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      <titleStmt>
        <title>Fonds Grothendieck, cote n° 134-2, pages 41–60 — transcription</title>
        <author>Alexandre Grothendieck</author>
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          <resp>transcription automatique — première passe, non vérifiée contre les pages par une personne (<date when="2026-10-03">2026-10-03</date>)</resp>
          <name xml:id="pass" type="model">Opus 5.5 (claude-opus-5-5)</name>
        </respStmt>
        <respStmt>
          <resp>procédure, outillage, export TEI</resp>
          <orgName xml:id="ed">grothendieck.commutator.io (Commutator, Paris)</orgName>
        </respStmt>
      </titleStmt>
      <editionStmt>
        <edition>Édition de démonstration</edition>
      </editionStmt>
      <publicationStmt>
        <publisher>Commutator</publisher>
        <pubPlace>Paris</pubPlace>
        <date when="2026-10-03">2026-10-03</date>
        <availability status="restricted">
          <p>Le fonds Alexandre Grothendieck est sous droits. Cette transcription
          est une édition de démonstration, non autorisée, produite par une
          machine et non vérifiée ; aucune image du fonds n'est reproduite. La
          source LaTeX dont ce fichier dérive est publiée sous https://github.com/Commutator-IO/grothendieck-project.</p>
        </availability>
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      </publicationStmt>
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          <msIdentifier>
            <country>France</country>
            <settlement>Montpellier</settlement>
            <repository>Université de Montpellier</repository>
            <collection>Fonds Alexandre Grothendieck (archives mathématiques, 1949–1991)</collection>
            <idno type="cote">134-2</idno>
          </msIdentifier>
          <head>[Chapitre I : Take off (pages 1 à 65) et table des matières provisoire] : tapuscrits annotés (19/02-22/02/1983), note manuscrite (s.d.), copies de lettre (1975, s.d.).</head>
          <msContents>
            <summary>Pages 41 à 60 de la cote, dans la
            numérotation des archivistes (crayon, en bas à gauche de chaque
            page) ; lot 3 de vingt pages.
            Les pages absentes de la transcription ne portent pas de
            mathématiques et sont omises ; le saut dans la numérotation en est
            le seul enregistrement.</summary>
          </msContents>
          <history><origin><origDate>1975-[1983]</origDate><note>Datation de l'inventaire de l'Université de Montpellier, reproduite telle quelle ; les crochets sont ceux des archivistes.</note></origin></history>
          <additional>
            <surrogates>
              <bibl>
                <ref target="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf">https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf</ref>
                <note>Fac-similé numérique de l'Université de Montpellier. Sa
                première page est une feuille de garde générée par
                l'université : la page <hi rend="italic">n</hi> des archivistes
                est la page <hi rend="italic">n</hi>+1 du PDF, et l'attribut
                <hi rend="monospace">facs</hi> de chaque
                <hi rend="monospace">pb</hi> tient compte de ce décalage.</note>
              </bibl>
            </surrogates>
          </additional>
        </msDesc>
      </sourceDesc>
    </fileDesc>
    <encodingDesc>
      <projectDesc>
        <p>Transcription mathématique du fonds, une passe de vingt pages par
        conversation avec un grand modèle multimodal, sous la procédure
        <hi rend="monospace">transcribe-grothendieck</hi> du dépôt. Le fichier
        LaTeX est la source de référence ; ce TEI en est dérivé mécaniquement
        par <hi rend="monospace">scripts/tei.mjs</hi> et n'a pas été relu.</p>
      </projectDesc>
      <editorialDecl>
        <p>L'édition n'est pas diplomatique : elle encode les mathématiques et
        l'apparat, rien du support. Correspondance avec l'apparat de la source :
        <hi rend="monospace">\ill</hi> devient <hi rend="monospace">gap[@reason='illegible']</hi>
        (jamais deviné) ; <hi rend="monospace">\uncertain</hi> devient
        <hi rend="monospace">unclear</hi> ; <hi rend="monospace">\supplied</hi> devient
        <hi rend="monospace">supplied</hi> (restitué par le transcripteur) ;
        <hi rend="monospace">\add</hi> devient <hi rend="monospace">add</hi>
        (ajout de l'auteur, en interligne ou sur un mot biffé) ;
        <hi rend="monospace">\struck</hi> devient
        <hi rend="monospace">del</hi> (biffé par l'auteur) ;
        <hi rend="monospace">\note</hi> devient <hi rend="monospace">note[@type='editorial']</hi>
        (du transcripteur) ; <hi rend="monospace">\drawing</hi> devient
        <hi rend="monospace">note[@type='drawing']</hi> (dessin de l'auteur, décrit par le
        transcripteur) ; <hi rend="monospace">\marginal</hi> devient
        <hi rend="monospace">note[@type='authorial'][@place='margin']</hi> (de l'auteur) ;
        <hi rend="monospace">\page</hi> devient <hi rend="monospace">pb</hi>.</p>
        <p>Restitution et ajout de l'auteur n'ont longtemps fait qu'une macro. Ils
        ont été séparés le 26 septembre 2026 par une règle vérifiable dans le
        fichier, non par une relecture : un ajout accolé au mot qu'il complète
        est une restitution (<hi rend="monospace">supplied</hi>), un ajout
        isolé est de l'auteur (<hi rend="monospace">add</hi>). Certains
        <hi rend="monospace">add</hi> sont donc encore des restitutions du
        transcripteur, que seuls les fac-similés départageront.</p>
        <p>Les mathématiques sont transportées en TeX dans
        <hi rend="monospace">formula[@notation='TeX']</hi>, les diagrammes
        commutatifs en <hi rend="monospace">formula[@notation='tikz-cd']</hi>,
        sans conversion. Une marque d'apparat située à l'intérieur d'une
        formule (un exposant illisible, un symbole biffé) reste dans le TeX de
        la formule, sous les mêmes macros.</p>
        <p>Orthographe, ponctuation et lapsus de l'auteur sont conservés ; une
        faute évidente est signalée par une note, jamais corrigée.</p>
      </editorialDecl>
      <appInfo>
        <application ident="grothendieck-tei" version="2">
          <label>scripts/tei.mjs</label>
          <ref target="https://github.com/Commutator-IO/grothendieck-project">https://github.com/Commutator-IO/grothendieck-project</ref>
        </application>
      </appInfo>
      <schemaRef type="ODD" url="https://grothendieck.commutator.io/tei/grothendieck.odd"/>
    </encodingDesc>
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      <langUsage>
        <language ident="fr">français, avec la notation mathématique de l'auteur</language>
      </langUsage>
    </profileDesc>
    <revisionDesc>
      <change when="2026-10-03" who="#ed">Export TEI depuis la source LaTeX.</change>
      <change when="2026-10-03" who="#pass">Première passe de transcription.</change>
    </revisionDesc>
  </teiHeader>
  <text>
    <body>
      <div type="batch" n="3">
<div type="section">
<head>Lettre (fin), destinataire et date hors du lot</head>
<pb n="41" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=42"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 26 de l'auteur. Copie dactylographiée d'une lettre de Grothendieck, annotée de sa main ; le début de la lettre est antérieur à ce lot, et la phrase reprend en cours.</note>
<note type="authorial" place="margin"><formula notation="TeX">\pi_0</formula>, <formula notation="TeX">\pi_1</formula></note>
… à coéfficients discrets<add> en cohomologie étale</add>, dans le cas d'une variété projective disons et de toute section hyperplane, ou d'une variété quasi-projective et de presque toute section hyperplane (pour ne mentionner que le cas global le plus simple), sous les hypothèses de profondeur <add>cohomologique</add> « les plus naturelles » (en fait, essentiellement des conditions néc. et suff. de validité dudit théorème). Dans le cas commutatif, les techniques de dualité nous suggèrent très clairement quels sont les meilleurs énoncés possibles, cf. l'exposé de Mme Raynaus<note type="editorial" resp="#pass">sic, pour « Raynaud »</note> dans SGA 2. Mais ces techniques ne valent qu'en se restreignant à des coéfficients premiers aux caractéristiques, alors que des démonstrations directes plus géométriques (développées dans SGA 2 avant le développement du formalisme de la cohomologie étale) donnaient des résultats très voisins pour le <formula notation="TeX">H^0</formula> et le <formula notation="TeX">H^1</formula> (ou le <add><formula notation="TeX">\pi_0</formula> et le</add> <formula notation="TeX">\pi_1</formula>, si on préfère) sans telles restrictions, du moins dans le cas propre (i.e. projectif, au lieu de quasi-projectif). En fait, ce sont <del>en fait</del> les « résultats les meilleurs possibles » eux-mêmes, énoncés comme conjectures dans SGA 2 dans l'exposé cité de Mme Raynaud, qui sont démontrés ultérieurement par elle dans sa thèse. Ce qui est remarquable de notre point de vue, c'est que les énoncés les plus forts se présentent le plus naturellement sous forme d'énoncés sur des <add>1-</add><hi rend="italic">champs</hi> sur le site étale de la variété algébrique considérée – la notion de « profondeur <formula notation="TeX">\geqslant i</formula> » (pour <formula notation="TeX">i = 1, 2, 3</formula>) s'énonçant aussi le plus naturellement en termes de champs. Non seulement cela, mais alors même qu'on voudrait ignorer la notion technique de champ et travailler exclusivement en termes de <formula notation="TeX">H^0</formula> et <formula notation="TeX">H^1</formula> en utilisant à bloc le formalisme <add>cohomologique non commutatif</add> de Giraud, pour démontrer disons un théorème de bijectivité <formula notation="TeX">\pi_1(Y) \to \pi_1(X)</formula> (ce qui est le résultat le plus profond établi dans la thèse de Mme Raynaud), il semble bien qu'on n'y arrive pas, faute à ce formalisme d'avoir la souplesse nécesssaire. En fait, il faut utiliser comme ingrédients techniques, de façon essentielle, les trois théorèmes suivants directement pour les 1-champs « de torsion » (i.e. où les faisceaux en groupes d'automorphismes sont de ind-torsion) : a) théorème de changement de base pour un morphisme propre, b) théorème de changement de base par un morphisme lisse c) théorème de <del>chang</del> « propreté cohomologique générique » pour un morphisme de type fini <formula notation="TeX">f\colon X \to S</formula>, <formula notation="TeX">S</formula> intègre (disant que l'on peut trouver dans <formula notation="TeX">S</formula> un ouvert <formula notation="TeX">U \neq \emptyset</formula> tel que pour <hi rend="italic">tout</hi> changement de base <formula notation="TeX">S' \to S</formula> se factorisant par <formula notation="TeX">u</formula>, la formule de changement de base est vraie). (Pour b) et c), il faut faire des hypothèses que les faisdeaux d'automorphismes sont premiers aux carafctérisitques, et dans c) une hypothèse de constructtibilité sur ces faisceaux – mais b) et c) ne servent que dans la version « générique » du th. de Lefschetz.) C'est avec en vue de telles applications que Giraud a pris la peine dans son bouquin (si je ne me trompe) de demontrer a), b) (et c) ?) dans le contexte des 1-champs et de leurs</p>
<pb n="42" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=43"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 27 de l'auteur.</note>
images directes et inverses. Mais du même coup il devient clair que le contexte « naturel » des théorèmes de changement de base en cohomologie étale, des théorèmes <del>de</del> <add>du type</add> Lefschetz (dits « faibles ») sur les « sections hyperplanes », tout comme <add>de</add> la notion de profondeur qui y joue un rôle crucial, <add>doit être</add> celui des <formula notation="TeX">n</formula>-champs. Et que le développement hypothétique de ce contexte, ne risque pas de se réduire à une jonglerie purement formelle et absolument bordélique avec du « general nonsense », mais qu'on se trouvera aussitôt confronté à des tests « d'utilisabilité » aussi sérieux que la démonstration des théorèmes de changement de base et ceux du type de Lefschetz (qui même dans le contexte commutatif ne sont pas piqués de vers …). <add><unclear>Idem</unclear> pour variantes analytiques complexes etc.</add></p>
<p>Je ne sais si ces commentaires te « passent par dessus la tête » à ton tour, ni si elles te donnent l'impression qu'il y aurait peut-être des choses intéressantes à tirer au clair. Si cela t'intéresse, je pourrais expliciter sous forme un peu plus systématique quelques ingrédients d'une hypothétique algèbre homologique non commutative et les liens de celle-ci à l'algèbre homologique commutative. Plus mystérieux pour moi (et pour cause, vu mon ignorance en homotopie) seraient les relations entre celle-là et l'algèbre homotopique, i.e. les structures semi-simpliciales, et je n'ai que des commentaires assez vagues à faire en ce sens<add>(*)</add>. Par ailleurs, je te rappelle que même l'algèbre homologique commutative n'est pas, il s'en faut, dans un état satisfaisant, pour autant que je sache, vu qu'on ne sait toujours pas quelle est la « bonne » notion de catégorie triangulée<add>(4)</add>. Or il me semble bien clair que ce n'est pas une question purement académique – même si on a pu se passer de le savoir jusqu'ici (en se bornant comme Monsieur Jourdain à « faire de la prose sans le savoir » – en travaillant sur des catégories de complexes, éventuellement filtrés, sans trop se demander quelles structures il y a sur ces catégories …).
