UNIVERSITE´ PARIS 13 SYNTHE`SE DE TRAVAUX PRE´SENTE´S POUR OBTENIR LE DIPLOˆME HABILITATION A` DIRIGER DES RECHERCHES SPE´CIALITE´ MATHE´MATIQUES MURIEL LIVERNET Op´erades, alg`ebres sur une op´erade et alg`ebres pr´e-Lie Rapporteurs : M. Clemens BERGER M. Ieke MOERDIJK Mme Micheline VIGUE´ Habilitation soutenue le 28 Juin 2007 Jury : M. Clemens BERGER M. Larry BREEN M. Bernhard KELLER M. Jean-Louis LODAY M. Ieke MOERDIJK M. Bob OLIVER Mme Micheline VIGUE´ Laboratoire Analyse, G´eom´etrie et Applications, UMR 7539, Institut Galil´ee, Universit´e Paris 13. Remerciements Toutd’abordjetiens`aremercierchaleureusementMichelineVigu´ed’avoir accept´e de pr´esenter mon m´emoire d’habilitation `a diriger les recherches. Je tiens´egalement `a la remercier de m’avoir soutenue depuis que je suis arriv´ee dans son bureau au LAGA, conseill´ee, et tout simplement support´ee tout ce temps. Qu’elle trouve ici l’expression de toute ma sympathie. C’est avec plaisirquejeremercieClemensBergeretIekeMoerdijkd’avoiraccept´ed’ˆetre mes rapporteurs pour ce m´emoire. Mes derniers travaux ont nettement b´en´efici´e des conversions que nous avons eues l’ann´ee pass´ee au Mittag- Leffler. Je remercie Bernhard Keller d’avoir accept´e de faire partie de mon jury. Les groupes de travail que nous avons partag´es constituent une part importante dans ma r´eflexion math´ematique. Je remercie mon directeur de th`ese Jean-Louis Loday d’avoir accept´e de faire partie de mon jury et de m’avoir initi´ee `a la recherche et aux op´erades. Il est pour moi une figure tr`es importante dans mon univers math´ematique. Merci a` Larry Breen et Bob Oliver d’avoir accept´e d’ˆetre les membres internes de mon jury. A travers ces deux repr´esentants je tiens `a remercier chaudement toute l’´equipe de topologie alg´ebrique et tous les membres du laboratoire pour l’ambiance qui y r`egne. J’appr´ecie ´enorm´ement mon tra- vail `a Paris 13, tant au niveau de l’enseignement que de la recherche. J’ai appr´eci´e `a mon arriv´ee la place et l’´ecoute faites aux jeunes, le soutien du laboratoire par rapport `a mes projets. C’est un r´eel plaisir de travailler ici et de cˆotoyer mes coll`egues. Merci `a tous! Ce m´emoire n’aurait certainement pas vu le jour sans mes collaborateurs. Merci `a Marcelo Aguiar, Fr´ed´eric Chapoton, David Chataur, Ralph Kauf- mann, Fr´ed´eric Patras, Bob Penner. Enfin, c’est dans le soutien et l’animation familiale que je puise mes ressources et mon ´energie. Merci `a Yann, J´er´emie et Colin de partager ma vie. OPE´RADES, ALGE`BRES SUR UNE OPE´RADE ET ALGE`BRES PRE´-LIE 3 Introduction Mon travail de recherche se place dans le cadre de la th´eorie des op´erades etdesesapplications`alatopologiealg´ebriqueet`alacombinatoirealg´ebrique. Dans un premier temps j’explique en quoi la th´eorie des op´erades intervient dans des th´ematiques vari´ees et dans un deuxi`eme temps je pr´esente mes travaux et la structure du m´emoire. Que ce soit en alg`ebre ou en topologie alg´ebrique, la th´eorie des op´erades est un outil qui permet, grosso modo, de reconnaˆıtre des objets. Plus pr´ecis´ement, l’action d’une op´erade sur un objet caract´erise ce type d’objet. Par exemple dans les ann´ees 60, l’op´erade des n-petits cubes C a ´et´e intro- n duiteen topologie alg´ebrique dansle butdereconnaˆıtre les espaces de lacets n-it´er´es. C’est ce que l’on appelle le “principe de reconnaissance”: tout es- pace topologique muni d’une action de l’op´erade C a le type d’homotopie n d’unespacedelacet n-it´er´e. Depuisles ann´ees 90etles travaux deGinzburg et Kapranov, les op´erades sont utilis´ees abondament en alg`ebre: `a un “type d’alg`ebre” donn´e P, par exemple Lie, associatif, Poisson, ou Gerstenhaber, on peut associer une op´erade telle que les alg`ebres sur cette op´erade sont de type P. En th´eorie de l’homotopie et en physique math´ematique, la th´eorie des op´erades est un excellent cadre pour ´etudier les structures `a homotopie pr`es. Prenons le cas des structures E qui correspondent aux structures ∞ commutatives `a homotopie pr`es. Elles sont fondamentales en topologie alg´ebrique comme le prouvent les r´esultats de Mandell obtenus en 2001: le type d’homotopie d’un espace topologique nilpotent et p complet est re- connu par une structure E sur les cochaˆınes de l’espace. Typiquement, ∞ on sait depuis les travaux de Steenrod que la cohomologie d’un espace est muni d’op´erations dites de Steenrod qui sont importantes pour l’´etude des probl`emes de r´ealisabilit´e. Les structures E se situent en amont de ces ∞ op´erations cohomologiques, car elles agissent au niveau des cochaines et co- dent en particulier les ∪ -produits. i LesstructuresE ontmontr´e´egalementleurimportancedanslar´esolution ∞ delaconjecturedeDeligne: lacohomologiedeHochschildd’unealg`ebreasso- ciative estunealg`ebre deGerstenhaber,commel’estparailleurs l’homologie d’unespacedelacetdouble. L’homologiedel’op´eradedespetitscarr´esC re- 2 connaitlesalg`ebres deGerstenhaber. Est-cequelecomplexecalculantlaco- homologiedeHochschildpeut-ˆetrereconnuparuneop´eradequasi-isomorphe `al’op´erade des chaines singuli`eres deC ? Les d´emonstrations deMcClure et 2 Smith d’une part et de Berger et Fresse d’autre part utilisent une filtration d’une op´erade E particuli`ere pour r´epondre par l’affirmative `a la question ∞ de Deligne. Les structures de Gerstenhaber sont un sujet d’´etude en soi, particuli`erement adapt´e `a la topologie des cordes de Chas-Sullivan. En fait ce sont les structures plus pr´ecises de Batalin-Vilkovisky qui sont en jeu. Ces derni`eres sont reconnues par l’op´erade des cactus de Voronov. 4 M.LIVERNET Les alg`ebres de Lie `a homotopie pr`es sont aussi couvertes par la th´eorie des op´erades et ont montr´e leur importance en physique math´ematique. Le th´eor`eme de formalit´e de Kontsevich en est une preuve. Sa d´emosntration par Tamarkin utilise la th´eorie des op´erades et la notion plus fine de G - ∞ alg`ebre, alg`ebre de Gerstenhaber `a homotopie pr`es. Dans un autre domaine, la th´eorie des op´erades permet d’unifier cer- tains th´eor`emes de structure. Par exemple Fresse a montr´e en 1998 que les cogroupes dans la cat´egorie des alg`ebres sur une op´erade sont des alg`ebres libres, g´en´eralisant ainsi le th´eor`eme de Leray pour les alg`ebres commuta- tives et de Berstein pour les alg`ebres associatives. On peut ´egalement citer comme th´eor`emes de structure les th´eor`emes de Cartier-Milnor-Moore et Poincar´e-Birkoff-Witt, pour les alg`ebres de Hopf cocommutatives. Dans les dix derni`eres ann´ees, de nombreux math´ematiciens se sont pench´es sur ces probl`emes dont un des protagonistes est Loday. La combinatoire alg´ebrique est une mine d’exemples d’alg`ebres de Hopf, appel´ees souvent alg`ebres de Hopfcombinatoires. Beaucoupdestructuressuppl´ementairesetdeth´eor`emes