Cote n° 156-2 · pages 1–18 · Lecture modernisée · [Chapitre] II. Réalisations topologiques des réseaux : notes manuscrites (06/06/1986) — lecture modernisée du dossier entier
Datation de l’inventaire : 1986
Édition de démonstration — interprétation personnelle de l'œuvre

Résumé

Un segment a deux bouts, et tout point intérieur le coupe en deux segments plus petits. Un cercle n'a pas de bouts, mais si on le coupe en un point, on obtient un segment dont les deux bouts sont deux copies du point de coupure. Ces deux gestes — couper un objet entre ses bouts, et ouvrir une boucle en la coupant — sont ce que ces dix-huit feuillets, écrits les 6 et 7 juin 1986, cherchent à formuler pour des espaces topologiques quelconques, sans supposer qu'ils soient des variétés ni même triangulés.

La première notion est la faille : un espace \(X\) muni de deux parties fermées disjointes \(A\) et \(B\), ses bouts, qui se comporte « comme un segment » du point de vue de la connexité — ôter un bout ne déconnecte pas l'espace, et près de chaque bout l'espace a la forme d'un cône. Un cylindre \(S^{1} \times [0,1]\) avec ses deux cercles de bord en est l'exemple type, une boule avec deux points de son bord en est un autre. Dans une faille, un lieu est une partie qui la coupe en deux failles, l'une du côté de \(A\), l'autre du côté de \(B\) : un cercle horizontal dans le cylindre. Les lieux s'ordonnent de \(A\) vers \(B\), et découper une faille par plusieurs lieux revient à recoller bout à bout plusieurs failles. Qui connaît les cobordismes reconnaîtra leur composition, mais ici rien n'est lisse et l'on ne parle que d'espaces.

La seconde notion est la maille. Près d'une partie fermée \(A\) de \(X\), l'espace privé de \(A\) peut avoir plusieurs « côtés » : ce sont les rives de \(A\). Une hypersurface bilatère a deux côtés ; l'âme d'un ruban de Möbius n'en a qu'un, bien qu'elle coupe le ruban en deux près de chacun de ses points. Choisir une partition des rives en deux, puis couper \(X\) le long de \(A\) en dédoublant \(A\), donne un nouvel espace qui a deux bouts, copies de \(A\) ; si c'est une faille, on dit que \(A\) est le nœud d'une maille. Le cercle coupé en un point est la plus simple ; un anneau coupé le long d'un rayon en est une autre.

Le titre annonce des « réseaux », et l'on devine l'intention : bâtir des espaces en recollant failles et mailles, comme on bâtit un graphe avec des arêtes et des boucles. Les feuillets n'y arrivent pas ; ils s'arrêtent sur la question de savoir quand deux mailles d'un même espace sont compatibles. Mais les briques sont posées, et plusieurs remarques en marge — « Faux ! idiot ! », « Faux … déjà dans le cas des segments ! » — montrent un auteur qui essaie des énoncés et les retire aussitôt qu'un exemple simple les défait.

Keywords — conelike neighbourhood, regular neighbourhood, cobordism, non-cut point, bicollared embedding, generalized Schoenflies theorem, Stone duality, two-sided hypersurface, cutting along a subspace

Le fil du dossier, et les conventions

  1. 1.Immersion régulière (pages 1 et 2).
  2. 2.Failles topologiques (pages 2 à 4).
  3. 3.Lieux, et découpage d'une faille (pages 4 à 7).
  4. 4.L'ordre des lieux (pages 8 et 9).
  5. 5.Existence, et conditions sur les lieux (pages 10 à 13).
  6. 6.Rives et bi-rives (pages 14 et 15), sous le titre « 2) Boucle topologique » daté du 7 juin.
  7. 7.Mailles (pages 16 à 18).

Les feuillets portent sa pagination 1 à 18, qui coïncide avec celle des archivistes. La page 1 porte en angle « GF II » : c'est le chapitre II d'un texte dont le dossier 156-1, « Vers une géométrie des formes (topologiques) », daté de la veille, est le chapitre I.

Conventions. Pour une partie fermée \(A\) d'un espace \(X\), \(X/A\) est l'espace obtenu en contractant \(A\) en un point \(a\). \(\mathrm{C}(S) = S \times [0,1] / S \times \{0\}\) est le cône sur \(S\), de sommet \(o\). Une faille est notée \(F = (X, \{A,B\})\), \(U = X \smallsetminus (A \cup B)\), et \(X'\) la faille réduite obtenue en contractant \(A\) et \(B\) en \(a\) et \(b\). Pour un lieu intérieur \(C\), \(X \smallsetminus C = U_{A,C} \sqcup U_{B,C}\), \(X_{A,C} = \overline{U_{A,C}} \cup C\) et \(F_{A,C} = (X_{A,C}, \{A,C\})\). \(\mathrm{Comp}(Z)\) est l'anneau booléen des parties ouvertes et fermées de \(Z\). Le mot « disjoints », appliqué à deux lieux, a toujours le sens fixé à la page 8, plus fort que l'intersection vide.