<note type="authorial" place="margin">(<unclear>24</unclear>)</note>
<note type="editorial" resp="#pass">les appels (*) et (4) sont ajoutés à la main ; le (*) renvoie au P.S. ci-dessous.</note></p>
<p>Bien cordialement à toi</p>
<p>A Grothendieck</p>
<p><note type="authorial" place="margin">(App. 3)</note>
<add>(*) P.S.</add> Réflexion faite, j'ai quand même envie de te mettre un peu en appétit, en faisant ces « quelques commentaires assez vagues ». Il s'agit du yoga qu'une <add>(<gap reason="illegible"/> (petite))</add> <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie <add>(en groupoïdes)</add> à <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence près <del><gap reason="illegible"/></del> <add>« est</add> essentiellement la même chose » qu'un ensemble semi-simplicial pris à homotopie près et où on néglige les <formula notation="TeX">\pi_i</formula> pour <formula notation="TeX">i \geqslant n+1</formula> (où, si tu préfères, « où on a tué les groupes d'homotopie en dimension <formula notation="TeX">\geqslant n+1</formula> »). Voici des éléments heuristiques pour ce yoga. Si <formula notation="TeX">K_\bullet</formula> est un ensemble simplicial (il peut être prudent de le prendre de Kan) on lui associe une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie <formula notation="TeX">C_n(K_\bullet)</formula>, dont les 0-objets sont les
<note type="editorial" resp="#pass">il écrit « <formula notation="TeX">K.</formula> » ; transcrit <formula notation="TeX">K_\bullet</formula> dans tout le lot.</note></p>
<pb n="43" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=44"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 28 de l'auteur.</note>
0-simplexes, les 1-objets sont les chemins (ou homotopies) entre 0-simplexes, les 2-objets sont les homotopies entre chemins (à extrémités fixées) etc. Pour les <formula notation="TeX">n</formula>-objets, cependant, on ne prend pas les homotopies entre homotopies de fourbis, mais classes d'équivalence <del><gap reason="illegible"/></del> homotopies (modulo la relation d'homotopie) entre homotopies. La composition des <formula notation="TeX">i</formula>-objets (<formula notation="TeX">i \geqslant 1</formula>) se définit de façon évidente, on notera qu'elle n'est pas strictement associative, mais associative modulo homotopie. Donc la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie qu'on obtient n'est pas « stricte » – et on prévoit pas mal d'emmerdements pour définir de façon raisonnable une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie pas stricte (dans la description des compatibilités pour les « données d'associativité »). La mise sur pied du yoga qui suit pourrait constituer un fil d'Ariane pour la définition en forme des <formula notation="TeX">n</formula>-catégories (pas strictes), les <formula notation="TeX">n</formula>-foncteurs entre elles (pas non plus stricts, et pour cause), les <formula notation="TeX">n</formula>-équivalences etc, au même titre que le yoga initial « une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie est une catégorie où les Hom et leurs accouplements <add>de composition</add> sont des <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-catégories et des accouplements entre telles ». Cette <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie <add><formula notation="TeX">C_n(K_\bullet)</formula></add> dépend fonctoriellement de <formula notation="TeX">K_\bullet</formula>, tout morphisme simplicial <formula notation="TeX">K_\bullet \to K'_\bullet</formula> définit un <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur <formula notation="TeX">C_n(K_\bullet) \to C_n(K'_\bullet)</formula> ; en fait, cela doit en dépendre même <formula notation="TeX">n</formula>-fonctoriellement, vu qu'on voit (en s'inspirant de ce qui précède et l'appliquant à des ensembles semi-simpliciaux de la forme <formula notation="TeX">\mathrm{Hom}_\bullet(K_\bullet, K'_\bullet)</formula>) que les ensembles semi-simpliciaux forment eux-mêmes <add>les 0-objets d'une</add> <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie, quel que soit <formula notation="TeX">N</formula> …
<note type="editorial" resp="#pass">il écrit « <formula notation="TeX">K!</formula> » pour <formula notation="TeX">K'_\bullet</formula> (apostrophe frappée sur le point), et « quel que soit <formula notation="TeX">N</formula> » après « <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie ».</note></p>
<p>En fait, <formula notation="TeX">C_n(K_\bullet)</formula> est un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoïde, i.e. une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie où toute <formula notation="TeX">i</formula>-flèche (<formula notation="TeX">1 \leqslant i \leqslant n</formula>) (<formula notation="TeX">=</formula> <formula notation="TeX">i</formula>-objet) est une « équivalence » i.e. admet un quasi-inverse (donc un inverse si la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie est « réduite »). Si <formula notation="TeX">C</formula> est une telle <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie i.e. un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoïde, et <formula notation="TeX">x</formula> un 0-objet de <formula notation="TeX">C</formula>, il s'impose de désigner par <formula notation="TeX">\pi_i(C, x)</formula> (<formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula>) successivement : l'ensemble des classes de 0-objets à équivalence près (c'est un vulgaire ensemble), l'ensemble des classes à équivalence près de 1-objets <add>(ou 1-flèches)</add> <formula notation="TeX">x \to x</formula> (c'est un groupe, pas nécessairement commutatif), l'ensemble des <add>classes mod équivalence des</add> 2-flèches <formula notation="TeX">1_x \to 1_x</formula>, où <formula notation="TeX">1_x</formula> est la 1-flèche identique de <formula notation="TeX">x</formula> (c'est un groupe commutatif <formula notation="TeX">\pi_2(C, x)</formula>, ainsi que les groupes qui vont suivre), l'ensemble des classes mod équivalence de 3-flèches <formula notation="TeX">1_{1_x} \to 1_{1_x}</formula>, etc. Ces groupes forment, comme de juste, des « systèmes locaux » sur l'ensemble des 0-objets de <formula notation="TeX">C</formula>, et modulo le grain de sel habituel, <add>les <formula notation="TeX">\pi_i(C, x)</formula></add> ne dépendent que de la « composante connexe » du 0-objet <formula notation="TeX">x</formula> i.e. de sa classe modulo équivalence de 0-objets. Ceci dit, si <formula notation="TeX">C</formula> est de la forme <formula notation="TeX">C_n(K_\bullet)</formula>, il résulte pratiquement des définitions que l'on a des isomorphismes canoniques <formula notation="TeX">\pi_i(K_\bullet, x) \simeq \pi_i(C_n(K_\bullet))</formula> pour <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula>, qui pour <formula notation="TeX">x</formula> variable peuvent s'interpréter comme des isomorphismes de systèmes locaux. Il s'ensuit que pour une application semi-simpliciale <formula notation="TeX">f\colon K_\bullet \to K'_\bullet</formula>, le <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur correspondant <formula notation="TeX">C_n(K_\bullet) \to C_n(K'_\bullet)</formula> est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence sss <formula notation="TeX">f</formula> induit un iso-</p>
<pb n="44" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=45"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 29 de l'auteur.</note>
morphisme sur les <formula notation="TeX">\pi_0</formula> et sur les <formula notation="TeX">\pi_i</formula> en tout point (<formula notation="TeX">1 \leqslant i \leqslant n</formula>). On serait plus heureux de pouvoir dire à la place « et <add>de plus,</add> un homomorphisme surjectif pour <formula notation="TeX">i = n+1</formula> », car c'est, il me semble, cela qu'il faudrait pour <add>espérer</add> pouvoir conclure que la catégorie localisée de la catégorie des ensembles semi-simpliciaux, obtenue en inversant les flèches « qui induisent des isomorphismes sur les <formula notation="TeX">\pi_i</formula> pour <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula> » (ou encore, « en négligeant » les ensembles semi-simpliciaux <formula notation="TeX">n</formula>-connexes), est équivalente à la catégorie localisée de la catégorie des <formula notation="TeX">n</formula>-catégories, où on rend inversibles les <formula notation="TeX">n</formula>-équivalences ? Quoi qu'il en soit, ces petites bavures devraient disparaitre lorsqu'on « stabilise » en faisant augmenter <formula notation="TeX">n</formula>. A ce propos, on voit que le foncteur « troncature en dim. <formula notation="TeX">n</formula> » de la théorie homotopique (consistant à tuer les groupes d'homotopie à partir de la dimension <formula notation="TeX">n+1</formula>) s'interprète dans le langage des <formula notation="TeX">n</formula>-catégories par l'opération faisant passer d'une <formula notation="TeX">N</formula>-catégorie (<formula notation="TeX">N &gt; n</formula>) à une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie, en conservant tels quels les <formula notation="TeX">i</formula>-objets (<formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n-1</formula>) et leur composition (<formula notation="TeX">1 \leqslant i \leqslant n-1</formula>), et en remplaçant les <formula notation="TeX">n</formula>-objets par les classes de <formula notation="TeX">n</formula>-objets « à équivalence près », avec la composition obtenue par passage au quotient. De même, le foncteur d'inclusion évident en théorie homotopique, consistant à regarder un ensemble semi-simplicial « où on a négligé les <formula notation="TeX">\pi_i</formula> pour <formula notation="TeX">i \geqslant n+1</formula> » comme un ensemble semi-simplicial (dans la catégorie homotopique) qui se trouve avoir des <formula notation="TeX">\pi_i</formula> nuls pour <formula notation="TeX">i \geqslant n+1</formula>, se traduit par le foncteur allant des <formula notation="TeX">n</formula>-catégories vers les <formula notation="TeX">N</formula>-catégories, obtenue en ajoutant à une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie des <formula notation="TeX">i</formula>-flèches (<formula notation="TeX">n+1 \leqslant i \leqslant N</formula>) identiques exclusivement. (Ainsi, un ensemble est regardé comme une catégorie « discrète », une catégorie comme une 2-catégorie où les <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(A, B)</formula>, <formula notation="TeX">A</formula> et <formula notation="TeX">B</formula> des 0-objets, sont des catégories discrètes, etc …).
