A relação entre os grupos de tranças de superfícies e os grupos de homotopia das esferas é atualmente um tópico de bastante interesse. Nos últimos anos tem sido feitos avanços consideráveis no estudo desta relação no caso dos grupos de tranças de Artin com n cordas, denotado por Bn, da esfera e do plano projetivo. Nessa tese analisamos com detalhes as interações entre a teoria de tranças e a teoria de homotopia, e mostramos novos resultados que estabelecem conexões entre os grupos de homotopia da 2-esfera S2 e os grupos de tranças sobre qualquer superfície. No andamento deste trabalho, descobrimos uma conexão surpreendente dos grupos de tranças com os grupos cristalográficos e de Bieberbach: para n maior ou igual que 3, o grupo quociente Bn/[Pn, Pn] é um grupo cristalográfico que contém grupos de Bieberbach como subgrupos, onde Pn é o subgrupo de tranças puras de Bn. Com isto obtivemos uma formulação de um Teorema de Auslander e Kuranishi para 2-grupos finitos e exibimos variedades Riemannianas compactas planas que admitem difeomorfismo de Anosov e cujo grupo de holonomia é Z2k . Além disso, durante esta tese, detectamos e, quando possível, corrigimos algumas imprecisões em dois importantes artigos nessa área de estudo, escritos por J. Berrick, F. R. Cohen, Y. L. Wong e J. Wu (Jour. Amer. Math. Soc. - 2006) assim como por J. Y. Li e J.Wu (Proc. London Math. Soc. - 2009). / The relation between surface braid groups and homotopy groups of spheres is currently a subject of great interest. Considerable progress has been made in recent years in the study of these relations in the case of the n-string Artin braid groups, denoted by Bn, the sphere and the projective plane. In this thesis we analyse in detail the interactions between braid theory and homotopy theory, and we present new results that establish connections between the homotopy groups of the 2-sphere S2 and the braid groups of any surface. During the course of this work, we discovered an unexpected connection of braid groups with crystallographic and Bieberbach groups: for n greater or equal than 3, the quotient group Bn/[Pn, Pn] is a crystallographic group that contains Bieberbach groups as subgroups, where Pn is the pure braid subgroup of Bn. This enables us to obtain a formulation of a theorem of Auslander and Kuranishi for finite 2-groups, and to exhibit Riemannian compact flat manifolds that admit Anosov diffeomorphisms and whose holonomy group is Z2k. In addition, during the thesis, we have detected, and where possible, corrected some inaccuracies in two important papers in the area of study, by J. Berrick, F. R. Cohen, Y. L. Wong and J. Wu (Jour. Amer. Math. Soc. - 2006), and by J. Y. Li and J. Wu (Proc. London Math. Soc. - 2009).

Dans ce mémoire de thèse, on étudie le morphisme de monoïde $mu$du monoïde libre sur l'alphabet des entiers $nb$,`a valeurs dans le groupe modulaire $PSL_2(zb)$,considéré comme monoïde, défini pour tout entier $a$ par $mu(a)=begin{pmatrix} 0 & -1 1 & a+1 end{pmatrix}.$Les nombres de Catalan apparaissent naturellement dans l'étudede sous-ensembles du noyau de $mu$.Dans un premier temps, on met en évidence deux systèmes de réécriture, l'un sur l'alphabet fini ${0,1}$, l'autresur l'alphabet infini des entiers $nb$ et on montreque ces deux systèmes de réécriture définissent des présentations de monoïde de $PSL_2(zb)$ par générateurs et relations.Par ailleurs, on introduit le morphisme d'indice associé `a l'abélianisé du rev^etement universel de $PSL_2(zb)$,le groupe $B_3$ des tresses `a trois brins. Interprété dans deux contextes différents,le morphisme d'indice est associé au nombre de "demi-tours".Ensuite, dans les quatrième et cinquième parties, on dénombre des sous-ensembles du noyau de $mu_{|{0,1}}$ etdu noyau de $mu$, bigradués par la longueur et l'indice. La suite des nombres de Catalan et d'autres diagonales du triangle de Catalan interviennentsimplement dans les résultats.Enfin, on présente l'origine géométrique de cette étude : on explicite le lien entre l'objectif premier de la thèse qui était l'étudedes polygones convexes entiers d'aire minimale et notre intéret pour le monoïde engendré par ces matrices particulières de $PSL_2(zb)$. / In this thesis, we study a morphism of mono"id $mu$ between the free mono"id on the alphabet of integers $nb$and the modular group $PSL_2(zb)$ considered as a mono"id, defined for all integer $a$by $mu(a)=begin{pmatrix} 0 & -1 1 & a+1 end{pmatrix}.