Considérons une variété régulière analytique M sur le corps réel ou complexe, un faisceau d'idéaux J défini sur M, un diviseur à croisement normaux simples E et une distribution singulière involutive Θ tangent à E.L'objectif principal de ce travail est d'obtenir une résolution des singularités du faisceau d'idéaux J qui préserve certaines ``bonnes" propriétés de la distribution singulière Θ. Plus précisément, la propriété de R-monomialité : l'existence d'intégrales premières monomiales. Ce problème est naturel dans le contexte où on doit étudier l'interaction d'une variété et d'un feuilletage et, donc, est aussi reliée au problème de la monomilisation des applications et de résolution ``quasi-lisse" des familles d'idéaux.- Le premier résultat donne une résolution globale si le faisceau d'idéaux J est invariant par la distribution singulière;- Le deuxième résultat donne une résolution globale si la distribution singulière Θ est de dimension 1 ;- Le troisième résultat donne une uniformisation locale si la distribution singulière Θ est de dimension 2.On présente aussi deux utilisations des résultats précédents. La première application concerne la résolution des singularités en famille analytique, soit pour une famille d'idéaux, soit pour une famille de champs de vecteurs. Pour la deuxième, on applique les résultats à un problème de système dynamique, motivé par une question de Mattei. / Let M be an analytic manifold over the real or complex field, J be a coherent and everywhere non-zero ideal sheaf over M, E be a reduced SNC divisor and Θ an involutive singular distribution everywhere tangent to E. The main objective of this work is to obtain a resolution of singularities for the ideal sheaf J that preserves some ``good" properties of the singular distribution Θ. More precisely, the R-monomial property : the existence of local monomial first integrals. This problem arises naturally when we study the ``interaction" between a variety and a foliation and, thus, is also related with the problem of monomialization of maps and of ``quasi-smooth" resolution of families of ideal sheaves.- The first result is a global resolution if the ideal sheaf J is invariant by the singular distribution Θ;- The second result is a global resolution if the the singular distribution Θ has leaf dimension 1;- The third result is a local uniformization if the the singular distribution Θ has leaf dimension 2;We also present two applications of the previous results. The first application concerns the resolution of singularities in families, either of ideal sheaves or vector fields. For the second application, we apply the results to a dynamical system problem motivated by a question of Mattei.