Ce que le dossier annonce et n'établit pas : les équivalences de catégories des pages 7 à 9 entre failles munies de lieux et chaînes de failles recollées ; l'affirmation de la page 7 que tout lieu d'une faille composante est un lieu de la faille ; la symétrie de la compatibilité de deux mailles, sur laquelle le texte s'arrête (page 18) ; les réseaux du titre.

1–2

Immersion régulière (pages 1 et 2)

Soit \(X\) un espace topologique et \(A \subset X\) une partie fermée non vide1 . Si \(X' \subset X\) contient \(A\), l'application \(X'/A \to X/A\) identifie \(X'/A\) à un sous-espace de \(X/A\) : les fermés de \(X'/A\) correspondent aux fermés \(Y'\) de \(X'\) tels que \(Y' \cap A \in \{\emptyset, A\}\), et ce sont les traces sur \(X'\) des fermés de \(X\) ayant la même propriété.

On dit que \(A\) est régulièrement immergé dans \(X\) si le point \(a\) possède dans \(X/A\) un voisinage fermé \(V\) muni d'un homéomorphisme \(h : V \simeq \mathrm{C}(S)\) envoyant \(a\) sur le sommet, où \(S\) est un espace2 , et tel que \(V \smallsetminus B\) soit ouvert dans \(X/A\), où \(B = h^{-1}(S \times \{1\})\) est le bord de \(V\)3 . La structure conique fournit les \(V_{t} = h^{-1}(\mathrm{C}_{t}(S))\), \(0 < t \leq 1\), tous homéomorphes à \(V\), qui forment un système fondamental de voisinages de \(a\). Leurs images réciproques \(W_{t}\) dans \(X\) forment alors un système fondamental de voisinages de \(A\) — tout ouvert de \(X\) contenant \(A\) est saturé pour la contraction, donc provient d'un ouvert de \(X/A\). Le bord \(S_{t}\) de \(W_{t}\) est fermé, et \[ X \smallsetminus S_{t} = W_{t}^{\circ} \sqcup (X \smallsetminus W_{t}) \] est une somme topologique de l'intérieur et de l'extérieur de \(W_{t}\).

La notion est locale : elle ne dépend que d'un voisinage de \(A\). Elle a encore un sens pour \(A = \emptyset\), où \(X/\emptyset = X \sqcup \{a\}\) et le cône est sur l'espace vide. Elle est vraie, dit la page, pour une sous-variété d'une variété4 .

Le nom actuel le plus proche est celui de voisinage conique ou de voisinage régulier5 . On notera que la condition porte sur \(X/A\) et non sur \(X\) : \(A\) lui-même peut être un espace sauvage, seul compte le voisinage une fois \(A\) écrasé.

2–4

Failles topologiques (pages 2 à 4)

Définition. Une faille topologique est un couple \((X, \{A,B\})\) formé d'un espace \(X\) et d'une paire de parties de \(X\) tels que :

  1. a)\(A\) et \(B\) sont fermés et non vides, et les points \(a \in X/A\), \(b \in X/B\) ne sont pas isolés ;
  2. b)\(A \cap B = \emptyset\) ;
  3. c)\((X \smallsetminus A)/B\) et \((X \smallsetminus B)/A\) sont connexes ;
  4. d)\(A\) et \(B\) sont régulièrement immergés.

\(A\) et \(B\) sont les bouts de la faille. Comme \(a\) n'est pas isolé, \(A\) n'est pas ouvert, et de même pour \(B\) ; donc \(X \neq A \cup B\), et \(U = X \smallsetminus (A \cup B)\) n'est pas vide.

La condition c) admet une variante :

  1. c')l'adhérence de toute composante connexe \(U_{i}\) de \(U\) rencontre \(A\) et rencontre \(B\).6

On a c') \(\Rightarrow\) c), et la réciproque est vraie si \(U\) n'a qu'un nombre fini de composantes connexes, ce qui est le cas « modéré »7 .

La faille est réduite si \(A\) et \(B\) sont des points \(a\) et \(b\). En contractant les deux bouts on obtient \(X' = X/A/B\), et \((X, \{A,B\})\) est une faille si et seulement si \((X', \{a,b\})\) en est une. Pour une faille réduite, les conditions se lisent : \(a\) et \(b\) ne sont pas isolés, \(a \neq b\), \(X' \smallsetminus \{a\}\) et \(X' \smallsetminus \{b\}\) sont connexes, et \(a\), \(b\) ont des voisinages coniques. Une faille réduite est donc connexe, puisque \(X' \smallsetminus \{b\}\) est connexe et dense. En revanche \(X' \smallsetminus \{a,b\}\) ne l'est pas nécessairement : le cercle muni de deux points en est l'exemple8 .

Qu'on puisse contracter les bouts sans rien perdre est la raison pour laquelle presque tout ce qui suit se démontre « on peut supposer \(A\), \(B\) réduits à des points ».

4–7

Lieux, et découpage d'une faille (pages 4 à 7)

Définition

Définition. Un lieu de la faille \((X, \{A,B\})\) est une partie fermée \(C\) de \(X\) telle que ou bien \(C \in \{A, B\}\), ou bien \(C \subset U\) et : il existe une décomposition de \(X \smallsetminus C\) en somme topologique de deux sous-espaces \[ X \smallsetminus C = U_{A,C} \sqcup U_{B,C}, \qquad A \subset U_{A,C}, \quad B \subset U_{B,C}, \] avec \(U_{A,C}/A\) et \(U_{B,C}/B\) connexes.

