et topologie
D´efinition 4.11 (Isomorphisme d’arbres de sph`eres). Un isomorphisme d’arbres de sph`eres marqu´es par X est un revˆetement d’arbres de sph`eres marqu´es de degr´e 1 qui est l’identit´e sur X.
Notons qu’alors l’application d’arbres combinatoires associ´ee est un isomor- phisme d’arbres combinatoires.
On d´efinit sur l’ensemble TX des arbres de sph`eres marqu´es par X une relation
d’´equivalence donn´ee par : T ∼ T0 si et seulement s’il existe un isomorphisme M : T → T0 d’arbres de sph`eres marqu´es par X. Notons qu’alors pour tout
v ∈ IVT, mv : Sv → SM (v) est un isomorphisme et aM (v) = mv ◦ av. On notera
parfois T ∼M T0.
On notera TX l’ensemble des arbres de sph`eres marqu´es par X. On appelle
l’espace des modules des arbres de sph`eres marqu´es par X et note ModX l’en-
semble TX quotient´e par cette relation d’´equivalence. Remarquons que ModX est
l’ensemble des classes d’isomorphismes de sph`eres marqu´ees.
Remarque 4.12. La classe d’isomorphisme d’un arbre de sph`eres poss´edant un unique sommet interne v marqu´e par X est d´etermin´ee par l’´el´ement [av] ∈ ModX.
On confondra ModX et ModX.
Rappel. L’espace des modules ModX des sph`eres `a points marqu´es par X est
l’ensemble des injections de X dans S modulo post-composition par une application de Moebius. Il est muni d’une structure de vari´et´e quasi-projective. En effet, si
l’on choisit trois points distincts de X, on peut associer `a tout ´el´ement de ModX
l’ensemble des birapports de ces derniers avec les ´el´ements de X restants et cela ne d´epend pas des repr´esentants choisis.
Cette m´ethode fait jouer un rˆole particulier aux trois points choisis initialement. Une mani`ere d’´eviter cela est de consid´erer QuadX l’ensembles des quadruplets
d’´el´ements distincts de X et de consid´erer le plongement :
B: Mod(X) → SQuadX
qui a tout [i] ∈ Mod(X) associe la collection des birapports [i(x1), i(x2), i(x3), i(x4)](x1,x2,x3,x4)∈QuadX.
C’est cette approche que nous allons suivre pour donner `a ModX une structure
de vari´et´e projective.
Notons TripXl’ensembles des triplets d’´el´ements distincts de X. Consid´erons un
arbre combinatoire T marqu´e par X. Prenons t := (x0, x1, x∞) ∈ TripX. D’apr`es
le lemme 2.4, les sommets x0, x1 et x∞ sont s´epar´es par un unique sommet v. On
parle de sommet s´eparant le triplet t ou on dira par abus que le triplet est s´epar´e par ce sommet.
Par ailleurs, si T est l’arbre combinatoire d’un arbre de sph`eres T , l’application av donne des images distinctes aux ´el´ements de t. Il existe alors une unique carte
projective σt: Sv → S v´erifiant σt◦ av(x0) = 0, σt◦ av(x1) = 1 et σt◦ av(x∞) = ∞.
D´efinition 4.13 (t-cartes). L’application σt est appell´ee la t-carte de T . L’appli-
cation
αt:= σt◦ av : X → S
est appel´ee le marquage de la t-carte de T .
Le lemme suivant justifie que l’on puisse parler de t-carte d’une classe d’iso- morphisme d’arbre de sph`eres, que l’on note aussi par abus αt.
Lemme 4.14. Si T ∼ T0 alors pour tout t ∈ TripX on a αt= α0t.
D´emonstration. Supposons que T ∼M T0. Soit v ∈ V et v0 ∈ V0 les sommets
associ´es au triplet t. Alors M envoie les branches sur v sur des branches de M (v) (corollaire 1.32 ; or c’est l’identit´e sur X donc v0 := M (v) s´epare les ´el´ements de t. Soit σt : Sv → ˆC v´erifiant σt◦ av(x?) = ? et σ0t : Sv0 → ˆC l’´equivalent pour v0.
Comme σt0◦ mv◦ σt−1 fixe trois points c’est l’identit´e. Pour tout x ∈ X, on a alors
σt◦ av(x) = σt0 ◦ mv◦ σt−1◦ σt◦ av(x) = σt0◦ av(x).