<note type="editorial" resp="#pass">« <formula notation="TeX">i = n+1</formula> » : la frappe porte « <formula notation="TeX">N+1</formula> », le <formula notation="TeX">N</formula> surchargé en <formula notation="TeX">n</formula>.</note></p>
<p>Bien entendu, rien n'empêche de considérer aussi la notion de <formula notation="TeX">\infty</formula>-catégorie, à laquelle celle de <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie est comme la notion d'ensemble semi-simplicial tronqué à celle d'ensemble semi-simplicial. Sauf erreur, la localisée de la catégorie des <formula notation="TeX">\infty</formula>-catégories, pour les flèches de <formula notation="TeX">\infty</formula>-équivalence, est <add>équivalente à</add> « la catégorie homotopique », localisée de la catégorie des ensembles semi-simpliciaux, ou du moins une sorte de complétée de celle-là. Dans cette optique, le tapis consistant à interpréter une <formula notation="TeX">\infty</formula>-catégorie de Picard stricte (i.e. quelque chose qui ressemble à un groupe abélien de la catégorie des <formula notation="TeX">\infty</formula>-catégories) comme donnée (à <formula notation="TeX">\infty</formula>-équivalence près) par un complexe de chaines regardé comme un objet d'une catégorie dérivée, est à relier au tapis de Dold-Puppe, interprétant ces derniers comme des groupes abéliens semi-simpliciaux.</p>
<p>Pour se donner confiance dans ce yoga <add>général</add>, on peut essayer d'interpéter en termes de <formula notation="TeX">n</formula>-catégories ou <formula notation="TeX">\infty</formula>-catégories des constructions familières</p>
<pb n="45" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=46"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 30 de l'auteur.</note>
en homotopie. Ainsi, l'espace des lacets <formula notation="TeX">\Omega(K_\bullet, x)</formula> correspond manifestement à la <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-catégorie <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(x, x)</formula> formée des <formula notation="TeX">i</formula>-flèches de <formula notation="TeX">C</formula> (<formula notation="TeX">1 \leqslant i \leqslant n</formula>) dont la 0-origine et la 0-extrémité sont <formula notation="TeX">x</formula>, réindexées en les appelant <formula notation="TeX">(i-1)</formula>-flèches. Je n'aperçois pas à vue de nez un joli candidat pour la suspension en termes de <formula notation="TeX">n</formula>-catégories. Par contre le <formula notation="TeX">\mathrm{Hom}_\bullet(K_\bullet, K'_\bullet)</formula> doit correspondre au <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(C, C')</formula>, qui est une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie quand <formula notation="TeX">C, C'</formula> en sont. La « fibre homotopique » d'une application semi-simpliciale <formula notation="TeX">f\colon K_\bullet \to K'_\bullet</formula> (transformée d'abord, pour les besoins de la cause, en une fibration de Serre par le procédé bien connu de Serre-Cartan) correspond sans doute à l'opération bien familière de produit <formula notation="TeX">n</formula>-fibré (du moins les cas <formula notation="TeX">n = 0, 1</formula> sont bien familiers !) <formula notation="TeX">C \times_{C'} C''</formula> pour des <formula notation="TeX">n</formula>-foncteurs <formula notation="TeX">C \to C'</formula> et <formula notation="TeX">C'' \to C'</formula>, dans le cas où <formula notation="TeX">C''</formula> est la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie ponctuelle, donc la donnée de <formula notation="TeX">C'' \to C'</formula> correspond à la donnée d'un 0-objet de <formula notation="TeX">C'</formula>. Les espaces <formula notation="TeX">K(\pi, n)</formula> ont une interprétation évidente comme <formula notation="TeX">n</formula>-gerbes liées par <formula notation="TeX">\pi</formula>. Enfin, on voit aussi poindre l'analogue du dévissage de Postnikoff d'un ensemble semi-simplicial – mais la façon dont je l'entrevois (vue ma prédilection pour les topos) passe par la notion de topos classifiant d'une <formula notation="TeX">n</formula>-groupoïde (généralisant de façon évidente le topos classifiant d'un groupe). En termes de cette notion, on peut, il me semble, interpréter un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoïde en termes d'un <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-groupoïde (savoir son tronqué), <hi rend="italic">muni</hi> d'une <formula notation="TeX">n</formula>-gerbe sur le topos classifiant, liée par <formula notation="TeX">\pi_n</formula> <add>(« tordu » bien sûr par l'action du <formula notation="TeX">\pi_1</formula> …)</add>.
<note type="editorial" resp="#pass">« produit <formula notation="TeX">n</formula>-fibré » : une main ajoute « <formula notation="TeX">+1</formula> » et une parenthèse autour du <formula notation="TeX">n</formula>, et écrit « <formula notation="TeX">(n+1)</formula> » dans l'interligne, ce qui corrige vraisemblablement en « produit <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-fibré » ; la portée exacte de la correction n'est pas sûre.</note></p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
<note type="authorial" place="margin">(App. 4)</note>
Bien sûr, il faut relativiser encore tout le yoga qu'on vient de décrire, au dessus d'un topos quelconque <formula notation="TeX">X</formula>. Il s'agirait donc de mettre en relation et d'identifier, dans une certaine mesure, d'une part l'algèbre homotopique sur <formula notation="TeX">X</formula> construite en termes de la notion de faisceau semi-simplicial sur <formula notation="TeX">X</formula>, d'autre part l'algèbre catégorique sur <formula notation="TeX">X</formula> construite en termes de la notion de <formula notation="TeX">n</formula>-champ en groupoïdes (<formula notation="TeX">n \geqslant 0</formula> fini ou infini). On espère que la notion d'image inverse de faisceau semi-simplicial par un morphisme de topos <formula notation="TeX">f\colon X \to X'</formula> (qui est évidente) correspond à la notion <add>plus</add> subtile d'image inverse de <formula notation="TeX">n</formula>-champs ; et inversement, la notion évidente d'image directe de <formula notation="TeX">n</formula>-champs par <formula notation="TeX">f</formula> devrait correspondre à une notion plus subtile d'image directe <add><formula notation="TeX">Lf_*(K_\bullet)</formula></add> d'un faisceau semi-simplicial, construit sans doute dans l'esprit des foncteurs dérivés à partir de la notion naive (mais on hésite s'il faut mettre <formula notation="TeX">Lf_*</formula> ou <formula notation="TeX">Rf_*</formula>) … Les dévissages à la Postnikoff doivent avoir encore une interprétation remarquablement simple en termes de <formula notation="TeX">n</formula>-champs. Comparer à la remarque de Giraud qu'un (1)-champ en groupoides sur <formula notation="TeX">X</formula> peut s'identifier au couple d'un faisceau <formula notation="TeX">\pi_0</formula> sur <formula notation="TeX">X</formula>, et d'une (1)-gerbe sur le topos induit <formula notation="TeX">X_{/\pi_0}</formula> (dont le lien, comme de juste, devrait être noté <formula notation="TeX">\pi_1</formula> !). D'ailleurs, dans le cas des 1-champs en groupoides, la traduction de ces animaux en termes de topos
<note type="editorial" resp="#pass">« <formula notation="TeX">Lf_*(K_\bullet)</formula> » est écrit à la main au-dessus de « d'un faisceau », qu'un trait semble barrer en partie ; on ne sait s'il remplace ces mots ou les précise.</note></p>
<pb n="46" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=47"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 31 de l'auteur.</note>
classifiants au dessus de <formula notation="TeX">X</formula> est, je crois, développé en long et en large dans Giraud (il parle, si je me rappelle bien, d'« extensions » du topos <formula notation="TeX">X</formula>). L'extension (si j'ose dire) de ce tapis aux <formula notation="TeX">n</formula>-champs ne devrait pas poser de problème.
