compte le nombre de diviseurs de n. L'objectif est d'obtenir une majoration de τ(n) qui ne dépend pas des facteurs premiers de n, mais seulement du nombre de facteurs premiers distincts de n et de son ordre de grandeur, i.e. de log n. L'inégalité principale (Théorèmes 3.4 et 3.5) a nécessité un bon volume de calcul sur ordinateur, et donc beaucoup de programmation avec Maple. Finalement, le Chapitre 4 est le début d'une étude du nombre de points entiers près d'une courbe dans l'espace R3. Le problème peut aussi être vu comme celui du nombre de points entiers près de deux courbes dans le plan Euclidien simultanément. L'objectif principal est d'utiliser l'information des deux courbes de façon nontriviale, soit de faire mieux que les meilleurs résultats connus pour une seule courbe. Étant donné la complexité du problème déjà en deux dimensions et du nombre de méthodes disponibles, il nous a semblé impossible de faire un traitement complet de la question. On s'est donc concentré sur une méthode qui utilise des approximations linéaires. Cette dernière peut sans doute être substantiellement améliorée. / Résumé en anglais / Théorie analytique des nombres

La thèse prend comme point de départ les approximations diophantiennes en focalisant sur l'ensemble des nombres mal approxirnables. Nous construisons deux ensembles de nombres mal approxirnables en considérant les nombres rationnels q-adiques, et deux types de modèles d'approximation, le modèle uni-côté et le modèle bi-côté. Nous prouvons par des méthodes élémentaires que pour chaque ensemble, la dimension de Hausdorff dépend de manière continue d'un paramètre, qu'elle est Lebesgue constante presque partout et est auto-similaire. Ce sont donc des ensembles fractals. De plus, on donne une description complète des intervalles où leur dimension est constante. Les méthodes et techniques des preuves utilisent des outils provenant de dynamique symbolique, combinaîoire des mots et beta-shift.

Nous étudions la stratification de Newton des variétés de Shimura de type PEL aux places de bonne réduction. Nous considérons la strate basique de certaines variétés de Shimura simples de type PEL modulo une place de bonne réduction. Sous des hypothèses simplificatrices nous prouvons une relation entre la cohomologie l-adique de ce strate basique et la cohomologie de la variété de Shimura complexe. En particulier, nous obtenons des formules explicites pour le nombre de points dans la strate basique sur des corps finis, en termes de représentations automorphes. Nous obtenons les résultats à l'aide de la formule des traces et de la troncature de la formule de Kottwitz pour le nombre de points sur une variété de Shimura sur un corps fini. Nous montrons, en utilisant la formule des traces, que n'importe quelle strate de Newton d'une variété de Shimura de type PEL de type (A) est non vide en une place de bonne réduction. Ce résultat a déjà été établi par Viehmann-Wedhorn; nous donnons une nouvelle preuve de ce théorème. Considérons la strate basique des variétés de Shimura associées à certains groupes unitaires dans les cas où cette strate est une variété finie. Alors, nous démontrons un résultat d' équidistribution pour les opérateurs de Hecke agissant sur cette strate. Nous relions le taux de convergence avec celui de la conjecture de Ramanujan. Dans nos formules ne figurent que des représentations automorphes cuspidales sur Gl_n pour lesquelles cette conjecture est connue, et nous obtenons donc des estimations très bonnes sur la vitesse de convergence. En collaboration avec Erez Lapid nous calculons le module de Jacquet d'une représentation en échelle pour tout sous-groupe parabolique standard du groupe général linéaire sur un corps local non-archimédien. / We study the Newton stratification of Shimura varieties of PEL type, at the places of good reduction. We consider the basic stratum of certain simple Shimura varieties of PEL type at a place of good reduction. Under simplifying hypotheses we prove a relation between the l-adic cohomology of this basic stratum and the cohomology of the complex Shimura variety. In particular we obtain explicit formulas for the number of points in the basic stratum over finite fields, in terms of automorphic representations. We obtain our results using the trace formula and truncation of the formula of Kottwitz for the number of points on a Shimura variety over a finite field. We prove, using the trace formula that any Newton stratum of a Shimura variety of PEL-type of type (A) is non-empty at a prime of good reduction. This result is already established by Viehmann-Wedhorn; we give a new proof of this theorem. We consider the basic stratum of Shimura varieties associated to certain unitary groups in cases where this stratum is a finite variety. Then, we prove an equidistribution result for Hecke operators acting on the basic stratum. We relate the rate of convergence to the bounds from the Ramanujan conjecture of certain particular cuspidal automorphic representations on Gl_n. The Ramanujan conjecture turns out to be known for these automorphic representations, and therefore we obtain very sharp estimates on the rate of convergence. We prove that any connected reductive group G over a non-Archimedean local field has a cuspidal representation. Together with Erez Lapid we compute the Jacquet module of a Ladder representation at any standard parabolic subgroup of the general linear group over a non-Archimedean local field.

