Gauged sigma models and graded geometry

Dans cette thèse on étudie certaines constructions géométriques qui apparaissent naturellement dans le contexte des modèles sigma, leur jaugeage et supersymétrisation. La thèse comprend trois parties. La première partie (chapitres 1 et 2) contient des faits issus de la géométrie différentielle classique et de la géométrie graduée nécessaires pour comprendre les résultats clés de la thèse. On survole la géométrie liée aux variétés de Poisson et variétés symplectiques. On généralise ces notions aux variétés de Dirac et variétés n-plectiques, et établit leur liens avec les algebroïdes de Courant. Le langage principal utilisé dans la thèse pour la description mathématique des modèles sigma – c'est la géométrie graduée – on définit donc des bases de calcul sur les supervariétés et variétés graduées ainsi que les notions des Q-structures et des variétés multigraduées. La deuxième partie (chapitres 3 et 4) a pour but d’interpréter géométriquement l'invariance de jauge de certains modèles sigma. On établit la relation entre les symétries de modèle sigma de Dirac, et comme cas particulier de modèle sigma de Poisson (tordu), avec les sous-algèbres des sections d'algebroïde de Courant. On généralise la notion de cohomologie équivariante, ce qui permet d'obtenir les modèles sigma avec le groupe des symétries prescrit, en particulier on construit les groupes nécessaires pour les modèles sigma mentionnés. La troisième partie (chapitre 5) adresse l'extension graduée des modèles sigma (comme en supersymétrisation). Ceci est en fait lié auxstructures géométriques qui peuvent être définies sur l'espace des applications entre les variétés multigraduéesIn this thesis we study some geometric constructions appearing naturally in the context of sigma models, their gauging and supersymmetrization. The thesis consists of three parts. The first part (chapters 1 and 2) contains facts coming from classical differential geometry and graded geometry, they are needed to understand the main results of the thesis. We review the geometric constructions related to Poisson and symplectic manifolds. We generalize these notions to Dirac and n-plectic manifolds and establish the links with Courant algebroids. The main language used in the thesis for mathematical description of the sigma models is the graded geometry - we thus define the basis of calculus on supermanifolds and graded manifolds, as well as describe the notions of Q-structures and multigraded manifolds. The main goal of the second part (chapters 3 and 4) is to interpret geometrically the gauge invariance of some sigma models. We establish the relation of the symmetries of the Dirac sigma model, and as a particular case of the (twisted) Poisson sigma model, with the subalgebra of sections of Courant algebroid. We generalize the notion of equivariant cohomology, that permits to recover the sigma models with a prescribed group of gauge symmetries. In particular we construct the necessary groups for the mentioned sigma models. The third part (chapter 5) addresses the graded extension of the sigma models (like in supersymmetrization). It is in fact related to the geometric structures that can be defined on the space of maps between multigraded manifolds