<note type="editorial" resp="#pass">après « Giraud » la frappe porte un « x » en indice, peut-être un appel de note.</note></p>
<p>Remords : tâchant de préciser heuristiquement la notion de topos classifiant d'un <formula notation="TeX">n</formula>-champ en groupoides (ou plus particulièrement, d'un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide), pour <formula notation="TeX">n \geqslant 2</formula>, je vois que je n'y arrive pas à vue de nez. (Bien sûr, il suffirait (procédant de proche en proche) de savoir définir un topos classifiant raisonnable pour une <formula notation="TeX">n</formula>-<hi rend="italic">gerbe</hi>, liée par un faisceau abélien <formula notation="TeX">\pi_n</formula>.) Donc je ne sais comment décrire le dévissage de Postnikoff en termes de <formula notation="TeX">n</formula>-champs, sauf pour <formula notation="TeX">n \leqslant 2</formula>. Ceci est lié à la question d'une description directe des groupes de cohomologie d'un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide <add><formula notation="TeX">C</formula></add> (ou d'un <formula notation="TeX">n</formula>-champ), à coéfficients disons dans un système local commutatif, de façon que pour <formula notation="TeX">C = C_n(K_\bullet)</formula>, <formula notation="TeX">K_\bullet</formula> un ensemble semi-simplicial dont les <formula notation="TeX">\pi_i</formula> pour <formula notation="TeX">i \geqslant n+1</formula> sont nuls, on trouve les groupes de cohomologie correspondants de <formula notation="TeX">K_\bullet</formula>. Peut-on le faire en associant à <formula notation="TeX">C</formula>, de façon convenable, un ensemble semi-simplicial « nerf » de <formula notation="TeX">C</formula> ? Bien entendu, si on réussit à définir un topos classifiant pour <formula notation="TeX">C</formula>, celui-ci devrait être homotope à <formula notation="TeX">K_\bullet</formula> ci-dessus, donc avoir les mêmes invariants homotopiques <formula notation="TeX">\pi_i</formula> et cohomologiques <formula notation="TeX">H^i</formula> ; itou pour les champs. La définition habituelle du topos classifiant, dans le cas <formula notation="TeX">n = 1</formula>, a bien cette vertu. Cas particulier typique du Pb de la définition du topos classifiant : pour <formula notation="TeX">\pi</formula> un groupe commutatif, trouver un topos canonique (fonctoriel en <formula notation="TeX">\pi</formula> bien sûr …) ayant le type d'homotopie de <formula notation="TeX">K(\pi, n)</formula>, et qui généralise la définition du topos classifiant pour <formula notation="TeX">n = 1</formula> (topos des ensembles où <formula notation="TeX">\pi</formula> opère). On frémit à l'idée que les topos pourraient ne pas faire l'affaire, et qu'il y faille des « <formula notation="TeX">n</formula>-topos » !! (J'espère bien que ces animaux n'existent pas …) ( ).</p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
<note type="authorial" place="margin">(App. 5)</note>
La théorie d'« algèbre homologique non commutative » que j'essaie de suggérer pourrait se définir, vaguement, comme l'étude parallèle des notions suivantes et de leurs relations multiples : a) espaces topologiques, topos, b) ensembles semi-simpliciaux, faisceaux semi-simpliciaux etc. c) <formula notation="TeX">n</formula>-catégories (notamment <formula notation="TeX">n</formula>-groupoïdes), <formula notation="TeX">n</formula>-champs (notamment <formula notation="TeX">n</formula>-champs en groupoides) etc. d) complexes de groupes abéliens, de faisceaux abéliens etc. (Les « etc » réfèrent surtout aux structures supplémentaires qu'on peut envisager sur les objets du type envisagé …) C'est donc de l'algèbre avec la présence constante de motivations provenant de l'intuition topologique. Si une telle théorie devait voir le jour, il lui faudrait bien un nom, je me demande si « algèbre topologique » ne serait pas le plus adéquat (« algèbre homologique non commutative » ne peut guère aller à la longue, pour des raisons évidentes). Ce qui est aujourd'hui parfois désigné sous ce <add>vocable</add> n'est guère qu'un bric à brac de notions (telles que anneau topologique</p>
<pb n="47" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=48"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 32 de l'auteur.</note>
corps topologique, groupe topologique <add>etc)</add>, <del>qui</del> ne forme<del>nt</del> guère un corps de doctrine cohérent – il ne s'impose donc pas que cela accapare un nom qui servirait mieux d'autres usages. (Comparer le nouvel usage du terme « géométrie analytique » introduit par Serre, et qui ne semble guère avoir rencontré de résistance.)
<note type="editorial" resp="#pass">la correction manuscrite de cette phrase (« etc) », « qui » et la fin de « forment » barrés) est lue avec doute.</note></p>
<p>Re-salut, et au plaisir de te lire</p>
<p>A.G.
<note type="editorial" resp="#pass">fin de la lettre commencée avant ce lot (pp. 26–32 de l'auteur ici).</note></p>
</div>
<div type="section">
<head>Lettre à Lawrence Breen, Villecun, 17.2.1975</head>
<pb n="48" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=49"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 33 de l'auteur. Copie dactylographiée d'une lettre manuscrite de Grothendieck à Lawrence Breen ; l'intitulé dactylographié est barré à la main. Les lettres cursives <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> (champs) sont tracées à la main dans les blancs de la frappe.</note>
<del>Transcription d'une lettre manuscrite de A. Grothendieck</del></p>
<p>Villecun le 17.2.1975</p>
<p>Cher Larry,</p>
<p><note type="authorial" place="margin">(App. 6)</note>
Encore un « afterthought » à une lettre-fleuve sur le yoga homotopique. Comme tu sais sans doute, à un topos <formula notation="TeX">X</formula> on associe canoniquement un pro-ensemble simplicial, donc un « pro-type d'homotopie » en un sens convenable. Dans le cas où <formula notation="TeX">X</formula> est « localement homotopiquement trivial », le pro-objet associé est essentiellement constant en tant que pro-objet dans la catégorie homotopique, donc <formula notation="TeX">X</formula> définit un objet de la catégorie homotopique usuelle, qui est son « type d'homotopie ». De même, si <formula notation="TeX">X</formula> est « localement homotopiquement trivial en dim <formula notation="TeX">\leqslant n</formula> », il définit un type d'homotopie ordinaire « tronqué en dim <formula notation="TeX">\leqslant n</formula> » – construction familière pour <formula notation="TeX">i = 0</formula> ou <formula notation="TeX">1</formula>, même à des gens comme moi qui ne connaissent guère l'homotopie !</p>
<p>Ces constructions sont fonctorielles en <formula notation="TeX">X</formula>. D'ailleurs, si <formula notation="TeX">f\colon X \to Y</formula> est un morphisme de topos, Artin-Mazur ont donné une condition nécéssaire et suffisante <hi rend="italic">cohomologique</hi> pour que ce soit une « équivalence d'homotopie en dim <formula notation="TeX">\leqslant n</formula> » : c'est que <formula notation="TeX">H^i(Y, F) \xrightarrow{\sim} H^i(X, f^*(F))</formula> pour <formula notation="TeX">i \leqslant n</formula>, et tout faisceau de groupes <hi rend="italic">localement constant</hi> <formula notation="TeX">F</formula> sur <formula notation="TeX">Y</formula>, en se restreignant de plus à <formula notation="TeX">i \leqslant 1</formula> dans le cas <formula notation="TeX">F</formula> non commutatif. Ce critère, en termes de <formula notation="TeX">n</formula>-gerbes « localement constantes » <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> sur <formula notation="TeX">Y</formula>, s'interprète par la condition que <formula notation="TeX">\mathcal{F}(Y) \to \mathcal{F}(X)</formula> est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence pour tout tel <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> et <formula notation="TeX">i \leqslant n</formula>. Il est certainement vrai que ceci équivaut encore au critère suivant
<note type="editorial" resp="#pass">la flèche <formula notation="TeX">\mathcal{F}(Y) \to \mathcal{F}(X)</formula> est tracée à la main, avec une boucle à l'origine (peut-être un <formula notation="TeX">\sim</formula>).</note></p>
<quote>(A) Pour tout <formula notation="TeX">n</formula>-champ « localement constant » <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> sur <formula notation="TeX">Y</formula>, le <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur <formula notation="TeX">\mathcal{F}(Y) \to f^*(\mathcal{F})(X)</formula> est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence</quote>
<p>ou encore à</p>
<quote>(B) Le <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur <formula notation="TeX">\mathcal{F} \mapsto f^*(\mathcal{F})</formula> allant de la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie des <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champs localement constants sur <formula notation="TeX">Y</formula> dans celle des <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champs localement constants sur <formula notation="TeX">X</formula>, est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence.</quote>
<p>En d'autres termes, les constructions sur un topos <formula notation="TeX">X</formula> qu'on peut faire en termes de <formula notation="TeX">(n-1)</formula> champs <hi rend="italic">localement</hi> constants ne dépendent que de</p>
<pb n="49" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=50"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 34 de l'auteur ; la frappe porte aussi « 2 », pagination propre de la lettre.</note>
son « (pro)-type d'homotopie <formula notation="TeX">n</formula>-tronquée », et le définissent. Dans le cas où <formula notation="TeX">X</formula> est localement homotopiquement trivial en dim <formula notation="TeX">\leqslant n</formula>, donc définit un type d'homotopie <formula notation="TeX">n</formula>-tronqué ordinaire, on peut interpréter ce dernier comme un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, (défini à <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence près). En termes de <del><gap reason="illegible"/></del> <add><formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>,</add> les <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champs <add>localement constants</add> sur <formula notation="TeX">X</formula> doivent s'identifier aux <formula notation="TeX">n</formula>-foncteurs de la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> dans la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie <formula notation="TeX">((n-1)\text{-}\mathrm{Cat})</formula> de toutes les <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-catégories. Dans le cas <formula notation="TeX">n = 1</formula> ceci n'est autre que la théorie de Poincaré de la classification des revêtements de <formula notation="TeX">X</formula> en termes du « groupoide fondamental » <formula notation="TeX">\mathcal{C}_1</formula> de <formula notation="TeX">X</formula>. Par extension, <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> mérite le nom de <hi rend="italic"><formula notation="TeX">n</formula>-groupoide fondamental de <formula notation="TeX">X</formula></hi>, que je propose de noter <formula notation="TeX">\Pi_n(X)</formula>. Sa connaissance induit donc celle des <formula notation="TeX">\pi_i(X)</formula> (<formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula>) et des invariants de Postnikoff de tous les ordres jusqu'à <formula notation="TeX">H^{n+1}(\Pi_{n-1}(X), \pi_n)</formula>.