de rigidit´e (libert´e, colibert´e de telles alg`ebres de Hopf) ont ´et´e d´emontr´es. Citonsparexempleles travaux deAguiar, Bergeron, Chapoton,Foissy, Mal- venuto, Novelli, Reutenauer, Ronco, Sottile, Thibon, Zabrocki. Comme je vais l’expliquer par la suite, les op´erades jouent un rˆole important dans la d´emonstration de ces th´eor`emes. Ce m´emoire d´ecrit les r´esultats de ma recherche durant la p´eriode 2001- 2006, ets’ins`eredanslath´eorie desop´erades etsesapplications. Ilcomporte quatre parties. Dans la premi`ere partie j’expose les notions dont j’aurai besoin pour la suite. La deuxi`eme partie est consacr´ee aux alg`ebres pr´e-Lie, qui sont au centre de mon travail. En effet, les structures que j’´etudie en topologie alg´ebrique dans la partie 3 sont li´ees aux alg`ebres pr´e-Lie de mˆeme que les questions de rigidit´e de la partie 4. Cette partie est d´ecompos´ee en trois sections: 2.1– Lapremi`eresection correspond`al’article encommunavec F.Chapo- ton[1]. Nouspr´esentonsl’op´eraded´ecrivant lesalg`ebres pr´e-Lieetmontrons que c’est une op´erade de Koszul. Nous montrons qu’elle est li´ee `a l’alg`ebre de Hopf construite par Connes et Kreimer dans le cadre de la th´eorie de la renormalisation. 2.2– La deuxi`eme section est consacr´ee `a l’importance des alg`ebres pr´e- Lie en topologie alg´ebrique et physique math´ematique: j’explique comment la notion pr´e-Lie est `a la jonction entre la conjecture de Deligne et les op´erations de Steenrod. Cela me permet d’introduire les th´ematiques de la partie 3 (consacr´ee `a la topologie alg´ebrique). 2.3– La troisi`eme section est consacr´ee au th´eor`eme de rigidit´e pour les alg`ebres pr´e-Lie obtenu dans l’article [2]. Cette th´ematique est explor´ee dans un cadre plus g´en´eral dans la partie 4. OPE´RADES, ALGE`BRES SUR UNE OPE´RADE ET ALGE`BRES PRE´-LIE 5 Latroisi`emepartieestconsacr´eeauxapplicationsdesop´erades`alatopolo- giealg´ebrique: j’ypr´esentedeuxarticles encollaboration. Lepremierarticle est ´ecrit avec R. Penner et R. Kaufmann [KLP03]. Nous construisons une op´erade sur les espaces de Teichmu¨ller d´ecor´es, introduits par R. Penner dans le cadre de la compactification des espaces de modules. Nous retrou- vons comme sous-op´erade, l’op´erade des cactus qui code la structure de Gerstenhaber sur l’homologie des espaces de lacets libres d’unevari´et´e com- pacteorient´ee, obtenue parChasetSullivan. Lastructurepr´e-Lie intervient au niveau des chaines del’op´erade. Ledeuxi`eme article, encommun avec D. Chataur [4], est consacr´e aux op´erations de Steenrod. Nous pr´esentons une op´erade codant les op´erations de Steenrod via les ∪ -produits, ainsi que les i relations d’Adem etdeCartan. C’esten quelquesorte lapluspetiteop´erade qui code ces relations: cela nous permet de retrouver que l’homologie d’une alg`ebresuruneop´eradeE estunealg`ebresurl’alg`ebredeSteenrod´etendue, ∞ selon P. May et M. Mandell. La quatri`eme et derni`ere partie est li´ee aux th´eor`emes de structure des alg`ebres sur une op´erade et aux applications en combinatoire alg´ebrique. Cette partie est ind´ependante des autres et a une introduction propre. Le but est d’´etudier le foncteur oubli de la cat´egorie des S-modules (familles de S -modules) dans la cat´egorie des espaces vectoriels gradu´es d’un point n de vue op´eradique. Cette ´etude soigneuse permet de donner une explication