Vers une algèbre homotopique des types dépendants

Towards a homotopical algebra of dependent types

• Auteur / Autrice : Pierre Cagne
• Direction : Paul-André Melliès, Clemens Berger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique. Informatique théorique
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique fondamentale (Paris ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Hugo Herbelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paul-André Melliès, Clemens Berger, Hugo Herbelin, Thomas Streicher, Simona Paoli, Emily Riehl, Peter LeFanu Lumsdaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Streicher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie des types

Fibrations (mathématiques)

Homotopie

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Catégorie de modèles

Algèbre homotopique

Bifibration de Grothendieck

Model category

Homotopical algebra

Grothendieck bifibration

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude des interactions entre les structures homotopiques en théorie des catégories et les modèles catégoriques de la théorie des types de Martin-Löf. Le mémoire s'articule selon trois axes: les bifibrationos de Quillen, les catégories homotopiques des bifibrations de Quillen, et les tribus généralisées. Le premier axe définit une nouvelle notion de bifibration classifiant les pseudo foncteurs avec de bonnes propriétés depuis un catégorie de modèles et à valeurs dans la 2-catégorie des catégories de modèles et adjonctions de Quillen entre elles. En particulier on montre comment équipper d'une structure de modèle la construction de Grothendieck d'un tel pseudo foncteur. Le théorème principal de cette partie est une caractérisation des bonnes propriétés qu'un pseudo foncteur doit posséder pour supporter cette structure de catégorie de modèles sur sa construction de Grothendieck. En ce sens, on améliore les deux théorèmes précédemment existants dans la littérature qui ne donnent que des conditions suffisantes alors que nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes. Le second axe se concentre sur le foncteur induit entre les catégories homotopiques des catégories de modèles mises en oeuvre dans une bifibration de Quillen. On y prouve que cette localization peut se faire en deux étapes au moyen d'un quotient homotopique à la Quillen itéré. De manière à rendre cette opération rigoureuse, on a besoin de travailler dans un cadre légèrement plus large que celui imaginé par Quillen : en se basant sur le travail d'Egger, on utilise des catégories de modèles sans nécessairement tous les (co)égalisateurs. Le chapitre de prérequis sert précisément à reconstruire la théorie basique des l'algèbre homotopique à la Quillen dans ce cadre élargi. Les structures mis à nu dans cette partie imposent de considérer des versions "homotopique" des poussés en avant et des tirés en arrière qu'on trouve habituellement dans les (op)fibrations de Grothendieck. C'est le point de départ pour le troisième axe, dans lequel on définit une nouvelle structure, appelée tribu relative, qui permet d'axiomatiser des versions homotopiques de la notion de flèche cartésienne et cocartésienne. Cela est obtenu en réinterprétant les (op)fibrations de Grothendieck en termes de problèmes de relèvement. L'outil principal dans cette partie est une version relative des systèmes de factorisation stricts ou faibles usuels. Cela nous permet en particulier d'expérimenter un nouveau demodèle de la théorie des types dépendants intentionnelle dans lequelles types identités sont donnés par l'exact analogue homotopique du prédicat d'égalité dans les hyperdoctrines de Lawvere.

This thesis is concerned with the study of the interplay between homotopical structures and categorical model of Martin-Löf's dependent type theory. The memoir revolves around three big topics: Quillen bifibrations, homotopy categories of Quillen bifibrations, and generalized tribes. The first axis defines a new notion of bifibrations, that classifies correctly behaved pseudo functors from a model category to the 2-category of model categories and Quillen adjunctions between them. In particular it endows the Grothendieck construction of such a pseudo functor with a model structure. The main theorem of this section acts as a charaterization of the well-behaved pseudo functors that tolerates this "model Gothendieck construction". In that respect, we improve the two previously known theorems on the subject in the litterature that only give sufficient conditions by designing necessary and sufficient conditions. The second axis deals with the functors induced between the homotopy categories of the model categories involved in a Quillen bifibration. We prove that this localization can be performed in two steps, by means of Quillen's construction of the homotopy category in an iterated fashion. To that extent we need a slightly larger framework for model categories than the one originally given by Quillen: following Egger's intuitions we chose not to require the existence of equalizers and coequalizers in our model categories. The background chapter makes sure that every usual fact of basichomotopical algebra holds also in that more general framework. The structures that are highlighted in that chapter call for the design of notions of "homotopical pushforward" and "homotopical pullback". This is achieved by the last axis: we design a structure, called relative tribe, that allows for a homotopical version of cocartesian morphisms by reinterpreting Grothendieck (op)fibrations in terms of lifting problems. The crucial tool in this last chapter is given by a relative version of orthogonal and weak factorization systems. This allows for a tentative design of a new model of intentional type theory where the identity types are given by the exact homotopical counterpart of the usual definition of the equality predicate in Lawvere's hyperdoctrines