Le travail de thèse contribue à établir des liens entre structures algébriques non-linéaires, décrites par des théories algébriques, et des structures algébriques linéaires, encodées par des algèbres sur une opérade linéaire. Pour les théories algébriques dont les modèles forment une catégorie semi-abélienne (ce qui inclut la plupart des structures intéressantes), un tel lien a été exhibé récemment par M. Hartl, au niveau des objets gradués associés à une nouvelle notion de suite centrale descendante des modèles d'une théorie donnée : il s'avère qu'ils ont une structure naturelle d'algèbre graduée sur une certaine opérade de groupes abéliens associée à la théorie. Le sujet de thèse s'inscrit dans le projet d'étendre ce lien au niveau global, c'est-à-dire d'établir des correspondances du type Mal'cev et Lazard dans le cas des groupes, à savoir entre les modèles nilpotents suffisamment radicables et les algèbres nilpotentes sur l'opérade linéaire correspondante (après tensorisation avec un sous-anneau des rationnels approprié). Ces correspondances jouent un rôle fondamental en théorie des groupes et commencent à faire leurs preuves en théorie des loops grâce au développement plus récent d'une théorie de Lie non-associative; on peut s'attendre à ce qu'il en soit de même dans un contexte plus général. Il est important de noter qu'aussi bien dans les correspondances classiques de Mal'cev et Lazard que dans leurs généralisations à des variétés multiples de loops (Moufang, Bruck, Bol etc.), le passage des algèbres (de Lie, de Mal'cev etc.) appropriées aux objets non-linéaires (groupes, voire loops) qui leur correspondent, est donné par une formule de Baker-Campbell-Hausdorff appropriée, déduite d'une étude de fonctions exponentielles et logarithmes. Dans la thèse, une nouvelle approche est développée pour construire une correspondance (en fait, une équivalence de catégories) du type Lazard entre une variété (dite aussi catégorie algébrique) 2- nilpotente 2-radicable (dans un sens approprié) C donnée et les algèbres sur une opérade symétrique unitaire linéaire et 2-nilpotente AbOp(C) dépendant de la variété, vivant dans la catégorie monoïdale des Z[1/2]-modules à gauche. L'anneau de fraction Z[1/2] apparaît car notre définition de 2-divisibilité d'objets de C se traduit par la condition de 2-divisibilité classique sur le premier terme de l'opérade. L'équivalence de type Lazard se construit grâce à la théorie des foncteurs polynomiaux (plus précisément quadratiques) et à la notion d'extension linéaire de catégories. L'idée principale est de chercher une équivalence quadratique (i.e un foncteur quadratique qui est une équivalence de catégories) entre une variété semi-abélienne 2-nilpotente 2-radicable donnée C et la catégorie des algèbres sur AbOp(C), que nous appellerons le foncteur de Lazard. La nouveauté principale de cette approche est de ne pas construire ce foncteur explicitement sur tous les objets et les morphismes, en utilisant une formule de BCH établie au préalable; mais au contraire de construire l'"ADN" du foncteur de Lazard, c'est-à-dire un ensemble de données minimales le caractérisant étudié dans ce travail de thèse, et d'en déduire une formule de type BCH dans notre contexte. Cette démarche devrait pouvoir se généraliser et ainsi fournir une approche nouvelle et intéressante même de la formule BCH classique. / The aim of this work consists of establishing the foundations and first steps of a research project which aims at a new understanding and generalization of the classical Baker-Campbell-Hausdorff formula with a conceptual approach, and its main application in group theory: refining a result of Mal'cev adapting the classical Lie correspondence to abstract groups, Lazard proved that the category of n-divisible n-step nilpotent groups is equivalent with the category of n-step nilpotent Lie algebras over the coefficient ring Z[1/2,…,1/n]. Generalizations to other algebraic structures than groups were obtained in the literature first for several varieties of loops (in particular Moufang, Bruck and Bol loops), and finally for all loops in recent work of Mostovoy, Pérez-Izquierdo and Shestakov. They invoke other types of algebras replacing Lie algebras in the respective context, namely Mal'cev algebras related with Moufang loops, Lie triple systems related with Bruck loops, Bol algebras with Bol algebras and finally Sabinin algebras with arbitrary loops. In each case, the associated type of algebras can be viewed as a linearization of the non-linear structure given by a given type of loops. This situation motivates a research program initiated by M. Hartl, namely of exhibiting suitable linearizations of all non-linear algebraic structures satisfying suitable conditions, namely all semiabelian varieties (of universal algebras, in the sense of universal algebra or of Lawvere). In fact, Hartl associated with any semi-abelian category C a multi-right exact (and hence multi-linear) functor operad on its abelian core. In the special case where C is a variety, this functor operad is even multicolimit preserving and by specialization is equivalent with an operad in abelian groups; the algebra type encoded by this operad provides a linearization of the given variety. Indeed, for each of the above-mentioned varieties of loops this algebra type coincides (over rational coefficients) with the one exhibited in the literature. These constructions and results are based on a new commutator theory in semi-abelian categories which itself relies on a calculus of functors in the framework of semi-abelian categories, both developed by Hartl in partial collaboration with B. Loiseau and T. Van der Linden. Now the project mentioned at the beginning constitutes the next major goal in this emerging general theory of linearization of algebraic structures: to generalize the Lazard equivalence and Baker- Campbell-Hausdorff formula to the context of semi-abelian varieties, and to deduce a way of explicitly computing the operad AbOp(C) from a given presentation of the variety C (more precisely, the operad obtained from AbOp(C) by tensoring its term of arity n with Z[1/2,…,1/n]). In the classical example of groups this would amount to deducing the structure of the Lie operad directly from the usual group axioms.

