4.3 Preuve de la conjecture de Hiss-L ¨ubeck-Malle
4.3.1 Les kG modules non cuspidaux du bloc
Soit I un sous-ensemble de racines simples stable par φ. Le sous-groupe pa- rabolique standard PI associ´e, ainsi que le sous-groupe de Levi standard LI, sont
tous les deux stables par F . Rappelons que l’on dispose alors des foncteurs d’in- duction et restriction de Harish-Chandra, d´efinis pour n’importe quel anneau de baseO parmi (K , Λ, k) : et RG LI : OLI-mod −→ OG -mod N 7−→ O[G /UI] ⊗OLI N ∗RG LI : OG -mod −→ OLI-mod M 7−→ MUI.
Voici quelques propri´et´es de ces foncteurs que nous utiliserons par la suite : • RG
LI et
∗RG
LI sont des foncteurs exacts, qui stabilisent la cat´egorie des mo-
dules projectifs de type fini et celle des modulesO-libres de type fini. • RG
LI et
∗RG
LI commutent aux op´erations d’extension des scalaires au corps
des fractions− ⊗ΛK et de r´eduction modulo ℓ− ⊗Λk.
En particulier, les morphismes entre groupes de Grothendieck associ´es sont com- patibles avec les applications de d´ecomposition. Plus pr´ecis´ement, si d´ecG (resp.
d´ecLI) d´esigne l’application de d´ecomposition entre K0(KG -mod) et K0(kG -mod)
(resp. entre K0(KLI-mod) et K0(kLI-mod)), alors
d´ecG ◦ RGLI = RGLI ◦ d´ecLI et d´ecLI ◦
∗RG LI =
∗RG
LI ◦ d´ecG.
On va ´etudier les enveloppes projectives des kG -modules non cuspidaux `a partir de leur restriction de Harish-Chandra. Cette m´ethode repose sur le fait que la restriction de la cohomologie de X(c) s’exprime `a partir de vari´et´es de Coxeter associ´es `a des groupes « plus petits » pour lesquels les cat´egories de modules sur ksont semi-simples.
(i) Restriction d’un kG -module. D´esormais, la vari´et´e de Deligne-Lusztig as- soci´ee `a l’´el´ement de Coxeter c sera simplement not´ee X. Pour I un sous-ensemble de ∆ stable par φ, on peut former un ´el´ement de Coxeter cI de la paire (WI, F ) `a
partir de c en supprimant les r´eflexions associ´ees aux racines simples qui n’ap- partiennent pas `a I . En notant BI = B ∩ LI, la vari´et´e de Deligne-Lusztig XI
XI = XLI(cI) = gBI ∈ LI/BI g−1F(g ) ∈ B IcIBI .
Lorsque I est maximal, le lien entre la cohomologie de cette vari´et´e et celle de X est donn´ee par [62, corollaire 2.10] :
Proposition 4.29. Supposons I maximal, c’est-`a-dire v´erifiant |I /φ| = |∆/φ|−1. Alors
on dispose d’un isomorphisme de KLI-modules, compatible `a l’action de Fδ ∗RG LI H i c(X, K ) ≃ Hi−1 c (XI, K ) ⊕ Hi−2c (XI, K )(−1)
´etant entendu que l’action de Fδ sur Hic−2(XI, K ) est modifi´ee par une torsion de Tate,
indiqu´e par la notation (−1).
Des applications successives de cette proposition permettent d’´etendre l’iso- morphisme pr´ec´edent au cas o `u I n’est pas suppos´e maximal :
∗RG LI H i c(X, K ) ≃ M j≥0 r− rI j Hi−r +rI−j c (XI, K )(−j)
o `u on a not´e rI = |I /φ|. En particulier, toute valeur propre de Fδen tant qu’en-
domorphisme de la cohomologie de XI l’est aussi pour Fδ en tant qu’endomor-
phisme de la cohomologie de X. Afin de traduire la proposition en termes des espaces propres associ´es, on introduit la notation suivante, valable pour I quel- conque :
Notations 4.30. Pour λ = ζqmδ/2 une valeur propre de Fδ sur H•c(X, K ), et j
l’unique entier de [[ 0 ; h0− 1 ]] tel que les classes modulo ℓ de λ et qjδco¨ıncident,
on notera YjI(ou YjI(ζ) s’il y a risque de confusion), le λ-espace propre de Fδsur
H•c(XI, K ). C’est un KLI-module (qui peut ˆetre nul) dont le caract`ere associ´e sera
not´e χI j.