op´eradique des th´eor`emes de rigidit´e dans le cadre des alg`ebres de Hopf combinatoires. Cette partie est le r´esultat des travaux [6] ansi que des travaux en commun avec F. Patras [5] et avec M. Aguiar [7]. J’aichoisidepr´esenterdeuxbibliographiesdistinctes. Lapremi`ere,num´e- rot´ee et pr´esente ci-dessous est labilbiographie demes travaux expos´es dans ce m´emoire. La deuxi`eme est `a la fin du m´emoire et r´ef`ere tous les autres articles cit´es. Bibliographie [1] Fr´ed´eric Chapoton et Muriel Livernet, Pre-Lie algebras and the rooted trees operad, Internat.Math. Res. Notices (2001), no. 8, 395–408. [2] Muriel Livernet, A rigidity theorem for pre-Lie algebras, J. Pure Appl. Algebra 207 (2006), no. 1, 1–18. [3] Ralph M.Kaufmann, Muriel Livernet,et R.C.Penner, Arc operads and arc algebras, Geom. Topol. 7 (2003), 511–568 (electronic). [4] David Chataur et Muriel Livernet,Adem-Cartan operads, Comm. Algebra 33 (2005), no. 11, 4337–4360. [5] Muriel Livernet et Fr´ed´eric Patras, Lie theory for Hopf operads, math.RA/0606329, 2006, 23 pages. [6] Muriel Livernet, From left modules to algebras over an operad: application to combi- natorial hopf algebras, math.RA/0606427, 2006, 41 pages. [7] Marcelo Aguiar et Muriel Livernet, The associative operad and the weak order on the symmetric group, 26 pages, `a paraitre dans JHRS. 6 M.LIVERNET Table des mati`eres Bibliographie 5 1. Introduction aux op´erades 6 1.1. S-modules 6 1.2. Op´erades 6 1.3. Op´erade d´efinie par g´en´erateurs et relations 8 1.4. Dualit´e de Koszul pour les op´erades et r´esolution d’op´erade 9 2. Alg`ebres pr´e-Lie 10 2.1. Alg`ebres pr´e-Lie et op´erade des arbres enracin´es 10 2.2. Alg`ebres pr´e-Lie et structures en topologie alg´ebrique 12 2.3. Un th´eor`eme de rigidit´e pour les alg`ebres pr´e-Lie 14 3. Quelques exemples et applications des op´erades en topologie alg´ebrique 16 3.1. L’op´erade des arcs 16 3.2. Op´erades d’Adem-Cartan 19 4. Des S-modules aux espaces vectoriels gradu´es 23 4.1. Quelques notations 24 4.2. Retour sur les S-modules 24 4.3. Alg`ebres tordues sur une op´erade 25 4.4. Op´erades de Hopf 29 4.5. Alg`ebres de Hopf tordues sur une op´erade de Hopf 30 4.6. Etude d’un cas particulier: l’op´erade As et l’ordre de Bruhat faible sur le groupe sym´etrique 32 Bibliographie 35 Notations. Onconsid`ere uncorpsdebaseketen r`egle g´en´erale les espaces vectoriels seront pris sur k. L’ensemble {1,...,n} est not´e [n]. Pour tout ensemble d’entiers S et tout entier p l’ensemble p +S est {p + s,s ∈ S}. Une permutation σ de S est not´ee (σ(1),...,σ(n)) n 1. Introduction aux op´erades On se donne une cat´egorie monoidale sym´etrique (C,⊗,I), par exemple la cat´egorie des ensembles, des espaces topologiques, des espaces vectoriels ´eventuellement gradu´es ou diff´erentiels gradu´es, des Z-modules. 1.1. S-modules. Un S-module est une famille M = (M(n)) d’objets de n≥0 C ou` M(n) est muni d’une action du groupe sym´etrique S `a droite. L’arit´e n d’un ´el´ement de M(n) est l’entier n. 1.2. Op´erades. Une op´erade dans la cat´egorie C est un S-module P = (P(n)) muni d’applications pour tous entiers n,i ,...,i , appel´ees ap- n≥0 1 n plications de composition, OPE´RADES, ALGE`BRES SUR UNE OPE´RADE ET ALGE`BRES PRE´-LIE 7 P(n)⊗P(i )⊗...⊗P(i ) −→ P(i +...+i ) 1 n 1 n p⊗q ⊗...