Invariants homotopiques de champs de vecteurs en dimension 3

par Jean-Mathieu Magot

Thèse de doctorat en Mathématiques

Sous la direction de Christine Lescop et de Jean-Baptiste Meilhan.

Le président du jury était Pierre Vogel.

Le jury était composé de Thomas Fiedler, Louis Funar.

Les rapporteurs étaient Michael Eisermann, Gwénaël Massuyeau.


  • Résumé

    En 1998, R. Gompf a défini un invariant homotopique des champs de plans orientés des 3-variétés fermées orientées. Cet invariant est défini pour les champs de plans orientés xi; de toute 3-variété fermée orientée M dont la première classe de Chern c_1(xi) est un élément de torsion de H_2(M;Z). Dans le premier chapitre de la thèse, nous définissons une extension de l’invariant de Gompf pour toutes les 3-variétés compactes orientées à bord et nous étudions ses variations lors de chirurgies lagrangiennes. Il en résulte que l’invariant de Gompf étendu peut être vu comme un invariant de type fini de degré 2.L’invariant Théta est un invariant de variétés de dimension 3 parallélisées qui provient de la partie de degré 1 du développement perturbatif de la théorie de Chern-Simons. G. Kuperberg et D. Thurston ont identifié l’invariant Théta(M,tau) d’une sphère d’homologie entière M munie d’une parallélisation tau; à lambda_cw(M) + 1/4·p_1(tau) où lambda_cw désigne la généralisation de Walker de l’invariant de Casson et p_1 est un invariant de la parallélisation définie à partir d’une première classe de Pontrjagin. C. Lescop a étendu l’invariant Théta aux sphères d’homologie rationnelle munies d’une classe d’homotopie de combings et elle a montré que pour toute sphère d’homologie rationnelle M munie d’un combing X, la formule Théta(M,[X]) = 3·lambda_cw(M) + 1/4·p_1([X]) était encore valable pour une extension ad hoc des nombres de Pontrjagin aux combings. Elle a aussi donné une formule combinatoire pour l’invariant Théta d’une sphère d’homologie rationnelle présentée par un diagramme de Heegaard et munie d’un combing associé au diagramme, et elle a démontré combinatoirement que cette formule définit un invariant homotopique des couples (M,[X]). Dans le prolongement de ce travail, le deuxième chapitre de la thèse présente une preuve combinatoire de la décomposition de cet invariant combinatoire comme 3·lambda_cw(M) + 1/4·p_1([X]). Cette preuve repose sur la théorie des invariants de type fini des sphères d’homologie rationnelle relativement aux chirurgies lagrangiennes établie par D. Moussard en 2012

  • Titre traduit

    Homotopy invariants of vector fields in 3-manifolds


  • Résumé

    In 1998, R. Gompf defined a homotopy invariant of oriented 2-plane fields in 3-manifolds. This invariant is defined for oriented 2-plane fields xi in a closed oriented 3-manifold M when the first Chern class c_1(xi) is a torsion element of H_2(M;Z). In Chapter I, we define an extension of the Gompf invariant for all compact oriented 3-manifolds with boundary and we study its iterated variations under Lagrangian-preserving surgeries. It follows that the extended Gompf invariant has degree two for a suitable finite type invariant theory.The Theta-invariant is an invariant of parallelized 3-manifolds constructed from the degree one part of the perturbative expansion of Chern–Simons theory. G. Kuperberg and D. Thurston identified the invariant Theta(M,tau) of a rational homology 3-sphere M equipped with a parallelization tau with 3·lambda_cw(M) + 1/4·p_1(tau) where lambda_cw denotes Walker’s generalization of the Casson invariant and where p_1 is an invariant of parallelizations defined using a first Pontrjagin class. C. Lescop extended the Theta-invariant to rational homology 3-spheres equipped with a homotopy class of combings and she showed that for all rational homology 3-sphere M equipped with a combing X, the relation Theta(M,[X]) = 3·lambda_cw(M) + 1/4·p_1([X]) still holds using an ad hoc extension of the Pontrjagin numbers for combings. She also gave a combinatorial formula for the Theta-invariant of a rational homology 3-sphere represented by a Heeagaard diagram and equipped with a combing associated to the diagram, and she proved that this formula defines a homotopy invariant of the pair (M,[X]), in a combinatorial way. Following this work, Chapter II presents a combinatorial proof of the decomposition of this combinatorial invariant as 3·lambda_cw(M) + 1/4·p_1([X]). This proof relies on the finite type invariant theory for rational homology 3-spheres with respect to Lagrangian-preserving surgeries established by D. Moussard in 2012


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