En topologie, l'adhérence d'une partie d'un espace topologique est le plus petit ensemble fermé contenant cette partie. On retrouve cette notion particulièrement dans la convergence de suites dans les espaces métriques avec la notion de valeur d'adhérence.
En topologie, l'adhérence d'une partie X d'un espace topologique E est le plus petit ensemble fermé de E qui contienne X.
L'existence d'un tel fermé est claire : il existe au moins un fermé contenant X, à savoir l'espace E lui-même ; d'autre part, l'intersection de tous les fermés contenant X est un fermé contenant X, et est le plus petit ayant cette propriété.
L'adhérence de X est aussi appelée fermeture de X et se note souvent .
On dit d'un point x de E qu'il est adhérent à X lorsque tout voisinage de x rencontre X.
L'adhérence de X est égale à l'ensemble des points qui lui sont adhérents.
En effet :
Intuitivement, l'adhérence d'une partie X contient tous les points de l'espace qui sont dans X ou qui sont trop près de X pour que l'on puisse y « bricoler » localement sans toucher à X.
Dans un espace métrique (la topologie est issue d'une distance sur l'espace considéré), l'adhérence d'un ensemble X de E est l'ensemble contenant toutes les limites de suites convergentes dans E et formées des éléments de X.
Caractère archimédien de : l'ensemble des réels est l'adhérence de l'ensemble des rationnels . En effet, tout ouvert contenant un irrationnel contient un rationnel. Tout irrationnel est donc dans l'adhérence de .
L'adhérence d'un intervalle de , c'est l'intervalle fermé de mêmes bornes : l'adhérence de est l'intervalle .
Assez souvent on parle de comme adhérence de , mais cette notion veut simplement dire qu'on étend la notion de convergence aux valeurs infinies : ainsi la suite des entiers converge dans vers . Cela permet de donner un sens différent à la notion de divergence : ce qui diverge n'admet pas de limite, fût elle infinie. C'est le concept de droite réelle achevée.
On dit qu'une partie X d'un espace topologique E est dense lorsque son adhérence est l'espace E tout entier. Une telle partie se caractérise donc par le fait que tout ouvert non vide en contient un point.
Ainsi, le caractère archimédien de fait que est dense dans .
Un point x de X est dense si {x} est dense. On l'appelle parfois aussi point générique.
Intuitivement, les parties denses d'un espace sont donc des parties qui sont très grosses : on ne peut pas les éviter.
Dans un espace métrique, on définit des boules ouvertes et des boules fermées, et la tentation est grande d'utiliser dans ce cadre. Il est vrai que dans un certain nombre de cas, cela marche bien, notamment les avec la distance usuelle, et plus généralement pour la distance dans un espace vectoriel normé...
Néanmoins, c'est faux en général ; voyons l'exemple le plus simple : soit un ensemble E, avec au moins deux éléments. On définit une métrique dessus ainsi : la distance entre deux points distincts est 1. La boule ouverte de rayon 1 centrée en un point est donc ce point. La boule fermée de rayon 1 centrée en un point est donc l'espace entier. L'adhérence de la boule ouverte de rayon 1 centrée en un point est le point.
Si dans le cadre d'espaces vectoriels sur ou normés de dimension finie, les propriétés de l'adhérence restent assez intuitives, il faut aussi se méfier des caractéristiques des espaces de dimension infinie.
Considérons l'ensemble des entiers naturels. On y définit une topologie (via des fermés) de la façon suivante :
Dans ce cas, l'adhérence de {0} est l'espace tout entier, ce qui signifie qu'on ne peut pas mettre le point 0 de côté pour travailler au voisinage d'un autre point. C'est un point dense/générique.
NB : en géométrie algébrique, ce genre de situation est très courant, car l'espace de base, le spectre d'anneau, vérifie souvent ce genre de propriétés ; en fait, cet exemple est homéomorphe à par simple substitution des nombres premiers aux entiers non nuls.