Autrement dit, dans la faille réduite, \(X' \smallsetminus C\) a exactement deux composantes connexes, l'une contenant \(a\) et l'autre \(b\) ; la décomposition est donc unique9 . Un lieu intérieur est non vide, puisque \(X'\) est connexe.

On pose \(X_{A,C} = \overline{U_{A,C}} \cup C\) et \(X_{B,C} = \overline{U_{B,C}} \cup C\).

Les deux moitiés sont presque des failles

Proposition (page 5). \((X_{A,C}, \{A,C\})\) satisfait les conditions a), b), c) des failles, et de même \((X_{B,C}, \{B,C\})\).

On se ramène au cas où \(A\), \(B\), \(C\) sont des points \(a\), \(b\), \(c\). Comme \(U_{a,c}\) est ouvert et fermé dans \(X \smallsetminus \{c\}\), son adhérence est contenue dans \(U_{a,c} \cup \{c\}\).

a) \(a\) n'est pas isolé dans \(X_{a,c}\), qui contient un voisinage de \(a\) dans \(X\). Si \(c\) l'était, \(U_{a,c}\) serait fermé dans \(X\) ; il est ouvert ; il serait ouvert et fermé, non vide et distinct de \(X\), contre la connexité de \(X\).

c) \(X_{a,c} \smallsetminus \{c\} = U_{a,c}\) est connexe par hypothèse. Si \(X_{a,c} \smallsetminus \{a\}\) ne l'était pas, il contiendrait une partie \(P\) ouverte et fermée, non vide, ne contenant pas \(c\). Fermée dans \(X_{a,c} \smallsetminus \{a\}\), qui est fermé dans \(X \smallsetminus \{a\}\), et ouverte dans l'ouvert \(U_{a,c} \smallsetminus \{a\}\) de \(X\), elle serait ouverte et fermée dans \(X \smallsetminus \{a\}\), qui ne serait pas connexe — absurde10 .

b) est clair. Il ne manque, pour avoir une faille, que la condition d) d'immersion régulière du nouveau bout \(C\).

La condition qui manque

Lemme (page 6). Soit \(Z\) un espace réunion de deux parties fermées \(Z'\) et \(Z''\) telles que \(Z' \cap Z'' = \{c\}\). Pour que \(c\) ait un voisinage conique dans \(Z\), il faut et il suffit qu'il en ait un dans \(Z'\) et dans \(Z''\).

L'hypothèse \(Z = Z' \cup Z''\) n'est pas écrite, mais c'est ainsi que le lemme sert11 . Appliqué à \(X' / C = X_{A,C}/C \cup X_{B,C}/C\), il dit que si l'on ajoute à la définition d'un lieu intérieur la condition « \(C\) est régulièrement immergé dans \(X\) », les deux moitiés \(F_{A,C}\) et \(F_{B,C}\) sont des failles. C'est ce que la page décide : on exige désormais cette condition.

Exemple. Pour \(t\) assez petit, les bords \(S_{A,t}\) des voisinages coniques \(W_{t}\) de \(A\) sont des lieux de la faille12 .

Découper et recoller

Un lieu intérieur \(C\) de \(F = (X, \{A,B\})\) décompose la faille en deux failles \(F_{A,C}\) et \(F_{B,C}\), et \(X = X_{A,C} \cup_{C} X_{B,C}\). La page affirme que tout lieu d'une faille composante est un lieu de \(F\), et que la catégorie des failles munies d'un lieu intérieur, avec les homéomorphismes, est équivalente à celle des paires de failles munies d'un homéomorphisme entre un bout de l'une et un bout de l'autre13 . C'est, sans aucune structure lisse, la forme de la composition des cobordismes14 .

Lemme (page 7). Soient \(C \neq D\) deux lieux de \(F\) distincts des bouts. Alors \(D\) est un lieu de \(F_{B,C}\) si et seulement si \(C\) est un lieu de \(F_{A,D}\) ; et, en échangeant les rôles de \(A\) et \(B\), \(D\) est un lieu de \(F_{A,C}\) si et seulement si \(C\) est un lieu de \(F_{B,D}\).

Il suffit de prouver une implication, l'autre s'obtenant en échangeant \(A\) et \(B\), \(C\) et \(D\) ; et l'on peut supposer \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) réduits à des points. Si \(c\) est un lieu de \(X\) et \(d\) un lieu de \(X_{c,b}\), on a \[ X = X_{a,c} \amalg_{c} X_{c,b}, \qquad X_{c,b} = X_{c,d} \amalg_{d} X_{d,b}, \qquad \text{donc} \qquad X = \underbrace{X_{a,c} \amalg_{c} X_{c,d}}_{X_{a,d}} \amalg_{d} X_{d,b}, \] et \(c\) est un lieu de \(X_{a,d}\)15 .