À partir du théorème d’André en 1998, qui est la première contribution non triviale à la conjecture de André-Oort sur les sous-variétés spéciales des variétés de Shimura, la principale problématique de cette thèse est d’étudier les propriétés diophantiennes des modules singuliers, en caractérisant les points de multiplication complexe (x; y) satisfaisant un type d’équation donné de la forme F(x; y) = 0, pour un polynôme irréductible F(X; Y ) à coefficients complexes. Plus spécifiquement, nous traitons deux équations impliquant des puissances de modules singuliers. D’une part, nous montrons que deux modules singuliers x; y tels que les nombres 1, xm et yn soient linéairement dépendants sur Q, pour des entiers strictement positifs m; n, doivent être de degré au plus 2, ce qui généralise un résultat d’Allombert, Bilu et Pizarro-Madariaga, qui ont étudié les points de multiplication complexe appartenant aux droites de C2 définies sur Q. D’autre part, nous montrons que, sauf cas “évidents”, le produit de n’importe quelles puissances entières de deux modules singuliers ne peut être un nombre rationnel non nul, ce qui généralise un résultat de Bilu, Luca et Pizarro- Madariaga, qui ont ont étudié les points de multiplication complexe appartenant aux hyperboles xy = A, où A 2 Qx. Les méthodes que nous développons reposent en grande partie sur les propriétés des corps de classes engendrés par les modules singuliers, les estimations de la fonction j-invariant et les estimations des formes linéaires logarithmiques. Nous déterminons également les corps engendrés par les sommes et les produits de deux modules singuliers x et y : nous montrons que le corps Q(x; y) est engendré par la somme x + y, à moins que x et y soient conjugués sur Q, auquel cas x + y engendre un sous-corps de degré au plus 2 ; le même résultat demeure pour le produit xy. Nos preuves sont assistées par le logiciel PARI/GP, que nous utilisons pour procéder à des vérifications dans des cas particuliers explicites. / Starting for André’s Theorem in 1998, which is the first non-trivial contribution to the celebrated André-Oort conjecture on the special subvarieties of Shimura varieties, the main purpose of this thesis is to study Diophantine properties of singular moduli, by characterizing CM-points (x; y) satisfying a given type of equation of the form F(x; y) = 0, for an irreducible polynomial F(X; Y ) with complex coefficients. More specifically, we treat two different equations involving powers of singular moduli. On the one hand, we show that two distinct singular moduli x; y such that the numbers 1, xm and yn are linearly dependent over Q, for some positive integers m; n, must be of degree at most 2. This partially generalizes a result of Allombert, Bilu and Pizarro-Madariaga, who studied CM-points belonging to straight lines in C2 defined over Q. On the other hand, we show that, with “obvious” exceptions, the product of any two powers of singular moduli cannot be a non-zero rational number. This generalizes a result of Bilu, Luca and Pizarro-Madariaga, who studied CM-points belonging to hyperbolas xy = A, where A 2 Qx. The methods we develop lie mainly on the properties of ring class fields generated by singular moduli, on estimations of the j-function and on estimations of linear forms in logarithms. We also determine fields generated by sums and products of two singular moduli x and y : we show that the field Q(x; y) is generated by the sum x + y, unless x and y are conjugate over Q, in which case x + y generate a subfield of degree at most 2 ; the same holds for the product xy. Our proofs are assisted by the PARI/GP package, which we use to proceed to verifications in particular explicit cases.