⊗q 7→ p(q ,...,q ), 1 n 1 n et muni d’un ´el´ement 1 ∈ P(1) appel´e unit´e. De plus, les applications de composition doivent satisfaire les conditions d’associativit´e, d’unit´e et d’´equivariance par rapport au groupe sym´etrique qui sont les suivantes: • Associativit´e: pour tous p ∈ P(n),q ∈ P(l ),a ∈ P, en posant j j i r = l on a j p(q ,...,qP)(a ,...,a )= 1 n 1 r p(q (a ,...,a ),...,q (a ,...,a )) (1) 1 1 l1 n l1+...+ln−1+1 r • Unit´e: pour tout p ∈P(n) on a p(1,...,1) = p et 1(p) = p. • Equivariance: pour tous p ∈ P(n),q ∈P(l ),τ ∈ S ,σ ∈S : j j j lj n p(q ·τ ,...,q ·τ ) =p(q ,...,q )·(τ ×...×τ ) (2) 1 1 n n 1 n 1 n (p·σ)(q ,...,q ) =p(q ,...,q )·σ(l ,...,l ), (3) 1 n σ−1(1) σ−1(n) 1 n ou` τ ×...×τ ∈ S estlapermutationquifaitagirτ surlesl 1 n l1+...+ln 1 1 premiers termes, τ sur les l termes suivants, etc... La permutation 2 2 σ(l ,...,l ) ∈ S est obtenue en remplac¸ant σ(j) par le bloc 1 n l1+...+ln id . On a lj σ(l ,...,l )= (B ,...,B ) 1 n 1 n ou` B = l +...+l +[l ]. Par exemple j σ−1(1) σ−1(σ(j)−1) j (2,3,1)(a,b,c) = (c+1,...,c+a,c+a+1,...,c+a+b,1,...,c). Les op´erations de composition sont engendr´ees par les compositions suiv- ante: pour p ∈ P(n) et q ∈ P(m) et pour tout 1 ≤ i≤ n, p◦ q = p(1,...,1,q,1,...,1) ∈ P(n+m−1), i ou` q est plac´e `a la i-`eme entr´ee de p. Une op´erade non sym´etrique est la donn´ee d’une famille d’espaces vecto- riels et de compositions qui satisfont les axiomes d’associativit´e et d’unit´e. Il n’y a pas d’action du groupe sym´etrique. 1.2.1. Exemple fondamental. Pour tout objet A de C, on d´efinit l’op´erade End par End (n)= Mor(A⊗n,A). Les op´erations ◦ sont donn´ees par A A i (f ◦ g)(a ,...,a )= i 1 n+m−1 f(a ,...,a ,g(a ,...,a ),a ,...,a ). 1 i−1 i i+m−1 i+m n+m−1 L’´el´ement unit´e est l’identit´e de A et l’action du groupe sym´etrique se fait par permutation des variables. 8 M.LIVERNET 1.2.2. Alg`ebre sur une op´erade. Plus g´en´eralement pour une op´erade P, l’objet P(n) peut ˆetre vu comme l’espace de toutes les op´erations que l’on peut faire sur n variables. Par d´efinition une alg`ebre sur une op´erade P ou P-alg`ebre est un objet A de C muni d’applications d’´evaluation pour tout n ev : P(n)⊗A⊗n → A n p⊗a ⊗...⊗a 7→ p(a ,...,a ), 1 n 1 n quisatisfont les conditions d’associativit´e, d’unit´e etd’´equivariance par rap- port au groupe sym´etrique. La condition d’associativit´e est donn´ee par la relation (1) ou` les a sont pris dans A. La condition d’unit´e s’´ecrit 1(a) = a i et la condition d’´equivariance s’´ecrit (p·σ)(a ,...,a ) = p(a ,...,a ). 1 n σ−1(1) σ−1(n) OnditparfoisqueP agitsurA. SiC estlacat´egoriedesespacestopologiques, on utilise plutˆot la terminologie P-espace. Si C est la cat´egorie des espaces vectoriels, le foncteur oubli de la cat´egorie des P-alg`ebres dans les espaces vectoriels admet un adjoint `a gauche: la P-alg`ebre libre sur un espace vec- toriel V est alors d´ecrite par P(V) = ⊕n≥0P(n)⊗Sn V⊗n. Les op´erations d’´evaluation sont induites par les op´erations de composition dans P. On verra plus de d´etails sur ces foncteurs dans la partie 4. 1.2.3. Cog`ebre sur une op´erade et coop´erade. Une cog`ebre sur une op´erade P est la donn´ee d’un objet C de C et d’applications: P(n)⊗C → C⊗n compatibles avec la structure d’op´erade. Plus g´en´eralement on peut d´efinir la notion de coop´erade par dualit´e de la notion d’op´erade et si P est une op´erade telle que P(n) est de dimension finie pour tout n, alors la famille (P∗(n) = Hom(P(n),k)) forme une coop´erade. On peut ´egalement n≥1 d´efinir la notion de cog`ebre sur une coop´erade en dualisant la notion d’al- g`ebre sur une op´erade et lorsque P v´erifie les hypoth`eses pr´ec´edentes, une cog`ebre sur P est la mˆeme chose qu’une cog`ebre sur la coop´erade P∗. 