Cohomologie completée localement analytique des variétés de Shimura et applications de BGG surconvergentes

Locally analytic completed cohomology of Shimura varieties and overconvergent BGG maps

• Auteur / Autrice : Juan Esteban Rodriguez Camargo
• Direction : Vincent Pilloni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 29/06/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Mathématiques Pures et Appliquées (Lyon ; 1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Michael Harris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Pilloni, Michael Harris, Fabrizio Andreatta, Pierre Colmez, Gabriel Dospinescu, Sophie Morel, Wiesława Nizioł, Benjamin Schraen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrizio Andreatta, Peter Scholze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hodge, Théorie de

Cohomologie p-adique

Shimura, Variétés de

Mots clés libres

Théorie de Hodge p-adique

Variétés de Shimura

Représentations localement analytiques

Cohomologie completée

Cohomologie p-adique

Théorie de Hodge

P-adic Hodge theory

Shimura varieties

Locally analytic representations

Completed cohomology

P-adic cohomology

Hodge theory

Résumé

Dans ce manuscrit, nous étudions la structure de Hodge-Tate de la cohomologie proétale des variétés de Shimura. Cette thèse est divisée dans quatre parties. D’abord, nous construisons un modèle entière de la courbe modulaire perfectoïde. Avec ce schema formel, on montre quelques résultats d’annulation de la cohomologie cohérente en niveau infini, et nous donnons une description du dual de la cohomologie completée en termes de formes modulaires intégrales de poids 2 et de traces normalisées. Dans un second temps, on construit l’application surconvergente d’Eichler-Shimura pour le premier groupe de cohomologie cohérente, il s’agit d’un morphisme de la cohomologie surconvergente à support compact de Boxer-Pilloni vers les symboles modulaires localement analytiques d’Ash- Stevens, qui interpole l’application d’Eichler-Shimura classique. Nous réinterpre ́tons les construc- tions précédentes en termes du morphisme des périodes de Hodge-Tate et de la courbe perfectoïde.Ensuite, dans un travail un commun avec Joaquín Rodrigues Jacinto, nous introduisons le concept de représentation localement analytique solide pour un groupe de Lie p-adique compact G. Nous nous inspirons des travaux de Lazard, Schneider-Teitelbaum et Emerton pour réinterpréter la propriété localement analytique dans la catégorie des représentations solides de G, et nous voyons que les objets obtenus peuvent être décrit en termes de modules sur des algèbres de distributions analytiques. En guise d’une application, nous démontrons quelques théorèmes de comparaison entre la cohomologie solide des groupes et la cohomologie de l’algèbre de Lie des vecteurs localement analytiques derivés. Pour finir, nous généralisons à des variétés de Shimura quelconque les travaux de Lue Pan sur la cohomologie complétée localement analytique des courbes modulaires. Le premier point technique est l’existence d’un opérateur de Sen géométrique qui est lié à la correspondence de Simpson p- adique. On montre que cet opérateur calcule la cohomologie proétale des modules sur le faisceau structural complété dans un sens précis. En appliquant cette théorie dans le cas des variétés de Shimura, nous arrivons à réduire le calcule de la cohomologie proétale de certains faisceaux à celui de la cohomologie de Lie des D-modules sur la variété de drapeaux. En particulier, nous prouvons que l’extension des scalaires à Cp de la cohomologie completée localement analytique se calcule comme la cohomologie des sections localement analytiques du faisceau structural de la variété de Shimura de niveau infini en p sur le site analytique. Comme corollaire, on en déduit une version rationnelle des conjectures de Calegari-Emerton sur l’annulation de la cohomologie completée. Ensuite, nous étudions les composantes isotypiques de la cohomologie completée localement analytique pour l’action d’un Borel. En utilisant le dictionnaire entre cohomologie proétale et cohomologie de Lie des faisceaux sur la variété de drapeaux, on arrive à construire des applications de BGG surconvergentes. De plus, nous donnons une preuve locale de la décomposition de Hodge-Tate avec coefficients, en utilisant la résolution BGG-dual et le morphisme des périodes de Hodge-Tate.

In this thesis, we study the Hodge-Tate structure of the proétale cohomology of Shimura varieties. This document is divided in four main issues. First, we construct an integral model of the perfectoid modular curve. Using this formal scheme, we prove some vanishing results for the coherent cohomology of the perfectoid modular curve, we also provide a description of the dual completed cohomology as an inverse limit of integral modular forms of weight 2 by normalized traces. Secondly, we construct the overconvergent Eichler-Shimura map for the first coherent cohomology group, complementing the work of Andreatta-Iovita-Stevens. More precisely, we construct a map from the overconvergent cohomology with compact support of Boxer-Pilloni to the locally analytic modular symbols of Ash-Stevens. We reinterpret the construction of these maps in terms of the Hodge-Tate period map and the perfectoid modular curve. Thirdly, in a joint work with Joaquín Rodrigues Jacinto, we develop the classical theory of locally analytic representations of p-adic Lie groups in the context of condensed mathematics. Inspired from foundational works of Lazard, Schneider-Teitelbaum and Emerton, we define a notion of solid locally analytic representation for a compact p-adic Lie group. We prove that the category of solid locally analytic representations can be described as modules over algebras of analytic distributions. As an application, we prove a cohomological comparison theorem between solid group cohomology, solid group cohomology of the (derived) locally analytic vectors, and Lie algebra cohomology. Finally, we generalize the work of Lue Pan to arbitrary Shimura varieties. We construct a geometric Sen operator for a particular class of proetale modules over the structural sheaf which we call relative locally analytic. We prove that this Sen operator is related with the p-adic Simpson correspondence, and that it computes proétale cohomology. We apply this theory to Shimura varieties, obtaining that the computation of proétale cohomology can be translated in terms of Lie algebra cohomology over the flag variety via the Hodge-Tate period map. In particular, we prove that the Cp-extension of scalars of the locally analytic completed cohomology can be described as the analytic cohomology of the infinite-at-p level Shimura variety, of the locally analytic sections of the structural sheaf. This implies a rational version of the Calegari-Emerton conjectures for any Shimura variety without the hypothesis of the infinite-at-p level Shimura variety to be perfectoid. Then, we study the isotypic components of the locally analytic completed cohomology for the action of a Borel subalgebra. Using the interpretation as Lie algebra cohomology over the flag variety, we construct overconvergent BGG maps generalizing the previous work for the modular curve. In addition, we give a local proof of the classical Hodge-Tate decompositions for Shimura varieties, using the dual BGG resolution and the Hodge-Tate period map.