<p> We present an application of imprecise probability theory to the quantification of uncertainty in the integrated assessment of climate change. Our work is motivated by the fact that uncertainty about climate change is pervasive, and therefore requires a thorough treatment in the integrated assessment process. Classical probability theory faces some severe difficulties in this respect, since it cannot capture very poor states of information in a satisfactory manner. A more general framework is provided by imprecise probability theory, which offers a similarly firm evidential and behavioural foundation, while at the same time allowing to capture more diverse states of information. An imprecise probability describes the information in terms of lower and upper bounds on probability.</p> <p> For the purpose of our imprecise probability analysis, we construct a diffusion ocean energy balance climate model that parameterises the global mean temperature response to secular trends in the radiative forcing in terms of climate sensitivity and effective vertical ocean heat diffusivity. We compare the model behaviour to the 20th century temperature record in order to derive a likelihood function for these two parameters and the forcing strength of anthropogenic sulphate aerosols. Results show a strong positive correlation between climate sensitivity and ocean heat diffusivity, and between climate sensitivity and absolute strength of the sulphate forcing.</p> <p> We identify two suitable imprecise probability classes for an efficient representation of the uncertainty about the climate model parameters and provide an algorithm to construct a belief function for the prior parameter uncertainty from a set of probability constraints that can be deduced from the literature or observational data. For the purpose of updating the prior with the likelihood function, we establish a methodological framework that allows us to perform the updating procedure efficiently for two different updating rules: Dempster's rule of conditioning and the Generalised Bayes' rule. Dempster's rule yields a posterior belief function in good qualitative agreement with previous studies that tried to constrain climate sensitivity and sulphate aerosol cooling. In contrast, we are not able to produce meaningful imprecise posterior probability bounds from the application of the Generalised Bayes' Rule. We can attribute this result mainly to our choice of representing the prior uncertainty by a belief function.</p> <p> We project the Dempster-updated belief function for the climate model parameters onto estimates of future global mean temperature change under several emissions scenarios for the 21st century, and several long-term stabilisation policies. Within the limitations of our analysis we find that it requires a stringent stabilisation level of around 450 ppm carbon dioxide equivalent concentration to obtain a non-negligible lower probability of limiting the warming to 2 degrees Celsius. We discuss several frameworks of decision-making under ambiguity and show that they can lead to a variety of, possibly imprecise, climate policy recommendations. We find, however, that poor states of information do not necessarily impede a useful policy advice.</p> <p> We conclude that imprecise probabilities constitute indeed a promising candidate for the adequate treatment of uncertainty in the integrated assessment of climate change. We have constructed prior belief functions that allow much weaker assumptions on the prior state of information than a prior probability would require and, nevertheless, can be propagated through the entire assessment process. As a caveat, the updating issue needs further investigation. Belief functions constitute only a sensible choice for the prior uncertainty representation if more restrictive updating rules than the Generalised Bayes'Rule are available.</p> / <p> Diese Arbeit untersucht die Eignung der Theorie der unscharfen Wahrscheinlichkeiten für die Beschreibung der Unsicherheit in der integrierten Analyse des Klimawandels. Die wissenschaftliche Unsicherheit bezüglich vieler Aspekte des Klimawandels ist beträchtlich, so dass ihre angemessene Beschreibung von großer Wichtigkeit ist. Die klassische Wahrscheinlichkeitstheorie weist in diesem Zusammenhang einige Probleme auf, da sie Zustände sehr geringer Information nicht zufriedenstellend beschreiben kann. Die unscharfe Wahrscheinlichkeitstheorie bietet ein gleichermaßen fundiertes Theoriegebäude, welches jedoch eine größere Flexibilität bei der Beschreibung verschiedenartiger Informationszustände erlaubt. Unscharfe Wahrscheinlichkeiten erfassen solche Informationszustände durch die Spezifizierung von unteren und oberen Grenzen an zulässige Werte der Wahrscheinlichkeit.