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Preprint submitted on 5 Sep 2008
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Convexité holomorphe du revêtement de Malcev d’après S. Leroy
Benoît Claudon
To cite this version:
Benoît Claudon. Convexité holomorphe du revêtement de Malcev d’après S. Leroy. 2008. �hal-
00319102�
d'après Sandrine Leroy
Benoît Claudon
Résumé
Dansettenote,nousprésentons l'approhede[Ler99℄onernantle
as nilpotent delaonjeturede Shafarevih. Leas projetif esttraité
dans[Kat97 ℄ maisladémonstrationde S.Leroy proède demanièrein-
dépendanteets'appliqueaussibienauaskählérien.Elleestentièrement
fondéesurl'existenedesvariétésd'Albanesesupérieures(onstruitespar
R.Hain).
Introdution
Laonjeture deShafarevih [Sha74℄ prédit quele revêtementuniversel Xe
d'unevariétéprojetiveX estholomorphiquementonvexe(i.e.admetuneap- pliation holomorphe propre sur un espae de Stein). Dans toute sa général-
ité, ette onjeture est atuellement hors de portée mais, en imposant er-
taines onditionsalgébriquessurlegroupefondamental deX,ildevientpossi-
bled'obtenirlaonvexitéholomorphedeXe.Ainsi,silegroupefondamentalest presque-abélien
1
, onmontre aisémentqueXe admetuneappliationpropresur Cn (revêtement universel de Alb(X′)ave X′ −→ X revêtementétale ni de X)etXe vériedonlaonjeturedeShafarevih.
Dans la atégorie des groupes de type ni, les groupes nilpotents suè-
dentimmédiatementauxgroupesabéliensen equionernelaomplexitéal-
gébrique.NousmontronsiiquelaonjeturedeShafarevihestenorevériée
pouretteatégoriedegroupes(fondamentaux). Pluspréisément,si
π1(X)−→π1(X)nilp
désignela omplétion nilpotente (modulo torsion)de π1(X)(voirla setion1
pour les notions utilisées), on notera Xnilp le revêtement dont le groupe de
Galoisestπ1(X)nilp;Xnilp estaussiappelé revêtementdeMal£ev.
Théorème 0.1 ([Kat97℄,[Ler99℄)
Le revêtement de Mal£ev d'une variété kählérienne ompate X est holomor-
phiquement onvexe.
Corollaire0.1
Si π1(X)est presque-nilpotent, Xe est holomorphiquementonvexe.
1
un groupeest dit presque-abélien (resp. presque-nilpotent)si iladmet unsous-groupe
d'indieniabélien(resp.nilpotent).
pelonslafaçondontproède[Kat97℄danslasituationd'ungroupeπ1(X)nilpo-
tent sans torsion. Un tel groupe admettant des quotients abéliens libres non
triviaux, l'appliationd'Albanesede X aune image de dimensionstritement
positive; notons α : X −→ S la fatorisation de Stein de ette appliation.
Remarquonstoutde suitequesiS est lisse,ladémonstrationduthéorème0.1 est élémentaire et est reproduite au paragraphe3.1. Toute la diulté réside
don dans leséventuelles singularitésde S, et obstaleétantsurmonté grâe
àl'utilisationde Struturesde HodgeMixtes 2
(voirleparagraphe2.1 pourles
notionsonsidérées).
Lesbresdeαsontlessous-variétésZ deX vériant:
Im (H1(Z,Q)−→H1(X,Q)) = 0. (1)
L'existene deshm surles algèbresdeLieLC(π1(X)) etLC(π1(Z))(théorème
2.1)etleuraratèrefontoriel,ombinésavelearatèrestritdesmorphismes
deshm(voir[Del71℄),permetdepasserdel'homologieàl'homotopie:
Im (H1(Z,Q)−→H1(X,Q)) = 0⇐⇒Im (π1(Z)−→π1(X)) estni. (2)
L'appliationαinduitalorsune appliation
˜
α:Xe −→Se
entre les revêtement universels qui est propre en vertu de (2). D'autre part,
S étant nie sur un tore, son revêtement universel Se est Stein et Xe est bien
holomorphiquementonvexe. Remarquonsenn quel'hypothèse projetiveest
essentielledansladémonstrationde[Kat97℄,ladémonstrationde(2)sefaisant
parrédutionauxasdesourbes(grâeauthéorèmedeLefshetz).
