Nous montrons que les puissances de la fonction profil isopérimétrique, associée à une variété riemannienne fermée, vérifient une famille d'inéquations différentielles non linéaires du second ordre, paramétrées par un minorant de la courbure de Ricci et la dimension de la variété. Nous en déduisons des propriétés analytiques du profil, des renseignements géométriques et topologiques concernant les domaines minimisants et des théorèmes de comparaison et de pincement du profil isopérimétrique. Nous retrouvons en particulier des versions améliorées de l'inégalité de Lévy-Gromov. Ensuite, nous observons que tous ces résultats de comparaison se généralisent au cadre des variétés fermées munies de la distance riemannienne et d'une mesure ayant une densité régulière positive par rapport à la mesure riemannienne, la minoration uniforme sur la courbure de Ricci étant alors remplacée par une hypothèse de type courbure-dimension. Enfin, nous précisons, lorsqu'une suite de variétés compactes converge vers une variété compacte pour la distance de Gromov-Hausdorff, dans quel sens la suite de leurs profils tend vers le profil de la variété limite.

Dans cette thèse, on s'intéresse à une marche aléatoire simple<br />sur un amas infini issu d'un processus de percolation surcritique sur les arêtes de $\Z^d \ (d \geq 2)$ de loi $Q$. On étudie des<br /> transformées de Laplace de certaines fonctionnelles des temps locaux de cette marche. Dans une première partie, on s'intéresse au cas particulier de la transformée de Laplace du nombre de points visités au temps $n$, noté $N_n$. On montre notamment que cette quantité a un comportement similaire au cas où la marche évolue dans $\Z^d$. Plus précisément, on établit que pour tout $0<\alpha<1$, il existe des constantes $C_i, \ C_s >0$ telles que pour presque toute réalisation de la percolation telle que l'origine appartienne à l'amas infini et pour $n$ assez grand, $$ e^{-C_i n^{ \frac{d}{d+2} } } \leq \E_0^{\omega} ( \alpha^{N_n} ) \leq e^{-C_sn^{ \frac{d}{d+2} }}.$$<br /> Dans une seconde partie, on généralise ce type d'estimées pour d'autres fonctionnelles. Dans ce type de problème, le point principal du travail réside dans l'obtention de la borne supérieure. Notre approche consiste dans un premier temps, à trouver une famille d'inégalité <br />isopérimétrique sur l'amas infini, et dans un deuxième temps à la remonter sur un produit en couronne, ce qui nous permet <br />alors d'obtenir une majoration de la probabilité de retour d'une certaine marche sur ce produit en couronne. L'introduction d'un produit en couronne est justement motivée par le fait que la probabilité de retour sur un tel graphe peut s'interprèter comme l'espérance de la transformée de Laplace de certaines fonctionnelles des temps locaux pour un bon choix des fibres. <br />Enfin, dans la dernière partie, il est expliqué en détail et de manière générale, en suivant la stratégie d'A. Erschler, comment obtenir une inégalité isopérimétrique sur un produit en couronne de deux graphes à partir d'inégalité isopérimétrique de chacun des deux graphes.

La première partie de cette thèse traite d'un problème de coloration dans les groupes finis. Pour une équation “régulière”, nous nous intéressons aux nombres de solutions différemment colorées. Nous montrons qu'il existe des combinaisons linéaires entre ces nombres de solutions, qui ne dépendent que des cardinaux des classes de couleurs et pas de leur répartition.<br />La seconde partie de cette thèse se place dans le contexte de la théorie additive des nombres. Nous développons une nouvelle approche de la méthode isopérimétrique de Y. ould Hamidoune, qui nous permet, entre autres, de donner une nouvelle démonstration du théorème de Kneser, outil majeur en théorie additive des nombres. Nous donnons une autre application de cette nouvelle approche à la détermination de nouvelles valeurs de taille minimale d'une somme de deux ensembles de tailles fixées, dans des groupes non abéliens. Ces nouvelles valeurs répondent par la négative à une question de la littérature.

