Sur des théorèmes de dualité pour la cohomologie condensée du groupe de Weil d'un corps p-adique

On duality theorems for the condensed cohomology of the Weil group of a p-adic field

• Auteur / Autrice : Marco Artusa
• Direction : Baptiste Morin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques Pures
• Date : Soutenance le 23/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Olivier Brinon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Pepin, Wiesława Nizioł, Arthur-César Le Bras
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tamás Szamuely, Clark Barwick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dualité, Principe de (mathématiques)

Groupes abéliens localement compacts

Weil, Groupe de

Cohomologie

Mots clés libres

Cohomologie des groupes condensés

Mathématiques condensées

Groupe de Weil

Dualité de Pontryagin

Dualité locale de Tate

1-motifs

Cohomology of condensed groups

Condensed Mathematics

Weil group

Pontryagin duality

Local Tate duality

1-motives

Résumé

L’objectif de cette thèse est double. Premièrement, on construit une théorie de cohomologie topologique pour le groupe de Weil d’un corps p-adique. En second lieu, on utilise cette théorie pour prouver des théorèmes de dualité, qui se manifestent sous la forme de la dualité de Pontryagin entre groupes abéliens localement compacts. Ces résultats améliorent des théorèmes de dualité existants et leur confèrent une perspective topologique. De tels objectifs peuvent être atteints grâce aux Mathématiques Condensées, qui fournissent un cadre dans lequel il est possible de faire de l’algèbre avec des objets topologiques. On définit une théorie cohomologique pour les groupes condensés et pro-condensés et on étudie ses propriétés. Ensuite, on applique cela au groupe de Weil d’un corps p-adique, considéré comme un groupe pro-condensé. On démontre que, dans certains cas particuliers, les groupes de cohomologie correspondants sont des groupes abéliens localement compacts de rangs finis. Ceci nous permet d’étendre la dualité locale de Tate à une catégorie plus générale de coefficients non nécessairement discrets, o`u elle prend la forme d’une dualité de Pontryagin entre groupes abéliens localement compacts. Dans la dernière partie de la thèse, on utilise le même cadre pour retrouver une version “à la Weil” de la dualité de Tate avec coefficients dans les variétés abéliennes, et plus généralement dans les 1- motifs, en exprimant ces dualités comme des accouplements parfaits entre groupes abéliens condensés. Pour ce faire, on associe à chaque groupe algébrique, resp. 1-motif, un groupe abélien condensé, resp. un complexe de groupes abéliens condensés, avec une action du groupe de Weil (pro-condensé). On appelle cette association la réalisation de Weil-étale condensée. On montre l’existence d’un accouplement de Poincaré condensé pour les variétés abéliennes, et on prouve une version condensée et “à la Weil” de la dualité de Tate à coefficients dans les variétés abéliennes, qui améliore le résultat correspondant de Karpuk. Enfin, on montre l’existence d’un accouplement de Poincaré condensé pour les 1-motifs. On prouve que cet accouplement est compatible à la filtration par les poids et on démontre un théorème de dualité à coefficients dans les 1- motifs, qui améliore un résultat de Harari-Szamuely.

The goal of this thesis is twofold. First, we build a topological cohomology theory for the Weil group of p-adic fields. Secondly, we use this theory to prove duality theorems for such fields, which manifest as Pontryagin duality between locally compact abelian groups. These results improve existing duality theorems and give them a topological flavour. Condensed Mathematics allow us to reach these objectives, providing a framework where it is possible to do algebra with topological objects. We define and study a cohomology theory for condensed groups and pro-condensed groups, and we apply it to the Weil group of a p-adic field, considered as a pro-condensed group. The resulting cohomology groups are proved to be locally compact abelian groups of finite ranks in some special cases. This allows us to enlarge the local Tate duality to a more general category of non-necessarily discrete coefficients, where it takes the form of a Pontryagin duality between locally compact abelian groups. In the last part of the thesis, we use the same framework to recover a Weil-version of the Tate duality with coefficients in abelian varieties and more generally in 1-motives, expressing those dualities as perfect pairings between condensed abelian groups. To do this, we associate to every algebraic group, resp. 1-motive, a condensed abelian group, resp. a complex of condensed abelian groups, with an action of the (pro-condensed) Weil group. We call this association the condensed Weil-´etale realisation. We show the existence of a condensed Poincar´e pairing for abelian varieties and we prove a condensed-Weil version of the Tate duality with coefficients in abelian varieties, which improves the correspondent result of Karpuk. Lastly, we exhibit a condensed Poincar´e pairing for 1-motives. We show that this pairing is compatible with the weight filtration and we prove a duality theorem with coefficients in 1-motives, which improves a result of Harari-Szamuely.