Complexité des pavages apériodiques : calculs et interprétations

Complexity of aperiodic tilings : computations and interpretations

• Auteur / Autrice : Antoine Julien
• Direction : Johannes Kellendonk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 10/12/2009
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Camille Jordan (Rhône ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Fack
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Berthé, Franz Gähler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Arnoux, Marcy Barge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cohomologie

Complexité de calcul (informatique)

Topologie

Géométrie non-euclidienne

Espaces métriques

Mécanosynthèse

Pavage (mathématiques)

Mots clés libres

Pavages

Ordre apériodique

Complexité

Cohomologie

Géométrie non commutative

Tilings

Aperiodic order

Complexity

Cohomology

Non-commutative geometry

Résumé

La théorie des pavages apériodiques a connu des développements rapides depuis les années 1980, avec la découvertes d'alliages métalliques cristallisant dans une structure quasi-périodique.Dans cette thèse, on étudie particulièrement deux méthodes de construction de pavages : par coupe et projection, et par substitution. Deux angles d'approche sont développés : l'étude de la fonction de complexité, et l'étude métrique de l'espace de pavages.Dans une première partie, on calcule l'asymptotique de la fonction de complexité pour des pavages coupe et projection, généralisant ainsi des résultats connus en dynamiques symbolique pour la dimension 1. On montre que pour un pavage coupe et projection canonique N sur d sans période, la complexité croît (à des constantes près) comme n à la puissance a, où a est un entier compris entre d et N-d.Ensuite, on se base sur une construction de Pearson et Bellissard qui construisent un triplet spectral sur les ensembles de Cantor ultramétriques. On suit leur construction dans le cas d'ensembles de Cantor auto-similaires. Elle s'applique en particulier aux transversales d'espaces de pavages de substitution.Enfin, on fait le lien entre la distance usuelle sur l'enveloppe d'un pavage et la complexité de ce pavage. Les liens entre complexité et métrique permettent de donner une preuve directe du fait suivant : la complexité des pavages de substitution apériodiques de dimension d croît comme n à la puissance d.La question de liens entre la complexité et la topologie (et pas seulement avec la distance) reste ouverte. Nous apportons cependant des réponses partielles dans cette direction.

Since the 1980s, the theory of aperiodic tilings developed quickly, motivated by the discovery of metallic alloys which crystallize in an aperiodic structure. This highlighted the need for new models of crystals.Two models of aperiodic tilings are specifically studied in this dissertation. First, the cut-and-project method, then the inflation and substitution method. Two point of view are developed for the study of these objects: the study of the complexity function associated to a tiling, and the metric study of the associated tiling space.In a first part, the asymptotic behaviour of the complexity function for cut-and-project tilings is studied. The results stated here generalize formerly known results in the specific case of dimension 1. It is proved that for an (N,d) canonical projection tiling without periods, the complexity grows like n to the a, with a an integer greater or equal to d but lesser or equal to N-d.A second part is based on a construction by Pearson and Bellissard of a spectral triple for ultrametric Cantor sets. Their construction is applied to self-similar Cantor sets. It applies in particular to the transversal of substitution tiling spaces.In a last part, the links between the complexity function of a tiling and the usual distance on its associated tiling space are made explicit. These links can provide a direct and complete proof of the following fact: the complexity of an aperiodic d-dimensional substitution tiling grows asymptotically as n to the d, up to constants. These links between complexity and distance raises the question of links between complexity and topology. Partial answers are given in this direction.