Une conjecture de Birkhoff datant de 1941 infirmée

La conjecture de George Birkhoff énoncée en 1941 postulait que toute pseudo-rotation analytique du cylindre (transformation sans points périodiques préservant l'aire) devrait se ramener, par changement de paramétrisation, à une rotation irrationnelle. Cette conjecture prolongeait un résultat d'Arnaud Denjoy de 1932 sur le cercle. Pierre Berger, directeur de recherche au CNRS et à l'Institut de mathématiques de Jussieu, vient de publier dans Annals of Mathematics un article qui démontre que cette conjecture est fausse.

Berger construit explicitement des pseudo-rotations analytiques qui ne peuvent pas être converties en rotations topologiques, indépendamment du changement de paramétrisation choisi. Certains de ces contre-exemples possèdent une propriété spectaculaire : la trajectoire typique d'un point parcourt uniformément toutes les régions du cylindre, ce qui est impossible pour une rotation. D'autres présentent une haute émergence, notion mesurant la complexité statistique d'un système — leur dynamique nécessite un nombre extraordinairement grand de comportements statistiques pour être décrite.

Ces résultats révèlent que l'absence de points périodiques n'impose pas un comportement simple, même dans le cadre très restrictif d'une transformation analytique, conservative et sans aucun point périodique. Ils s'inscrivent dans une série de travaux sur les dynamiques sauvages, montrant que de nombreux systèmes — polynomiaux, hamiltoniens — recèlent une richesse statistique insoupçonnée.