Le sujet de cette thèse est l'étude des progressions arithmétiques dans les nombres entiers. Plus précisément, nous nous intéressons à borner inférieurement v(N), la taille du plus grand sous-ensemble des nombres entiers de 1 à N qui ne contient pas de progressions arithmétiques de 3 termes. Nous allons donc construire de grands sous-ensembles de nombres entiers qui ne contiennent pas de telles progressions, ce qui nous donne une borne inférieure sur v(N). Nous allons d'abord étudier les preuves de toutes les bornes inférieures obtenues jusqu'à présent, pour ensuite donner une autre preuve de la meilleure borne. Nous allons considérer les points à coordonnés entières dans un anneau à d dimensions, et compter le nombre de progressions arithmétiques qu'il contient. Pour obtenir des bornes sur ces quantités, nous allons étudier les méthodes pour compter le nombre de points de réseau dans des sphères à plusieurs dimensions, ce qui est le sujet de la dernière section. / The subject of this thesis is the study of arithmetic progressions in the integers. Precisely, we are interested in the size v(N) of the largest subset of the integers from 1 to N that contains no 3 term arithmetic progressions. Therefore, we will construct a large subset of integers with no such progressions, thus giving us a lower bound on v(N). We will begin by looking at the proofs of all the significant lower bounds obtained on v(N), then we will show another proof of the best lower bound known today. For the proof, we will consider points on a large d-dimensional annulus, and count the number of integer points inside that annulus and the number of arithmetic progressions it contains. To obtain bounds on those quantities, it will be interesting to look at the theory behind counting lattice points in high dimensional spheres, which is the subject of the last section.

Le sujet de cette thèse est l'étude des progressions arithmétiques dans les nombres entiers. Plus précisément, nous nous intéressons à borner inférieurement v(N), la taille du plus grand sous-ensemble des nombres entiers de 1 à N qui ne contient pas de progressions arithmétiques de 3 termes. Nous allons donc construire de grands sous-ensembles de nombres entiers qui ne contiennent pas de telles progressions, ce qui nous donne une borne inférieure sur v(N). Nous allons d'abord étudier les preuves de toutes les bornes inférieures obtenues jusqu'à présent, pour ensuite donner une autre preuve de la meilleure borne. Nous allons considérer les points à coordonnés entières dans un anneau à d dimensions, et compter le nombre de progressions arithmétiques qu'il contient. Pour obtenir des bornes sur ces quantités, nous allons étudier les méthodes pour compter le nombre de points de réseau dans des sphères à plusieurs dimensions, ce qui est le sujet de la dernière section. / The subject of this thesis is the study of arithmetic progressions in the integers. Precisely, we are interested in the size v(N) of the largest subset of the integers from 1 to N that contains no 3 term arithmetic progressions. Therefore, we will construct a large subset of integers with no such progressions, thus giving us a lower bound on v(N). We will begin by looking at the proofs of all the significant lower bounds obtained on v(N), then we will show another proof of the best lower bound known today. For the proof, we will consider points on a large d-dimensional annulus, and count the number of integer points inside that annulus and the number of arithmetic progressions it contains. To obtain bounds on those quantities, it will be interesting to look at the theory behind counting lattice points in high dimensional spheres, which is the subject of the last section.

Dans la premier partie de cette thèse, nous étudions la structure des sous-groupes approximatifs dans les groupes metabéliens (groupes résolubles de classe de résolubilité 2) et montrons que si A est un tel sous-groupe K approximatif, il est K^⁰(r) contrôlée (au sens du Tao) par un groupe nilpotent où $ r désigne le rang de $ G=Fit (G) et Fit (G) $ est le sous-groupe de fitting de G. La deuxième partie est consacrée à l'étude de la croissance des ensembles dans GLn(Fq) où Fq est un corps fini. Nous montrons une borne sur le diamètre (par rapport à n'importe quel système des générateurs) pour tous sous-groupes simples finis de ce groupe. Si G est un groupe fini simple de type Lie de rang n, et son corps de base est de taille borné, le diamètre du graphe du Cayley Gamma (G;S) serait borné par exp (O (n (log n) ^ 3)) . Si la taille du corps fini Fq n'est pas borné, notre méthode donne une borne de q ^ {O (n ( log nq) ^ 3) pour le diamètre.Dans la troisième partie nous nous sommes intéressés à la croissance des ensembles dans les boucles de Moufang commutatifs. Ceux-ci sont les boucles commutatifs respectant les identités de Moufang mais sans être (nécessairement) associatifs. Nous montrons que, si les tailles des ensembles des associateurs sont bornées alors la croissance des sous-structures approximatifs dans ces boucles est similaire à celle des groupes ordinaires. De cette façon dans le cadre des boucles de moufang commutatifs finiment engendré on a un théorème de structure pour ses sous-boucles approximatifs.Mots-clefs -sous-groupes approximatifs, groupes résolubles, diamètres des groupes, boucles de moufang commutatifs. / In the first part of this thesis, we study the structure of approximate subgroups inside metabelian groups (solvable groups of derived length 2) and show that if A is such a K-approximate subgroup, then it is K^(O(r)) controlled (in the sense of Tao) by a nilpotent group where r denotes the rank of G=Fit(G) and Fit(G) is the fitting subgroup of G.The second part is devoted to the study of growth of sets inside GLn(Fq) , where we show a bound on the diameter (with respect to any set of generators) for all finite simple subgroups of this group. What we have is - if G is a finite simple group of Lie type with rank n, and its base field has bounded size, then the diameter of the Cayley graph C(G; S) would be bounded by exp(O(n(logn)^3)). If the size of the base field Fq is not bounded then our method gives a bound of q^(O(n(log nq)3)) for the diameter.In the third part we are interested in the growth of sets inside commutative Moufang loops which are commutative loops respecting the moufang identities but without (necessarily)being associative. For them we show that if the sizes of the associator sets are bounded then the growth of approximate substructures inside these loops is similar to those in ordinary groups. In this way for the subclass of finitely generated commutative moufang loops we have a classification theorem of its approximate subloops.