$ The Catalan Numbers arised naturally in the study ofsubsets of the kernel of the morphism $mu$.Firstly, we introduce two rewriting systems, one on the finite alphabet ${0,1}$, and the other on the infinite alphabet of integers $nb$. We proove that bothof these rewriting systems defines a mono"id presentation of $PSL_2(zb)$ by generators and relations.On another note, we introduce the morphism of loop associated to the abelianised of the universal covering group of $PSL_2(zb)$, the group $B_3$ ofbraid group on $3$ strands. In two different contexts, the morphism of loop is associated to the number of "half-turns".Then, in the fourth and the fifth parts, we numerate subsets of the kernel of $mu_{|{0,1}}$ and of the kernel of $mu$,bi-graduated by the morphism of lengthand the morphism of loop. The sequences of Catalan numbers and other diagonals of the Catalan triangle come into the results.Lastly, we present the geometrical origin of this research : we detail the connection between our first aim,which was the study of convex integer polygones ofminimal area, and our interest for the mono"id generated by these particular matrices of $PSL_2(zb)$.

Dans la première partie de cette thèse on étudiera la conjecture de généricité: dans le graphe de Cayley du groupe modulaire d'une surface fermée on regarde une boule centrée à l'identité et on s'intéresse à la proportion de sommets pseudo-Anosov dans cette boule. La conjecture de généricité affirme que cette proportion doit tendre vers 1 quand le rayon de la boule tend vers l'infini. On montre qu'elle est bornée inférieurement par un nombre strictement positif et on montre des résultats similaires pour une grande classe de sous-groupes du groupe modulaire. On présente aussi des résultats analogues pour des groupes d'Artin-Tits de type sphérique, en sachant que dans ce cas, être pseudo-Anosov est analogue à agir loxodromiquement sur un complexe delta-hyperbolique convenable. Dans la deuxième partie on donne des résultats sur les sous-groupes paraboliques des groupes d'Artin-Tits de type sphérique: le standardisateur minimal d'une courbe dans le disque troué est la tresse minimale positive qui la fait devenir ronde. On construit un algorithme pour le calculer d'une façon géométrique. Ensuite, on généralise le problème pour les groupes d'Artin-Tits de type sphérique. On montre aussi que l'intersection de deux sous-groupes paraboliques est un sous-groupe parabolique et que l'ensemble de sous-groupes paraboliques est un treillis par rapport à l'inclusion. Finalement, on définit le complexe simplicial des sous-groupes paraboliques irréductibles, et on le propose comme l'analogue du complexe de courbes. / In the first part of this thesis we study the genericity conjecture: In the Cayley graph of the mapping class group of a closed surface we look at a ball of large radius centered on the identity vertex, and at the proportion of pseudo-Anosov vertices among the vertices in this ball. The genericity conjecture states that this proportion should tend to one as the radius tends to infinity. We prove that it stays bounded away from zero and prove similar results for a large class of subgroups of the mapping class group. We also present analogous results for Artin--Tits groups of spherical type, knowing that in this case being pseudo-Anosov is analogous to being a loxodromically acting element. In the second part we provide results about parabolic subgroups of Artin-Tits groups of spherical type: The minimal standardizer of a curve on a punctured disk is the minimal positive braid that transforms it into a round curve. We give an algorithm to compute it in a geometrical way. Then, we generalize this problem algebraically to parabolic subgroups of Artin--Tits groups of spherical type. We also show that the intersection of two parabolic subgroups is a parabolic subgroup and that the set of parabolic subgroups forms a lattice with respect to inclusion. Finally, we define the simplicial complex of irreducible parabolic subgroups, and we propose it as the analogue of the curve complex for mapping class groups.