Dans la première partie, on étudie la probabilité de retour des groupes métabéliens de type fini. On donne une caractérisation des tels groupes avec grande probabilité de retour en des termes purement algébriques, à l’aide de la dimension de Krull. Cela nécessite, pour les groupes métabéliens, une variation d’un théorème de Kaloujnine et Krasner qui respecte cette dimension. Au passage, on obtient des bornes inférieures et supérieures sur la probabilité de retour des groupes métabéliens en fonction de la dimension de Krull. La seconde partie concerne les profils isopérimétriques des groupes localement compacts compactement engendrés, qu’on utilise pour caractériser l’existence d’une suite de paires de Følner. On démontre que le profil isopérimétrique augmente lorsqu’on passe au quotient, avec des constantes indépendantes de l’échelle, améliorant une théorème de Tessera. Combinant les deux, on obtient que l’existence de suites de paires de Følner passe au quotient. On montre qu’elle passe au sous-groupe fermé, généralisant un résultat correspondant d’Erschler pour les groupes de type fini. Cela permet d’obtenir une preuve plus auto-contenue du théorème principal de la première partie.La troisième partie est un travail en commun avec Kropholler dans lequel on étudie la structure des groupes résolubles de rang sans torsion infini n’ayant pas de section isomorphe à ZwrZ. On en déduit qu’en présence d’une dimension de Krull, ce type de section est la seule obstruction à la finitude du rang sans torsion. / In the fist part, we study the return probability of finitely generated metabelian groups. We give a characterization of such groups with large return probability in purely algebraic terms, namely the Krull dimension of the group. To do so, we establish, for metabelian groups, a variation of a famous embedding theorem of Kaloujinine and Krasner that respects this dimension. Along the way, we obtain lower and upper bounds on the return probability of metabelian groups according to their dimension.The second part of this thesis deals with isoperimetric profiles of locally compact compactly generated groups, that we use to characterize the existence of sequences of Følner couples. We generalize at a compact scale previous results of Tessera, in particular that they increase when going to a quotient group, so as to state in more generality a result from the first part, namely that the existence of Følner couples goes to a quotient group. We also prove that it goes to a closed subgroup. This allows to obtains a more self-contained proof of the main result of the first part of this thesis.The third part is a joint work with Kropholler in which we study the structure of soluble groups of infinite torsion-free rank with no ZwrZ. As a corollary, we obtain that a finitely generated soluble group with Krull dimension has finite torsion-free rank if and only if it has no ZwrZ.

Cette thèse étudie certaines inégalités isopérimétriques globales sur les graphes métriques et les variétés riemanniennes. Tout d'abord, nous établissons pour un graphe métrique une inégalité isopérimétrique entre l'entropie volumique et la systole, puis étudions la géométrie de la boule unité de la norme stable en fonction de la combinatoire du graphe. Nous poursuivons en montrant que, pour une variété riemannienne fermée (M,g) de dimension au moins trois et de premier nombre de Betti non nul, une large classe de polytopes apparaît comme boule unité de la norme stable d'une métrique dans la classe conforme de g. Nous exhibons ensuite une borne supérieure de la constante systolique de la somme connexe de n exemplaires d'une variété M, montrant ainsi que la croissance de la constante systolique en fonction de n est toujours plus lente que la croissance linéaire. Enfin, nous démontrons une inégalité entre la systole, la longueur du lacet systolique et le diamètre d'une variété riemannienne simplement connexe dont le second groupe homotopique est non trivial.

Le thème central de cette thèse est l'étude des problèmes d'optimisation multicritère avec ou sans dynamique ainsi que le problème général de Bolza et ses applications. Après avoir rappelé quelques concepts d'analyse non lisse, on étudie dans la première partie de cette thèse l'existence des multiplicateurs de Lagrange pour des problèmes d'optimisation multicritère en dimension infinie en termes d'une préférence générale. En introduisant la notion de la régularité d'une préférence et en utilisant la condition de qualification calme, on établit l'existence des multiplicateurs de Karush-Kuhn-Tucker. Ceci nous permet d'exhiber des multiplicateurs de Fritz-John en termes du sous-différentiel approché au sens de Ioffe. En conséquence on obtient des résultats similaires pour le cas d'une préférence définie par un cône convexe ou bien par une fonction d'utilité. On établit dans la deuxième partie des conditions nécessaires d'optimalité pour le problème général de Bolza en termes du sous différentiel Fréchet limite sans aucune hypothèse de convexité. Ce résultat nous permet de retrouver les résultats de Vinter-Zheng, Ioffe-Rockafellar et d'établir le principe du maximum avec une nouvelle inclusion d'Euler-Lagrange. On applique ce dernier aux problèmes isopérimetriques, au modèle général de croissance économique de Ramsey et à un problème de génie chimique. En utilisant la notion de préférence de la première partie et les résultats de la deuxième, on établit dans la troisième partie des conditions nécessaires d'optimalité et des conditions Hamiltoniennes d'un problème d'optimisation multicritère dynamique. Enfin on donne des résultats similaires pour le cas d'une préférence définie par un cône convexe ou une fonction d'utilité.