<note type="editorial" resp="#pass">dans la marge gauche, un crochet hachuré marqué « (C) » encadre le passage « En termes de <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, … de toutes les <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-catégories. », que deux équerres délimitent dans le texte.</note></p>
<p>Dans le cas d'un topos <formula notation="TeX">X</formula> quelconque, pas nécéssairement <add>loc.</add> homotopiquement trivial en dim <formula notation="TeX">\leqslant n</formula>, on espère pouvoir interpréter les <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champs localement constants sur <formula notation="TeX">X</formula> en termes d'un <formula notation="TeX">\Pi_n(X)</formula> qui sera un pro-<formula notation="TeX">n</formula>-groupoide. Ça a été fait en tous cas, plus ou moins, pour <formula notation="TeX">n = 1</formula> (du moins pour <formula notation="TeX">X</formula> connexe) ; le cas où <formula notation="TeX">X</formula> est le topos étale d'un schéma est traité in extenso dans SGA 3, à propos de la classification des tores sur une base quelconque.</p>
<p>Dans le cas <formula notation="TeX">n = 1</formula>, on sait qu'on récupère (à équivalence près) le 1-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}_1</formula> à partir de la 1-catégorie <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(\mathcal{C}_1, (\mathrm{Ens}))</formula> de ces foncteurs dans <formula notation="TeX">(\mathrm{Ens}) = (0\text{-}\mathrm{cat})</formula> (i.e. des « systèmes locaux » sur <formula notation="TeX">\mathcal{C}_1</formula>) (qui est un topos, dit « multigaloisien ») comme la catégorie des « foncteurs fibres » sur ledit topos, i.e. la catégorie opposée à la catégorie des points de ce topos (<del><gap reason="illegible"/></del> <add>lequel</add> n'est autre que le <hi rend="italic">topos classifiant</hi> de <formula notation="TeX">\mathcal{C}_1</formula>). Pour préciser pour <formula notation="TeX">n</formula> quelconque la façon dont le <formula notation="TeX">n</formula>-type d'homotopie d'un topos <formula notation="TeX">X</formula> (supposé localement homotopiquement trivial en dim <formula notation="TeX">\leqslant n</formula>, pour simplifier), i.e. son <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide fondamental <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, s'exprime en termes de la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie des</p>
<pb n="50" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=51"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 35 de l'auteur ; pagination de la lettre : 3.</note>
« <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-systèmes locaux sur <formula notation="TeX">X</formula> » i.e. des <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champs localement constants sur <formula notation="TeX">X</formula>, et par là élucider complètement l'énoncé hypothétique (B) ci-dessus, il faudrait donc expliciter comment un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> se récupère, à <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence près, par la connaissance de la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie
<formula notation="TeX" rend="display">\mathcal{T}_n = (n\text{-}\underline{\mathrm{Hom}})(\mathcal{C}_n, ((n-1)\text{-}\mathrm{Cat}))</formula>
des <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-systèmes locaux sur <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>. On aurait envie de dire que <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> est la catégorie des « <formula notation="TeX">n</formula>-foncteurs fibres » sur <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n</formula>, i.e. des <formula notation="TeX">n</formula>-foncteurs <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n \to ((n-1)\text{-}\mathrm{Cat})</formula> ayant certaines propriétés d'exactitude (pour <formula notation="TeX">n = 1</formula>, c'était la condition d'être les foncteurs image inverse pour un morphisme de topos, i.e. de commuter aux <formula notation="TeX">\varinjlim</formula> quelconques et aux <formula notation="TeX">\varprojlim</formula> finies …) C'est ici que se matérialise la peur, exprimée dans ma précédente lettre, qu'on finisse par tomber sur la notion de <formula notation="TeX">n</formula>-topos et morphismes de tels ! <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n</formula> serait un <formula notation="TeX">n</formula>-topos (appelé le « <formula notation="TeX">n</formula>-topos classifiant du <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> »), <formula notation="TeX">((n-1)\text{-}\mathrm{Cat})</formula> serait le <formula notation="TeX">n</formula>-topos « ponctuel » type, et <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> s'interprète mod <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence comme la <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie <add>des</add> « <formula notation="TeX">n</formula>-points » du <formula notation="TeX">n</formula>-topos classifiant <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n</formula>. Brr !
<note type="editorial" resp="#pass">les lettres cursives <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n</formula>, <formula notation="TeX">\mathcal{B}</formula> sont tracées à la main ; le <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula> et le <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n</formula> se ressemblent et ont été départagés par le sens.</note></p>
<p>Si on espère encore pouvoir définir un bon vieux (1)-topos classifiant pour un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, comme solution d'un Pb universel, je ne vois guère que le Pb universel suivant : pour tout topos <formula notation="TeX">T</formula>, considérons <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(\Pi_n(T), \mathcal{C}_n)</formula>. C'est une <formula notation="TeX">n</formula>-catégorie, mais prenons-en la 1-catégorie tronquée <formula notation="TeX">\tau_1 \underline{\mathrm{Hom}}(\Pi_n(T), \mathcal{C}_n)</formula>. Pour <formula notation="TeX">T</formula> variable, on voudrait 2-représenter le 2-foncteur contravariant <formula notation="TeX">(\mathrm{Top})^\circ \to (1\text{-}\mathrm{Cat})</formula> par un topos classifiant <formula notation="TeX">\mathcal{B} = \mathcal{B}_{\mathcal{C}_n}</formula>, donc trouver un <formula notation="TeX">\Pi_n(\mathcal{B}) \xrightarrow{\varphi} \mathcal{C}_n</formula> 2-universel en le sens que pour tout <formula notation="TeX">T</formula>, le foncteur
<formula notation="TeX" rend="display">\underline{\mathrm{Hom}}_{(\mathrm{Top})}(T, \mathcal{B})
\xrightarrow{u \mapsto \varphi \circ \Pi_n(u)}
\tau_1 \underline{\mathrm{Hom}}(\Pi_n(T), \mathcal{C}_n)</formula>
soit une équivalence. Pour <formula notation="TeX">n = 1</formula> on sait que le topos classifiant de <formula notation="TeX">\mathcal{C}_1</formula> au sens usuel fait l'affaire, mais pour <formula notation="TeX">n = 2</formula> déja, je doute que ce Pb universel ait une solution. C'est peut-être lié au fait que le « théorème de van Kampen », qu'on peut exprimer en disant que le 2-foncteur <formula notation="TeX">T \mapsto \Pi_1(T)</formula> des topos localement 1-connexes vers les groupoides transforme (à 1-équivalence près) sommes amalgamées en sommes amalgamées (et plus généralement commute aux 2-limites inductives), n'est sans doute plus
<note type="authorial" place="margin">cela semble suspect !</note>
<note type="editorial" resp="#pass">l'étiquette manuscrite de la flèche s'écrit « <formula notation="TeX">u \mapsto \varphi \circ \pi_n(u)</formula> » ; la note marginale se rapporte aux lignes de <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(\Pi_n(T), \mathcal{C}_n)</formula> et de sa troncature.</note></p>
<pb n="51" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=52"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 36 de l'auteur ; pagination de la lettre : 4.</note>
vrai pour le <formula notation="TeX">\Pi_2(T)</formula>. Ainsi, si <formula notation="TeX">T</formula> est un espace topologique réunion de deux fermés <formula notation="TeX">T_1</formula> et <formula notation="TeX">T_2</formula>, il n'est sans doute plus vrai que la donnée d'un 1-champs localement constant sur <formula notation="TeX">T</formula> « équivaut » à la donnée d'un 1-champ localement constant <formula notation="TeX">\mathcal{F}_i</formula> sur <formula notation="TeX">T_i</formula> (<formula notation="TeX">i = 1, 2</formula>) et d'une équivalence entre les restrictions de <formula notation="TeX">\mathcal{F}_1</formula> et <formula notation="TeX">\mathcal{F}_2</formula> à <formula notation="TeX">T_1 \cap T_2</formula> (alors que l'énoncé analogue en termes de 0-champs, i.e. de revêtements, est évidemment correct).