Remarque 4.31. Lorsque l’ordre de F sur WI est aussi ´egal `a δ, le th´eor`eme4.22
s’applique `a la vari´et´e XI, mˆeme si WIn’est pas forc´ement irr´eductible ou LIsemi-
simple. Les Yj(ζ) non nuls, qui sont exactement les espaces propres de Fδ sur
H•c(XI, K ), sont alors des KLI-modules simples deux `a deux non isomorphes. Les
seuls cas non triviaux o `u l’ordre de F sur WI diminue sont ceux o `u WIest de type
An. Les valeurs propres de F ´etant alors 1, q, ... , qn, il n’y a pas de regroupement
d’espaces propres possible entre F et Fδet les modules Yj(ζ) non nuls sont encore
des KLI-modules simples deux `a deux non isomorphes.
Avec ces notations, la proposition pr´ec´edente permet donc de calculer la res- triction d’un KG -module simple du bloc, qui, lorsque I est maximal, s’exprime par la formule suivante :
∗RG
LI(Yj(ζ)) ≃ Y
I
j (ζ) ⊕ Yj−1I (ζ). (4.32)
(ii) D´etermination des kG -modules non cuspidaux. Si M est un kG -module simple, son enveloppe projective se rel`eve de fac¸on unique (`a isomorphisme pr`es) en un ΛG -module projectif ind´ecomposable que l’on notera PM. Dans le
Lemme 4.33. Soit M un kG -module simple appartenant au ℓ-bloc principal. Si M n’est
pas cuspidal, alors il existe une unique racine de l’unit´e ζ et un entier j∈ [[ mζ+ 1 ; Mζ]]
tels que
[PM] = [Yj(ζ)] + [Yj−1(ζ)] = χj + χj−1.
De plus, si I est un sous-ensemble de ∆ stable par φ maximal, alors le module∗RG LI(M) se rel`eve de fa¸con unique (`a isomorphisme pr`es) en un ΛLI-module libre sur Λ et de caract`ere
χI j−1.
D´emonstration. D’apr`es la proposition4.17 le caract`ere χexc est cuspidal, et ne
peut donc pas intervenir dans le calcul du caract`ere de PM. En effet, ∗RGLI com-
mute `a la ℓ-r´eduction et ainsi tous les facteurs de composition de la ℓ-r´eduction d’un KG -module cuspidal sont eux aussi cuspidaux. On en d´eduit qu’il existe des racines de l’unit´e ζ et ξ, ainsi que des entiers distincts i et j tels que
[PM] = [Yj(ζ)] + [Yi(ξ)].
Autrement dit, M est facteur de composition des ℓ-r´eductions de Yj(ζ) et Yi(ξ).
Soit I un sous-ensemble de ∆ stable par φ maximal, tel que la restriction
∗RG
LI(M) soit non nulle (un tel sous-ensemble existe puisque M n’est pas cus-
pidal). Les propri´et´es du morphisme de restriction assurent que les facteurs de composition de∗RG
LI(M) sont aussi facteurs de composition des ℓ-r´eductions de
∗RG
LI(Yj(ζ)) et
∗RG
LI(Yi(ξ)). D’autre part, la formule4.32donne
et ∗RG LI(Yj(ζ)) ≃ Y I j(ζ) ⊕ YjI−1(ζ) ∗RG LI(Yi(ξ)) ≃ Y I i(ξ) ⊕ Yi−1I (ξ).
Puisque LI est un sous-groupe de Levi propre de G, l’ordre du groupe de ses
points fixes n’est pas divisible par ℓ (sinon LI contiendrait un tore de Coxeter
d’apr`es les r´esultats de la section4.2.1, ce qui est exclu). Par cons´equent, les KLI-
modules simples restent simples apr`es r´eduction modulo ℓ. Vu la remarque4.31, cela force ζ = ξ,|i − j| = 1 et ∗RGL
I(M) `a ˆetre un module simple, isomorphe `a
n’importe quelle ℓ-r´eduction de Ymin(i ,j)I (ζ).
Notations 4.34. Un kG -module simple non cuspidal v´erifiant les propri´et´es du lemme pr´ec´edent est unique `a isomorphisme pr`es, et sera not´e Sj(ζ). Si pour un
couple (j, ζ) donn´e un tel module n’existe pas ou s’il est cuspidal, on posera par convention Sj(ζ) = {0}.