Ladémonstrationprésentéeiis'appuiedemanièreessentiellesurl'existene
desvariétésd'Albanesesupérieures.Cesvariétés,onstruitesparR.Hain(voir
[Hai87b℄), jouentlemême rle vis-à-visdes quotientsnilpotents(sans torsion)
deπ1(X)quelavariétéd'AlbaneseusuelleAlb(X)pourl'abélianisédugroupe fondamental (qui n'est autre que le premier quotient de la tour nilpotente).
Ainsi, si (Albs(X))s≥1 désignela suitedes variétés d'Albanese supérieures, le groupefondamental
π1(Albs(X))
est en partiulieranoniquementisomorphe au sième quotient sans torsion de π1(X).Remarquonstoutdesuitequeesvariétéssontessentiellementdesquo- tientsdegroupesdeLie(simplementonnexes)omplexesnilpotentsetqu'elles
ne sonten généralpasompates,ni mêmekählériennes.Ces variétéss'organ-
isentenune tourdebrationsprinipales:
· · · −→Albs+1(X)−→Albs(X)−→ · · · −→Alb1(X) = Alb(X)
debresdesquotientsdegroupesdeLieomplexesabéliens.Rappelonsdeplus
quelavariétéX estelle-mêmemuniedemorphismes αs:X−→Albs(X)
2
shmdanstoutelasuite.
Ladémonstrationonsistealorsàremarquerquelasuitedesimages
(αs(X)⊂Albs(X))s≥1
stationne pours assezgrand(e qui n'est bien entendu pasnéessairementle asde latournilpotente). LerevêtementdeMal£evXnilp estalorsessentielle- mentobtenuentirantenarrièreparl'appliationαslerevêtementuniverselde
Albs(X)(poursassezgrand).LearatèreStein dee dernierpermetalorsde
onlurequantàlaonvexitéholomorphedeXnilp.
Dansunpremiertemps,nousdonneronsquelquesélémentsderappelssurla
suiteentraled'ungroupedetypeniainsiquesurlaomplétiondeMal£evd'un
groupe(detypeni) nilpotentsanstorsion.L'existened'uneshmsurlaom-
plétiondeMal£evdeπ1(X)(pourX variétékählérienneompate)permetalors d'expliiter laonstrutiondesvariétésd'Albanese supérieureset d'en obtenir
les propriétés essentielles.Dans la dernièrepartie, nous montrerons omment
rendreeetiveslesgrandeslignesdéritesi-dessus.
Remarque 0.1
AprèsavoirétudiéleasnilpotentdelaonjeturedeShafarevih,ilsemblerait
naturel de s'intéresser à la situation d'un groupe fondamental résoluble. Or,
il se trouve que la atégorie des groupes kählériens possèdent des propriétés
très partiulières;enpartiulier,T. Delzantmontredans[Del07℄qu'ungroupe
kählérienrésolubleest automatiquementpresque-nilpotent.Leasrésolublede
laonjeturedeShafarevihestdonomprisdansleorollaire0.1.
Remarque 0.2
Conernant la onjeture de Shafarevih, les résultats les plus signiatifs à
l'heure atuelle onernent les revêtement linéaires, omme 'est le as dans
[Eys04℄. Les groupesnilpotents (de type ni) étant eux-mêmes linéaires (voir
[Seg83,hap.5℄),lesrésultatsde[Eys04℄impliquentdonlethéorème0.1.Ilnous
aependantsembléintéressantd'exposerladémonstrationi-dessouspourson
aratèreoriginal.
1 Rappels et préliminaires
1.1 Suite entrale desendante
SoitGungroupede typeni.OnassoieàGsa suiteentraledeendante
dénie par:
G1=G et ∀i≥1, Gi+1= [Gi, G]
UntelgroupeGestditnilpotentdelasseauplusssiGs+1={1}.Lesquotients
suessifsassoiésàlasuiteentrales'organiseenunetour
· · ·G/Gi+1−→G/Gi−→ · · ·G/G3−→G/G2=Gab−→1,
lesextensions
1−→Gi/Gi+1−→G/Gi+1−→G/Gi−→1
étantentralesparonstrution,aveG/Gi+1 nilpotentdelasseauplusi.
Onnote
Tor (G) ={g∈G| ∃n≥1, gn= 1}
la torsionde G. Si G est nilpotent, Tor (G) estun sous-groupe aratéristique de G et legroupe Gst =G/Tor (G) est sans torsion. Si de plus G est de type
ni, Tor (G) estni.
Ceis'applique enpartiulierauxquotientsG/Gi;onnotealors
G′i = Ker (G−→(G/Gi)st) ={g∈G| ∃n≥1, gn∈Gi}.
Dénition1.1
SoitGungroupede typeni. Onnote
G∞=\
i≥1
G′i etGnilp=G/G∞.