Les données du monde réel ont manifestement une composante géométrique importante et suggère les patterns géométriques signifiants. Les méthodes qui utilisent la nature géométrique des données sont activement développés dans plusieurs domaines scientifiques, comme, par exemple, la géométrie algorithmique, la géométrie discrète, la synthèse d'images, la vision par ordinateur. Dans le travail présent, nous utilisons les structures géométriques afin de modéliser des algorithmes efficaces pour deux domaines, celui de synthèse d'images et de l'optimisation combinatoire. Dans la première partie il s'agit de la structure de données géométriques, appelé une décomposition bien-séparée, et son application pour un des problèmes les plus difficiles dans la synthèse d'images, un efficace rendu photo-réalistique. Une solution consiste à appliquer toute une famille de méthodes de many-lights qui fait une approximation d'illumination globale par calcule individuelle d'illumination avec un grand nombre de VPLs (virtual point light) répartis sur les surfaces. L'application individuelle de chacun VPL résulte dans un grand nombre des calculs. Une des stratégies de la réussite pour réduire les computations est de faire les clusteurs considérés qui sont consideré comme une seul émetteur. Nous utilisons la décomposition bien-séparée de points comme le fondement de la structure des données susceptible de procéder à un calcul préliminaire et de conserver d'une façon compacte un grand nombre des clusterisations individuels potentiels ce qui montre que la clusterisation des VPL plus correspondante peut être extraite de cette structure de données d'une manière efficace. Nous montrons qu'au lieu de regroupper les points et/ou VPL indépendemment il vaut mieux produire les clusteurs sur l'espace de produit du nombre des points à nuancer et un groupe de VPL à la base de l'illumination des paires induite. En plus, nous proposons une technique adaptive afin d'échantillonner pour réduire le nombre des demandes de vérifications de visibilité pour chaque clusteur de l'espace de produit. Notre méthode consiste à détenir chaque émetteur qui peut être rapproché par VPL, matériaux spéculaire et à performer les méthodes précédents réconnus les meilleurs jusqu'au présent. La deuxième partie est consacrée au développement de nouveaux algorithmes d'approximation pour un problème fondamental de NP complet dans la géométrie algorithmique, précisément le problème du hitting set, avec une précision pour le cas d'un groupe de points et d'un groupe de disques, nous souhaiterons calculer les plus petits nombre du points qui touche tous les disques. Il arrive que les algorithmes efficaces à détecter le hitting set repose sur une structure géométrique clée, appelée epsilon-net. Nous donnons un algorithme utilisant uniquement les triangulisations de Delaunay pour construire les epsilon-nets de taille 13.4/epsilon. Nous donnons une implémentation pratique de la technique à calculer les hitting sets dans le temps quasi-linéaire en utilisant des epsilon-nets de petites tailles. Nos résultats aboutissent à une approximation de 13.4 pour le problème de hitting set par un algorithme qui fonctionne même pour les grands ensembles de données. Pour les ensembles de taille plus petite, nous proposons une implémentation de la technique de recherche locale avec une approximation bornes supérieures, avec le résultat obtenu d'approximation de (8 + epsilon) dans le temps O(n^{2.34}) / Real-world data has a large geometric component, showing significant geometric patterns. How to use the geometric nature of data to design efficient methods has became a very important topic in several scientific fields, e.g., computational geometry, discrete geometry, computer graphics, computer vision. In this thesis we use geometric structures to design efficient algorithms for problems in two domains, computer graphics and combinatorial optimization. Part I focuses on a geometric data structure called well-separated pair decomposition and its usage for one of the most challenging problems in computer graphics, namely efficient photo-realistic rendering. One solution is the family of many-lights methods that approximate global illumination by individually computing illumination from a large number of virtual point lights (VPLs) placed on surfaces. Considering each VPL individually results in a vast number of calculations. One successful strategy the reduce computations is to group the VPLs into a small number of clusters that are treated as individual lights with respect to each point to be shaded. We use the well-separated pair decomposition of points as a basis for a data structure for pre-computing and compactly storing a set of view independent candidate VPL clusterings showing that a suitable clustering of the VPLs can be efficiently extracted from this data structure. We show that instead of clustering points and/or VPLs independently what is required is to cluster the product-space of the set of points to be shaded and the set of VPLs based on the induced pairwise illumination. Additionally we propose an adaptive sampling technique to reduce the number of visibility queries for each product-space cluster. Our method handles any light source that can be approximated with virtual point lights (VPLs), highly glossy materials and outperforms previous state-of-the-art methods. Part II focuses on developing new approximation algorithms for a fundamental NP-complete problem in computational geometry, namely the minimum hitting set problem with particular focus on the case where given a set of points and a set of disks, we wish to compute the minimum-sized subset of the points that hits all disks. It turns out that efficient algorithms for geometric hitting set rely on a key geometric structure, called epsilon-net. We give an algorithm that uses only Delaunay triangulations to construct epsilon-nets of size 13.4/epsilon and we provide a practical implementation of a technique to calculate hitting sets in near-linear time using small sized epsilon-nets. Our results yield a 13.4 approximation for the hitting set problem with an algorithm that runs efficiently even on large data sets. For smaller datasets, we present an implementation of the local search technique along with tight approximation bounds for its approximation factor, yielding an (8 + epsilon)-approximation algorithm with running time O(n^{2.34})

