La thèse présente une construction de variétés holomorphiquement symplectiques singulières comme fibrations lagrangiennes. Celles-ci sont des variétés de Prym compactifiées relatives associées aux courbes sur des surfaces symplectiques avec une involution antisymplectique. Elles sont identifiées au lieu fixe d'une involution symplectique sur des espaces de modules de faisceaux de dimension 1. Un exemple explicite d'une variété symplectique irréductible de dimension 6 singulière et sans résolution symplectique est décrit pour une surface K3 qui est un revêtement double d'une surface cubique. Pour surfaces abéliennes, une variation de la construction est étudiée pour obtenir des variétés symplectiques irréductibles: variétés 0-Prym compactifiées relatives. Un résultat partiel est obtenu pour involutions sans points fixes: soit la variété 0-Prym est birationnelle à une variété symplectique irréductible de K3[n]-type, soit elle n'admet pas de résolutions symplectiques. / The thesis presents a construction of singular holomorphically symplectic varieties as Lagrangian fibrations. They are relative compactified Prym varieties associated to curves on symplectic surfaces with an antisymplectic involution. They are identified with the fixed locus of a symplectic involution on singular moduli spaces of sheaves of dimension 1. An explicit example, giving a singular irreducible symplectic 6-fold without symplectic resolutions, is described for a K3 surface which is the double cover of a cubic surface. In the case of abelian surfaces, a variation of this construction is studied to get irreducible symplectic varieties: relative compactified 0-Prym varieties. A partial classification result is obtained for involutions without fixed points: either the 0-Prym variety is birational to an irreducible symplectic variety of K3[n]-type, or it does not admit symplectic resolutions.

Cette thèse est consacrée à l'étude des invariants quantiques en dimension 3 et 4 ainsi que les TQFTs et HQFTs qui leurs sont associées. Cette thèse établit que pour toute catégorie $\C$ sphérique la TQFT de Turaev-Viro est issue d'une HQFT en dimension 1+2 ayant pour but l'espace classifiant $B\grad$. Grâce aux méthodes développées pour montrer ce résultat, nous avons donné une nouvelle description l'invariant de Turaev-Viro homologique. En outre, nous introduisons la notion de catégorie de Picard qui nous permet de relier l'invariant de Turaev-Viro à l'invariant de Dijkgraaf-Witten. Nous construisons également un invariant quantique de dimension 4 que nous comparons à l'invariant quantique de dimension 4 défini par Crane, Kauffman et Yetter. Ce nouvel invariant est obtenu à partir de couples de catégories prémodulaires de dimensions inversibles.

Dans cette thèse on obtient des conditions suffisantes pour la terminalité des variétés toriques de dimension arbitraire, généralisant des résultats connus en dimension 3 et 4. On classifie les variétés toriques Q-factorielles, terminales, Gorenstein de dimension 4 qui admettent un G-désingularisation. Une variété torique X obtenue par l'éclatement a poids d'un point régulier invariant d'une variété de Fano torique avec nombre de Picard égal à 1 est décrit par deux vecteurs en Z^n. En termes de ces vecteurs on décrit le cône nef et on classifie les contractions élémentaires de X au sens de Mori. Dans le cas où la variété de Fano est un espace projectif, on donne quelques familles d'exemples où les variétés éclatées sont terminales.

Un théorème célèbre de Faltings affirme que les points rationnels sur un corps de nombres d'une sous-variété d'une variété abélienne ne sont pas denses dans cette sous-variété sauf si elle possède elle-même une structure de variété abélienne. Grâce au thèorème de Mordell-Weil, cet énoncé est équivalent à la non-densité de l'intersection de la sous-variété considérée avec un sous-groupe de type fini. Nous montrons comment la méthode introduite par Vojta et étendue par Faltings permet d'étudier des intersections plus générales que celles-ci.