8–9

L'ordre des lieux (pages 8 et 9)

Définition (page 8). Deux lieux \(C\) et \(D\) sont disjoints si : lorsque l'un d'eux est un bout, \(C \neq D\) ; sinon, \(C \neq D\) et \(D\) est un lieu de \(F_{A,C}\) ou de \(F_{B,C}\) — ce qui, par le lemme de la page 7, équivaut à ce que \(C\) soit un lieu de \(F_{B,D}\) ou de \(F_{A,D}\). La relation est symétrique.

Deux lieux disjoints en ce sens ont une intersection vide, mais la réciproque est fausse16 : la relation de la page 8 dit que les deux lieux sont emboîtés, l'un du côté de \(A\) par rapport à l'autre.

Une faille orientée est une faille dont on a choisi un bout pour origine ; on écrit \(F = (X, (A,B))\), et \(\mathrm{or}(F) = A\), \(\mathrm{ex}(F) = B\). Pour un lieu \(C\) on pose \(\mathcal{F}_{C}\) l'ensemble des lieux de \(F_{A,C}\) si \(C\) est intérieur, \(\mathcal{F}_{A} = \{A\}\)17 , et l'on écrit \[ C \leq D \iff \mathcal{F}_{C} \subset \mathcal{F}_{D} \iff C \in \mathcal{F}_{D}. \] C'est une relation d'ordre — l'antisymétrie vient de ce que \(F_{A,C} = F_{A,D}\) entraîne \(C = D\), comme le dit la marge — et deux lieux sont disjoints si et seulement si \(C < D\) ou \(D < C\). Changer l'orientation remplace l'ordre par l'ordre opposé.

Proposition (page 9). L'ensemble ordonné \(\mathcal{L}\) des lieux d'une faille orientée satisfait :

  1. a)il a un plus petit élément \(\alpha = A\) et un plus grand élément \(\beta = B\), distincts ;
  2. b)pour tout \(x \neq \beta\), l'ensemble des \(y > x\) est filtrant décroissant ;
  3. b')pour tout \(x \neq \alpha\), l'ensemble des \(y < x\) est filtrant croissant ;
  4. c)si \(x < y\), il existe \(z\) avec \(x < z < y\) (divisibilité).

La page énonce ces propriétés sans démonstration ; elles résultent de l'exemple de la page 618 . L'ordre n'est pas total : deux cercles ondulés qui se croisent sur un cylindre sont deux lieux non comparables. Ce qui est vrai, et qu'on lit dans la parenthèse de la page 9, c'est qu'une famille de lieux deux à deux disjoints est totalement ordonnée19 .

Enfin, découper une faille orientée par \(n\) lieux intérieurs deux à deux disjoints \(x_{1} < \dots < x_{n}\) revient à se donner \(n+1\) failles orientées recollées bout à bout : la page affirme l'équivalence de cette catégorie avec celle des systèmes \[ (F_{1}, \dots, F_{n+1};\; h_{21}, \dots, h_{n+1,n}), \qquad h_{i+1,i} : \mathrm{ex}(F_{i}) \xrightarrow{\ \simeq\ } \mathrm{or}(F_{i+1}), \] de \(n+1\) failles orientées et de \(n\) homéomorphismes de recollement, le cas \(n = 2\) étant écrit à la page 8.

10–13

Existence, et conditions sur les lieux (pages 10 à 13)

Quels espaces portent une faille

Un espace compact triangulé admet une structure de faille réduite si et seulement s'il est connexe et non réduit à un point.

« C'est gros ! », dit la page, et c'est juste20 . La page ajoute qu'il y en a alors une infinité, et que la structure est unique pour le segment, et pour lui seul. La seconde affirmation est exactement le théorème de caractérisation de l'arc : un continu métrique qui a exactement deux points de non-coupure est un arc. La première demande une réserve : un arbre fini à \(k\) feuilles n'a que \(k(k-1)/2\) structures de faille réduite, une par paire de feuilles21 .

Deux essais retirés

La page considère la relation d'équivalence entre structures de faille orientée sur \(X\) engendrée par : \((A,B) \sim (A',B')\) si \(A \subset A'\) et \(B \subset B'\). Elle affirme d'abord que si \((X, \{A,B\})\) est une faille et \(A \subset A'\), \(B \subset B'\) sont fermés, régulièrement immergés et disjoints, alors \((X, \{A',B'\})\) est une faille — et barre l'énoncé, avec en marge « Faux ! idiot ! » : grossir un bout peut déconnecter le complémentaire de l'autre. Elle affirme ensuite que deux structures de faille orientée sur un \(X\) triangulé sont toujours équivalentes, et note en marge « Faux (cas orienté !) déjà dans le cas des segments ! ». En effet, sur \([0,1]\), chaque pas de la relation garde \(0\) dans l'origine ; les orientations \(([0,\alpha], [\beta,1])\) et \(([\beta,1], [0,\alpha])\) ne sont pas équivalentes.