Une approche inductive est développée pour la théorie des représentations de la chaîne des algèbres de Hecke cyclotomiques de type G(m,1,n). Cette approche repose sur l'étude du spectre d'une famille commutative maximale, formée par les analogues des éléments de Jucys--Murphy.Les représentations irréductibles, paramétrées par les multi-partitions, sont construites avec l'aide d'une nouvelle algèbre associative, dont l'espace vectoriel sous-jacent est le produit tensoriel de l'algèbre de Hecke cyclotomique avec l'algèbre associative libre engendrée par les multi-tableaux standards.L'analogue de cette approche est présentée pour la limite classique, c'est-à-dire la chaîne des groupes de réflexions complexes de type G(m,1,n).Dans une seconde partie, une base des algèbres de Hecke cyclotomiques est donnée et la platitude de la déformation est montrée sans utiliser la théorie des représentations. Ces résultats sont généralisés aux algèbres de Hecke affines de type A.Ensuite, une procédure de fusion est présentée pour les groupes de réflexions complexes et les algèbres de Hecke cyclotomiques de type G(m,1,n). Dans les deux cas, un ensemble complet d'idempotents primitifs orthogonaux est obtenu par évaluation consécutive d'une fonction rationnelle.Dans une troisième partie, une nouvelle présentation est obtenue pour les sous-groupes alternés de tous les groupes de Coxeter. Les générateurs sont reliés aux arêtes orientées du graphe de Coxeter. Cette présentation est ensuite étendue, pour tous les types, aux extensions spinorielles des groupes alternés, aux algèbres de Hecke alternées et aux sous-groupes alternés des groupes de tresses. / An inductive approach to the representation theory of the chain of the cyclotomic Hecke algebras of type G(m,1,n) is developed. This approach relies on the study of the spectrum of a maximal commutative family formed by the analogues of the Jucys--Murphy elements.The irreducible representations, labelled by the multi-partitions, are constructed with the help of a new associative algebra, whose underlying vector space is the tensor product of the cyclotomic Hecke algebra with the free associative algebra generated by the standard multi-tableaux.The analogue of this approach is presented for the classical limit, that is for the chain of complex reflection groups of type G(m,1,n).In a second part, a basis of the cyclotomic Hecke algebras is given and the flatness of the deformation is proved without using the representation theory. These results are extended to the affine Hecke algebras of type A.Then a fusion procedure is presented for the complex reflection groups and the cyclotomic Hecke algebras of type G(m,1,n). In both cases, a complete set of primitive orthogonal idempotents is obtained by successive evaluations of a rational fonction.In a third part, a new presentation is obtained for the alternating subgroups of all Coxeter groups. The generators are related to oriented edges of the Coxeter graph. This presentation is then extended, for all types, to the spinor extensions of the alternating groups, the alternating Hecke algebras and the alternating subgroups of braid groups.

Diplomová práce se zabývá teoretickými výpočty a návrhem struktury pro přenos tepla, která je součástí Miniaturizovaného tepelného spínače podle zadaných požadavků Evropské Kosmické Agentury. Základními parametry jsou nízká hmotnost a vysoká tepelná vodivost. Práce navazuje na spínač navržený firmou Arescosmo, který nesplňoval požadované limity zejména v oblasti hmotnosti a tepelné vodivosti. Pomocí teoretických výpočtů hmotnosti a tepelné vodivosti bylo ověřeno 49 variant ve třech základních konceptech – Mechanická struktura, flexibilní struktura složená z drátků a foliová struktura. Z hlediska tepelné vodivosti jako nejlepší struktury vycházejí ty, které jsou založené na použití ochranných kovových opletů. Z dostupných zdrojů byly rovněž navrženy technologie, které by bylo možné využít pro výrobu těchto struktur. Pro splnění požadavků, bude v další fázi projektu nutné vyrobit experimentální vzorky na kterých budou teoretické výpočty a vybrané technologie ověřeny.