Gauss introduit la notion de congruence en 1801 dans les Disquisitiones Arithmeticae. L'historiographie classique relie le plus souvent l'histoire de cette notion au développement de la théorie des nombres algébriques, une histoire construite autour d'un groupe de mathématiciens allemands. Pourtant, d'autres auteurs ont publié des travaux en lien avec les congruences dans la première moitié du XIXe siècle, et ce dans des perspectives différentes. Dans ce travail, nous nous proposons de rendre compte de ces dernières en nous concentrant sur les travaux de la scène française publiés entre 1801 et 1850. À partir d'une première lecture globale des textes de notre corpus, nous montrons d'abord que les congruences n'y ont pas connu un développement autonome mais ont été étudiées dans un lien étroit avec les équations. Toutefois, les différentes pratiques rencontrées sont très variées, que ce soit du point de vue des méthodes, des outils en jeu ou des configurations disciplinaires en jeu. Nous étudions ensuite plusieurs travaux arithmétiques d'Euler, de Lagrange, de Legendre et de Gauss afin de comprendre certaines origines de cette activité multiforme mise en évidence dans notre première partie. Nous nous concentrons enfin sur les travaux de deux auteurs de notre corpus, Louis Poinsot et Augustin Louis Cauchy, qui ont joué un rôle important dans l'élaboration et la diffusion de résultats et de pratiques liés aux congruences, même s'ils ont pratiquement disparu des histoires de la théorie des nombres publiées au XXe siècle.

Nous étudions la stratification de Newton des variétés de Shimura de type PEL aux places de bonne réduction. Nous considérons la strate basique de certaines variétés de Shimura simples de type PEL modulo une place de bonne réduction. Sous des hypothèses simplificatrices nous prouvons une relation entre la cohomologie l-adique de ce strate basique et la cohomologie de la variété de Shimura complexe. En particulier, nous obtenons des formules explicites pour le nombre de points dans la strate basique sur des corps finis, en termes de représentations automorphes. Nous obtenons les résultats à l'aide de la formule des traces et de la troncature de la formule de Kottwitz pour le nombre de points sur une variété de Shimura sur un corps fini. Nous montrons, en utilisant la formule des traces, que n'importe quelle strate de Newton d'une variété de Shimura de type PEL de type (A) est non vide en une place de bonne réduction. Ce résultat a déjà été établi par Viehmann-Wedhorn; nous donnons une nouvelle preuve de ce théorème. Considérons la strate basique des variétés de Shimura associées à certains groupes unitaires dans les cas où cette strate est une variété finie. Alors, nous démontrons un résultat d' équidistribution pour les opérateurs de Hecke agissant sur cette strate. Nous relions le taux de convergence avec celui de la conjecture de Ramanujan. Dans nos formules ne figurent que des représentations automorphes cuspidales sur Gl_n pour lesquelles cette conjecture est connue, et nous obtenons donc des estimations très bonnes sur la vitesse de convergence. En collaboration avec Erez Lapid nous calculons le module de Jacquet d'une représentation en échelle pour tout sous-groupe parabolique standard du groupe général linéaire sur un corps local non-archimédien.

Dans cette thèse, on s'intéresse à certaines propriétés additives des entiers n'ayant pas de grand facteurs premiers. Un entier est dit y-friable si tous ses facteurs premiers sont inférieurs à y. Leur étude est de plus en plus délicate à mesure que y est petit par rapport à la taille des entiers impliqués. On s'intéresse tout d'abord au comptage des solutions à l'équation a+b=c en entiers y-friables a, b et c On étudie ensuite la valeur moyenne de certaines fonctions arithmétiques sur les entiers friables translatés, de la forme n-1 où n est y-friable. La méthode du cercle permet de ramener la première question à l'étude de sommes de caractères de Dirichlet tordus par une exponentielle sur les entiers friables, qui sont ensuite évaluées en utilisant des outils classiques d'analyse harmonique, et en faisant intervenir la méthode du col. Les premier et deuxième chapitres étudient la situation respectivement avec et sans l'hypothèse de Riemann généralisée. Les troisième et quatrième chapitres sont consacrés à la seconde question, qui se ramène à l'étude de la répartition des entiers friables en moyenne dans les progressions arithmétiques. Cela met en jeu des sommes de caractères de Dirichlet sur les entiers friables, ainsi que le grand crible. Dans le dernier chapitre, la méthode de dispersion est employée pour étudier le cas particulier du nombre moyen de diviseurs des entiers friables translatés.