Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les prix de marché des actifs risqués sont dictés par les actions des agents économiques qui ont des horizons d'investissement différents: ils ajustent leurs portefeuilles à des fréquences différentes et observent les rendements à différentes échelles. Dans cette thèse, nous examinons trois aspects distincts du problème des horizons multiples d'investissement. En premier lieu, nous étudions les implications théoriques de l'hétérogénéité des horizons de décision des investisseurs pour la dynamique des prix. Cette analyse est effectuée dans le cadre d'une rationalité complète et bornée. Deuxièmement, nous testons la capacité de différents modèles de séries chronologiques de volatilité des prix à représenter les propriétés des rendements boursiers simultanément à différentes échelles de temps. Enfin, nous proposons une méthode de mesure de la volatilité à échelle multiple basée sur des filtres d'ondelettes, avec application à la détection des crises financières.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la formation des prix sur les marchés financiers, en particulier lorsque ceux-ci se composent d'un grand nombre d'agents. On commence par l'étude empirique d'un marché émergent -- le bitcoin -- de manière à mieux comprendre comment les actions individuelles affectent les prix -- ce que l'on appelle « l'impact de marché ». On développe ensuite un modèle théorique d'impact basé sur le concept d'agent hétérogène, qui parvient à reproduire les observations empiriques d'un impact concave dans un marché non manipulable. Le cadre de l'agent hétérogène nous permet de revisiter les concepts d'offre et de demande dans un cadre dynamique, de mieux comprendre l'impact du mécanisme de marché sur la liquidité, ou encore de poser les bases d'un simulateur de marché réaliste. On montre enfin, à travers l'étude empirique de plusieurs bulles et crashs sur le marché du bitcoin, le rôle crucial de la micro-structure dans la compréhension des phénomènes extrêmes. / This thesis is devoted to the study of price formation on financial markets, in particular when these are composed of a large number of agents. We start by the empirical study of an emergent market -- the bitcoin -- in order to better understand how individual actions impact prices -- a phenomenon known as « market impact ». We then develop a theoretical model based on the concept of heterogeneous agents, that allows to reproduce the empirical observations of a concave impact in a market that remains non-manipulable. The heterogeneous agents framework allows us to revisit the concepts of supply and demand in a dynamic context, to better understand how the choice of a particular market mechanism can impact liquidity, and to lay some grounds for a realistic market simulator. By studying several bubbles and crashes that happened on the bitcoin market, we finally show how relevant microstructure effects can be, in particular for understanding the occurrence of extreme phenomena.

Dans le cadre d’une approche comportementale et compte tenu de la complexité des marchés financiers, cette thèse examine dans quelle mesure les réseaux orientés régissant l’interaction entre les investisseurs ainsi que leur comportement mimétique influencent leurs anticipations et la dynamique des prix. Nous proposons un marché artificiel d’actifs dans lequel des chartistes et des fondamentalistes opèrent et passent d’une stratégie d’investissement à une autre en fonction de leurs performances. Tout d’abord, nous étudions un réseau complet où l’interaction se fait de manière globale. Nous constatons que notre modèle révèle l’émergence de la volatilité excessive des prix lorsque les chartistes dominent le marché. Ensuite, nous portons notre attention sur des réseaux locaux où les agents se trouvent liés qu’à une partie des individus opérant dans le marché. Nous distinguons trois types de réseaux : le réseau régulier, le réseau petit monde et le réseau aléatoire. Puis, nous introduisons un nouveau modèle qui permet de contrôler (1) la direction du processus de « rewiring » des liens; (2) le caractère aléatoire du réseau et (3) l'asymétrie dans sa distribution des degrés en distinguant les stars des non-stars. Nous montrons que contrairement au degré du caractère aléatoire du réseau, l’asymétrie dans la distribution des degrés produit des effets opposés selon qu’il s’agit de « in-degree » ou de « out-degree ». Enfin, nous montrons comment ces analyses peuvent être utilisées pour produire des dynamiques de marché réalistes. Nous constatons que la présence d’un seuil d’imitation avec un coefficient de réaction élevé permet à notre modèle de reproduire les faits stylisés les plus importants / Within a behavioral approach and given the complexity of financial markets, the aim of this thesis is to examine the extent to which directed networks that governs the interaction among investors as well as their mimicking behavior influence their anticipations and the price dynamics. We propose an artificial asset market populated by chartists and fundamentalists who are allowed to switch from one trading strategy to the other according to their relative performances. Firstly, we study a fully connected network to test for a global interaction. We find that our benchmark model accounts for the emergence of excess volatility of asset prices when chartists dominate the market. Secondly, we restrict our focus to local interactions between investors. We generate a family of network structures that spans regular network, small world network and random network. Thirdly, we introduce a new model that allows us to control (1) the direction of the rewiring process of the links; (2) the randomness of the network; and (3) the asymmetry in its degree distribution by assuming that there are two classes of agents: stars and non-stars. We show that unlike the degree of the randomness of the network, the asymmetry in the degree distribution produces opposite effects depending on whether the network is outward or inward rewired. Finally, we address the question as to how this analysis can be used to produce realistic market dynamics. We find that the presence of a mimicking threshold with a high reaction coefficient provides a better approximation to the characteristics of the distribution of real returns and reproduces the most important stylized facts observed in financial time series