<note type="editorial" resp="#pass">la phrase « Ainsi, si <formula notation="TeX">T</formula> … évidemment correct). » est marquée en marge d'un crochet.</note></p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
<note type="authorial" place="margin">(App. 7)</note>
L'énoncé (B) plus haut rend clair comment expliciter la cohomologie d'un <formula notation="TeX">n</formula>-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>. Si <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n = \Pi_n(X)</formula>, et si <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> est un <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champ localement constant sur <formula notation="TeX">X</formula>, <formula notation="TeX">e^X_{n-1}</formula> est le <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champ « final », on a une <formula notation="TeX">(n-1)</formula> équivalence de <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-catégories
<formula notation="TeX" rend="display">\Gamma_X(\mathcal{F}) = \mathcal{F}(X) \simeq \underline{\mathrm{Hom}}(e^X_{n-1}, \mathcal{F})</formula>
qui montre que le foncteur <formula notation="TeX">\Gamma_X</formula> « intégration sur <formula notation="TeX">X</formula> » sur les <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-champs localement constants, qui inclut la cohomologie (non commutative) localement constante de <formula notation="TeX">X</formula> en dim <formula notation="TeX">\leqslant n-1</formula>, s'interprète en termes de « <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-systèmes locaux » sur le groupoide fondamental comme un <formula notation="TeX">\underline{\mathrm{Hom}}(e^{(\mathcal{C}_n)}_{n-1}, \mathcal{F})</formula> où maintenant <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> est interprété comme un <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur
<formula notation="TeX" rend="display">\mathcal{C}_n \xrightarrow{\ \mathcal{F}\ } ((n-1)\text{-}\mathrm{Cat})</formula>
et <formula notation="TeX">e^{(\mathcal{C}_n)}_{n-1}</formula> est le <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur constant sur <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, de valeur la <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-catégorie finale.</p>
<p>Pour interpréter ceci en notation cohomologique, il faut que j'ajoute, comme « remords » à la lettre précédente, l'interprétation explicite de la cohomologie non commutative sur un topos <formula notation="TeX">X</formula>, en termes d'intégration de <formula notation="TeX">n</formula>-champs sur <formula notation="TeX">X</formula>. Soit <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> un <formula notation="TeX">n</formula>-champ de Picard strict sur <formula notation="TeX">X</formula>, il est donc défini par un complexe de cochaines <formula notation="TeX">\mathcal{L}^\bullet</formula> sur <formula notation="TeX">X</formula>
<formula notation="TeX" rend="display">0 \to \mathcal{L}^0 \to \mathcal{L}^1 \to \mathcal{L}^2 \to \cdots \to \mathcal{L}^n \to 0</formula>
concentré en degrés <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula> (défini à isomorphisme unique près dans la catégorie dérivée de <formula notation="TeX">\mathrm{Ab}(X)</formula>). Ceci dit, les <formula notation="TeX">H^i(X, \mathcal{L}^\bullet)</formula> (hypercohomologie) <hi rend="italic">pour <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula></hi> s'interprètent comme <formula notation="TeX">H^i(X, \mathcal{L}^\bullet) = \pi_{n-i}\Gamma_X(\mathcal{F})</formula>. Si on s'intéresse à tous les <formula notation="TeX">H^i</formula> (pas seulement pour <formula notation="TeX">i \leqslant n</formula>) on doit, pour tout <formula notation="TeX">N \geqslant n</formula>, regarder <formula notation="TeX">\mathcal{L}^\bullet</formula> comme un complexe concentré en degrés <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant N</formula></p>
<pb n="52" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=53"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 37 de l'auteur ; pagination de la lettre : 5.</note>
(en prolongeant <formula notation="TeX">\mathcal{L}^\bullet</formula> par des <formula notation="TeX">0</formula> à droite). Le <formula notation="TeX">N</formula>-champ de Picard strict correspondant n'est plus <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> mais <formula notation="TeX">\mathcal{T}^{N-n}\mathcal{F}</formula>, où <formula notation="TeX">\mathcal{T}</formula> est le foncteur « espace classifiant », s'interprétant sur les <formula notation="TeX">n</formula>-catégories de Picard strictes comme l'opération consistant à « translater » les <formula notation="TeX">i</formula>-objets en des <formula notation="TeX">(i+1)</formula>-objets, et à rajouter un unique 0-objet ; il se prolonge aux <formula notation="TeX">n</formula>-champs <add>de Picard</add> « de façon évidente », on espère, de façon à commuter aux opérations d'image inverse de <formula notation="TeX">n</formula>-champs. On aura donc pour <formula notation="TeX">i \leqslant N</formula>
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(X, \mathcal{L}^\bullet) = \pi_{N-i}\Gamma_X(\mathcal{T}^{N-n}\mathcal{F}) \qquad (i \leqslant N).</formula>
<note type="editorial" resp="#pass">la lettre cursive du foncteur « espace classifiant », tracée à la main, est lue <formula notation="TeX">\mathcal{T}</formula>, comme le <formula notation="TeX">\mathcal{T}_n</formula> de la p. 50 ; la marge de la p. 53 écrit « <formula notation="TeX">\mathcal{T}\mathcal{F}</formula> » cerclé. Elle se distingue mal du <formula notation="TeX">\mathcal{C}</formula> des groupoides.</note>
Ceci posé, il s'impose, pour tout <formula notation="TeX">n</formula>-champ de Picard strict <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> sur <formula notation="TeX">X</formula>, de poser
<formula notation="TeX" rend="display">\boxed{H^i(X, \mathcal{F}) = \pi_{N-i}\Gamma_X(\mathcal{T}^{N-n}\mathcal{F}) \quad \text{si } N \geqslant i, n}</formula>
ce qui ne dépend pas du choix de l'entier <formula notation="TeX">N \geqslant \operatorname{Sup}(i, n)</formula> [<hi rend="italic">NB</hi> On a un morphisme canonique de <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-groupoides,
<formula notation="TeX" rend="display">\mathcal{T}(\Gamma_X\mathcal{F}) \to \Gamma_X(\mathcal{T}\mathcal{F}),</formula>
comme le montrent les constructions évidentes en termes de complexes de cochaines, et on voit de même que celui-ci induit des isomorphismes pour les <formula notation="TeX">\pi_i</formula> pour <formula notation="TeX">1 \leqslant i \leqslant n+1</formula>.].</p>
<p><hi rend="italic">NB</hi> On voit en passant que pour un <formula notation="TeX">n</formula>-champ en groupoides <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> sur <formula notation="TeX">X</formula>, si on se borne à vouloir définir les <formula notation="TeX">H^i(X, \mathcal{F})</formula> pour <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula>, on n'a pas besoin sur <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> d'une structure de Picard, car il suffit de poser
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(X, \mathcal{F}) = \pi_{n-i}(\Gamma_X(\mathcal{F})) \qquad 0 \leqslant i \leqslant n.</formula>
Si d'autre part <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> est un <formula notation="TeX">n</formula>-Gr-champ (i.e. muni d'une loi de composition <formula notation="TeX">\mathcal{F} \times \mathcal{F} \to \mathcal{F}</formula> ayant les propriétés formelles d'une loi de groupe) le <formula notation="TeX">(n+1)</formula> « champ classifiant » est défini, et on peut définir <formula notation="TeX">H^i(X, \mathcal{F})</formula> pour <formula notation="TeX">i \leqslant n+1</formula> par
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(X, \mathcal{F}) = \pi_{n+1-i}(\Gamma_X(\mathcal{T}\mathcal{F}))</formula>
en particulier
<formula notation="TeX" rend="display">H^{n+1}(X, \mathcal{F}) = \pi_0(\Gamma_X(\mathcal{T}\mathcal{F})) = \text{sections de } \mathcal{T}\mathcal{F} \text{ à équivalences près}.</formula>
<note type="editorial" resp="#pass">la formule encadrée l'est sur la page ; le « morphisme canonique de <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-groupoides » est tel quel.</note></p>
<pb n="53" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=54"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 38 de l'auteur ; pagination de la lettre : 6.</note>
<note type="authorial" place="margin">(<formula notation="TeX">\mathcal{T}\mathcal{F}</formula>)</note>
Mais on ne peut former <formula notation="TeX">\mathcal{T}\mathcal{T}\mathcal{F} = \mathcal{T}^2\mathcal{F}</formula> et définir <formula notation="TeX">H^{n+2}(X, \mathcal{F})</formula>, semble-t-il <hi rend="italic">que</hi> si <formula notation="TeX">\mathcal{T}\mathcal{F}</formula> est lui-même un Gr-<formula notation="TeX">(n+1)</formula> champ, ce qui ne sera sans doute le cas que si <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> est un <formula notation="TeX">n</formula>-champ de Picard strict ….</p>
<p>Venons en maintenant au cas où <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> est un <formula notation="TeX">n</formula>-champ <hi rend="italic">localement constant</hi> sur <formula notation="TeX">X</formula>, donc défini par un <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-foncteur
<formula notation="TeX" rend="display">\mathcal{C}_{n+1} \xrightarrow{\ \mathcal{F}\ } (n\text{-}\mathrm{Cat.\ de\ Picard\ strictes}).</formula>
Alors, posant pour <formula notation="TeX">0 \leqslant i \leqslant n</formula>
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(\mathcal{C}_{n+1}, \mathcal{F}) = \pi_{n-i}(\underline{\mathrm{Hom}}(e^{(\mathcal{C}_{n+1})}_n, \mathcal{F})),</formula>
« on a fait ce qu'il fallait » pour que l'on ait un isomorphisme canonique
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(\mathcal{C}_{n+1}, \mathcal{F}) \simeq H^i(X, \mathcal{F}),</formula>
(valable en fait sans structure de Picard sur <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> …). Il s'impose, pour tout <formula notation="TeX">\infty</formula>-groupoide <formula notation="TeX">\mathcal{C}</formula> et tout <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-foncteur
<formula notation="TeX" rend="display">\mathcal{C} \xrightarrow{\ \mathcal{F}\ } (n\text{-}\mathrm{cat.\ de\ Picard\ strictes})</formula>
de définir les <formula notation="TeX">H^i(\mathcal{C}, \mathcal{F})</formula>, pour tout <formula notation="TeX">i</formula>, par
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(\mathcal{C}, \mathcal{F}) = \pi_{N-i}\underline{\mathrm{Hom}}(e^{\mathcal{C}}_N, \mathcal{T}^{N-n}\mathcal{F})</formula>
où on choisit <formula notation="TeX">N \geqslant \operatorname{Sup}(i, n)</formula>. Si <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> n'a qu'une Gr-structure (pas nécéssairement de Picard) on peut définir encore les <formula notation="TeX">H^i(\mathcal{C}, \mathcal{F})</formula> pour <formula notation="TeX">i \leqslant n+1</formula> par
<formula notation="TeX" rend="display">H^i(\mathcal{C}, \mathcal{F}) = \pi_{n+1-i}\underline{\mathrm{Hom}}(e^{\mathcal{C}}_{n+1}, \mathcal{T}\mathcal{F}).</formula>
Dans le cas <formula notation="TeX">\mathcal{C} = \mathcal{C}_{n+1} = \Pi_{n+1}(X)</formula>, il doit être vrai encore (en vertu de (A) plus haut), que cet ensemble est canoniquement isomorphe à <formula notation="TeX">H^{n+1}(X, \mathcal{F}) = \pi_0\Gamma_X(\mathcal{T}\mathcal{F})</formula> (c'est vrai et bien facile pour <formula notation="TeX">n = 0</formula>). Décrire la flèche canonique entre les deux membres de
<formula notation="TeX" rend="display">H^{n+1}(X, \mathcal{F}) \simeq H^{n+1}(\Pi_{n+1}X, \mathcal{F}) \ ?</formula></p>
<p>Si on veut réexpliciter (A) et (B), en termes du yoga (C), on arrive à la situation suivante :
On a un <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-foncteur entre <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-groupoides
<formula notation="TeX" rend="display">f_{n+1}\colon \mathcal{C}_{n+1} \to \mathcal{D}_{n+1}</formula>
induisant par troncature un <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur</p>
<pb n="54" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=55"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 39 de l'auteur ; pagination de la lettre : 7.</note>
<formula notation="TeX" rend="display">f_n\colon \mathcal{C}_n \to \mathcal{D}_n .</formula>
On doit avoir alors :</p>
<p>(A<formula notation="TeX">'</formula>) <formula notation="TeX">f_n</formula> est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence sss le <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur <formula notation="TeX">\varphi \mapsto \varphi \circ f_n</formula>
<formula notation="TeX" rend="display">f_n^*\colon \underline{\mathrm{Hom}}(\mathcal{D}_n, ((n-1)\text{-}\mathrm{Cat})) \to \underline{\mathrm{Hom}}(\mathcal{C}_n, ((n-1)\text{-}\mathrm{Cat}))</formula>
allant des <formula notation="TeX">(n-1)</formula> systèmes locaux sur <formula notation="TeX">\mathcal{D}_n</formula> (ou <formula notation="TeX">\mathcal{D}_{n+1}</formula>, c'est pareil) vers les <formula notation="TeX">(n-1)</formula>-systèmes locaux sur <formula notation="TeX">\mathcal{C}_n</formula>, est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence.</p>
<p>(B<formula notation="TeX">'</formula>) <formula notation="TeX">f_n</formula> est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence sss pour tout <formula notation="TeX">n</formula>-système local <formula notation="TeX">\mathcal{F}</formula> sur <formula notation="TeX">\mathcal{D}_{n+1}</formula>,
<formula notation="TeX" rend="display">\mathcal{F}\colon \mathcal{D}_{n+1} \to (n\text{-}\mathrm{Cat}),</formula>
le <formula notation="TeX">n</formula>-foncteur induit par <formula notation="TeX">f_{n+1}</formula>
<formula notation="TeX" rend="display">\underbrace{\underline{\mathrm{Hom}}(e^{\mathcal{D}_{n+1}}_n, \mathcal{F})}_{=\, \Gamma_{\mathcal{D}_{n+1}}(\mathcal{F})\ \text{déf}}
\to
\underbrace{\underline{\mathrm{Hom}}(e^{\mathcal{C}_{n+1}}_n, f_{n+1}^*\mathcal{F})}_{=\, \Gamma_{\mathcal{C}_{n+1}}(\mathcal{F})\ \text{déf}}</formula>
est une <formula notation="TeX">n</formula>-équivalence.
