Cette thèse concerne le groupe T de Thompson. Ce groupe simple infini et finiment présenté est généralement vu comme un sous-groupe du groupe des homéomorphismes dyadiques du cercle unité qui sont linéaires par morceaux et préservent l'orientation («T linéaire par morceaux»). Cependant, T peut aussi être vu comme: 1.- le groupe des classes d'équivalence des paires équilibrées d'arbres binaires finis («T combinatoire»), 2.- un sous-groupe du groupe des homéomorphismes de la droite projective réelle qui préservent l'orientation et sont «PSL(2,Z) par morceaux» («T projectif par morceaux»), et 3.- le groupe modulaire asymptotique de l'épaissi, dans le plan hyperbolique, de l'arbre régulier de valence 3 («T modulaire»).On montre d'abord que la copie canonique de PSL(2,Z) obtenue à partir de «T projectif par morceaux» est un sous-groupe non distordu de T. Pour cela, on transporte ce sous-groupe pour obtenir une caractérisation dans le «T combinatoire», ce qui permet d'estimer la longueur des mots de ses éléments. La non-distorsion est alors une conséquence des propriétés métriques de T établies par Burillo-Cleary-Stein-Taback. Comme corollaire, T a des sous-groupes non distordus isomorphes au groupe libre engendré par deux éléments. Qui plus est, PSL(2,Z) est aussi donné explicitement sous forme «linéaire par morceaux».Le deuxième résultat utilise «T modulaire» pour prouver qu'il y a exactement f(n) classes de conjugaison d'éléments d'ordre n dans T, où f est l'indicatrice d'Euler. Étant donné un élément de torsion t de T d'ordre n, on trouve une triangulation du disque de Poincaré qui est invariante sous l'action de T sauf dans un polygone convexe à n côtés. On construit ensuite un complexe cellulaire C contractile et simplement connexe sur lequel le groupe T agit par automorphismes, et qui est minimal pour ces propriétés. Le groupe d'automorphismes de C est essentiellement T lui même (c'est une extension de T par le groupe d'ordre 2). Ce complexe cellulaire peut être vu comme une généralisation des associaèdres deStasheff dans le cas d'un polygone convexe à une infinité de côtés. L'action de T sur C est transitive sur les arêtes et les sommets, et plus généralement, sur les cellules «de type associaèdre» de toute dimension.La partie finale décrit les premières étapes d'un programme de recherche. On utilise l'interprétation géométrique du 1-squelette de C en termes de triangulations dyadiques du disque de Poincaré pour définir un bord géométrique à l'infini. Bien qu'on ait prouvé auparavant que le 1-squelette de C n'est pas hyperbolique, la construction s'inspire de celle de Gromov et permet la description de certains points du bord. / This PhD thesis is concerned with Thompson's group T. This infinite, finitely presented, simple group is usually seen as a subgroup of the group of dyadic, piecewise linear, orientation-preserving homeomorphisms of the unit circle (piecewise linear T). However, T can also be identified to: 1.- a group of equivalence classes of balanced pairs of finite binary trees (combinatorial T), 2.- a subgroup of piecewise PSL(2,Z), orientation-preserving homeomorphisms of the projective real line (piecewise projective T), and 3.- the asymptotic mapping class group of a fattened complete trivalent tree in the hyperbolic plane (modular T). The first result shows that the canonical copy of PSL(2,Z) obtained from the piecewise projective T is a non-distorted subgroup of T. For this, one carries over this subgroup to obtain a characterization into combinatorial T, from which the word length of its elements can be estimated. Then, non-distortion follows from the metric properties of T established by Burillo-Cleary-Stein-Taback. As a corollary, T has non-distorted subgroups isomorphic to the free non-abelian group of rank 2. Furthermore, PSL(2,Z) is also explicitly given in the piecewise linear form.The second result uses modular T to state that there are exactly f(n) conjugacy classes of elements of order n, where f is the Euler function. Given a torsion element t of T of order n, a dyadic triangulation of the Poincaré disc which is invariant under the action of t modulo a convex polygon with n sides is found.The third result constructs a minimal simply-connected contractible cellular complex C on which the group T acts by automorphisms. The automorphism group of C is essentially T itself (strictly speaking it is an extension of T by the group of order 2). The cellular complex C can be seen as a generalization of Stasheff's associahedra for an infinitely sided convex polygon. The action of T on C is transitive on vertices and edges and, plus generally, on associahedral type cells in all dimensions.The final part deals with the first steps of a research project. One uses the geometric interpretation of the 1-skeleton of C in term of dyadic triangulations of the Poincaré disc to define a geometric boundary at infinity. Although the 1-skeleton of C is proved not to be hyperbolic, the construction imitates Gromov's construction of the boundary of hyperbolic spaces, and allows the description of the nature of some of the boundary points.