Cette thèse porte sur l'étude de la mémoire longue de la volatilité des rendements d'actions. Dans une première partie, nous apportons une interprétation de la mémoire longue en termes de comportement d'agents grâce à un modèle de volatilité à mémoire longue dont les paramètres sont reliés aux comportements hétérogènes des agents pouvant être rationnels ou à rationalité limitée. Nous déterminons de manière théorique les conditions nécessaires à l'obtention de mémoire longue. Puis nous calibrons notre modèle à partir des séries de volatilité réalisée journalière d'actions américaines de moyennes et grandes capitalisations et observons le changement de comportement des agents entre la période précédant l'éclatement de la bulle internet et celle qui la suit. La deuxième partie est consacrée à la prise en compte de la mémoire longue en gestion de portefeuille. Nous commençons par proposer un modèle de choix de portefeuille à volatilité stochastique dans lequel la dynamique de la log-volatilité est caractérisée par un processus d'Ornstein-Uhlenbeck. Nous montrons que l'augmentation du niveau d'incertitude sur la volatilité future induit une révision du plan de consommation et d'investissement. Puis dans un deuxième modèle, nous introduisons la mémoire longue grâce au mouvement brownien fractionnaire. Cela a pour conséquence de transposer le système économique d'un cadre markovien à un cadre non-markovien. Nous fournissons donc une nouvelle méthode de résolution fondée sur la technique de Monte Carlo. Puis, nous montrons toute l'importance de modéliser correctement la volatilité et mettons en garde le gérant de portefeuille contre les erreurs de spécification de modèle.

Cette thése traite du contrôle de la formation et du confinement variant dans le temps pour les systèmes multi-agents linéaires invariants avec hétérogénéité en tenant compte des délais d’entrée / sortie constants / variables dans le temps et des perturbations adaptées / incompatibles sous topologie de communication dirigée et fixe. De nouveaux formats de formes de formation variables dans le temps pour des systèmes homogènes et hétérogènes sont proposés. Les contrôleurs, conçus sur la base de techniques prédictives et adaptatives avec une technique d’observation, sont entièrement distribués et peuvent être appliqués à des systèmes à grande échelle. L’application sur les systèmes robotisés multi hétérogènes linéarisés est vérifiée. / This thesis deals with the time-varying formation and containment control for linear time-invariant multi-agent systems with heterogeneity considering constant / time-varying input / output delays and matched / mismatched disturbances under directed and fixed communication topology. New formats of time-varying formation shapes for homogeneous and heterogeneous systems are proposed. The controllers, which are designed based on predictive and adaptive techniques with observer technique, are fully distributed and can be applied to large-scale systems. The application on linearized heterogeneous multi mobile robot systems is verified.