Nous définissons des formes normales géodésiques pour les séries générales des groupes de réflexions complexes G(de,e,n). Ceci nécessite l'élaboration d'une technique combinatoire afin de déterminer des décompositions réduites et de calculer la longueur des éléments de G(de,e,n) sur un ensemble générateur donné. En utilisant ces formes normales géodésiques, nous construisons des intervalles dans G(e,e,n) qui permettent d'obtenir des groupes de Garside. Certains de ces groupes correspondent au groupe de tresses complexe B(e,e,n). Pour les autres groupes de Garside, nous étudions certaines de leurs propriétés et nous calculons leurs groupes d'homologie sur Z d'ordre 2. Inspirés par les formes normales géodésiques, nous définissons aussi de nouvelles présentations et de nouvelles bases pour les algèbres de Hecke associées aux groupes de réflexions complexes G(e,e,n) et G(d,1,n) ce qui permet d'obtenir une nouvelle preuve de la conjecture de liberté de BMR (Broué-Malle-Rouquier) pour ces deux cas. Ensuite, nous définissons des algèbres de BMW (Birman-Murakami-Wenzl) et de Brauer pour le type (e,e,n). Ceci nous permet de construire des représentations de Krammer explicites pour des cas particuliers des groupes de tresses complexes B(e,e,n). Nous conjecturons que ces représentations sont fidèles. Enfin, en se basant sur nos calculs heuristiques, nous proposons une conjecture sur la structure de l'algèbre de BMW. / We define geodesic normal forms for the general series of complex reflection groups G(de,e,n). This requires the elaboration of a combinatorial technique in order to determine minimal word representatives and to compute the length of the elements of G(de,e,n) over some generating set. Using these geodesic normal forms, we construct intervals in G(e,e,n) that give rise to Garside groups. Some of these groups correspond to the complex braid group B(e,e,n). For the other Garside groups that appear, we study some of their properties and compute their second integral homology groups. Inspired by the geodesic normal forms, we also define new presentations and new bases for the Hecke algebras associated to the complex reflection groups G(e,e,n) and G(d,1,n) which lead to a new proof of the BMR (Broué-Malle-Rouquier) freeness conjecture for these two cases. Next, we define a BMW (Birman-Murakami-Wenzl) and Brauer algebras for type (e,e,n). This enables us to construct explicit Krammer's representations for some cases of the complex braid groups B(e,e,n). We conjecture that these representations are faithful. Finally, based on our heuristic computations, we propose a conjecture about the structure of the BMW algebra.

ABSTRACT And concrete diction Carl Jonas Love Almqvist’s Drottningens juvelsmycke (The Queen's Tiara; 1834) is, along with Amorina, the work primarily associated with the ”poetic fugue” – a concept the author develops in ”Om enheten av epism och dramatism; en aning om den poetiska fugan” (”On the unity of epism and dramatism; a notion of the poetic fugue”; 1821); an essay often considered vague and theoretical by researchers in the field. The meaning of the poetic fugue has been regarded unclear, but mainly considered as some kind of synthesis of epic and dramatic writing. This essay argues that that is not the case, and that this one-dimensional approach both limits the interpretations of the essay and the poetic fugue as a whole. From a multidisciplinary perspective, with myself and my own reader as a part of the fugue itself, the aim of this essay is to highlight a very important overseen aspect of the poetic fugue, and Almqvist’s writing in general – the connections to mathematics, the analogies between abstract and concrete levels, and how these are deeply intertwined. The results in this essay are derived from a close reading technique based on mathematical problem solving called the ideotic method (den ideotiska metoden), and analyzed with Douglas Hofstadter's theory of Strange loops in Gödel, Escher, Bach – an eternal golden braid (1979). This analysis shows that this analogy is not just about the composition of a poetic piece of art, a synthesis of epic and dramatic writing, or the relation between music and text. Instead the results do point to an alternative interdisciplinary interpretation, where the relations between parts and units, realities and fictions, readers and texts, make the poetic fugue more of an analogy for the universe as a whole – a living and breathing ”animal coeleste” in contrast to the Newtonian ”mechanical coeleste”. An analogy which, thanks to its mathematical construction and way of looking at time as non-linear, is connected to both Einstein’s theory of relativity and quantum theory – the science of the very big and the very small, parts and units, of everything, including ourselves.