<note type="editorial" resp="#pass">les accolades et les « <formula notation="TeX">=</formula> déf » sous les deux membres sont ajoutés à la main ; le second porte <formula notation="TeX">\Gamma_{\mathcal{C}_{n+1}}(\mathcal{F})</formula>, sans <formula notation="TeX">f_{n+1}^*</formula>.</note></p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
<note type="authorial" place="margin">(App. 8)</note>
La construction de la cohomologie d'un topos en termes d'intégration des champs ne fait aucun appel à la notion de complexe de faisceaux abéliens, encore moins à la technique des résolutions injectives. On a l'impression que dans son esprit, via la définition (qui reste à expliciter !) des <formula notation="TeX">n</formula>-champs, elle s'apparenterait plutôt aux calculs « Čechistes » en termes d'hyperrecouvréments. Or ces derniers se décrivent à l'aide d'une petite dose d'algèbre semi-simpliciale. Je ne sais si une théorie des champs et opérations sur iceux pourra s'écrire <hi rend="italic">sans</hi> jamais utiliser de l'algèbre semi-simpliciale. Si oui, cela ferait essentiellement trois approches distinctes pour construire la cohomologie d'un topos :</p>
<p>a) point de vue des complexes de faisceaux, des résolutions injectives, des catégories dérivées (<hi rend="italic">algèbre homologique commutative</hi>),</p>
<p>b) point de vue Čechiste ou semi-simplicial (<hi rend="italic">algèbre homotopique</hi>),</p>
<p>c) point de vue des <formula notation="TeX">n</formula>-champs (algèbre catégorique, ou <hi rend="italic">algèbre homo-</hi></p>
<pb n="55" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=56"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 39 bis de l'auteur ; pagination de la lettre : 8.</note>
<hi rend="italic">logique non commutative</hi>).</p>
<p>Dans a) on « résoud » les coefficients, dans b) on résoud l'espace (ou topos) de base, et dans c) en apparence on ne résoud ni l'un ni l'autre.</p>
<p>Bien cordialement</p>
<p>Alexandre</p>
</div>
<div type="section">
<head>Lettre à Lawrence Breen, Villecun, 17/19 juillet 1975</head>
<pb n="56" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=57"/><p><note type="editorial" resp="#pass">p. 40 de l'auteur. Copie dactylographiée, en anglais, d'une lettre de Grothendieck à Lawrence Breen ; le lieu et la date sont de sa main, ainsi que les corrections. La page suivante porte la pagination de la lettre « -12- » : les pages 2 à 11 de la lettre ne figurent pas dans ce lot.</note>
Vil<unclear>le</unclear>cun 17/19 July 1975</p>
<p>Dear Larry,</p>
<p><note type="authorial" place="margin">(App. 9)</note>
I am happy to finish by receiving an echo to my long letter and even a beginning to a constructive approach to a theory of the type I envisaged. The construction which you propose for the notion of a non-strict <formula notation="TeX">n</formula>-category, and of the nerve functor, has certainly the merit of existing, and of being a first precise approach, but otherwise can be subject to some evident criticism: it is very technical, unintuitive (yet at the level of 1-cat, etc, and even of 2-cat, everything is so clear – « you just follow your nose<add>-tip</add> … »). And finally the absence of a definition of a functor sending (semi-)simplicial sets to <formula notation="TeX">n</formula>-groupoids. This functor corresponds to a geometric intuition so clear that a theory which does not include it seems to me <del>inadequate.</del> <add>kind of a joke!</add> Perhaps in trying to write down (like a sort of list of Christmas presents!) in a complete and explicit enough way the notions which one would like to have at ones disposal, and the relations (functor, equivalence, etc.) which should link them, one would arrive finally at a kind of axiomatic description sufficiently complete which should either give the key to an explicit <hi rend="italic">ad hoc</hi> construction, or should permit <del>maybe</del> <add>at least</add> to enunciate and prove a theorem of existence and uniqueness<add>(25)</add> for a theory of the required type.
<note type="editorial" resp="#pass">« theory » : la frappe porte « theorem », corrigé à la main en « theory ». L'appel « (25) » est ajouté à la main.</note></p>
<p>Otherwise, not having understood the idea of Segal in your last letter (which I have generously sent to Illusie …), I do not see how you define the Picard <formula notation="TeX">n</formula>-categories – but this matters little. As far as « strict » Picard <formula notation="TeX">n</formula>-categories are concerned, all I ask of them is that they finally form an <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-category <formula notation="TeX">(n+1)</formula>-equivalent to that of <add>chain</add> complexes <del>of chains</del> of length <formula notation="TeX">n</formula>. Agreed? I thank you for having rectified in my mind a big blunder, due to my great ignorance of algebraic topology and homotopy – I was in fact of the impression that H-spaces satisfying conditions of associativity and commutativity strict enough (say equivalent to an <formula notation="TeX">\Omega^i X</formula> with <formula notation="TeX">i</formula> arbitrarily large) correspond to commutative topological groups (inspired by several analogies …). Thus I am entirely in agreement with your observations on p. 5.</p>
<pb n="57" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=58"/><p><note type="editorial" resp="#pass">pagination de la lettre : « -12- », dont le premier chiffre est surchargé à la main d'un 4 (pagination propre de Grothendieck, 42 ; de même 43 à 45 aux pages suivantes). La suite de la p. 56 n'est donc pas immédiate.</note>
<note type="authorial" place="margin">(26)</note>
On the other hand, I am still intrigued by the following question: is there an analogue of the « tapis » of Dold-Puppe<add>(26)</add> for semi-simplicial groups (<hi rend="italic">not necessarily commutative</hi>) and what form should it take? To tell the truth I consider the yoga
<formula notation="TeX" rend="display">(*) \qquad \text{simplicial sets} \longleftrightarrow \infty\text{-groupoids}</formula>
as being essentially the ultimate « set theoretic » version of Dold-Puppe, which I would deduce <add>from <formula notation="TeX">(*)</formula>,</add> by making explicit solely the fact that the abelian groups in (<formula notation="TeX">\infty</formula>-cat) are « nothing else » than the <add>chain</add> complexes <del>of chains</del> in (Ab). One should therefore <add>first</add> determine what should be the groups in (<formula notation="TeX">\infty</formula>-cat). I can tell you what these are in (1-cat) – this will be discussed at length in the book of Mme. Sinh, I think in the chapter « <hi rend="italic">strict</hi> Gr-categories » (i.e. the isomorphisms of associativity, for unity and inverse <formula notation="TeX">X.X^{-1} \simeq 1</formula> are <hi rend="italic">identities</hi>). One can make explicit for example how (<hi rend="italic">via</hi> the fact that a Gr-category is Gr-equivalent to a strict Gr-category) the calculation with the Gr-categories reduces to a very algebraic calculation with the <hi rend="italic">strict</hi> Gr-categories, by a kind of « calculus of fractions » (by choice, left or right) of the type which is used in giving the construction of derived categories. In any case, here is the explicit formulation of the structure (groups in (1-cat)) in terms of the theory of groups (1-categories in (Gr))<add>(27)</add>. The structure is described by a quadruplet <formula notation="TeX">(L_1, L_0, d, \theta)</formula> with
<note type="authorial" place="margin">(27)</note>
<formula notation="TeX" rend="display">L_1 \xrightarrow{d} L_0</formula>
a homomorphism of ordinary groups,
<formula notation="TeX" rend="display">\theta\colon L_0 \to \mathrm{Aut}_{\mathrm{Gr}}(L_1)</formula>
an operation of <formula notation="TeX">L_0</formula> on <formula notation="TeX">L_1</formula>, with the following two axioms:</p>
<p>(a) <formula notation="TeX">d</formula> commutes with the operation of <formula notation="TeX">L_0</formula>, when <formula notation="TeX">L_0</formula> acts on <formula notation="TeX">L_1</formula> via <formula notation="TeX">\theta</formula> and on itself by inner automorphisms:
<formula notation="TeX" rend="display">d(\theta(x_0).x_1) = \mathrm{int}(x_0)\, d(x_1)</formula>
(b)
<formula notation="TeX" rend="display">\theta(d(x_1) = \mathrm{int}(x_1) .</formula>
These properties imply that <formula notation="TeX">\operatorname{Im} d</formula> is normal in <formula notation="TeX">L_0</formula> (hence <formula notation="TeX">\operatorname{Coker} d = \pi_0</formula> is defined) and <formula notation="TeX">\pi_1 = \operatorname{Ker} d</formula> is central in <formula notation="TeX">L_1</formula>, and finally that <formula notation="TeX">L_0</formula>
<note type="editorial" resp="#pass">les appels (25), (26), (27), ajoutés à la main dans le texte et répétés en marge, renvoient à des notes qui ne figurent pas dans ce lot. Dans (b), la frappe porte « <formula notation="TeX">\theta(d(x_1) = \mathrm{int}(x_1)</formula> » ; il manque une parenthèse fermante, laissée telle quelle.</note></p>
<pb n="58" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=59"/><p><note type="editorial" resp="#pass">pagination de la lettre : « -13- », surchargée en 43.</note>
operates on <formula notation="TeX">L_1</formula> leaving <formula notation="TeX">\pi_1</formula> invariant, and it operates <hi rend="italic">via</hi> <formula notation="TeX">\pi_0</formula>. The principal cohomological invariant of this situation is evidently the Postnikoff-Sinh invariant
<formula notation="TeX" rend="display">\alpha \in H^3(\pi_0, \pi_1) .</formula>
I have met these animals – without even looking for them – in many situations, which I will not list now (I came across them recently <hi rend="italic">a propos</hi> the classification of « ordinary » formal groups over a perfect field, in terms of <hi rend="italic">affine</hi> algebraic groups, and <hi rend="italic">commutative</hi> formal groups, related by the strict Gr-structures of this type (except that one has to use this formalism in an arbitrary topos (not merely in <del><gap reason="illegible"/></del> <add>(Sets)</add>) – to make explicit the yoga that « the transcendent character of a formal group is concentrated essentially in the commutative formal groups », discovered it seems by Dieudonné …). The question which I wish to raise is the generalisation to groups in (<formula notation="TeX">n</formula>-cat), where I expect to find a non-commutative chain complex