Gnilp s'appelle la omplétion nilpotente modulo torsion;'est le plusgros quo-
tientde Gobtenuommelimiteprojetive de groupesnilpotentssans torsion.
1.2 Complétion de Mal£ev
La atégoriedes groupesnilpotents de type ni possède des propriétés de
nitude tout à fait remarquables. Ainsi, si G est un groupe de type ni, les
quotientsGi/Gi+1 restentdetypeni[Seg83,or.7,p.13℄ et,siGestdeplus
nilpotent,ilestobtenuparunesuitenied'extensionsentralespardesgroupes
detypeni.
La suite entrale desendante possède une autre propriété intéressante, à
savoir:
∀i, j≥1,[Gi, Gj]⊂Gi+j. (3)
SiK désigneunorpsdearatéristique0etsiGestnilpotent(delasses)de
typeni,ononsidère
LK(G) = Ms
i=1
(Gi/Gi+1)⊗K
qui est anoniquement munie d'une struture d'algèbre de Lie (de dimension
nie) sur K : d'après 3, le rohet[x, y] = xyx−1y−1 dans G induit un eet
unrohetde Liesur LK(G).Celle-i hérite immédiatementdespropriétés de
G : 'est une algèbrede Lie nilpotente. Laformule de Campbell-Haussdorfse réduit alorsen une identité polynmiale et permet de munirl'espae vetoriel
sous-jaentàLK(G)d'unestruturedegroupedeLiedontl'algèbredeLieest LK(G) (voirlehapitre5de[BK81℄).Le groupeainsi obtenu estune sortede
omplétion deG.
Théorème 1.1 (Mal£ev,[Mal49℄)
Soit G un groupe nilpotent de type ni et K unorps de aratéristique 0. Il existe alors ununique groupede Lie GˆK nilpotent dénisurK etd'algèbrede
LieLK(G),ainsi qu'unmorphisme
i:G−→GˆK
telque:
1. Ker(i) =Tor(G)et
2. Im(i)estoompatedansGˆR.SiGestsans-torsion,onpeutdonanon- iquementréaliser G omme réseau d'ungroupe de Lie nilpotent (simple-
mentonnexe).
Le groupe GˆK s'appelle la omplétion de Mal£ev de G. Dans la suite, on va
s'intéresserauas où Gest undes quotientsnilpotents sans-torsiondeπ1(X)
aveX kählérienneompate.
2 Variétés d'Albanese supérieures
2.1 Strutures de Hodge mixtes
Nousallons brièvement exposer iila onstrution desvariétés d'Albanese
supérieuressupérieures(dûeàR.Hain)assoiéesàunevariétékählérienneom-
pateX.Celle-ireposesurl'existened'uneshm surlaomplétiondeMal£ev
du groupefondamental de X.An d'alléger leformalisme introduit i-dessus,
nousadopteronslesnotationssuivantespourX estunevariétékählérienneom- pateets≥1 unentier:
- Gs(C) =LC π1(X)/π1(X)′s+1
et
- Gs(C)laomplétiondeMalevdeπ1(X)/π1(X)′s+1 déniesurC.
Rappelonstout d'abordlanotiondeshm.
Dénition2.1
Une shm de poids k sur un Q-espae vetoriel de dimension nie HQ est la
donnée d'une ltration roissante W• de HQ (dite ltration par le poids) et
d'une ltration déroissante F• de HC = HQ⊗C (dite ltration de Hodge)
ompatiblesdanslesenssuivant:la ltrationF• induit surhaque gradué GrWn (H) =Wn(HQ)/Wn−1(HQ)
une struturede Hodge(rationnelle)pure depoids n+k.
L'undesintérêtsmajeursdesshm résidedanslerésultatsuivant.
Théorème 2.1 (Deligne, [Del71℄)
Lesmorphismes de shmsont stritspour lesltrationsW• etF• :si φ: (HQ, W, F)−→(VQ, U, G)
estunmorphisme de shm,on aalors
Im(φ)∩U•(VQ) = φ(W•(HQ)) Im(φ)∩G•(VC) = φ(F•(HC))
LestravauxdeHainmontrentquel'algèbredeLiedeMal£evdugroupefonda-
mentald'unevariétékählérienneompateestnaturellementmunied'uneshm.
Théorème 2.2 (Hain,[Hai87a℄)
SoitX une variétékählérienne ompate ets≥1.Ilexiste une shmsurGs(C)
(fontorielle en X) dont la ltration par le poids W• est donnée par la suite
entrale desendantede l'algèbrede LieGs(C).Deplus,pourettestruture,le
rohet de Lieestunmorphisme de struturedeHodge mixte.
pourêtreexposéeen quelqueslignes;nous renvoyonsà[PS08℄ pourune expo-
sitionraisonnabledesonstrutionsdeHain.