</p> <p> Unsere Analyse des Klimawandels beruht auf einem Energiebilanzmodell mit diffusivem Ozean, welches die globale Temperaturantwort auf eine Änderung der Strahlungsbilanz in Abhängigkeit von zwei Parametern beschreibt: die Klimasensitivität, und die effektive vertikale Wärmediffusivität im Ozean. Wir vergleichen das Modellverhalten mit den Temperaturmessungen des 20. Jahrhunderts, um eine sogenannte Likelihood-Funktion für die Hypothesen zu diesen beiden Parametern sowie dem kühlenden Einfluss der Sulfataerosole zu ermitteln. Im Ergebnis zeigt sich eine stark positive Korrelation zwischen Klimasensitivität und Wärmediffusivität im Ozean, und Klimasensitivität und kühlendem Einfluss der Sulfataerosole.</p> <p> Für die effiziente Beschreibung der Parameterunsicherheit ziehen wir zwei geeignete Modelltypen aus der unscharfen Wahrscheinlichkeitstheorie heran. Wir formulieren einen Algorithmus, der den Informationsgehalt beider Modelle durch eine sogenannte Belief-Funktion beschreibt. Mit Hilfe dieses Algorithmus konstruieren wir Belief-Funktionen für die A-priori-Parameterunsicherheit auf der Grundlage von divergierenden Wahrscheinlichkeitsschätzungen in der Literatur bzw. Beobachtungsdaten. Wir leiten eine Methode her, um die A-priori-Belief-Funktion im Lichte der Likelihood-Funktion zu aktualisieren. Dabei ziehen wir zwei verschiedene Regeln zur Durchführung des Lernprozesses in Betracht: die Dempstersche Regel und die verallgemeinerte Bayessche Regel. Durch Anwendung der Dempsterschen Regel erhalten wir eineA-posteriori-Belief-Funktion, deren Informationsgehalt qualitativ mit den Ergebnissen bisheriger Studien übereinstimmt, die eine Einschränkung der Unsicherheit über die Klimasensitivität und die kühlende Wirkung der Sulfataerosole versucht haben. Im Gegensatz dazu finden wir bei Anwendung der verallgemeinerten Bayesschen Regel keine sinnvollen unteren und oberen Grenzen an die A-posteriori-Wahrscheinlichkeit. Wir stellen fest, dass dieses Resultat maßgeblich durch die Wahl einer Belief-Funktion zur Beschreibung der A-priori-Unsicherheit bedingt ist.</p> <p> Die A-posteriori-Belief-Funktion für die Modellparameter, die wir aus der Anwendung der Dempsterschen Regel erhalten haben, wird zur Abschätzung des zukünftigen Temperaturanstiegs eingesetzt. Wir betrachten verschiedene Emissionsszenarien für das 21. Jahrhundert sowie verschiedene Stabilisierungsziele für den Treibhausgasgehalt in der Atmosphäre. Im Rahmen unserer Analyse finden wir, dass sehr strikte Stabilisierungsziele im Bereich einer Kohlendioxid-Äquivalentkonzentration von ca. 450 ppm in der Atmosphäre notwendig sind, um nicht eine vernachlässigbar kleine untere Wahrscheinlichkeit für die Begrenzung der Erwärmung auf 2 Grad Celsius zu erhalten. Wir diskutieren verschiedene Kriterien für die Entscheidungsfindung unter unscharfer Wahrscheinlichkeit, und zeigen dass sie zu verschiedenen teilweise unscharfen Politikempfehlungen führen können. Nichtsdestotrotz stellen wir fest, dass eine klare Politikempfehlung auch bei Zuständen schwacher Information möglich sein kann.</p> <p> Wir schließen, dass unscharfe Wahrscheinlichkeiten tatsächlich ein geeignetes Mittel zur Beschreibung der Unsicherheit in der integrierten Analyse des Klimawandels darstellen. Wir haben Algorithmen zur Generierung und Weiterverarbeitung von Belief-Funktionen etabliert, die eine deutlich größere A-priori-Unsicherheit beschreiben können, als durch eine A-priori-Wahrscheinlichkeit möglich wäre. Allerdings erfordert die Frage des Lernprozesses für unscharfe Wahrscheinlichkeiten eine weitergehende Untersuchung. Belief-Funktionen stellen nur dann eine vernünftige Wahl für die Beschreibung der A-priori-Unsicherheit dar, wenn striktere Regeln als die verallgemeinerte Bayessche Regel für den Lernprozess gerechtfertigt werden können.</p>