Les algèbres de Lie ont été introduites vers la fin du XIXème siècle afin d'étudier certains problèmes de nature géométrique. Dans un soucis de classification de ces objets, les algèbres de Lie semi-simples se sont vues conférer un rôle important. Les algèbres de Lie symétriques sont, elles, une généralisation des algèbres de Lie. De plus, il existe une correspondance bijective entre les algèbres de Lie réelles et les algèbres de Lie symétriques complexes, ce qui renforce l'intérêt porté à ces dernières. Un second niveau de structure des algèbre de Lie (semi-simples complexe) joue un rôle important. Il s'agit de considérer l'algèbre de Lie g comme une G-variété où G est le groupe algébrique adjoint de g opérant via l'action adjointe sur g. Il s'avère alors utile d'étudier ceci dans le cadre de la géométrie algébrique. Les propriétés géométriques de certaines variétés issues des algèbres de Lie ont alors pu être étudiées. D'un point de vue général, ce travail consiste à généraliser et comprendre les propriétés de variétés analogues dans les algèbres de Lie symétriques.

Dans un espace discret, comme l'ensemble des points à coordonnées entières, la modélisation de l'isotropie pose des difficultés théoriques notables. À ce jour, aucune théorie géométrique sur $\ZZ^n$ n'est apte à rendre compte de l'isotropie telle qu'elle est décrite par la géométrie euclidienne. Dans l'optique de contribuer à cette problématique, nous nous intéressons à la conception d'algorithmes capables de donner aux rotations discrètes des propriétés proches de celles de la rotation euclidienne. Ces algorithmes doivent de plus fonctionner à base d'arithmétique entière. Après avoir montré la non-existence de rotation discrète transitive sur $\ZZ^n$, nous introduisons un codage de rotations discrètes que nous relions à la fois à la dynamique symbolique et aux automates cellulaires. Il s'agit alors de mener une étude locale des rotations discrètes. Cette étude se situe au carrefour entre géométrie discrète et systèmes dynamiques symboliques. La pertinence des configurations obtenues est justifiée par l'existence de transducteurs planaires capables d'effectuer des rotations à partir des configurations. Ensuite, afin de réinterpréter ces configurations dans le cadre de la théorie des systèmes dynamiques, nous étendons des notions classiques de cette théorie à la dimension 2. Pour la rotation discrétisée, la dynamique symbolique associée est conjuguée avec un jeu de deux translations orthogonales sur un tore bidimensionnel. Après analyse, nous constatons que les configurations obtenues sont des superpositions de configurations de faible complexité. Cela évoque alors les généralisations planaires des mots sturmiens étudiées entre autres par Valérie Berthé et Laurent Vuillon. Des résultats analogues sont aussi obtenus pour les rotations $3$-transvections. L'analyse les rotations discrètes par le biais de systèmes dynamiques a permis de nombreux résultats : mise en évidence de la quasipériodicité des configurations, calcul de la fréquence des symboles, caractérisation des rotations discrétisées bijectives, ce qui est aussi la réciproque du théorème d'Éric Andrès et Marie-Andrée Jacob. Nous avons aussi étudié les discontinuités du processus de rotation. Ces discontinuités ont lieu pour des angles issus d'un sous-ensemble des angles quadratiques (i.e. les angles charnières). En combinant ces remarques, nous aboutissons à deux algorithmes. Le premier algorithme réalise des rotations sans faire aucun calcul à virgule flottante et sans calculer aucun sinus ni aucun cosinus. Il fonctionne de manière incrémentale et en ordre de complexité optimal. Le second algorithme est une implémentation de la rotation $3$-transvections sur automates cellulaires. D'autres pistes pour la conception d'algorithmes sont mentionnées dans la thèse. En outre, nous nous intéressons aussi aux méthodes substitutives qui engendrent les configurations de rotations. Pour les angles quadratiques, nous montrons que les configurations de rotations sont des entrelacements de configurations autosimilaires; et nous présentons le schéma d'une approche basée sur les graphes de Rauzy pour l'inférence de substitutions planaires. En combinant ces deux approches, nous mettons en avant les éléments essentiels de la démonstration de l'autosimilarité de $C_{\pi/4}$. Les applications potentielles de cette thèse concernent à terme l'implémentation d'algorithmes de rotations pour processeurs graphiques. Elle contribue aussi à l'étude des méthodes algorithmiques pour la modélisation physique en milieu discret de phénomènes isotropes.

