Interprétations homologiques d'invariants quantiques

We provide homological interpretations for some quantum invariants. We recall basic notions involved in this work: topological ones on one hand (braids, mapping class groups, and homological representations of the latter) and algebaic ones on the other hand (Hopf algebra, quantum groups, categories of modules, braiding). Then, we study "small cases": We show that the Gassner representation is contained in quantum representations of the braid group. We build Bigelow-Krammer-Lawrence representations in a colored version and we give matrices for the action. Finally we study the non semi-simple TQFT (built by Blanchet - Costantino - Geer - Patureau) representation of the mapping class group of the sphere with 4 punctures. We recognize homological representation inside of it, and this leads to the faithfulness of the representation. In the last chapter, we study modules of relative and locally finite homology modules with coefficients in an abelian local system, over configuration spaces of punctured disks. We endow them with an algebra representation of the quantized algebra of sl(2) in an integral version. We recognize a tensor product of integral Verma modules. We identify the natural braid group representation induced on this homology (by mapping class) with the ones obtain by the braiding of the quantized algebra of sl(2). This work extends Kohno's theorem (recovered via a nice homological operation) in several directions: • it relates homological representations to the entire tensor product of Verma modules (and not only to the highest weight vectors) • it includes a homological interpretation for the action of quantum sl(2), whose definitions are inspired by a work of Felder - Wieczerkowski for which the homological aspect remained conjectural. • it is an integral version of Kohno's theorem, namely it preserves the integral structure on Laurent polynomials, thus exposes conditions of genericity previously required by Kohno's theorem. We finally reach the level of knot invariants: in Chapter 4, this homological model for quantum braid representations allows us to show that colored Jones polynomials compute some weighted sum of abelianized Lefschetz numbers.Cette thèse comporte des interprétations homologiques de certains invariants quantiques, plus particulièrement ceux associés aux groupes de tresses. Le Chapitre 3 étudie des groupes d'homologie localement finie, relative et à coefficients dans un système local abélien sur des espaces de configurations de points dans le disque épointé. Nous munissons ces complexes d'une action du groupe quantique sl(2) dans une version entière, et nous reconnaissons un produit tensoriel de modules de Verma entiers. Enfin, nous retrouvons une action naturelle du groupe des tresses (par homéomorphisme) sur ces modules homologiques, et nous montrons qu'il s'agit de la représentation obtenue par la R-matrice de la catégorie de modules de sl(2). Les représentations homologiques obtenues sont une généralisation des représentations de Lawrence, donc elles sont fidèles. Elles permettent de retrouver homologiquement plusieurs propriétés de la catégorie de modules sur sl(2). Nous donnons des bases entières de l'homologie (i.e. des bases en tant que module sur un anneau entier de polynômes de Laurent). L'action de sl(2), ainsi que celle du groupe des tresses, respectent cette structure, tout comme l'isomorphisme vers le produit tensoriel de modules de Verma. Ce travail étend le théorème de Kohno (retrouvé via une jolie opération homologique) dans plusieurs directions : • il relie les représentations homologiques à tout le produit tensoriel de modules de Verma (et plus seulement aux vecteurs de plus haut poids) • il inclue une interprétation homologique de l'action de sl(2), dont les définitions sont inspirées par un travail de Felder - Wieczerkowski dans lequel l'aspect homologique restait jusqu'ici conjectural. • il en est une version entière, c'est à dire qu'il préserve la structure d'anneau entier sur les polynômes de Laurent, exhibant ainsi précisément les conditions de généricité précédemment requises par le théorème de Kohno. Ce modèle homologique (pour les représentations quantiques de tresses) est ensuite appliqué aux nœuds vus comme des clôtures de tresses dans le Chapitre 4, et permet d'obtenir une formule des traces (homologiques) pour les polynômes de Jones coloriés, qui s'apparente à une somme pondérée de nombres de Lefschetz abélianisés. Le manuscrit contient également un chapitre (Chapitre 2) d'étude concrète de "petits cas" (car les représentations homologiques sont une famille graduée de représentations). Nous montrons explicitement que les représentations de Gassner du groupe des tresses sont des représentations quantiques, et nous donnons des matrices pour une version colorée des représentations de Bigelow-Krammer-Lawrence - construites au préalable. Nous étudions également le premier niveau de graduation de la représentation du groupe modulaire de la sphère à quatre pointes obtenue via la TQFT non semi-simple (construite par Blanchet - Costantino - Geer - Patureau), nous retrouvons une représentation de nature homologique, ce qui aboutit à la fidélité de cette représentation