Imposer une propriété aux bouts et aux lieux

On peut exiger de \(A\), \(B\) et des lieux une propriété \(P\) intrinsèque — être connexes, contractiles, homéomorphes à un espace donné — et ne considérer que l'ensemble \(\mathcal{L}_{P}\) des lieux qui la possèdent. Pour que \(\mathcal{L}_{P}\) garde les propriétés a) à c) de la page 9, il est bon d'imposer \(P\) aussi aux bords \(S_{A}\), \(S_{B}\) des voisinages coniques des bouts, et, pour un lieu intérieur \(C\), aux bords de ses voisinages coniques dans \(X_{A,C}\) et dans \(X_{B,C}\). Exemples :

  1. 1)Être réduit à un point. On retrouve la théorie des segments topologiques ordonnés : les lieux sont les points intérieurs, l'ordre est celui du segment.
  2. 2)Être homéomorphe à \(B^{n-1}\)22 . On trouve la théorie de la décomposition de \(I \times B^{n-1} \simeq B^{n}\), de bouts \(\{0\} \times B^{n-1}\) et \(\{1\} \times B^{n-1}\), par des lieux homéomorphes à \(B^{n-1}\) ; ou, en contractant les bouts, d'une boule munie de deux points de son bord.
  3. 3)Être homéomorphe à \(S^{n}\). Sur \(S^{n+1}\) munie de deux points distincts \(a\), \(b\), on trouve la théorie de la décomposition par des sphères \(S^{n}\) ; pour \(n = 0\), un cercle coupé par des paires de points.

On peut enfin exiger qu'un lieu intérieur \(C\) ait un voisinage homéomorphe à \(C \times {]-1,1[}\), avec \(C = C \times \{0\}\), et les deux « rives » \(C \times {]-1,0[}\) et \(C \times {]0,1[}\) contenues respectivement dans \(X_{A,C}\) et \(X_{B,C}\). C'est la notion de plongement bicollier23 .

14–15

Rives et bi-rives (pages 14 et 15)

Cette partie ouvre, le 7 juin, un deuxième paragraphe intitulé « Boucle topologique »24 .

Pour un espace \(Z\), soit \[ \mathrm{Comp}(Z) = \mathrm{Hom}_{\mathrm{cont}}(Z, \{0,1\}) = \Gamma(Z, \mathbf{F}_{2,Z}), \] l'anneau booléen des parties ouvertes et fermées de \(Z\). Pour une partie fermée \(A\) de \(X\), d'ouvert complémentaire \(j : U = X \smallsetminus A \hookrightarrow X\), on pose \[ \mathrm{Riv}(A,X) = \varinjlim_{V \supset A} \mathrm{Comp}(V \smallsetminus A) = \varinjlim_{V \supset A} \Gamma(V, j_{*}\mathbf{F}_{2,U}), \] la limite inductive portant sur les voisinages \(V\) de \(A\)25 . Ses éléments sont les rives de \(A\) : des germes, le long de \(A\), de parties ouvertes et fermées de \(X \smallsetminus A\).

Si \(A\) est régulièrement immergé, les \(W_{t} \smallsetminus A \simeq S_{A} \times {]0,t]}\) sont cofinaux, et \[ \mathrm{Riv}(A,X) \simeq \mathrm{Comp}(S_{A}). \]

Si \(X\) est paracompact, pour tout faisceau \(\mathcal{G}\) sur \(X\) et tout fermé \(A\), \(\Gamma(A, \mathcal{G}|_{A}) = \varinjlim_{V \supset A} \mathcal{G}(V)\)26 .

Le découpage. Soit \(\widetilde{A} \to A\) le spectre de Stone relatif du faisceau d'anneaux booléens \((j_{*}\mathbf{F}_{2,U})|_{A}\) : au-dessus de \(x \in A\), ses points sont ceux du spectre de la fibre, c'est-à-dire, grossièrement, les côtés de \(X \smallsetminus A\) au voisinage de \(x\)27 . On a \[ \mathrm{Comp}(\widetilde{A}) \simeq \Gamma(A, (j_{*}\mathbf{F}_{2,U})|_{A}), \] d'où une application canonique \[ (*) \qquad \mathrm{Riv}(A,X) \longrightarrow \mathrm{Comp}(\widetilde{A}), \] toujours injective, et bijective si \(X\) est paracompact28 . Dans ce cas, choisir une rive, c'est choisir une partie ouverte et fermée de \(\widetilde{A}\). On pense à \(\widetilde{A}\) comme au bord de l'espace obtenu en coupant \(X\) le long de \(A\) : pour une hypersurface bilatère, \(\widetilde{A} = A \times \{\pm 1\}\) ; pour l'âme d'un ruban de Möbius, \(\widetilde{A}\) est le revêtement connexe de degré 2 du cercle.

Définition (page 15). Une bi-rive de \(A\) est une paire \(\beta = \{\rho, \rho'\}\) d'éléments de \(\mathrm{Riv}(A,X)\) tels que \(\rho + \rho' = 1\) — une décomposition en deux morceaux de \(X \smallsetminus A\) au voisinage de \(A\). Elle est triviale si \(\{\rho, \rho'\} = \{0,1\}\). On dit que \(A\) déconnecte localement \(X\) s'il existe une bi-rive non triviale.