Rappelons que QuadX est l’ensemble des quadruplets d’´el´ements distincts de
D´efinition 4.15 (Topologie). On d´efinit l’application suivante :
B: ModX → SQuadX
qui a tout [T ] ∈ ModX associe la collection des (αt(x))(t,x)∈QuadX.
L’application B d´efinit une topologie sur ModX. Le lemme suivant implique
que cette topologie est s´epar´ee.
Lemme 4.16. L’application B est injective.
D´emonstration. Soit T un arbre de sph`eres marqu´e par X. Pour t ∈ TripX
fix´e, la donn´ee des αt(x) permet de reconstruire l’application av lorsque t d´efinit
le sommet v de T . Comme les arbres sont stables, pour tout sommet v ∈ VX on
a card(Ev) ≥ 3 et on peut donc toujours trouver ´el´ement de TripX s´epar´e par v.
Ainsi, le th´eor`eme 4.4 assure que la classe de T est d´etermin´ee de fa¸con unique. Corollaire 4.17. L’application B est un hom´eomorphisme sur son image qui munit donc ModX d’une structure de vari´et´e quasi-projective lisse qui est la mˆeme
que celle de ModX (via l’identification).
D´emonstration. En effet ModX et SQuadX sont des espaces lisses et la restriction
de B `a ModX est alg´ebrique.
Commen¸cons par nous assurer que cette topologie est bien compatible avec celle que nous avons introduite au chapitre 3.
Lemme 4.18. Soient (An) et (A0n) deux suites de sph`eres marqu´ees par X et
soient T et T0 deux arbres de sph`eres marqu´es par X. 1. (passage au quotient)
– Si T ∼ T0, alors An → T ⇐⇒ An → T0.
– Si An∼ A0n 0
, alors An → T ⇐⇒ A0n → T .
2. (unicit´e de la limite) Si An → T et An→ T0, alors T ∼ T0.
D´emonstration. Si An →φn T et T 0 ∼ M T alors An →φ0 n T 0avec φ n,v = mv◦ φ0n,v. Par ailleurs si An∼M A0n →φ0
n T alors An →φ0n◦M T ce qui conclut la d´emonstration
du point 1.
Pour le point 2, supposons que An →φn T et An →φ0n T
0. Pour tout sommet
interne v de T , on a φ0−1n,v ◦ φn,v → mv un isomorphisme. En effet, si on prends
un t ∈ TripX s´epar´e par v, alors σt0 ◦ φ0−1n,v ◦ φn,v ◦ σ−1t est une transformation de
moebius qui fixe 0, 1 et ∞ et donc c’est l’identit´e. Ainsi φ0−1n,v ◦ φn,v → σ0−1t ◦ σt qui
Lemme 4.19. L’application B d´efinit la mˆeme notion de convergence que celle des arbres de sph`eres sur ModX, c’est `a dire :
An→ T si et seulement si B([An])→B([T ]).
D´emonstration. Le lemme 4.18 assure que ces deux formulations sont ´equivalentes. Supposons que An −→
φn
T . Soit t ∈ TripX. Soit x ∈ X n’apparaissant pas dans t.
Soit σn,t la t-carte de An. Soit φtla t-carte de T . Soit v le sommet de T d´efini par
t. Alors mn := σt◦ φ−1n,v◦ σn,t (cf diagramme ci-dessous) est une transformation de
Moebius qui fixe 0, 1 et ∞ donc mn est l’identit´e.
X an // av Sn φn,t // φn,v S mn Sv φ t //S On a alors σn,t◦ an(x) = mn◦ σn,t◦ an(x) = σv◦ φn,v ◦ an(x) → σt◦ av(x).
Ainsi αn,t → αt donc B([An]) → B([T ]).
Si par ailleurs B([An]) → B([T ]), pour tout sommet interne v de T notons tv
un triplet d´efinissant v et σn,tv la tv-carte de An. Posons φn,v := σ
−1
n,tv ◦ σtv. On
v´erifie alors bien que φn,v ◦ an→ av.
Remarque 4.20 (Convergence d’arbres stables). Soit (Tn)nune suite d’arbres marqu´es
par X. Pour tout t ∈ TripY on note vn,t le sommet de TnY s´eparant t.
Soit T ∈ ModX. Par d´efinition de B on d´eduit que la suite (Tn)n converge vers
T si ∀t ∈ TripX, ∃φXn,vn,t ∈ Aut(Svn,t, Sv), φ X n,vn,t◦ an,vn,t → av. Notation. On notera φX n,t := φXn,vn,t.