Un automorphisme (extérieur) $phi $ d'un groupe libre $F_n$ de rang fini $ngeq 2$ est dit géométrique s'il est induit par un homéomorphisme d'une surface. La question à laquelle nous intéressons est la suivante: Quels sont les automorphismes de $F_n$ qui sont géométriques?Nous donnons une réponse algorithmique pour la classe des automorphismes à croissance polynomiale (en s'autorisant à remplacer un automorphisme par une puissance).Pour cela, nous sommes amenés à étudier les automorphismes de graphes de groupes. En particulier, nous introduisons deux transformations élémentaires d'automorphismes de graphes de groupes: les quotients et les éclatements.Pour le cas particulier où l'automorphisme est un twist de Dehn partiel, on obtient un critère pour décider quand un tel twist de Dehn partiel est un véritable twist de Dehn.En appliquant le critère à plusieurs reprises sur un twist de Dehn cumulé, nous montrons que soit on peut ＂déplier＂ ce twist de Dehn cumulé jusqu'à obtenir un twist de Dehn ordinaire, soit que $phi$ est à croissance au moins quadratique (et par conséquent, n'est pas géométrique).Cela montre, au passage, que tout automorphisme du groupe libre à croissance linéaire admet une puissance qui est un twist de Dehn. Ce fait est connu des experts, et souvent utilisé, bien qu'il n'en existait pas de preuve formelle dans la littérature (à la connaissance de l'auteur).Pour conclure, on applique l'algorithme de Cohen-Lustig pour le transformer en twist de Dehn efficace, puis on applique l'algorithme Whitehead et des théorèmes classiques de Nielsen-Baer et Zieschang pour construire un modèle géométrique ou pour montrer qu'il n'est pas géométrique. / An automorphism $phi$ of a free group $F_n$ of finite rank $n geq 2$ is said to be geometric it is induced by a homeomorphism on a surface.In this thesis we concern ourselves with answering the question:Which precisely are the outer automorphisms of $F_n$ that are geometric?to which we give an algorithmical decision for the case of polynomially growing outer automorphisms, up to raising to certain positive power.In order to realize this algorithm, we establish the technique of quotient and blow-up automorphisms of graph-of-groups, which when apply for the special case of partial Dehn twist enables us to develop a criterion to decide whether the induced outer automorphism is an actual Dehn twist.Applying the criterion repeatedly on the special topological representative deriving from relative train track map, we are now able to either “unfold” this iterated relative Dehn twist representative level by level until eventually obtain an ordinary Dehn twist representative or show that $hat{phi}$ has at least quadratic growth hence is not geometric.As a side result, we also proved that every linearly growing automorphism of free group has a positive power which is a Dehn twist automorphism. This is a fact that has been taken for granted by many experts, although has no formal proof to be found in the literature.In the case of Dehn twist automorphisms, we then use the known algorithm to make the given Dehn twist representative efficient and apply the Whitehead algorithm as well as the classical theorems by Nielsen, Baers, Zieschangs and others to construct its geometric model or to show that it is not geometric.