Le but de cette thèse est d'obtenir des résultats sur la cohomologie rationnelle du groupe linéaire. Nous attaquons ce problème en le transposant dans la catégorie des bifoncteurs polynomiaux, dans laquelle les calculs sont plus aisés. <br /><br />Nous rappelons dans un premier temps la structure de la catégorie des bifoncteurs polynomiaux sur un anneau commutatif quelconque. Nous démontrons que la cohomologie des bifoncteurs calcule la cohomologie rationnelle du groupe linéaire sur un anneau quelconque (ce résultat n'était auparavant connu que sur un corps). Puis nous développons des techniques générales pour le calcul de la cohomologie des bifoncteurs. Nous introduisons notamment de nouveaux outils efficaces pour étudier la torsion de Frobenius en caractéristique p. Enfin, nous appliquons ces méthodes à des familles explicites de bifoncteurs. Nous obtenons ainsi de nouveaux résultats (par exemple des séries de Poincaré) sur la cohomologie rationnelle à valeur dans des représentations classiques, telles que les puissances symétriques et divisées des twists de l'algèbre de Lie du groupe linéaire.

On étudie principalement les catégories de foncteurs de source une petite catégorie additive et de but une catégorie de modules. Pour cela on utilise des techniques de localisations dans la catégorie homotopique des objets simpliciaux. La notion de déviation (cross-effect) permet de définir le degré d'un foncteur polynomial. Dans un premier temps, on justifie l'existence d'une localisation dont les objets locaux sont les foncteurs simpliciaux ayant des groupes d'homotopies de degré n. La catégorie de foncteurs est filtrée par la suite croissante de sous-catégories des foncteurs de degré inférieur ou egal à n. Cette filtration donne lieu à une tour de localisations homotopiques. On donne ensuite une description de la n-ième fibre de cette tour. On utilise pour cela la catégories des foncteurs à n variables symétriques et les localisations dans ce cadre. Les foncteurs locaux sont alors ceux ayant des groupes d'homotopies linéaires en chaques variables. Dans le cas de foncteurs de source la catégorie des modules libres de rang fini, on obtient une autre description, en termes de modules simpliciaux sur un anneau simplicial. Pour les espaces vectoriels sur le corps à deux éléments, l'homotopie de l'anneau simplicial est la n-ième puissance tensorielle de l'algèbre dual de l'algèbre de Steenrod. Enfin, on calcul les groupes d'homotopies des modules simpliciaux obtenus à partir des foncteurs associés aux algèbres symétriques, extérieures, et divisées.

Dans les catégories de foncteurs entre catégories abéliennes, les foncteurs additifs jouent un rôle privilégié dans plusieurs domaines de l'algébre. Cependant il existe de nombreux foncteurs trés intéressants qui ne sont pas additifs. Par exemple, le produit tensoriel de groupes abéliens définit un foncteur $T^2: Ab \to Ab$ donné par $T^2(G)=G \otimes G$ qui n'est pas additif mais polynomial de degré deux. Les foncteurs polynomiaux ont été introduits par Eilenberg et MacLane pour les foncteurs entre catégories de modules. De nombreux exemples de foncteurs polynomiaux apparaissent naturellement en topologie algébrique. En particulier, l'homologie stable de familles de groupes à coefficients donnés par des foncteurs polynomiaux peut être interprétée en termes d'homologie des foncteurs. Dans les cas favorables, cette homologie des foncteurs est accessible et fournit ainsi des calculs explicites des valeurs stables des homologies à coefficients tordus. Ce mémoire comporte deux parties. La première concerne l'étude de la structure des foncteurs polynomiaux et la seconde concerne le calcul de l'homologie stable d'une famille de groupes à coefficients donnés par un foncteur polynomial.