1.3. Op´erade d´efinie par g´en´erateurs et relations. On suppose ici que C est la cat´egorie des espaces vectoriels (eventuellement gradu´es ou diff´erentiels gradu´es). Le foncteur oubli de la cat´egorie des op´erades dans les S-modules admet un adjoint `a gauche Free. Une op´erade libre est donc une op´erade de type Free(M) ou` M est un S-module. 1.3.1. D´efinition. Soit P une op´erade. Un id´eal I de P est constitu´e de sous-espaces vectoriels I(n) ⊂ P(n) tels que p(q ,...,q ) ∈ I d`es que p ou 1 n l’un des q est dans I. Si I est un id´eal de P, la famille (P(n)/I(n)) i n≥0 est une op´erade pour la structure quotient. Une op´erade est d´efinie par g´en´erateurs et relations si elle s’´ecrit Free(M)/ < R > ou` M est l’ensemble OPE´RADES, ALGE`BRES SUR UNE OPE´RADE ET ALGE`BRES PRE´-LIE 9 des g´en´erateurs et R l’ensemble des relations avec < R > l’id´eal engendr´e par R. 1.3.2. Exemples. Soit As le S-module d´efini par As(n) = k[S ] ou` l’action n du groupe sym´etrique est donn´ee par la multiplication `a droite. C’est la repr´esentation r´eguli`ere du groupe sym´etrique. Pour construire une struc- ture d’op´erade sur As il suffit de connaitre les compositions id ◦ id et n i m d’appliquer les relations d’´equivariance (2) et (3). On pose id ◦ id = id . n i m n+m−1 On montre ais´ement que cela d´efinit une op´erade et que As = Free(k[S ])/ < R >, 2 As ou` k[S ] est le S-module concentr´e en arit´e 2 et R est le sous S -module 2 As 3 de Free(k[S ])(3) engendr´e par id ◦ id −id ◦ id . Autrement dit, une 2 2 1 2 2 2 2 alg`ebre sur As est une alg`ebre associative. Elle est unitaire si l’on suppose que As(0) = k et non unitaire si l’on suppose As(0) =0. De la mˆeme mani`ere, soit Com le S-module d´efini par Com(n) = k ou` l’action dugroupesym´etrique est triviale. Soite ung´en´erateur deCom(n). n Les compositions sont donn´ees par e ◦ e = e . n i m n+m−1 alors Com = Free(ke )/ < R >, ou` R est le sous S -module de 2 Com Com 3 Free(ke )(3) engendr´e par e ◦ e −e ◦ e . Autrement dit, une alg`ebre 2 2 1 2 2 2 2 sur Com est une alg`ebre associative et commutative. Elle est unitaire si l’on suppose que Com(0) =k et non unitaire si l’on suppose Com(0) = 0. 1.3.3. Op´erade quadratique binaire. On dit qu’une op´erade P est quadra- tique binaire si P = Free(M)/ < R > avec M concentr´e en arit´e 2 et R un sous S -module de Free(M)(3). Par exemple les op´erades d´efinissant les 3 alg`ebres associatives, commutatives, Lie, dePoisson ou pr´e-Lie sont quadra- tique binaires. On verra par la suite que l’op´erade d´efinissant les alg`ebres `a niveau (voir section 3.2.1) est binaire mais non quadratique. 1.4. Dualit´e de Koszul pour les op´erades et r´esolution d’op´erade. 