NotonsF• la ltrationde Hodgeobtenue surGs(C) et onsidéronsl'appli-
ationexponentielle
exp :Gs(C)−→Gs(C).
LegroupedeLieGs(C)étantnilpotentetsimplementonnexe,etteappliation
est undiéomorphismeet,parabusdenotation,nousnoterons
F0Gs(C) = exp(F0(Gs(C)))
lesous-groupeferméassoiéeàlasous-algèbreF0(Gs(C)).
2.2 Constrution des variétés d'Albanese supérieures
Dans[Hai87b℄,R.Hainmontrelerésultatsuivant:
Théorème 2.3 (Hain,[Hai87b℄)
Soit X une variété kählérienne ompate. Il existe alors des variétés lisses
(Albs(X))s≥1 etdesmorphismes (holomorphes)
αs:X−→Albs(X)etπs: Albs+1(X)−→Albs(X)
rendantlediagramme suivantommutatif:
X
αs+1
xxpppppppppppp
αs
α1
))
RR RR RR RR RR RR RR R
//
_ _
_ Albs+1(X) πs //Albs(X)_ _ _ _ _ _//Alb1(X)
Lespropriétés suivantessont égalementsatisfaites :
1. Alb1(X)oinideavela variété d'Albanese usuelle(ainsi queα1),
2. lesmorphismesαs induisentdesisomorphismes
αs:π1(X)/π1(X)′s−→∼ π1(Albs(X))
3. etles projetionsπs: Albs+1(X)−→Albs(X)sont desbrations prini-
pales debreunquotientd'ungroupede Lieomplexeonnexeetabélien.
Indiquonsbrièvementommentdérireesvariétés.Lesièmequotient Gs(Z) =π1(X)/π1(X)′s
seplongedanssaomplétion deMal£evGs(C)surlaquelle ilagitlibrementet
proprementdisontinûment 3
. Le quotient Gs(Z)\Gs(C)onstitue unandidat
naturelpourAlbs(X)maisil sut d'examinerlasituationpours= 1pourse
onvainrequ'ilnousfaut modier ettedénition naïve.En eet,pours= 1,
l'abélianisé(sans-torsion)dugroupefondamentaleest
G1(Z) =π1(X)/π1(X)′2≃Z2g
3
ilfautiibiensegarderderoirequelequotientestompat,equiestleassionhoisit
RaulieudeC
aveg=q(X)etnousavons
G1(C) =G1(Z)⊗C≃C2g.
Le quotient naïf G1(Z)\G1(C)ne représente pas lavariété d'Albanese usuelle
et nous devons faire un quotient intermédiaire pour éliminer la "partie anti-
holomorphe"deGs(C). SelonR.Hain,lesquotientssuivants Albs(X) =Gs(Z)\Gs(C)/F0Gs(C)
vérienttouteslespropriétésénonéesdanslethéorème2.3.
Remarque 2.1
Lesbrationsπs: Albs+1(X)−→Albs(X)sedéduisentaisémentdesextensions
entrales(d'algèbresdeLieetdegroupesdeLie respetivement)
0−→π1(X)s+1/π1(X)s+2⊗C−→Gs+1(C)−→Gs(C)−→0
et1−→π1(X)s+1/π1(X)s+2⊗C−→Gs+1(C)−→Gs(C)−→0
Remarque 2.2
Outre l'expliation fournie i-dessus, le fait de quotienter Gs(C) par le sous-
groupeF0Gs(C)aégalementpourfontionderendrelemorphismed'Albanese αsholomorphe.
Nous aurons également besoin de la propriété suivante des variétés d'Al-
banesesupérieures, onséquenediretedelaonstrutionévoquéei-dessus.
Proposition2.1
Pour s≥1,lerevêtement universelde Albs(X)est analytiquement isomorphe àunespae Cn;en partiulier,
Alb^s(X)estStein.
3 Convexité holomorphe de
X
nilp3.1 Un as partiulier
Nous ommençons parexposer un as partiulier intéressant du théorème
0.1, elui orrespondant à la situation où l'image de X par son appliation
d'Albanese(usuelle)estlisse.Eneet,ladémonstrationduasgénéralestassez
similaire àellede e aspartiulier(à ladiérene qu'ilnousfaudra prendre
enomptetouteslesvariétésd'Albanesesupérieures).Nousallonsnousappuyer
surlerésultatsuivant.