Ce travail est une contribution à la sémantique de jeux des langages de programmation. Il présente plusieurs méthodes nouvelles pour construire une sémantique de jeux pour un lambda-calcul de continuations.Si les sémantiques de jeux ont été développées à grande échelle pour fournir des modèles de langages fonctionnels avec références, en appel par nom et par valeur, ou pour différents fragments de la logique linéaire, certains de ses aspects demeurent cependant très subtils. Cette thèse s'intéresse spécifiquement à la notion d'innocence et à la combinatoire mise en jeu dans la composition des stratégies innocentes, en donnant pour chacune une interprétation via des constructions catégoriques standards.Nous reformulons la notion d'innocence en terme de préfaisceaux booléens sur une catégorie de vues. Pour cela, nous enrichissons la notion de parties dans notre sémantique de jeux en ajoutant des morphismes entre parties qui vont au-delà du simple ordre préfixe habituel. À partir d'une stratégie, donnée par les vues qu'elle accepte, on calcule son comportement sur toutes les parties en prenant une extension de Kan à droite.La composition des stratégies innocentes s'appuie sur les notions catégoriques habituelles de systèmes de factorisation et de foncteurs polynomiaux. Notre sémantique permet de modéliser l'interaction entre deux stratégies comme une seule stratégie dont il faut parvenir à cacher les coups internes, grâce à une technique d'élimination des coupures~: cette étape est accomplie avec une version affaiblie des systèmes de factorisation. La composition elle-même entre stratégies repose pour sa part sur l'utilisation de la théorie des foncteurs polynomiaux. Les propriétés essentielles, telles que l'associativité ou la correction de la sémantique, proviennent d'une méthode de preuve presque systématique donnée par cette théorie. / This work is a contribution to game semantics for programming languages. We describe new methods used to define a game semantics for a lambda-calculus with continuations.Game semantics have been widely used to provide models for functional programming languages with references, using call-by-name or call-by-value, or for different fragments of linear logic. Yet, some parts of these semantics are still highly subtle. This work mainly deals with the notion of innocence, and with combinatorics involved in composing innocent strategies. We provide both of them with an interpretation which relies on standard categorical constructions.We reformulate innocence in terms of boolean presheaves over a given category of views. We design for this purpose an enriched class of plays, by adding morphisms which do not appear in the traditional preorder of plays. We show how to compute the global behaviour, i.e., on every play, of a strategy given by its class of accepted views by taking a right Kan extension.Our composition of innocent strategies relies on the usual categorial notions of factorisation systems and polynomial functors. In our semantics, the interaction between two strategies is itself a strategy, in which we must hide internal moves with a cut-elimination process. This step is given by a weakened version of factorisations systems. The core of composition of strategies involves material borrowed from polynomial functors theory. This theory yields a systematic proof method for showing essential properties, such as associativity of composition, or correction of our semantics.

Parmi les représentations linéaires des groupes de tresses, les représentations de Burau peuvent être construites à partir d’une représentation triviale via une construction introduite par Long en 1994, à l’issue d’une collaboration avec Moody. Cette construction, dite de Long-Moody, permet ainsi de construire des représentations de plus en plus complexes des groupes de tresses. Dans cette thèse, on adopte un point de vue fonctoriel sur cette construction, ce qui permet d’en dégager plus aisément des variantes. De plus, le degré de polynomialité d’un foncteur permet d’en mesurer la complexité. On montre ainsi que la construction Long-Moody définit un foncteur LM, qui augmente le degré de très forte polynomialité. Par ailleurs, on définit des foncteurs analogues pour d’autres familles de groupes telles que les groupes de difféotopie des surfaces et des 3-variétés, les groupes symétriques ou les groupes d’automorphismes des groupes libres. Ils vérifient des propriétés similaires sur la polynomialité. Les foncteurs de Long-Moody fournissent ainsi des coefficients tordus entrant dans le cadre des résultats de stabilité homologique de Randal-Williams et Wahl pour les familles de groupes susmentionnées. On donne enfin un résultat de comparaison entre l’homologie stable à coefficient dans un foncteur F et celle à coefficient dans le foncteur LM(F) obtenu en appliquant un foncteur de Long-Moody. Cette thèse se décompose en trois chapitres. Le premier introduit les foncteurs de Long-Moody pour les groupes de tresses et traite de leur effet sur la polynomialité. Le deuxième traite de la généralisation des foncteurs de Long-Moody pour d’autres familles de groupes. Le dernier chapitre concerne des calculs d’homologie stable pour les groupes de difféotopie. / Among the linear representations of braid groups, Burau representations are recovered from a trivial representation using a construction introduced by Long in 1994, following a collaboration with Moody. This construction, called the Long-Moody construction, thus allows to construct more and more complex representations of braid groups. In this thesis, we have a functorial point of view on this construction, which allows find more easily some variants. Moreover, the degree of polynomiality of a functor measures its complexity. We thus show that the Long-Moody construction defines a functor LM, which increases the degree of polynomiality. Furthermore, we define analogous functors for other families of groups such as mapping class groups of surfaces and 3-manifolds, symmetric groups or automorphism groups of free groups. They satisfy similar properties on the polynomiality. Hence, Long-Moody functors provide twisted coefficients fitting into the framework of the homological stability results of Randal-Williams and Wahl for the afore mentioned families of groups. Finally, we give a comparison result for the stable homology with coefficient given by a functor F and the one with coefficient given by the functor LM(F), obtained applying a Long-Moody functor. This thesis has three chapters. The first one introduces Long-Moody functors for braid groups and deals with their effect on the polynomiality. The first one deals with the generalisation of Long-Moody functors for other families of groups. The last chapter touches on stable homology computations for mapping class group.