La prise de décision sous ambiguïté est au cœur de notre existence. En effet, nous devons sans cesse effectuer des choix sans pour autant en connaître les conséquences potentielles, ni les probabilités qui régissent ces conséquences. Afin de mieux définir les processus en jeu dans le développement de ces capacités décisionnelles sous ambiguïté, nous avons choisi de tester la théorie incontournable dans ce domaine, à savoir : L’Hypothèse des Marqueurs Somatiques (HMS). Cette hypothèse accorde un rôle adaptatif aux émotions et suppose que l’individu réalise au cours de sa vie un apprentissage de nature émotionnelle qui guiderait ses choix dans des conditions d’ambiguïté. Nous avons réalisé trois études expérimentales issues de l’association des approches de la psychopathologie, de la psychologie cognitive et de la psychologie du développement. Dans une première étude nous avons ainsi vérifié l’implication de l’alexithymie, un trouble spécifique de l’identification et de la régulation des émotions, dans le déficit décisionnel observé chez les joueurs pathologiques. En étudiant le cas particulier du jeu pathologique, nous avons pu étayer indirectement l’HMS, en démontrant que l’alexithymie pouvait être à la source du déficit décisionnel observé au sein de cette population. Dans une deuxième étude réalisée chez le sujet sain, nous avons développé un nouveau paradigme expérimental d’amorçage émotionnel afin de répondre aux critiques persistantes quant au rôle des processus émotionnels dans la décision sous ambiguïté. Nos données conduisent à penser que la prise de décision sous ambiguïté reposerait bien sur le développement d’un signal émotionnel intégral (i.e., en réponse aux feedbacks), en montrant pour la première fois la possibilité de renforcer ce signal pour une meilleure prise de décision. Dans une troisième étude nous avons examiné le développement, de l’enfance à l’âge adulte, des capacités de prise de décision sous ambiguïté sous l’angle des processus émotionnels mais également des processus cognitifs, et en particulier les stratégies d’ajustement suite aux feedbacks. Cette perspective développementale nous a permis de mieux définir les processus cognitifs essentiels à cette prise de décision sous ambiguïté en suggérant la nécessité d’inhiber une tendance spontanée à modifier son choix après une perte afin de permettre l’apprentissage émotionnel au cœur de la prise de décision sous ambiguïté. En conclusion, les résultats de cette thèse nous ont permis d’enrichir l’HMS, en soulignant la nécessité de prendre en compte les processus émotionnels et cognitifs dans le cadre de la prise de décision sous ambiguïté. / Decision-making under ambiguity is critical in our everyday life. Indeed, we make most of our choices with no information on the potential consequences of these choices or on the probabilities that govern these consequences. To better characterize the underlying mechanisms engaged in this complex ability, we tested the Somatic Marker Hypothesis (SMH), a key theory in this field. This theory posits that decision-making under ambiguity relies on the development of emotional responses to the world (i.e., an integral emotional signal) that bias people toward advantageous choices in ambiguous circumstances. Thus, the goal of this thesis was to test (i) the role of emotional processes and (ii) the possible implication of cognitive processes in our ability to choose advantageously in ambiguous context. In our first study, we investigated the factors at the root of the decision-making deficit of pathological gamblers by assessing the impact of alexithymia – a recurrent emotional disorder in this population – on their decision-making skills. In line with the SMH, we found that alexithymia was a key factor to understand pathological gamblers’ decision-making deficit. In a second study, we designed an emotional priming paradigm to provide direct evidence that decision making relies on the creation of an integral emotional signal in healthy adults. Our data supports the SMH by evidencing that decision-making can be improved when the integral emotional signal is reinforced. Finally, in our third study, we investigated the development of decision-making abilities by focusing on the strategic adjustments in children, adolescents and adults. Our data suggest that the inhibition of a spontaneous tendency to shift after a loss might be critical to choose advantageously. In conclusion, the results of this thesis broadened the scope of the HMS by emphasizing the need to study both emotional and cognitive processes to better understand decision making under ambiguity. Keywords: Decision-making under ambiguity; Emotional processes; Cognitive processes; Cognitive development the SMH by evidencing that decision-making can be improved when the integral emotional signal is reinforced. Finally, in our third study, we investigated the development of decision-making abilities by focusing on the strategic adjustments in children, adolescents and adults. Our data suggest that the inhibition of a spontaneous tendency to shift after a loss might be critical to choose advantageously. In conclusion, the results of this thesis broadened the scope of the HMS by emphasizing the need to study both emotional and cognitive processes to better understand decision making under ambiguity.