Dans un anneau booléen, \(\rho = \rho'\) et \(\rho + \rho' = 1\) imposent \(1 = 0\), ce qui arrive seulement si \(A\) est ouvert ; une bi-rive a donc deux éléments distincts dès que \(A\) n'est pas ouvert29 . Une bi-rive découpe \(\widetilde{A} = \widetilde{A}_{1} \sqcup \widetilde{A}_{2}\). Pour une hypersurface bilatère connexe, \(\mathrm{Riv}(A,X)\) a quatre éléments, \(0\), \(1\) et les deux côtés, qui forment une bi-rive non triviale. L'âme \(A\) du ruban de Möbius coupe le ruban en deux près de chacun de ses points, mais le bord de son voisinage tubulaire est un cercle connexe : \(\mathrm{Riv}(A,X) = \{0,1\}\), et il n'y a pas de bi-rive non triviale. C'est une hypersurface unilatère.

16–18

Mailles (pages 16 à 18)

Soit \(A\) fermé dans \(X\) et \(\beta = \{\rho, \rho'\}\) une bi-rive. On note \(\widetilde{X}\) l'espace \(X\) coupé le long de \(A\), qui contient \(\widetilde{A}\) et s'envoie sur \(X\) en envoyant \(\widetilde{A}\) sur \(A\)30 . On contracte ensuite chacune des deux moitiés \(\widetilde{A}_{1}\), \(\widetilde{A}_{2}\) sur \(A\) : \[ \overline{X} = \mathrm{Dec}_{\beta}(A, X) = \widetilde{X} \amalg_{\widetilde{A}_{1}} A \amalg_{\widetilde{A}_{2}} A . \] C'est le découpage de \(X\) par \(\beta\). Il contient une partie canoniquement isomorphe à \(A \times \beta\), réunion de deux copies \(A_{\rho}\), \(A_{\rho'}\) de \(A\), et l'application \(\overline{X} \to X\) induit un homéomorphisme \[ \overline{X} \smallsetminus (A_{\rho} \cup A_{\rho'}) \xrightarrow{\ \simeq\ } X \smallsetminus A \] et, sur \(A \times \beta\), la projection \(A \times \beta \to A\).

Définition (pages 16 et 17). On dit que \((A, \beta)\) définit sur \(X\) une structure de maille de nœud \(A\) et de bi-rive \(\beta\) si \((\overline{X}, \{A_{\rho}, A_{\rho'}\})\) est une faille topologique. Orienter la maille, c'est orienter cette faille, c'est-à-dire choisir \(\rho\) ou \(\rho'\).

La page 16 formulait d'abord la condition sur \((\widetilde{X}, \{\widetilde{A}_{1}, \widetilde{A}_{2}\})\), avec « \(A\) régulièrement immergé dans \(X\) », en notant que \(\widetilde{A}\) l'est alors dans \(\widetilde{X}\)31 . Une maille est ainsi un espace obtenu en recollant les deux bouts d'une faille par un homéomorphisme : le cercle, obtenu d'un segment ; l'anneau, obtenu d'un carré en recollant deux côtés opposés, de nœud un rayon. En termes actuels, le nœud d'une maille est une hypersurface bilatère non séparante32 .

Deux mailles compatibles

Soient \((A_{1}, \beta_{1})\) et \((A_{2}, \beta_{2})\) deux structures de maille sur \(X\), \(\beta_{i} = \{\rho_{i}, \rho'_{i}\}\). On dit qu'elles sont compatibles si :

  1. a)\(A_{1} \cap A_{2} = \emptyset\), de sorte que \(A_{2}\) s'identifie à une partie de \(\overline{X}^{(A_{1}, \beta_{1})} \smallsetminus A_{1} \times \beta_{1}\) ;
  2. b)\(A_{2}\) est un lieu de la faille \(\overline{X}^{(A_{1}, \beta_{1})}\) ;
  3. c)si \(U\) et \(V\) sont les deux parties de \(\overline{X}^{(A_{1},\beta_{1})} \smallsetminus (A_{1} \times \beta_{1} \cup A_{2})\) que découpe ce lieu, la paire \(\{U, V\}\) définit à la fois la bi-rive \(\beta_{1}\) de \(A_{1}\) et la bi-rive \(\beta_{2}\) de \(A_{2}\)33 .

Le croquis de la page 17 est un anneau coupé par deux rayons, l'un en haut de nœud \(A\), l'autre en bas, les deux moitiés étant \(U\) et \(V\). La page 18 affirme que cette condition est en fait symétrique en les deux nœuds \((A_{i}, \beta_{i})\), et le texte s'arrête là34 .