Cette thèse porte sur les motifs de Chow des variétés projectives homogènes, et leurs liens avec des invariants classiques et certaines questions de géométrie rationnelle. Le motif (à coefficients finis) d'un espace homogène sous l'action d'un groupe algébrique semisimple et affine G se décompose de manière essentiellement unique en une somme directe de motifs indécomposables. Ce travail prend part au programme de classification de ces motifs, notre principal outil étant la théorie des motifs supérieurs. Nous montrons que cette classification est réduite à celle à coefficients dans F_p si G est de type intérieur, et trouvons un analogue si G est de type extérieur. Nous classifions ensuite complètement les motifs indécomposables des espaces homogènes sous l'action d'un groupe projectif linéaire et en déduisons la dichotomie motivique de PGL_1. Nous proposons ensuite un outil de décomposition motivique utilisé par Garibaldi, Semenov et Petrov pour déterminer toutes les décompositions d'espaces homogènes si G est de type E_6. Enfin nous montrons que la décomposition des variétés de Severi-Brauer généralisées SB(p, A) à coefficients dans F_p ne dépend que de la valuation p-adique de l'indice de A.

Cette thèse concerne la géométrie asymptotique de variétés riemanniennes complètes non compactes, dont la courbure tend vers zéro à l'infini, assez vite. Afin de compléter des travaux déjà existants, on s'attache à comprendre le cas où la croissance du volume est non maximale, c'est-à-dire strictement moins rapide que dans l'espace euclidien de même dimension. Dans ce contexte, on prouve tout d'abord une inégalité de Sobolev à poids et une inégalité de Hardy, qui permettent de généraliser nombre de résultats établis quand la croissance du volume est maximale. On obtient en particulier des résultats de rigidité et de finitude de la topologie pour des variétés Ricci plates et asymptotiquement plates. On obtient ensuite un résultat de structure asymptotique pour une classe d'instantons gravitationnels : typiquement, ceux qui ont une croissance du volume cubique sont asymptotes à des fibrations en cercles au-dessus d'une variété asymptotiquement localement euclidienne .

Le but de cette thèse est d'utiliser plusieurs résultats profonds de géométrie diophantienne et de géométrie algébrique pour obtenir des applications à la factorisation des polynômes lacunaires. Dans la première partie, on décrit un algorithme qui détermine une représentation des points de torsion d'une sous-variété de Gn m définie par des polynômes lacunaires. La complexité de cet algorithme est quasilinéaire en le logarithme du degré des polynômes définissant cette sous-variété. Dans la seconde partie, on s'intéresse à des systèmes surdéterminés d'équations polynomiales. On décrit un algorithme qui permet d'écrire les zéros communs de trois polynômes à deux variables comme une réunion finie d'intersections complètes en dehors d'un ouvert de A2. La complexité de cet algorithme est encore quasi-linéaire en le logarithme du degré des polynômes en entrée mais cet algorithme dépend de la validité de la conjecture de Zilber qui est encore à ce jour un problème ouvert.

Depuis le milieu des années 1980, les variétés abéliennes ont été abondamment utilisées en cryptographie à clé publique: le problème du logarithme discret et les protocoles qui s'appuient sur celles-ci permettent le chiffrement asymétrique, la signature, l'authentification. Dans cette perspective, les jacobiennes de courbes hyperelliptiques constituent l'un des exemples les plus intéressants de variétés abéliennes principalement polarisées. L'utilisation des fonctions thêta permet d'avoir des algorithmes efficaces sur ces variétés. En particulier nous proposons dans cette thèse une variante de l'algorithme ECM utilisant les jacobiennes de courbes de genre 2 décomposables. Par ailleurs, nous étudions les correspondances entre les coordonnées de Mumford et les fonctions thêta. Ce travail a permis la construction de lois d'additions complètes en genre 2. Finalement nous présentons un algorithme de calcul d'isogénies entre variétés abéliennes. La majorité des résultats de cette thèse sont valides pour des courbes hyperelliptiques de genre quelconque. Nous nous sommes cependant concentré sur le cas du genre 2, le plus intéressant en pratique. Ces résultats ont été implémentés dans un package Magma appelé AVIsogenies / Since the mid 1980's, abelian varieties have been widely used in cryptography: the discrete logarithm problem and the protocols that rely on it allow asymmetric encryption, signatures, authentification... For cryptographic applications, one of the most interesting examples of principally polarized abelian varieties is given by the Jacobians of hyperelliptic curves. The theory of theta functions provides efficient algorithms to compute with abelian varieties. In particular, using decomposable curves of genus 2, we present a generalization of the ECM algorithm. In this thesis, we also study the correspondences between Mumford coordinates and theta functions. This led to the construction of complete addition laws in genus 2. Finally we present an algorithm to compute isogenies between abelian varieties. Most of the results of this thesis are valid for hyperelliptic curves of arbitrary genus. More specifically we emphasize on genus 2 hyperelliptic curves, which is the most relevant case in cryptography. These results have been implemented in a Magma package called AVIsogenies