Nous présentons un modèle numérique d'économie de marché décentralisée, fonctionnant hors de l'équilibre, composée de deux grands groupes d'agents (entreprises et ménages) auxquels sont respectivement associées deux fonctions économiques principales (production et consommation). Ces fonctions s'exercent dans le respect des règles des économies capitalistes (propriété privée des moyens de production, échanges monétaires, salariat). Les agents sont des individus en interaction directe et indirecte (et non des agents représentatifs ou des agrégats), chacun poursuivant son propre but, agissant en fonction de son état individuel et de l'environnement proche, sans se préoccuper du tout de l'équilibre général du système et sans contrôle supérieur (ni de la part d'un planificateur, ni d'un commissaire-priseur). Le modèle respecte les trois principes essentiels des économies monétaires: - le processus de production prend du temps et les entreprises ont besoin de crédit pour lancer ce processus; - la monnaie est endogène, elle est créée par le crédit bancaire à la production; - les entreprises sont guidées par le motif de profit et ce profit est monétaire. Implémenté en Java, le modèle se présente comme un laboratoire virtuel permettant de conduire de véritables expériences "in silico". Les interactions réelles et monétaires entre les agents (multiples, hétérogènes, autonomes et concurrents) forment un système dynamique et complexe dont les propriétés macroéconomiques ne sont pas postulées. Nous reconstruisons ainsi les conditions de l'émergence de comportements macroéconomiques inobservables dans les modèles basés sur les notions d'agent représentatif et d'équilibre général.

Cette thèse a pour thème central l'influence stabilisatrice de politiques de taxation appropriées sur la dynamique économique. La stabilisation est ici entendue comme la possibilité d'atténuer voire d'éliminer, par de telles politiques, la probabilité d'apparition de fluctuations endogènes dans l'économie. Le premier chapitre examine, dans le cadre d'une économie réelle, les propriétés stabilisatrices de taxes linéairement progressives, proches des codes d'imposition par tranches prévalant dans de nombreux pays développés. Le deuxième chapitre met en évidence que l'influence stabilisatrice (contracyclique) de la taxation progressive diminue lorsqu'on introduit une disposition fiscale réaliste permettant aux entreprises de déduire de leur profit avant impôt les dépenses variables de maintenance. Le troisième chapitre évalue l'impact de la taxation des revenus dans une économie monétaire avec agents hétérogènes. Cette étude confirme que la progressivité fiscale réduit la probabilité d'apparition de fluctuations endogènes dans l'économie. Cependant on montre dans ce cadre monétaire, à la différence des économies réelles étudiées dans les deux premiers chapitres, que même un niveau élevé de progressivité ne peut éliminer complètement la possibilité de fluctuations endogènes. Enfin, le dernier chapitre analyse comment la politique fiscale peut affecter la volatilité agrégée et la croissance dans des économies sujettes à des contraintes de crédit. Dans un modèle de croissance endogène combinant des frictions sur le marché du capital et une inégalité d'accès aux opportunités d'investissement entre les individus, il est montré qu'une politique fiscale bien choisie, même linéaire, taxant les revenus du travail et organisant des transferts vers l'investissement innovant, peut remédier au défaut de financement de ces investissements lors des crises, stabiliser la dynamique et placer l'économie sur un sentier de croissance permanente et soutenue.

Cette thèse porte sur l’étude de la mémoire longue de la volatilité des rendements d’actions. Dans une première partie, nous apportons une interprétation de la mémoire longue en termes de comportement d’agents grâce à un modèle de volatilité à mémoire longue dont les paramètres sont reliés aux comportements hétérogènes des agents pouvant être rationnels ou à rationalité limitée. Nous déterminons de manière théorique les conditions nécessaires à l’obtention de mémoire longue. Puis nous calibrons notre modèle à partir des séries de volatilité réalisée journalière d’actions américaines de moyennes et grandes capitalisations et observons le changement de comportement des agents entre la période précédant l’éclatement de la bulle internet et celle qui la suit. La deuxième partie est consacrée à la prise en compte de la mémoire longue en gestion de portefeuille. Nous commençons par proposer un modèle de choix de portefeuille à volatilité stochastique dans lequel la dynamique de la log-volatilité est caractérisée par un processus d’Ornstein-Uhlenbeck. Nous montrons que l’augmentation du niveau d’incertitude sur la volatilité future induit une révision du plan de consommation et d’investissement. Puis dans un deuxième modèle, nous introduisons la mémoire longue grâce au mouvement brownien fractionnaire. Cela a pour conséquence de transposer le système économique d’un cadre markovien à un cadre non-markovien. Nous fournissons donc une nouvelle méthode de résolution fondée sur la technique de Monte Carlo. Puis, nous montrons toute l’importance de modéliser correctement la volatilité et mettons en garde le gérant de portefeuille contre les erreurs de spécification de modèle. / This PhD thesis is about the study of the long memory of the volatility of asset returns. In a first part, we bring an interpretation of long memory in terms of agents’ behavior through a long memory volatility model whose parameters are linked with the bounded rational agents’ heterogeneous behavior. We determine theoretically the necessary condition to get long memory. Then we calibrate our model from the daily realized volatility series of middle and large American capitalization stocks. Eventually, we observe the change in the agents’ behavior between the period before the internet bubble burst and the one after. The second part is devoted to the consideration of long memory in portfolio management. We start by suggesting a stochastic volatility portfolio model in which the dynamics of the log-volatility is characterized by an Ornstein-Uhlenbeck process. We show that when the uncertainty of the future volatility level increases, it induces the revision of the consumption and investment plan. Then in a second model, we introduce a long memory component by the use of a fractional Brownian motion. As a consequence, it transposes the economic system from a Markovian framework to a non-Markovian one. So we provide a new resolution method based on Monte Carlo technique. Then we show the high importance to well model the volatility and warn the portfolio manager against the misspecification errors of the model.