<p> In the study area, the South Saskatchewan River has a sandy bed (mean diameter .3mm) with irregularly-shaped braid bars termed sand flats. These range in length from 50 to 2000 m. The river has an average discharge of 220m^3/sec, with a mean annual flood of 1450 m^3/sec. The river has been dammed upstream of the study area since 1965, but little downcutting has occured. </p> <p> Ripples, sand waves and dunes are the equilibrium bedforms present . Ripples and dunes are well known , but sand waves are long , low bedforms with superimposed ripples, lack scour troughs, and occur at lower flow velocities than dunes . Foreset-type bars are also present , but are not equilibrium forms . They result from flow expansion around older topography. They occur at (1) channel junctions, (2) channel bends, (3) areas of channel widening, (4) places of vertical flow expansion . They deposit planar crossbeds. </p> <p> Large areas of the river have many sand flats with no major channels, and may even lack minor channels. These areas are termed sand flat complexes. Where a major channel curves around a sand flat complex, a large diagonal bar is deposited. It is mainly on the tops of these bars where new sand flats form. </p> <p> The major channels rarely exceed 5 m in depth, but may be 150m wide. They are floored by sinuous-crested dunes with sand waves and ripples along their margins. The dunes build up during floods (2 m maximum amplitude). Large dunes occur in the deeper channels. </p> <p> Three different morphologies of small sand flats, symmetric, asymmetric and side, have been recognized. Each type forms from a bar which becomes partly immobilized where it becomes emergent. The remainder of the bar front continues to advance around this emergent nucleus. The different morphologies result because of the control exerted by preexisting deposits on the shape of the initial bar. </p> <p> Larger sand flats lack these morphologies because they have been extensively modified. The major processes of modification are vertical, lateral, and upstream accretion by bars; linking of sand flats by bars; erosional action. The variable morphologies of larger sand flats reflect only their latest modification. The stratification of sand flats is mainly planar crossbed sets deposited by the bars. </p> <p> During the winter, a 60cm thick layer of ice covers the entire system. The sand flats are immobilized because their top layers of sediments are frozen. In some places, their surfaces are disrupted by fluid escape caused by high pore pressures generated by freezing. Flow proceeds down the channels under the ice. Rafting of cobbles and scouring around grounded ice blocks takes place at breakup. </p> <p> The facies sequences resulting from sedimentation in the river are mainly sandy. Those which are deposited by channels consist dominantly of trough crossbeds, but lone planar crossbed sets may be present, deposited by large bars. Facies sequences which include sand flat deposits have several sets of planar crossbeds stacked on top of one another. All sequences have a zone of small crossbeds and ripple cross-lamination near the tops, resulting from shallow water deposition. They are capped by one-half metre of muddy flood-plain deposits. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Within this text, I will discuss my process of making sculptures through my examining MA soloshow. It is a deeply personal reflection of my ideas and where they originate from, symbolsand what they speak of, materials and techniques they require. The theme of my sculptures ischildhood and memories, what I lost when growing up, and who I became. There is also astrong theme of craftsmanship in my work and, in this text, an exploration of materials andthe knowledge of my working hands. In this essay, I present four sculptures within thechapters THE BRAID, THE ROPE, THE MITTEN, and THE WELL. It aims to give the reader aninsight into my artistic process when creating my MA exam work.

Cette thèse est divisée en quatre parties qui portent sur les centralisateurs des algèbres quantiques \(U_q(\mathfrak{sl}_N)\), les polynômes biorthogonaux avec propriétés bispectrales, les polynômes bivariés de Griffiths, et les schémas d'association avec structures polynomiales bivariées. Le fil conducteur principal entre ces parties est l'algèbre d'Askey–Wilson. Dans la première partie, l'idée principale est de combiner l'algèbre du groupe des tresses avec l'algèbre d'Askey–Wilson dans des situations qui impliquent les centralisateurs de \(U_q(\mathfrak{sl}_2)\). Ainsi, on obtient des représentations du groupe des tresses en termes de polynômes orthogonaux de \(q\)-Racah par le biais de matrices \(R\) de \(U_q(\mathfrak{sl}_2)\), on obtient une interprétation de l'algèbre d'Askey–Wilson dans le cadre de la théorie topologique des champs de Chern–Simons avec groupe de jauge \(SU(2)\) ainsi que dans le cadre des invariants d'entrelacs associés à \(U_q(\mathfrak{su}_2)\), et on offre une description algébrique complète du centralisateur de \(U_q(\mathfrak{sl}_2)\) dans un produit tensoriel de trois représentations irréductibles identiques de spin quelconque. Dans une optique différente, on offre aussi une présentation algébrique de certaines algèbres de Hecke fusionnées qui décrivent des centralisateurs de \(U_q(\mathfrak{sl}_N)\). Dans la deuxième partie, on étudie deux familles de