<formula notation="TeX" rend="display">L_n \to L_{n-1} \to \cdots \to L_1 \to L_0 \to 1</formula>
with supplementary structures doubtless of the type of <formula notation="TeX">\theta</formula>, but what are they? It is understood that the topological significance of <del>the</del> <add>such</add> structures is that they express exactly the « truncated homotopy type in <formula notation="TeX">\dim \leqslant n</formula> » of topological groups, <del>and even</del> <add>or equivalently,</add> the homotopy type in <formula notation="TeX">\dim \leqslant n+1</formula> of <del>connected</del> <add>pointed connected</add> topological spaces …). Have you candidates to propose?</p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
<note type="authorial" place="margin">(App. 10)</note>
Your reflections on biduality and homology, <del>are attached to</del> <add>however formal, tie in with</add> a crowd of developments, of which <add>only</add> some <del>only</del> exist at present, and others would demand <del>some</del> considerable <del>development</del> <add>work still</add>. Here are the reminiscences which your naive questions bring to mind:</p>
<p>(A) The formalism of the <formula notation="TeX">Rf_!</formula>, <formula notation="TeX">Rf^!</formula> (combined with <formula notation="TeX">Rf_*</formula>, <formula notation="TeX">Lf^*</formula>, <formula notation="TeX">\overset{\mathbb{L}}{\otimes}</formula> and <formula notation="TeX">\mathbb{R}\mathrm{Hom}</formula>, « the six operations ») carries implicitly in itself the definition of homology and the essential identit<del>ies that underly a</del><add>y between</add> homology and cohomology. One now has this formalism for quasi-coherent sheaves on schemes – seminar Hartshorne (Springer L.N. 20) – for the topological spaces and arbitrary sheaves of
<note type="editorial" resp="#pass">le mot rayé avant « (Sets) » est noirci et illisible. Des astérisques de sa main surmontent « biduality » et « homology » ; leur renvoi n'est pas sur la page. Les indices et exposants « ! » sont tracés à la main.</note></p>
<pb n="59" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=60"/><p><note type="editorial" resp="#pass">pagination de la lettre : « -14- », surchargée en 44.</note>
coefficients – Verdier, <hi rend="italic">exposé</hi> Bourbaki (SNLM 300) – and for the étale cohomology of schemes for « discrete » coefficients (<del>with</del> « <formula notation="TeX">\ell</formula>-adic » <add>or</add> torsion) prime to the residual characteristics <add>(</add>SGA 5<add>)</add>, finally, for coherent sheaves on analytic spaces <add>(</add>Verdier-Ruget<add>)</add>. (The formalism remains to be develop<del>p</del>ed in the crystalline context, and in characteristic <formula notation="TeX">0</formula> in the context of <add>stratified</add> modules <del>stratifications and</del> <add>with</add> singularities, à la Déligne, with perhaps – over the field <formula notation="TeX">\mathbb{C}</formula> – the introduction of additional Hodge structures, finally in the context of moti<del>fs</del><add>ves</add>. I am <del>persuaded</del> <add>convinced</add> that it exists <del>in some other places – in all the places, perhaps where</del> <add>about anywhere – maybe, wherever</add> there is a formalism of a cohomological nature.)
<note type="editorial" resp="#pass">« developed » : la frappe porte vraisemblablement « developped », dont la fin est surchargée à la main ; lecture incertaine. La virgule et le tiret de la phrase sur <formula notation="TeX">\mathbb{C}</formula> sont retouchés à la main.</note></p>
<p>Working in étale cohomology on a separated scheme of finite type <del>on</del> <add>over</add> a field <formula notation="TeX">k</formula>, say, with a ring of coefficients <formula notation="TeX">\Lambda</formula> of torsion prime to the characteristic, the complex of sheaves <formula notation="TeX">f^!(\Lambda_e)</formula> (where <formula notation="TeX">f\colon X \to \operatorname{Spec} k = e</formula>) plays the rôle of <hi rend="italic">complex of singular chains on <formula notation="TeX">X</formula> with coefficients in <formula notation="TeX">\Lambda</formula></hi>, and <formula notation="TeX">Rf_!(f^!\Lambda_e)</formula> plays the rôle of a <hi rend="italic">homology</hi> <formula notation="TeX">H_*(X/e)</formula>, <hi rend="italic">vis a vis</hi> of course, of coefficients on <formula notation="TeX">e</formula> which are complexes of <formula notation="TeX">\Lambda</formula>-modules. You can easily justify this assertion with the help of the « global duality theorems », by one or two tricks which I spare you here.
<note type="editorial" resp="#pass">au-dessus du <formula notation="TeX">f</formula> de « where <formula notation="TeX">f\colon X \to \operatorname{Spec} k</formula> » un signe <formula notation="TeX">\wedge</formula> est tracé à la main, sans doute un renvoi d'insertion.</note></p>
<p><hi rend="italic">REMARKS</hi> (1) There is no <add>need to</add> truncat<del>ion</del><add>e</add>, it works in all dimensions.</p>
<p>(2) This is related (at least <del>from a</del> <add>as far as the</add> philosoph<del>ical point of view</del><add>y is concerned</add>) to the fact that for the various types of coefficients (under conditions of « constructibility ») one has a theorem of « biduality », at least if one allows resolution of singularities (but Deligne has told me I believe that he knows a proof without that), with values in a « dualising complex » <formula notation="TeX">K_e</formula> (on <formula notation="TeX">e</formula>), <formula notation="TeX">K_X</formula> (on <formula notation="TeX">X</formula>). If for example <formula notation="TeX">\Lambda</formula> is « self-dualising » (or Gorenstein) for example <formula notation="TeX">\Lambda = \mathbb{Z}/n\mathbb{Z}</formula>, one can take <formula notation="TeX">K_e = \Lambda</formula>, therefore the dualising complex <formula notation="TeX">K_X = f^!(K_e)</formula> is nothing else than the « complex of singular chains with coefficients in <formula notation="TeX">\Lambda</formula> ».</p>
<p>(3) One can do the same thing for coefficients such as <formula notation="TeX">\mathbb{Z}_\ell</formula> (Jouanolou, <add>thesis –</add> non published <del><unclear>thesis</unclear></del>, I fear!).</p>
<pb n="60" facs="https://grothendieck.umontpellier.fr/134-2.pdf#page=61"/><p><note type="editorial" resp="#pass">pagination de la lettre : « -15- », surchargée en 45.</note>
(4) This works <add>also</add> for <formula notation="TeX">f\colon X \to S</formula> finitely presented separated if <formula notation="TeX">f</formula> has the properties of « cohomological local triviality » (<del>enhaut local properties</del> <add>(properties « local upstairs »)</add>) for example <formula notation="TeX">f</formula> <hi rend="italic">smooth</hi>; one finds that <formula notation="TeX">H_*(X/S) = Rf_!f^!(\Lambda_S)</formula>.
<note type="editorial" resp="#pass">dans « <formula notation="TeX">H_*(X/S)</formula> » les parenthèses sont retracées à la main ; des astérisques de sa main sont placés sous la formule.</note></p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
(B) Artin-Mazur have studied in a spirit close to yours the <hi rend="italic">autodualit</hi><del><hi rend="italic">ies</hi></del><add>y</add> of the Jacobian<del>s</del> of a relative curve <formula notation="TeX">X/S</formula>. It is necessary to ask them for precise results, perhaps it works say if <formula notation="TeX">X/S</formula> is proper and flat of relative dimension 1 – in any case it is OK on a discrete valuation ring with smooth <hi rend="italic">generic</hi> fibre. The special fibre<del>s</del> could be very wild. (I have used their results in SGA 7 to prove, in the case of Jacobians, a duality conjecture on the group of connected components associated to the Neron models of abelian varieties dual one to another …)</p>
<p>Towards the end <del>of decade</del> of the 50's (beginning of 60's?), when the grand cohomological stuff (<formula notation="TeX">f_!</formula>, <formula notation="TeX">f^!</formula>, étale cohomology, etc.) just came out from darkness, the course given by Serre on the theory of Rosenlicht and Lang on generalised jacobians and the geometric class field theory (see Serre's book) and later the « geometric » theory of <hi rend="italic">local</hi> class field theory making use of pro-algebraic groups (see his article on this subject), made me reflect on the cohomological formulations of these and other results, which should be of a « geometric » nature, such <del>as</del> <add>that</add> the « arithmetic » results <del>on the</del> <add>over an</add> arbitrary base field (or residual field) <formula notation="TeX">k</formula> (finite, for example) follow immediately by descent from the « geometric » case of base field <formula notation="TeX">\bar{k}</formula>. I exchanged letters with Serre – I don't know if I can find copies – but I recall that <del>he suggested</del> <add>I sketched</add> projects for some ambitious enough theories on generalised residue<del> fields</del><add>s</add>, generalised local jacobians, etc., in at least three different directions. But I have never, in spite of numerous attempts, <del>come to a satisfactory – position with regard to</del> <add>succeeded in mobilizing someone for developing one of</add> these programmes. Here <del>are several</del> <add>a few</add> words on them:</p>
<p><note type="authorial" place="margin"><unclear>espacer</unclear></note>
<note type="authorial" place="margin">(App. 11)</note>
<del>In the situation</del> <add>(C) In the situation</add> where <formula notation="TeX">X</formula> is of finite type <del>on a</del> <add>over a</add> <hi rend="italic">field</hi> <formula notation="TeX">k</formula>, construction of a complex of generalised jacobians <formula notation="TeX">J_{*X/k}</formula> (of length equal to <formula notation="TeX">\dim X</formula>). This is a complex of affine <add>commutative pro-</add>algebraic <del>pro</del>groups on <formula notation="TeX">k</formula>, with the exception of
<note type="editorial" resp="#pass">la lettre continue au-delà de ce lot. Le chiffre de l'appel « (App. 11) » est surchargé et lu avec doute ; les marques marginales lues « espacer » (pp. 45, 46, 51, 54, 58, 60) accompagnent des crochets et des flèches qui délimitent des alinéas, et paraissent des consignes de mise en page.</note></p>
</div>
      </div>
    </body>
  </text>
</TEI>