Dans cette thèse, nous construisons un produit sur le complexe de Floer associé à une paire de cobordismes lagrangiens, où ce complexe de Floer est un complexe quotient du complexe de Cthulhu défini par Chantraine, Dimitroglou-Rizell, Ghiggini et Golovko. Plus précisément, pour tout triplet de cobordismes lagrangiens exacts transverses dans la symplectisation d’une variété de contact, nous définissons une application m2 en comptant des courbes holomorphes rigides à bord sur les cobordismes et asymptotes à des points d’intersection et à des cordes de Reeb dans les bouts legendriens négatifs des cobordismes. En étudiant les dégénérescences de courbes holomorphes, on montre que m2 satisfait la relation de Leibniz sur les complexes de Floer associés. / We construct a product on the Floer complex associated to a pair of Lagrangian cobordisms. This complex is a quotient complex of the Cthulhu complex defined by Chantraine, Dimitroglou-Rizell, Ghiggini and Golovko. More precisely, given three exact transverse Lagrangian cobordisms in the symplectization of a contact manifold, we define a map m2 by a count of rigid holomorphic curves with boundary on the cobordisms and asymptotic to intersection points and Reeb chords in the negative Legendrian ends of the cobordisms. By studying breakings of holomorphic curves, we prove that m2 satisfy the Leibniz rule on Floer complexes.