polynômes biorthogonaux par des méthodes algébriques, offrant une extension du tableau qui existe pour les polynômes orthogonaux classiques de type Askey–Wilson. Les deux familles considérées sont les polynômes \(R_I\) de type Hahn et les polynômes de Pastro. Dans les deux cas, l'idée est d'introduire un triplet d'opérateurs ayant une action tridiagonale et d'obtenir les polynômes comme solutions à deux problèmes aux valeurs propres généralisés provenant de ce triplet. On trouve les propriétés de bispectralité et de biorthogonalité des polynômes en se servant des opérateurs du triplet, et on détermine l'algèbre réalisée par les opérateurs. Dans la troisième partie, on caractérise deux familles de polynômes bivariés de Griffiths. La première famille est une généralisation des polynômes de Griffiths de type Krawtchouk qui dépend d'un paramètre \(\lambda\). On trouve leurs relations de bispectralité et leur biorthogonalité en utilisant les propriétés des polynômes de Krawtchouk à une variable. Les relations de contiguïté des polynômes univariés jouent un rôle essentiel dans les calculs. On utilise des méthodes semblables pour caractériser la deuxième famille, qui est formée de polynômes de Griffiths de type Racah. Ceux-ci sont orthogonaux. Dans la quatrième partie, on propose une généralisation bivariée des propriétés \(P\)- et \(Q\)-polynomiales pour les schémas d'association et de concepts reliés. Plusieurs exemples de schémas vérifiant la propriété \(P\)-polynomiale bivariée sont obtenus. On montre que les schémas de Johnson non-binaires ainsi que leurs analogues \(q\)-déformés, les schémas définis à partir d'espaces atténués, sont \(P\)- et \(Q\)-polynomiaux bivariés en étudiant les propriétés bispectrales des polynômes bivariés associés. Les structures algébriques reliées à ces schémas sont explorées. On propose aussi une généralisation multivariée des graphes distance-réguliers, et on montre que ceux-ci sont en correspondance avec des schémas \(P\)-polynomiaux multivariés. Finalement, on étudie une sous-classe de paires de Leonard de rang 2 qui font intervenir des polynômes bivariés factorisés. / This thesis is divided in four parts concerning centralizers of quantum algebras \(U_q(\mathfrak{sl}_N)\), biorthogonal polynomials with bispectral properties, bivariate Griffiths polynomials, and association schemes with bivariate polynomial structures. The main topic relating all these parts is the Askey–Wilson algebra. In the first part, the main idea is to combine the braid group algebra with the Askey–Wilson algebra in situations involving the centralizers of the quantum algebra \(U_q(\mathfrak{sl}_2)\). Hence, we obtain representations of the braid group in terms of \(q\)-Racah orthogonal polynomials using \(R\)-matrices of \(U_q(\mathfrak{sl}_2)\), we obtain an interpretation of the Askey–Wilson algebra in the framework of Chern–Simons topological quantum field theory with gauge field \(SU(2)\) as well as in the framework of link invariants associated to \(U_q(\mathfrak{su}_2)\), and we provide a complete algebraic description of the centralizer of \(U_q(\mathfrak{sl}_2)\) in the tensor product of three identical irreducible representations of any spin. In a different perspective, we also provide an algebraic presentation of some fused Hecke algebras, which describe some centralizers of \(U_q(\mathfrak{sl}_N)\). In the second part, we study two families of biorthogonal polynomials using algebraic methods, hence extending the picture that exists for the classical orthogonal polynomials of the Askey–Wilson type. The two families that we consider are the \(R_I\) polynomials of Hahn type and the Pastro polynomials. In both cases, the idea is to introduce a triplet of operators with tridiagonal actions and obtain the polynomials as solutions of two generalized eigenvalue problems involving this triplet. We find the bispectrality and biorthogonality properties of the polynomials using the operators of the triplet, and we determine the algebra realized by the operators. In the third part, we characterize two families of bivariate Griffiths polynomials. The first family is a generalization of the Griffiths polynomials of Krawtchouk type which depends on a parameter \(\lambda\). We find their bispectrality relations and their biorthogonality by using the properties of univariate Krawtchouk polynomials. The contiguity relations of the univariate polynomials play a key role in the computations. We use similar methods to characterize the second family, which is formed by Griffiths polynomials of Racah type. These are orthogonal. In the fourth part, we propose a bivariate generalization of the \(P\)- and \(Q\)-polynomial properties of association schemes and related concepts. Several examples of schemes satisfying the bivariate \(P\)-polynomial property are obtained. We show that the non-binary Johnson schemes and their \(q\)-deformed analogs, the schemes based on attenuated spaces, are bivariate \(P\)- and \(Q\)-polynomial by studying the bispectral properties of the associated bivariate polynomials. The algebraic structures related to these schemes are explored. We also propose a multivariate generalization of distance-regular graphs, and we show that these are in correspondence with multivariate \(P\)-polynomial schemes. Finally, we study a subclass of rank 2 Leonard pairs involving factorized bivariate polynomials.