Cette thèse traite des interactions entre les sphères financière et réelle de l'économie. Elle se compose de quatre chapitres. Dans les deux premiers chapitres, nous étudions l'existence et les fluctuations d'une bulle spéculative rationnelle, comme source de la volatilité des prix d'actifs, en prenant en compte les imperfections financières dans la modélisation des choix des ménages. L'existence d'un choix de portefeuille et de frictions financières favorisent l'émergence des fluctuations d'une bulle et des cycles économiques endogènes. Dans un tel contexte, nous analysons le rôle stabilisateur des politiques fiscales et/ou monétaires. Dans le chapitre 1, nous montrons qu'une politique monétaire répondant aux prix des actifs permet de stabiliser l'économie dans son ensemble. Dans le chapitre 2, nous comparons les vertus stabilisatrices d'un impôt progressif sur le revenu de capital à celles d'une politique monétaire régie par une règle de Taylor. Nous montrons qu'un impôt progressif sur le capital permet de stabiliser l'économie en réduisant la probabilité d'apparition des fluctuations endogènes, alors qu'une règle de Taylor a des vertus stabilisatrices mitigées. Nous étudions, dans le chapitre 3, l'existence de bulles rationnelles dans une économie ouverte à deux pays et la transmission internationale de leur éclatement. L'éclatement de la bulle dans un pays se transmet nécessairement à l'autre pays. L'effet de l'éclatement peut être positif ou négatif sur l'autre pays. Dans le chapitre 4, nous analysons le rôle de l'hétérogénéité sur la dynamique des prix d'actifs et les inégalités lorsque les agents ont des préférences pour la richesse. / This thesis deals with the interplay between the financial and real sectors of the economy. This thesis consists of four chapters. In the first two chapters, we study the existence and endogenous fluctuations of rational speculative bubbles, as a source of volatility in asset prices, taking into account the financial imperfections at the household level. We argue that the existence of a portfolio choice and financial frictions promote the emergence of bubble fluctuations and endogenous business cycles. In this context, we analyze the stabilizing role of fiscal and/or monetary policies. In Chapter 1, we show that a monetary policy responding to asset prices can stabilize the economy as a whole. In Chapter 2, we compare the stabilizing virtues of a progressive taxation on capital income with those of a monetary policy managed by a Taylor rule. We show that a progressive taxation on capital may rule out endogenous fluctuations, whereas a monetary policy under a Taylor rule has a mitigated stabilizing role. In Chapter 3, we study, the existence of rational bubbles in a two-country economy, and the international transmission of their bursting. A bubble bursting in a country necessarily transmits to the othercountry. The effect of a bubble crash in one country onthe bubble issued by the other country can be positive or negative. In Chapter 4, we analyze the role of heterogeneity on the dynamics of asset prices and inequalities when economic agents have preferences for wealth. Heterogeneity in preferences, but also in income, can heighten social inequalities and increase the asset price in the long run, but also promote asset price volatility in the short run.