Afin de rendre compte de la spécificité des comportements à risque des adolescents, les modèles neurocognitifs récents ont proposé d'envisager la compétition entre deux systèmes caractérisés par des trajectoires développementales différentes : un système socio-émotionnel et un système de contrôle cognitif. En effet, l'engagement des adolescents dans des conduites à risque pourrait s'expliquer par une hypersensibilité émotionnelle exacerbée par des contextes sociaux saillant comme la présence de pairs, auquel s'ajoute une immaturité des processus de contrôle nécessaires à la régulation de ces émotions. Toutefois, l'ensemble de ces modèles négligent l'influence du niveau d'incertitude associées aux situations de prise de risque, alors même que les travaux de psychologie du développement témoignent de capacités différentes dans les situations de prise de décision à risque et les situations de prise de décision sous ambiguïté chez les adolescents. Ces derniers semblent en effet parfaitement capables d'intégrer des informations probabilistes et les enjeux associés aux différentes options, mais présentent des difficultés à décider avantageusement dès lors que ces informations ne sont plus directement disponibles mais doivent être inférées sur la base de leur propre expérience. Ainsi, l'objectif général de ce travail de thèse consistait à examiner l'influence du niveau d'incertitude et du contexte social sur la prise de risque à l'adolescence. Après avoir démontré dans une première étude que les adultes étaient massivement aversifs face aux situations associées à un manque d'information probabiliste, nous avons examiné la trajectoire développementale fine de ce phénomène d'aversion à l'ambiguïté chez l'enfant, l'adolescent et l'adulte. Cette étude contribue à définir l'aversion à l'ambiguïté comme une stratégie intuitive apparaissant progressivement au début de l'adolescence et mais suggère une aversion à l'ambiguïté aussi marquée chez les adolescents de 14-16 ans que chez les adultes. Ensuite, notre troisième étude avait pour objectif de clarifier l'impact du niveau d'information sur l'engagement des adolescents dans la prise de risque, à travers une comparaison directe entre des situations dites informées et non informées. Nos résultats démontrent que les adolescents présentent des difficultés à ajuster leurs réponses au niveau de risque dans les situations non-informées alors que la simple disponibilité d'indices concernant le niveau de risque les conduit à des performances similaires à celles des adultes. La réunion de nos trois premières études suggère ainsi que la prise de risque exacerbée des adolescents résulte davantage d'un déficit d'apprentissage basé sur les feedbacks, plutôt que d'une tendance générale à explorer les situations risquées ambigües. Face à ce constat, la quatrième étude visait à clarifier l'impact d'une influence sociale risquée ou prudente sur l'engagement des adolescents dans la prise de risque selon le niveau d'incertitude de la situation. Cette dernière étude nous a ainsi permis de souligner l'influence positive de l'expérience des pairs sur les conduites à risque des adolescents et de mettre en exergue le rôle spécifique de l'expérience d'autrui comme une information de nature sociale susceptible de compenser leur difficulté à apprendre sur la base de leur propre expérience. / In order to account for the characteristics of risk-taking specific to adolescence, new neurocognitive models presuppose a competition between two systems with distinct developmental trajectories: an emotional system and a top-down control system. Indeed, heightened risk-taking in adolescence could result from increased emotional sensitivity in socio-emotional contexts, including the presence of peers, combined with immature control processes underlying emotional regulation. Unfortunately, these models ignore the potential impact of varying levels of uncertainty in risky situations, despite advances in developmental psychology that suggest adolescent's capacities differ between risky decision-making and decision-making under ambiguity. Although adolescents are fully competent at evaluating probabilities and entertaining outcome likelihoods, they fail to make advantageous choices when such information is not directly available but must be inferred from their own experience. Thus, the overall aim of this thesis is to examine the impact of both the information level regarding risks and of the social-emotional context on risk-taking during adolescence. After showing in a first study that adults are largely ambiguity-averse in situations in which information is missing, we investigated the exact developmental trajectory of such ambiguity aversion in children, adolescents and adults. This second study characterizes ambiguity aversion as an affective strategy that gradually develops at the beginning of adolescence, while demonstrating that adolescents display an ambiguity aversion as much as adults. Then, study 3 aimed to clarify the influence of information level on adolescents' risk-taking behaviors by directly comparing informed and uninformed situations. Results showed that adolescents exhibit a suboptimal ability to adjust risk-taking to the risk level in the non-informed condition, but are efficient in making advantageous choices when explicit information is provided. Taken together, the first three studies suggest that heightened risk-taking in adolescence does not result from an increased ambiguity tolerance but rather from a specific impairment of feedback-based learning. Given adolescents' learning impairments in ambiguous situations, study 4 aimed to specify the impact of cautious or risky social influence on risk-taking behaviors, depending on the level of uncertainty. This final study underlies the potential positive influence of peers on risky behaviors. Peers4 experiences could play a particular role by providing social information that is likely to balance the difficulties adolescents have learning from their own experience.