Notes

  1. « non vide » est ajouté au-dessus de la ligne ; la remarque (2) de la page 2 examine pourtant le cas \(A = \emptyset\), voir plus bas. ↩
  2. La page qualifie \(S\) d'un mot lu « compact » avec doute. Rien de ce qui suit ne s'en sert, sinon pour que le cône \(\mathrm{C}(S)\), pris avec la topologie quotient, soit un voisinage raisonnable de son sommet ; on ne l'impose pas. ↩
  3. La lettre \(S\) est écrite en surcharge sur un \(B\) : le bord de \(V\) et la base du cône se correspondent par \(h\). ↩
  4. L'énoncé de la page est en partie illisible. Pour une sous-variété fermée lisse \(A\) d'une variété lisse \(X\), sans bord, le fibré en disques normaux \(D(\nu)\) est un voisinage fermé de \(A\), cylindre de l'application \(S(\nu) \to A\) ; son quotient \(D(\nu)/A\) est le cône \(\mathrm{C}(S(\nu))\) sur le fibré en sphères, avec la topologie quotient. C'est l'hypothèse sous laquelle on la tient pour vraie ici. ↩
  5. Les voisinages réguliers de J. H. C. Whitehead (1939) en topologie PL, les espaces localement coniques de L. Siebenmann (1972), et plus généralement les espaces stratifiés, sont les cadres où cette condition est d'usage. Grothendieck en connaissait l'esprit : l'Esquisse d'un programme (1984) réclame une « topologie modérée » précisément pour ce genre d'objets. Les feuillets ne citent personne. ↩
  6. Le corps de la page écrit « \(U_{i}\) rencontre \(B\) et rencontre \(A\) », ce qui est impossible puisque \(U_{i} \subset U\) ; la marge corrige en \(\overline{U_{i}}\). ↩
  7. Les démonstrations ne sont pas sur la page. c') \(\Rightarrow\) c) : une partie ouverte et fermée de \((X \smallsetminus A)/B\) qui ne contient pas \(b\) contient chaque \(U_{i}\) qu'elle rencontre, donc son adhérence, donc un point de \(B\) — contradiction. Réciproque : si \(U\) n'a qu'un nombre fini de composantes, chacune est ouverte et fermée dans \(U\) ; une composante dont l'adhérence ne rencontre pas \(B\) serait ouverte et fermée dans \(X \smallsetminus A\) et saturée, et déconnecterait \((X \smallsetminus A)/B\). ↩
  8. La marge écrit « mais pas néc. », d'une abréviation lue avec doute ; la sphère \(S^{2}\) munie de deux points, dont le complémentaire est connexe, montre qu'on ne peut pas dire mieux. ↩
  9. La page amorce « et ceci détermine \(U_{A,C}\), \(U_{B,C}\) de façon unique, comme les composantes connexes de \(X' \smallsetminus C\) qui contiennent » et s'interrompt ; la marge le dit en toutes lettres. Une note oblique, en partie raturée, ajoute quelque chose sur le cas où \(A\) et \(B\) sont connexes. ↩
  10. La page conclut « \(X \smallsetminus \{c\}\) ne serait pas connexe », ce qui n'est pas une contradiction : \(X \smallsetminus \{c\}\) est déconnecté par définition d'un lieu. La contradiction est avec la connexité de \(X \smallsetminus \{a\}\), où l'argument vient de placer \(P\). ↩
  11. Sans elle l'énoncé n'a pas de sens. La démonstration n'est pas sur la page. Suffisance : \(\mathrm{C}(S') \vee_{o} \mathrm{C}(S'') = \mathrm{C}(S' \sqcup S'')\). Nécessité : si \(V \simeq \mathrm{C}(S)\) est un voisinage de \(c\) dans \(Z\), la trace de \(Z'\) sur \(V \smallsetminus \{c\} \simeq S \times {]0,1]}\) y est ouverte et fermée, donc de la forme \(T \times {]0,1]}\) avec \(T\) ouvert et fermé dans \(S\), et \(V \cap Z' \simeq \mathrm{C}(T)\). ↩
  12. Pour \(t\) petit, \(W_{t}\) évite \(B\), puisque les \(W_{t}\) forment un système fondamental de voisinages de \(A\) ; \(W_{t}^{\circ}/A\) est un cône ouvert, donc connexe, et \((X \smallsetminus W_{t})/B\) est connexe parce qu'on peut y rendre le collier \(S \times {]t, 1[}\) à \((X \smallsetminus A)/B\) sans changer ses parties ouvertes et fermées. La page renvoie à une page dont le numéro est illisible. ↩
  13. Ces deux énoncés sont écrits sans démonstration, le second dans une énumération biffée puis reprise en interligne. On ne les démontre pas ici. ↩
  14. Un cobordisme \(W\) entre deux variétés \(\partial_{0} W\) et \(\partial_{1} W\) est une faille \((W, \{\partial_{0}W, \partial_{1}W\})\) dès que ses bords ont des colliers et que les conditions de connexité sont satisfaites, et recoller deux cobordismes le long d'un bord commun est l'opération ci-dessus. La notion de cobordisme remonte à R. Thom (1954) ; sa présentation comme composition dans une catégorie est postérieure à juin 1986 (M. Atiyah, 1988). Le rapprochement est le nôtre. ↩
  15. La page note \(X_{c,b} = X_{b,c}\) par définition. La démonstration s'arrête sur la décomposition, qui est bien le fond de l'affaire : \(X_{a,d} \smallsetminus \{c\}\) est la somme de \(X_{a,c} \smallsetminus \{c\}\) et de \(X_{c,d} \smallsetminus \{c\}\), chacune connexe une fois son bout contracté. Le lemme est réécrit à la page 12, puis barré. ↩