Nous sommes partis d'une analogie inédite entre la configuration de certaines feuilles dans le bourgeon et les ribambelles de papier. Quand on plie du papier et qu'on le coupe avec des ciseaux, à chaque pli va correspondre une pointe ou un creux de la ribambelle déployée. De nombreuses feuilles adoptent la même géométrie dans le bourgeon. Le bord de la feuille est replié sur un plan comme si il avait été découpé avec des ciseaux. Pour cette raison purement géométrique, les lobes et creux de la feuille déployée correspondront exactement aux plis initiaux. Nous avons nommé ces feuilles « kirigami », ce qui veut dire couper-papier en japonais. La première partie de cette thèse, purement géométrique, montre à quel point les géométries des feuilles sont contraintes par leur développement plié. Nous montrons aussi que la richesse des géométries que permet le kirigami se retrouve au sein des feuilles. La deuxième partie, plus biologique, propose à la fois un mécanisme pour le développement des plis et un candidat pour les mystérieux ciseaux. Nous concluons sur l'intérêt évolutif d'une telle organisation des feuilles dans le bourgeon.

Alors que l'on observe une disponibilité croissante de données décrivant des objets 3D, il semble essentiel de disposer de moyens de traitement efficaces de ces derniers. Ainsi, nous présentons dans ce mémoire un ensemble d'outils de manipulation de surfaces, qui exploitent à la fois leurs propriétés géométriques et topologiques. Après avoir décrit différents résultats classiques de topologie, et les structures et résultats fondamentaux de la topologie algorithmique, nous présentons les concepts de M-tuiles et M-pavages, offrant notamment une grande souplesse combinatoire, et permettant de décrire finement le résultat d'algorithmes de découpage topologique. En s'appuyant sur les possibilités de description de ce formalisme, nous présentons différents algorithmes de découpage de surface, prenant en compte non seulement la topologie et la géométrie des surfaces, mais également les propriétés des M-tuiles issues de ces découpages. Nous présentons également dans ce mémoire une généralisation des lacets par les n-cets, permettant notamment de décrire une approche originale de pavage de surfaces en cylindres puis en quadrangles. Enfin, deux applications de ces outils de découpage sont présentées. Dans un premier temps, nous déclinons ces algorithmes de découpage dans le contexte de l'infographie, en proposant un ensemble d'outils d'aide à la manipulation de surfaces. Puis nous présentons dans un second temps une chaîne complète de traitement de données issues de l'imagerie médicale, permettant la visualisation dynamique de données complexes sur des cartes planes de la surface du cerveau, en illustrant sa pertinence dans le contexte de la stimulation corticale. En conclusion de ces travaux, nous présentons les perspectives que laissent entrevoir ces développements originaux, notamment en exploitant les possibilités offertes par les n-cets et les M-pavages, qui semblent multiples. Nous soulignons également la richesse qu'assure une exploration des domaines applicatifs par des outils issus de la géométrie algorithmique.

Cette thèse étudie les variétés non compactes dont le bas du spectre du Laplacien est une valeur propre isolée. L'objectif général est de relier la géométrie de ces variétés à certaines propriétés spectrales.<br /><br />Au Chapitre 2, nous étudions les variétés $G$-périodiques, qui généralisent les variétés périodiques et les revêtements. Nous relions le bas du spectre d'une telle variété avec celui de sa cellule élémentaire et la combinatoire du graphe $G$ sous-jacent. Nous montrons que les deux bas du spectres sont égaux si et seulement si le graphe est moyennable.<br /><br />Au Chapitre 3, nous donnons une caractérisation du bas du spectre d'une variété à bord par ses fonctions $\lambda$-harmoniques positives. Puis nous montrons que pour une métrique générique, lorsque le bas du spectre est une valeur propre isolée la première fonction propre est de Morse. Enfin, nous montrons que pour un revêtement générique, on peut construire un domaine fondamental pour l'action du groupe de revêtement sur lequel le relevé de la première fonction propre vérifie les conditions de Neumann. Ceci nous permet d'appliquer les résultats du Chapitre 2 aux revêtements.<br /><br />Au Chapitre 4, nous présentons une conjecture due à R. Canary, qui prévoit que lorsque l'on déforme une variété hyperbolique de dimension 3 géométriquement finie et acylindrique, le bas du spectre est maximal lorsque le bord du coeur convexe est lisse. Au Chapitre 5, une étude de l'entropie des variétés à courbure négative pincée convexe cocompacte nous permet d'obtenir une formule de variation du bas du spectre dans le cas des déformations des variétés hyperboliques convexe cocompactes.