Théorème 3.1 ([Cam95℄)
Soit X une variété kählérienne ompate, αX :X −→ Alb(X)son appliation
d'AlbaneseetdésignonsparY unmodèlelissedel'imageαX(X).Lemorphisme
naturelπ1(X)−→π1(Y)induitunmorphismeentrelesomplétionsnilpotentes (modulo torsion)
αnilp∗ :π1(X)nilp −→π1(Y)nilp
qui estinjetifet dontl'image est d'indienie dansπ1(Y)nilp.
ladémonstrationde[Cam95℄proèdeependantdefaçonindépendanteettout
àfaitélémentaire.
Démonstration du théorème0.1 ave αX(X) lisse:
SoitY =αX(X)⊂Alb(X)l'imagedeXparsonappliationd'Albanese.Le théorème3.1nousindiquequelemorphismeα:X−→Y induitunmorphisme
αnilp∗ :π1(X)nilp −→π1(Y)nilp
injetif et d'imaged'indienie. Considéronsalors Ye l'imageréiproquede Y
dans
Alb(X)^ :
Ye
// ^Alb(X)
Y //Alb(X) ;
lemorphismeπ1(Y)−→π1(Alb(X))étantsurjetif,Ye estonnexe. CommeYe
estferméedans
Alb(X)^ quiestStein, Ye estégalementunevariétédeStein.Le
revêtement Ye −→ Y est un revêtement abélien; il est partiulier dominé par Ynilp :
Ynilp−→Ye −→Y.
LavariétéYnilpestdonelleaussiStein,ommerevêtementétaled'unevariété
Stein[Ste56℄.Deplus,l'injetivitédumorphismeαnilp∗ montrequel'appliation
α:X −→Y serelèveàXnilp enundiagramme Xnilp α˜ //
Ynilp
X α //Y.
Lefaitqueαnilp∗ ait uneimaged'indieniedansπ1(Y)nilp montreimmédiate-
mentquel'appliationα˜estpropre;Xnilpestalorsholomorphiquementonvexe (aradmettantuneappliationpropresurune variétéStein).
3.2 Démonstration du théorème 0.1
Commeil en aété fait mentioni-dessus, ladémonstration du asgénéral
proède delamêmemanièrequeelleprésentée dansleparagraphepréédent.
En revanhe,ilnousfautmaintenantprendre enompte toutelatourdesvar-
iétésd'AlbaneseetplusseulementAlb1(X).Lefaitruialestqueettetourse
stabilise àpartird'un ertain rang(ontrairement àe qu'ilse passe pourles
quotientssuessifsdelasuiteentraledeπ1(X)).
NotonseneetYs=αs(X)lesimagesdeX parsesmorphismesd'Albanese
X
αs+1
||zzzzzzzz
αs
α1
&&
NN NN NN NN NN NN N
//
_ _ _ Ys+1
πs
//Ys //______ Y1
danslequellesappliationsαs etπssontsurjetives.
Lemme 3.1
SoitX unespaeomplexeirrédutibleompat munie d'undiagramme omme i-dessus; il existe alors unentier k ≥1 à partirduquel les normaliséesYˆs de
Ys sontbiholomorphes entreelles.
Tenantpouraquislelemme préédent,nouspouvonsonlurela
Démonstration du théorème0.1 :
Soiteneetunentierk≥1 donnéparlelemme3.1ets≥k;onsaitdon
que les normalisées Yˆs des images Ys sont toutes biholomorphes à une même variétéquenousnoteronsYˆ.Onpeutalorsonstruirelediagrammesuivant
Zs f ns
//
Ys′ //
Alb^s(X)
Yˆ n
s //Ys //Albs(X)
danslequelZsest leproduitbré
Zs= ˆY ×YsYs′.
Commelemorphismeαsserelèveen
X −→αˆs Yˆ −→Albs(X),
onobtientlediagrammesuivant
π1(X) αs∗ ////
##
HH HH HH HH
H π1(Albs(X))
π1( ˆY)
88
rr rr rr rr rr
danslequellaèheαs∗estsurjetive.Onendéduitquelemorphismeπ1( ˆY)−→
π1(Albs(X)) est surjetif, ou enore que le produit bré Zs est onnexe. Le
revêtementZs−→Yˆ estdonunrevêtementgaloisien(onnexe)degroupede
Galois:
Gal Zs/Yˆ
=π1(Albs(X)) =π1(X)/π1(X)′s. (4)
Remarquonstout desuiteque Zs est Stein: lemorphismefns étantdéduit du
morphismedenormalisationnsparproduitbré,ilestdonnietYs′ estStein
arferméedans
Alb^s(X)(proposition2.1).Ononlutalorsquantauaratère