L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés de variétés toriques particulières. La thèse est divisée en trois parties, les deux premières étant fortement liées. Dans la première partie, nous étudions des variétés algébriques associées aux processus de Markov sur les arbres. A chaque processus de Markov sur un arbre on peut associer une variété algébrique. Motivé par la biologie, nous nous concentrons sur les processus de Markov dé finis par une action de groupe. Nous étudions les conditions pour que la variété obtenue soit torique. Nous donnons un résultat où les variétés obtenues sont normales, ainsi que des exemples où elles ne le sont pas. L'une des principales méthodes que nous utilisons est la généralisation des notions de prises et de réseaux introduites dans [BW07] à des groupes abéliens arbitraires. Dans notre contexte, les réseaux forment un groupe qui agit sur la variété. Par ailleurs, l'espace ambiant de lavariété est la représentation régulière de ce groupe. Le principal problème ouvert que nous essayons de résoudre dans cette partie est une conjecture de Sturmfels et Sullivant [SS05, Conjecture 2] indiquant que le schéma a fine associé au modèle 3-Kimura estdé fini par un idéal engendré en degré 4. Notre meilleur résultat dit que le schéma projectif associé peut être dé fini par un idéal engendré en degré 4. Avec Maria Donten -Bury, nous proposons une méthode pour engendrer l'idéal associé à la variété pour tous les modèles. Nous montrons que notre méthode fonctionne pour de nombreux modèles ainsi que pour les arbres si et seulement si la conjecture de Sturmfels et Sullivant est vraie. Nous présentons quelques applications, par exemple au problème d'identi abilité en biologie. La deuxième partie concerne les variétés algébriques associées aux graphes trivalents pour le modèle de Jukes-Cantor binaire. Il s'agit d'un travail en commun avec Weronika Buczyńska, Jarosław Buczyński et Kaie Kubjas. La variété associée á un graphe peut être représentéevpar un semi-groupe gradué. Nous étudions les liens entre les propriétés du graphe et le semigroupe. Le théorème principal borne le degré en lequel le semi-groupe est engendré par le premier nombre de Betti du graphe, plus un. Dans la dernière partie, nous étudions la structure de la catégorie dérivée des faisceaux cohérents des variétés toriques lisses. Dans un travail commun avec Michał Lasoń [LM11], nous construisons une collection fortement exceptionnelle complète de fi brés en droites pour une grande classe de variétés toriques complètes lisses dont le nombre de Picard est égal á trois. De nombreuses questions concernant le type de collections auxquelles on peut s'attendre sur les variétés toriques de certains types sont encore ouvertes. A ce titre, nous prouvons que Pn éclaté en deux points ne possède pas de collection fortement exceptionnelle complète de fibrés en droites pour n assez grand. Ceci fournit une collection infi nie de contre-exemples à la conjecture de King. Le premier contre-exemple est dû à Hille et Perling [HP06]. Récemment, des contre-exemples ont également été trouvés par E mov [E ] dans le cadre des variétés de Fano. Nous allons travailler sur le corps des nombres complexes C. Toutes les variétés considérées sont des variétés algébriques dans le sens de [Har77]. / The aim of this thesis is to investigate the properties of special toric varieties. The thesis is divided into three parts. The first two of them are strongly related to each other.In the fi rst, main part we study algebraic varieties associated to Markov processes on trees. To each Markov process on a tree one can associate an algebraic variety. Motivated by biology, we focus on Markov processes de fined by a group action. We investigate underwhich conditions the obtained variety is toric. We provide conditions ensuring that the obtained varieties are normal, as well as give examples when they are not. One of the main tools we use is the generalization of the notions of sockets and networks introduced in [BW07] to arbitrary abelian groups. In our setting the networks form a group, that acts on the variety. Moreover the ambient space of the variety is the regular representation of this group. The main open problem that we address in this part is a conjecture of Sturmfels and Sullivant [SS05, Conjecture 2] stating that the afi ne scheme associated to the 3-Kimura model is de fined by an ideal generated in degree 4. Our strongest result states that the associated projective scheme can be generated in degree 4. Together with Maria Donten -Bury we also propose a method for generating the ideal defi ning the variety for any model. We prove that our method works for many models and trees if and only if the conjecture of Sturmfels and Sullivant holds. We present some applications, for example to theidenti ability problem in biology. The second part concerns algebraic varieties associated to trivalent graphs for the binary Jukes-Cantor model. It is a joint work with Weronika Buczyńska, Jarosław Buczyński and Kaie Kubjas. In case of the graph, the associated variety can be represented by a graded semigroup. We investigate the connections between properties of the graph and the semigroup. The main theorem bounds the degree in which the semigroup is generated by the first Betti number of the graph plus one. Due to connections with the first part much of the terminology that we use is either a specialization or generalization of previous de finitions. From the one hand, as we are working with graphs with possible loops the notions of leaves, nodes and valency are more subtile than for trees. From the other hand, as we are dealing only with the binary Jukes-Cantor model, sockets and networks have got a very special form. In the last part we study the structure of the derived category of coherent sheaves for smooth toric varieties. As a result of a joint work with Michał Lasoń [LM11] we construct a full, strongly exceptional collection of line bundles for a large class of smooth, complete toric varieties with Picard number three. Many questions concerning what kind of collections should be expected on toric varieties of certain types are still open. As a contribution we prove that Pn blown up in two points does not have a full, strongly exceptional collection of line bundles for n large enough. This provides an in finite collection of counterexamples to King's conjecture. The first such counterexample is due to Hille andPerling [HP06]. Recently also counterexamples in the Fano case were found by E mov [E ].