Dans un article publié en 2003, M.Gromov propose une reformulation de la théorie des petites simplifications en géométrie des groupes. Dans cette version, un graphe fini définit une présentation finie de groupe; les générateurs du groupe sont les étiquettes du graphe; les relateurs sont les mots associés aux cycles; les morceaux, mots "courts " qui permettent les petites simplifications dans un groupe, sont des mots qui étiquettent deux chemins distincts du graphe. Cette thèse prend pour point de départ une brève description de cette théorie publiée par Y. Ollivier en 2006. Le concept de groupe de présentation finie à "petites simplifications", développé par R. Lyndon, M. Greendlinger et autres dans les années 60 et 70, est précurseur des groupes hyperboliques de M.Gromov à la fin des années 80, pour lesquels les propriétés combinatoires de la présentation entraînent des propriétés algébriques du groupe. Dans notre travail, nous fondons de manière rigoureuse la théorie des petites simplifications du point de vue des graphes, et développons le concept de base de "mégatuiles", utilisé implicitement par Y. Ollivier dans son article. Nous étendons ses résultats aux cas non-hyperboliques et non-métriques (par exemple$C(4)-T(4)$). Ce point de vue permet une nouvelle preuve, plus naturelle, de la résolubilité des problèmes du mot et de conjugaison pour les présentations des groupes des entrelacs alternés premiers. Nous prolongeons également les résultats d'un théorème de M. Greendlinger au cas non-métrique, répondant ainsi à une question d'I. Kapovich. / In a paper published in 2003, M.Gromov proposes a rewording of the small cancellation theory in geometric group theory. In this version, a finite graph defines a finitely presented group; generators of the group are the labels of the graph; relators are the words associated with cycles; pieces, "short" words which allow small cancellations in a group, are words which label two distinct paths in the graph.Our thesis relies on a brief description of this theory published in2006 by Y.Ollivier. The concept of finitely presented "small cancellation" group, developed by R.Lyndon, M.Greendlinger and others in the 60's and 70's, is a precursor of Gromovword-hyperbolic groups in the late of the 80's, for which combinatorial properties of the presentation imply algebraic properties of the group. In our work, we build a rigorous small cancellation theory in terms of graphs, and develop the basic concept of "megatiles", implicitly used by Y. Ollivier in his article. We extend his results to non-hyperbolic and non-metric cases (eg. $C(4)-T(4)$). This point of view allows a new proof, more natural, of thesolvability of word and conjugacy problems for presentations of prime alternating link groups. We also extend the results of a M.Greendlinger theorem to thenon-metric case, in response to a question of I. Kapovich.

Cette thèse est divisée en trois parties. Les deux premieres sont constituées chacune d'articles soumis disponibles sur arXiv, respectivement "More on functional and quantitative versions of the isoperimetric inequality" et "Dimensional transport inequalities and Brascamp-Lieb inequalities" alors que la dernière est constituée de remarques sur l'isopérimétrie. Nous nous intéressons dans un premier temps à une version fonctionnelle de l'inégalité isopérimétrique généralisant les versions ensemblistes et fonctionnelles classiques. Dans ce même article, nous donnons une version quantitative de l'inégalité isopérimétrique avec un reste faisant intervenir la distance de Wasserstein. Puis, nous étudions dans "Dimensional transport inequalities and Brascamp-Lieb inequalities" des inégalités de transport pour les mesures convexes. La lin\'earisation de ces inégalités de transport redonnent les inégalités de Brascamp-Lieb dimensionnelles. Nous en donnons aussi une forme quantitative. Enfin, dans un troisième temps, nous étudions les inégalités isopérimétriques avec une fonction poids pour les mesures convexes. Nous traitons le cas de la dimension 1 en montrant qu'une constante de Cheeger existe et nous en donnons une estimation. / This thesis is divided in three parts. The two first are constituted by submitted papers available in arXiv, respectively "More on functional and quantitative versions of the isoperimetric inequality" and "Dimensional transport inequalities and Brascamp-Lieb inequalities" whereas the last chapter is dedicated to remarks on isoperimetry. In the first paper, we are interested in a functional version of the isoperimetric inequality which generalizes the version for sets and the classical functional ones. We also give a quantitative version of the isoperimetric inequality with a remainder term involving Wasserstein's distance. In the second one, we study transport inequalities for convex measures. Linearization of our transport inequalities retrieve the dimensional forms of Brascamp-Lieb inequalities. We also give a quantitative forms of these inequalities. Finally, we investigate weighted isoperimetric inequalities for convex measures. We treat the case of dimension 1. We note that the associated Cheeger constant exists et we give an estimation of this constant.

Ce mémoire présente des résultats dans trois directions. En géométrie riemannienne, on montre une généralisation de l'inégalité de Günther sur le volume, et en dimension 4 une inégalité isopérimétrique pour les variétés à courbure majorée. En géométrie des espaces de Wasserstein, issus du transport optimal, on montre des résultats plongement et de non-plongement, on calcule des groupes d'isométries, et on étudie la dynamique de l'action sur les mesures des applications dilatantes du cercle. En topologie de Chabauty, on montre que l'espace des sous-groupes fermés de $R^n$ est simplement connexe.