Réalisé en cotutelle avec l'Université Paris-Diderot. / Nous présentons trois résultats en combinatoire additive, un domaine récent à la croisée de la combinatoire, l'analyse harmonique et la théorie analytique des nombres. Le thème unificateur de notre thèse est la détection de structures additives dans les ensembles arithmétiques à faible densité, avec un intérêt particulier pour les aspects quantitatifs. Notre première contribution est une estimation de densité améliorée pour le problème, initié entre autres par Bourgain, de trouver une longue progression arithmétique dans un ensemble somme triple. Notre deuxième résultat consiste en une généralisation des bornes de Sanders pour le théorème de Roth, du cas d'un ensemble dense dans les entiers à celui d'un ensemble à faible croissance additive dans un groupe abélien arbitraire. Finalement, nous étendons les meilleures bornes quantitatives connues pour le théorème de Roth dans les premiers, à tous les systèmes d'équations linéaires invariants par translation et de complexité un. / We present three results in additive combinatorics, a recent field at the interface of combinatorics, harmonic analysis and analytic number theory. The unifying theme in our thesis is the detection of additive structure in arithmetic sets of low density, with an emphasis on quantitative aspects. Our first contribution is an improved density estimate for the problem, initiated by Bourgain and others, of finding a long arithmetic progression in a triple sumset. Our second result is a generalization of Sanders' bounds for Roth's theorem from the dense setting, to the setting of small doubling in an arbitrary abelian group. Finally, we extend the best known quantitative results for Roth's theorem in the primes, to all translation-invariant systems of equations of complexity one.

Cette thèse est divisée en deux parties : la partie I traite de combinatoire additive, la partie II s’est portée sur des questions de théorie élémentaire des nombres. Dans le chapitre 1, on généralise la transformée de Davenport pour prouver que si S\mathbb A=(A, +)S est un demi-groupe cancellatif (éventuellement non commutatif) et SX, YS sont des sous-ensembles non vides de SAS tels que le sous semi groupe engendré par SYS est commutatif, on a SS|X+Y|\gc\min(\gamma(Y, |X|+|Y|-I)SS, où S\gamma(\ctlot)S dénote la constante de Cauchy-Davenport d’un ensemble. On en obtient une extension des théorèmes de Chowla et Pillai pour les groupes cycliques et une version plus forte d’un théorème additif de Karolyi et Hamidoune. Dans le chapitre 2, on montre que si S(A,+)S est un semi-groupe cancellatif et si SX, Y\subsetcq AS alors SS|X+Y|\gc\min(\gammaX+Y), |X|+|Y|-I)SS. Cela donne une généralisation de l’inégalité de Kemperman pour les groupes sans torsion et une version plus forte du théorème d’Hamidoune-Karolyi. Dans le chapitre 3, on généralise des résultats par Freiman et al., en prouvant que si S(A,\ctlot)S est un semi-groupe linéairement ordonnable et SSS est un sous-ensemble fini de SAS engendrant un sous-semi-groupe non-abélien, alors S|S^2-\gc3|S|-2S. Dans le chapitre 4, on prouve des résultats liés à une conjecture par Gyorgy et Smyth sur la finitude des entiers Sn\gc1S tels que Sn^kS divise Sa^a \pmb^nS pour des entiers fixés SaS, SbS et SkS avec Sk\gc3S, S|ab|\gc2Set S\gcd(a,b) = 1S. Enfin, dans le chapitre 5, on considère une question de divisibilité dans les entiers, en quelque sorte liée au problème de Znam et à la conjecture d’Agoh-Giuga / This thesis is divided into two parts. Part I is about additive combinatorics. Part II deals with questions in elementary number theory. In Chapter 1, we generalize the Davenport transform to prove that if si S\mathbb A=(A, +)S is acancellative semigroup (either abelian or not) and SX, YS are non-empty subsets of SAS such that the subsemigroup generated by SYS is abelian, then SS|X+Y|\gc\min(\gamma(Y, |X|+|Y|-I)SS, where for SZ\subsetcq AS we let S\gamma(Z):=\sup_{z_0\in Z^\times}\in f_(z_0\nc z\inZ) (vm ord)(z-z_0)S. This implies an extension of Chowla’s and Pillai’s theorems for cyclic groups and a stronger version of an addition theorem by Hamidoune and Karolyi for arbitrary groups. In Chapter 2, we show that if S(A, +) is a cancellative semigroup and SX, Y\subsetcq AS then SS|X+Y|\gc\min(\gammaX+Y), |X|+|Y|-I)SS. This gives a generalization of Kemperman’s inequality for torsion free groups and a stronger version of the Hamidoune-Karolyi theorem. In Chapter 3, we generalize results by Freiman et al. by proving that if S(A,\ctlot)S is a linearly orderable semigroup and SSS is a finite subset of SAS generating a non-abelian subsemigroup, then S|S^2-\gc3|S|-2S. In Chapter 4, we prove results related to conjecture by Gyory and Smyth on the sets SR_k^\pm(a,b)S of all positive integers SnS such that Sn^kS divides Sa^a \pmb^nS for fixed integers SaS, SbS and SkS with Sk\gc3S, S|ab|\gc2Set S\gcd(a,b) = 1S. In particular, we show that SR_k^pm(a,b)S is finite if Sk\gc\max(|a|.|b|)S. In Chapter 5, we consider a question on primes and divisibility somchow related to Znam’s problem and the Agoh-Giuga conjecture