Avec ces notations, on d´eduit du lemme que les facteurs de composition des ℓ-r´eductions de Yj(ζ) qui ne sont pas cuspidaux sont isomorphes `a Sj(ζ)
ou Sj+1(ζ), ce qui donne la partie non cuspidale de l’arbre de Brauer. Reste `a
d´eterminer les couples (j, ζ) pour lesquels Sj(ζ) est non nul :
Lemme 4.35. Si Yj(ζ) est un espace propre non nul de Fδ avec j > mζ, alors Sj(ζ)
est non nul et apparaˆıt avec multiplicit´e 1 comme facteur de composition dans les ℓ- r´eductions de Yj(ζ) et Yj−1(ζ).
D´emonstration. Par hypoth`ese sur j, le module Yj(ζ) est un espace propre de Fδ
dans un certain groupe de cohomologie Hic(X, K ) avec i > r . Puisqu’il n’est pas
cuspidal, il existe un sous-ensemble de racines simples I stable par φ et maximal pour cette propri´et´e, tel que la restriction∗RG
LI Yj(ζ)) soit non nulle. Par la for-
mule4.32, cela force un des deux modules parmi YI
j (ζ) et YjI−1(ζ) `a ˆetre non nul.
En fait, YI
j−1(ζ) est toujours non nul : en effet, par la proposition4.29, YjI(ζ) est
un sous-espace propre de Fδsur Hi−1
c (XI, K ) avec i − 1 > r − 1 ; le th´eor`eme4.23
appliqu´e `a la vari´et´e de Coxeter XI de dimension r− 1 assure alors que Yj−1I (ζ)
est non nul d`es que YI
j (ζ) l’est aussi.
Notons a (resp. b) la multiplicit´e de Sj(ζ) (resp. Sj+1(ζ)) dans les suites de
compositions des ℓ-r´eductions de Yj(ζ) (en convenant que la multiplicit´e est nulle
si le module Sm(ζ) consid´er´e est nul). D’apr`es le lemme pr´ec´edent, ces modules
sont les seuls facteurs de composition non cuspidaux possibles. Puisque la res- triction commute aux applications de d´ecomposition, on en d´eduit que
d´ecLI ∗ RG LI(Yj(ζ)) = a∗RG LI(Sj(ζ)) k+ b ∗ RG LI(Sj+1(ζ)) k
dans K0(kG -mod). Avec la formule4.32, l’´egalit´e devient
d´ecLI YI j (ζ) + d´ecLI YI j−1(ζ) = a∗RG LI(Sj(ζ)) k+ b ∗ RG LI(Sj+1(ζ)) k
Mais par le lemme 4.33, on sait que le caract`ere de la restriction d’un module Sm(ζ) est soit nul, soit ´egal `a d´ecLI
YI
m−1(ζ)
. Puisque ce dernier est non nul pour m = j, l’´egalit´e pr´ec´edente force ∗RG
LI(Sj(ζ)) 6= {0} et a = 1. En particu-
lier Sj(ζ) est un kG -module simple qui apparaˆıt avec multiplicit´e 1 dans toute
ℓ-r´eduction de Yj(ζ). En appliquant le mˆeme raisonnement `a l’´egalit´e
d´ecLI ∗ RGL I(Yj−1(ζ)) = a′∗RGL I(Sj−1(ζ)) k + b ′∗RG LI(Sj(ζ)) k
on en d´eduit que Sj(ζ) est aussi un facteur de composition de multiplicit´e b′ = 1
dans toute ℓ-r´eduction de Yj−1(ζ).
En particulier, lorsque j n’est pas ´egal `a l’un des entiers mζ, la somme χj+χj−1
est toujours le caract`ere d’un ΛG -module projectif ind´ecomposable, que l’on no- tera Pj (ou Pj(ζ) s’il y a ambiguit´e).
Cons´equence 4.36. Des deux lemmes pr´ec´edents on d´eduit que les droites χmζ χmζ+1
Pmζ+1 Pmζ+2
χMζ−1 χMζ
PMζ
sont des sous-arbres de l’arbre de Brauer Γ du ℓ-bloc principal de G . De plus, les arˆetes manquantes sont index´ees par les kG -modules cuspidaux.
Exemple 4.37. Dans le cas o `u G = SL2(F), avec ℓ un nombre premier impair divisant q + 1, le caract`ere χ1 + χ0 = 1G + StG est exactement le caract`ere du