Dans cette thèse nous avons étudié certaines questions mathématiques associées au calcul de l'action spectrale de Chamseddine--Connes sur des exemples fondamentaux de triplets spectraux non commutatifs, tels que le tore non commutatif et la 3-sphère quantique SUq(2). Nous avons montré en particulier qu'une condition diophantienne sur la matrice de déformation du tore est cruciale pour obtenir l'action spectrale en tenant compte de la structure réelle. <br />Nous avons aussi étudié la question de l'existence de tadpoles (termes linéaires par rapport au potentiel de jauge de la fluctuation de la métrique dans l'action spectrale) dans le cas de géométries riemanniennes commutatives, et la construction d'un calcul pseudodifférentiel global permettant une généralisation du produit de Weyl--Moyal sur un espace de Schwartz de sections rapidement décroissantes sur un fibré cotangent d'une variété avec linéarisation.

Cette thèse porte sur les compactifications en théorie des cordes et supergravité. Nous étudions les réductions dimensionnelles des théories de type II sur des fonds avec flux, en utilisant les techniques de la géométrie géneralisée de Hitchin.<br />Nous commençons en introduisant les outils mathématiques nécessaires: nous nous concentrons sur les structures SU(3)xSU(3) sur le fibré tangent généralisé T+T*, en analysant leurs déformations. Ensuite nous étudions la théorie de supergravité N=2 quadri-dimensionnelle définie par réduction des théories de type II sur des fonds à structure SU(3)xSU(3) avec flux généraux de NSNS et RR: nous établissons l'action bosonique complète, et nous montrons comment ces donées sont reliées au formalisme de la géométrie généralisée sur T+T*. En particulier, nous trouvons une expression géométrique pour le potentiel scalaire N=2. Puis nous nous concentrons sur les relations entre les descriptions à 10d et à 4d des fonds supersymétriques avec flux: nous dérivons les conditions de vide N=1 dans la théorie N=2 à 4d, ainsi que dans sa troncation N=1, et nous prouvons une correspondance précise avec les équations qui caractérisent les vides N=1 au niveau dix-dimensionnel. Nous terminons en présentant des exemples concrets, basés sur des espaces quotients avec structure SU(3). Nous établissons pour ces espaces la cohérence de la troncation basée sur l'invariance gauche, et nous explorons les vides de la théorie associée, en prenant en compte les corrections des boucles des cordes.

Le contexte général de mes activités de recherche est la géométrie discrète. Cette thématique s'intègre, au moins d'un point de vue historique, dans l'analyse de formes dans des images numériques. En effet, de nombreux systèmes d'acquisition de données images fournissent des données organisées sur une grille régulière, appelées données discrètes. Que ce soit pour une visualisation ou pour l'extraction de mesures sur ces objets discrets (paramètres de formes), les axiomes et théorèmes de la géométrie euclidienne ne sont pas directement applicables. Une approche classique consiste à une transposition de ces théorème et mesures dans l'espace discret. Ces différentes re-définitions donnent lieu au paradigme mathématique et informatique qu'est la géométrie discrète. Dans ce contexte, nos contributions portent sur l'analyse des modèles et objets fondamentaux (grille, droite, plan, cercle, ...) permettant la définition d'algorithmes de reconstruction géométrique. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à des algorithmes performants pour l'analyse volumique d'objets discrets (transformation en distance, axe médian,...), ainsi qu'à leurs généralisations.