1.4.1. R´esolution d’op´erade. On se place ici dans la cat´egorie des espaces vectoriels diff´erentiels gradu´es. Une op´erade P dans cette cat´egorie est une famille de complexes. La famille constitu´ee de l’homologie de ces com- plexesestuneop´eradedanslacat´egorie desespacesvectoriels gradu´es,not´ee H (P). Deux op´erades sont quasi-isomorphes si elles sont li´ees par un mor- ∗ phismed’op´eradesr´ealisantunisomorphismeenhomologie. Uneop´eradeest quasi-libre si elle est libre dans la cat´egorie des espaces vectoriels gradu´es. Il existe une structure de cat´egorie mod`ele sur les op´erades dont les ob- jets cofibrant sont des r´etracts d’op´erades quasi-libres projectives (en tant que S-module). Une r´esolution d’une op´erade P est un quasi-isomorphisme d’op´erades Q → P avec Q cofibrante. Pour toute op´erade P il existe une r´esolution d’op´erade qui est la cobar-bar construction (voir [GK94], [GJ94], 10 M.LIVERNET [Fre04]). La bar construction associe une coop´erade `a une op´erade et la cobar construction associe une op´erade `a une coop´erade. 1.4.2. Dualit´e de Koszul pour les op´erades quadratiques. Lorsque P est une op´erade quadratique, Ginzburg et Kapranov construisent une op´erade P!, sa duale quadratique. Par exemple As! = As, Com! = Lie. La th´eorie de la dualit´e de Koszul pour les op´erades d´evelopp´ee dans [GK94] est une adap- tation des r´esultats de Priddy pour les alg`ebres quadratiques (voir [Pri70]). Entermesdecoop´erades, danslecas ou` P(n)estdedimensionfinie,onpose P⊥(n) = Σn−1(P!)∗(n)⊗sgn ou` Σ est la suspension des modules gradu´es n et sgn la repr´esentation signature de S . Une op´erade est de Koszul si la n n cobar construction de P⊥ est une r´esolution de P. Avoir une op´erade de Koszulpermetded´efinir les notions d’homologie op´eradique et deP-alg`ebre `a homotopie pr`es. Homologie op´eradique. On se place en caract´eristique 0. Lorsque P est de Koszul, il existe une paire de foncteurs adjoints entre la cat´egorie des P-alg`ebres diff´erentielles gradu´ees et des P!-cog`ebres diff´erentielles gradu´ees (voir par exemple dans [Liv99]). Soit C le foncteur allant des P-alg`ebres P dans les P!-cog`ebres. L’homologie op´eradique HP(A) d’une P alg`ebre A est ∗ l’homologie du complexe C (A). On retrouve les notions d’homologie de P Hochschild, de Chevalley-Eilenberg et de Harrison dans les cas As, Lie et Com. Dansmath`ese[Liv98a]j’aid´evelopp´e et´etenduces r´esultats `adesfins d’homotopie rationnelle pour les alg`ebres sur une op´erade: le cas Com! = Lie donne les mod`eles d’homotopie rationnelle d´evelopp´es par Quillen et Sullivan. P-alg`ebres `a homotopie pr`es. La cobar construction de P⊥, fournit un mod`ele minimal pour P que l’on note P . Une P-alg`ebre `a homotopie pr`es ∞ est une alg`ebre sur P . On retrouve les notions classiques de A -alg`ebres ∞ ∞ et L -alg`ebres dans les cas As et Lie. ∞ 2. Alg`ebres pr´e-Lie Les alg`ebres pr´e-Lie apparaissent dans divers contextes et sont un objet d’´etude en soi. Pour un historique sur les alg`ebres pr´e-Lie et leur lien avec les structures affines, on pourra se reporter `a l’article de D. Burde [Bur06]. Apr`es avoir introduit l’op´erade d´ecrivant les alg`ebres pr´e-Lie et expos´e les r´esultats fondamentaux de cette op´erade obtenus en collaboration avec F. Chapoton dans [1], je souligne l’importance des alg`ebres pr´e-Lie en topolo- gie alg´ebrique. Enfin, dans un troisi`eme temps je pr´esente le th´eor`eme de rigidit´e obtenu dans l’article [2]. 2.1. Alg`ebres pr´e-Lie et op´erade des arbres enracin´es. Le but de l’article avec F. Chapoton est de d´ecrire l’op´erade agissant sur les alg`ebres pr´e-Lie et de montrer que cette op´erade est une op´erade de Koszul. Nous faisons ´egalement le lien avec l’alg`ebre de Hopf de Connes et Kreimer intro- duite dans le cadre de la th´eorie de la renormalisation.