  16. La page 6 annonce « disjoints au sens \(C \cap D = \emptyset\) » pour le seul cas où l'un des lieux est un bout, où les deux notions coïncident. Pour deux lieux intérieurs, \(D \cap C = \emptyset\) ne suffit pas : un lieu n'est pas supposé connexe, et \(D\) peut rencontrer à la fois \(U_{A,C}\) et \(U_{B,C}\). ↩
  17. La valeur pour \(C = B\) est illisible ; la seule qui rende la suite cohérente est l'ensemble de tous les lieux de \(F\). ↩
  18. Pour b), si \(y, y' > x\), les bords \(S_{x,t}\) des petits voisinages coniques de \(x\) évitent le fermé \(y \cup y'\) et sont des lieux compris entre \(x\) et chacun d'eux ; pour c), on applique le même argument dans la faille \(F_{x,y}\). C'est ici que l'exigence d'immersion régulière des lieux, ajoutée à la page 6, est indispensable. ↩
  19. La parenthèse est en grande partie illisible ; seuls « forment une partie totalement ordonnée » se lisent. On l'interprète dans le seul sens où l'énoncé est juste. ↩
  20. La page ne démontre rien. Pour \(X\) connexe, les deux points \(a\), \(b\) doivent être des points de non-coupure ; tout continu non réduit à un point en a au moins deux (R. L. Moore, 1920), et dans un espace triangulé tout point a un voisinage conique, le cône sur son entrelacs. ↩
  21. La page écrit « \(\infty\) de structures de faille réduite ». C'est vrai dès que \(X\) contient un cycle ou une cellule de dimension \(\geq 2\) ; faux pour les arbres. Les structures non réduites, elles, sont toujours en infinité : la marge donne sur \([0,1]\) la famille \(A = [0,\alpha]\), \(B = [\beta, 1]\), \(0 \leq \alpha < \beta \leq 1\), qui ne contredit pas l'unicité de la structure réduite. ↩
  22. La page annonce « être homéomorphe à \(B^{n}\) », mais ce qui est homéomorphe à \(B^{n}\) est l'espace \(X\) ; les bouts et les lieux du croquis, dessiné pour \(n = 2\), sont des \(B^{1}\) (le croquis écrit \(D^{1}\) pour l'un d'eux). ↩
  23. M. Brown (1962) a montré qu'un sous-espace localement bicollier est bicollier ; son théorème de Schoenflies généralisé (1960, et B. Mazur 1959) dit qu'une sphère \(S^{n}\) bicollier dans \(S^{n+1}\) borde deux boules. C'est exactement ce qui fait marcher l'exemple 3). Le mot « rives » apparaît ici pour la première fois ; il devient une notion à la page 14. ↩
  24. Le titre est souligné de deux traits, dont l'un pourrait être une rature ; la page enchaîne aussitôt sur un autre titre, « Rives d'une partie fermée ». ↩
  25. La page note \(i\) l'inclusion de \(U\) ; on écrit \(j\) pour ne pas la confondre avec une immersion fermée. ↩
  26. C'est le théorème de R. Godement (Topologie algébrique et théorie des faisceaux, 1958, II.3.3.1), que la page cite sans référence. ↩
  27. La page écrit \(\widetilde{A} = \mathrm{Spec}(i_{*}\mathbf{F}_{2,U})\) sans préciser ; la lecture comme spectre de Stone relatif est la nôtre, et c'est celle qui rend vraie l'égalité suivante, par la dualité de Stone (1936) fibre à fibre. ↩
  28. L'injectivité n'utilise rien : une section sur \(V\) nulle en germe en chaque point de \(A\) est nulle sur un voisinage ouvert de \(A\). La bijectivité est le théorème de Godement ci-dessus. La page écrit d'abord « bijective », puis ajoute « injective, et » au dessus de la ligne. ↩
  29. La page écrit « si \(A \neq \emptyset\) ». Pour \(A\) ouvert et fermé non vide, \(V = A\) est un voisinage et \(\mathrm{Riv}(A,X) = 0\). ↩
  30. La page 16 se sert de \(\widetilde{X}\) sans le définir ; la page 14 écrit seulement « la paire \((\widetilde{X}, \widetilde{A})\) ». La définition précise, en recollant \(X \smallsetminus A\) et \(\widetilde{A}\) par la topologie des rives, n'est pas sur la page et n'est pas faite ici. ↩
  31. Un premier nom, « bouclage régulier », est biffé au profit de « maille ». La marge dit « réciproque » devant la remarque qu'une paire satisfaisant a), b), c) est une faille dès que \(\widetilde{A}\) est régulièrement immergé. ↩
  32. Le rapprochement est le nôtre. Pour une variété \(X\), une telle hypersurface est la fibre en une valeur régulière d'une application lisse \(X \to S^{1}\), et définit une classe de \(H^{1}(X; \mathbf{Z})\) ; la notion de maille ne demande aucune de ces structures. ↩
  33. La page parle des « deux composantes connexes » ; par définition d'un lieu, ce sont les deux termes de la somme topologique, qui ne sont pas nécessairement connexes. La condition c) commence au bas de la page 17 et s'achève en haut de la page 18. ↩
  34. La symétrie n'est pas démontrée. Elle est plausible : \(U\) et \(V\), vus dans \(X \smallsetminus (A_{1} \cup A_{2})\), ne dépendent pas de l'ordre dans lequel on coupe ; mais b) pour \(A_{1}\) dans \(\overline{X}^{(A_{2},\beta_{2})}\) reste à vérifier. ↩