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 ∼ T′ si et seulement s’il existe un isomorphisme M : T → T′ 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 T′.
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 lemme2.4, 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`eresT , 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 ∼ T′ alors pour tout t∈ TripX on a αt= α′ t.
D´emonstration. Supposons que T ∼M T′. Soit v ∈ V et v′ ∈ V′ les sommets associ´es au triplet t. Alors M envoie les branches sur v sur des branches de M (v) (corollaire1.32; or c’est l’identit´e sur X donc v′ := M (v) s´epare les ´el´ements de t.
Soit σt : Sv → ˆC v´erifiant σt◦ av(x⋆) = ⋆ et σ′
t : Sv′ → ˆC l’´equivalent pour v′. Comme σ′
t◦ mv◦ σ−1
t fixe trois points c’est l’identit´e. Pour tout x∈ X, on a alors σt◦ av(x) = σt′ ◦ mv◦ σt−1◦ σt◦ av(x) = σt′◦ av(x).
Rappelons que QuadX est l’ensemble des quadruplets d’´el´ements distincts de X.
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 (A′
n) deux suites de sph`eres marqu´ees par X et soient T et T′ deux arbres de sph`eres marqu´es par X.
1. (passage au quotient) – Si T ∼ T′, alors An → T ⇐⇒ An → T′. – Si An∼ A′ n ′ , alors An → T ⇐⇒ A′ n → T .
2. (unicit´e de la limite) Si An → T et An→ T′, alors T ∼ T′. D´emonstration. SiAn →φn T et T′ ∼M T alors An →φ′ n T′avec φn,v = mv◦ φ′ n,v. Par ailleurs siAn∼M A′ n →φ′ n T alors An →φ′
n◦M T ce qui conclut la d´emonstration du point 1.
Pour le point 2, supposons que An →φn T et An →φ′
n T′. Pour tout sommet interne v de T , on a φ′−1
n,v ◦ φn,v → mv un isomorphisme. En effet, si on prends un t ∈ TripX s´epar´e par v, alors σ′
t◦ φ′−1
n,v ◦ φn,v ◦ σ−1
t est une transformation de moebius qui fixe 0, 1 et ∞ et donc c’est l’identit´e. Ainsi φ′−1
n,v ◦ φn,v → σ′−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 lemme4.18assure 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−1
n,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 φt //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 deTY
n s´eparant t.
SoitT ∈ 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), φXn,vn,t◦ an,vn,t → av. Notation. On notera φX
n,t := φX n,vn,t.