Saddle connections of flat surfaces with poles

par Guillaume Tahar

Thèse de doctorat en Mathématiques

Sous la direction de Anton Zorich et de Artur Avila.

Le président du jury était Giovanni Forni.

Le jury était composé de Anton Zorich, Artur Avila, Giovanni Forni, Duc-Manh Nguyen, David Aulicino, Carlos Matheus, Jean-Paul Thouvenot, Anna Lenzhen.

Les rapporteurs étaient Duc-Manh Nguyen, David Aulicino.

  • Titre traduit

    Liens-selles des surfaces plates avec pôles


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous étudions plusieurs problèmes géométriques concernant les liens-selles de surfaces plates définies par des formes différentielles méromorphes ayant des pôles de degré arbitrairement grand. Dans le cas des 1-formes holomorphes, les surfaces sont d'aire finie et ont une infinité de liens-selles. Au contraire, pour les 1-formes méromorphes ainsi que les différentielles d'ordre supérieur (quadratiques et au delà) ayant des pôles dont le degré est suffisamment grand, les surfaces sont d'aire infinie et il est courant que le nombre de liens-selles soit fini. Nous étudions trois problèmes au sujet de telles surfaces. Le premier problème est la caractérisation des strates de différentielles dont les surfaces plates correspondantes ont toujours un nombre fini de liens-selles. Nous sommes parvenus à réduire le problème à un simple critère combinatoire relatif au profil de singularités de la strate. Pour ce premier problème, nous nous plaçons dans le cadre le plus général possible : celui des k-différentielles (de la forme f(z)dz^{k}) ayant au moins un pôle d'ordre supérieur ou égal à k. Le deuxième problème est celui de la caractérisation des groupes de Veech des surfaces plates avec pôles. Dans le cas classique des surfaces de (demi)-translation, il s'agit d'un problème très difficile. Ici, au contraire, la rigidité induite par la présence de pôles permet de donner une réponse complète. Enfin, nous proposons une caractérisation complète des familles de nombres complexes pouvant apparaître comme résidus aux pôles d'une différentielle méromorphe appartenant à une strate donnée. Ainsi, la géométrie plate permet de donner une réciproque au théorème des résidus dans laquelle on contrôle la multiplicité des singularités. Ce dernier résultat est le fruit d'une collaboration avec Quentin Gendron.


  • Résumé

    In this thesis, we consider several geometric problems about saddle connections of flat surfaces defined by meromorphic differentials with poles of arbitrarily large degree. In the case of holomorphic 1-forms, surfaces are of finite area an have infinitely many saddle connections. On the contrary, if we consider meromorphic 1-forms and differentials of higher orders (quadratic and beyond) with at least one pole whose degree is large enough, flat surface are of infinite area and their number of saddle connections may be finite. We study three problems about such surfaces. The first problem is the characterization of the strata of differentials such that the corresponding flat surfaces always have a finite number of saddle connections. We achieved to reduce the problem to a to single combinatorial criterium depending on the singularity pattern of the stratum. When we deal with this problem, we adopt the most general framework of k-differentials (of the form f(z)dz^{k}) with at least one pole of order at least k. The second problem is characterization of Veech groups of flat surfaces with poles. In the classical case of (half)-translation surfaces, it is a very difficult problem. Here, rigidity induced by the poles makes possible to provide a complete answer. Finally, we provide a complete characterization of the families of complex numbers that can appear as residues at the poles of a meromorphic differential belonging to a gien stratum. Thus, flat geometry provides a reciprocal to the residue theorem in which we control the multiplicities of the singularities. This last result is the product of a collaboration with Quentin Gendron.


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