Modelling defaultable contingent claims has attracted a lot of interest in recent years, motivated in particular by the Late-2000s Financial Crisis. In several papers various approaches on the subject have been made. This thesis tries to summarize these results and derive explicit formulas for the prices of financial derivatives with credit risk. It is divided into two main parts. The first one is devoted to the well-known theory of modelling the default risk while the second one presents the results concerning pricing of the defaultable models that we obtained ourselves.

This thesis consists of an introduction and five articles in the field of financial mathematics. The main topics of the papers comprise credit risk modelling, optimal stopping theory, and Dynkin games. An underlying theme in all of the articles is valuation of various financial instruments. Namely, Paper I deals with valuation of a game version of a perpetual American option where the parties disagree about the distributional properties of the underlying process, Papers II and III investigate pricing of default-sensitive contingent claims, Paper IV treats CVA (credit value adjustment) modelling for a portfolio consisting of American options, and Paper V studies a problem motivated by model calibration in pricing of corporate bonds. In each of the articles, we deal with an underlying stochastic process that is continuous in time and defined on some probability space. Namely, Papers I-IV treat stochastic processes with continuous paths, whereas Paper V assumes that the underlying process is a jump-diffusion with finite jump intensity. The information level in Paper I is the filtration generated by the stock value. In articles III and IV, we consider investors whose information flow is designed as a progressive enlargement with default time of the filtration generated by the stock price, whereas in Paper II the information flow is an initial enlargement. Paper V assumes that the default is a hitting time of the firm's value and thus the underlying filtration is the one generated by the process modelling this value. Moreover, in all of the papers the risk-free bonds are assumed for simplicity to have deterministic prices so that the focus is on the uncertainty coming from the stock price and default risk.

Die stochastische Analysis gibt Methoden zur Erfassung und Beschreibung von zufälligen numerischen Prozessen an die Hand. Die Beschreibungen hängen dabei sehr stark von der Informationsstruktur ab, die den Prozessen in Gestalt von Filtrationen zugrunde gelegt wird. Der 1. Teil der vorliegenden Arbeit handelt davon, wie sich ein Wechsel der Informationsstruktur auf das Erscheinungsbild eines stochastischen Prozesses auswirkt. Konkret geht es darum, wie sich eine Filtrationsvergrößerung auf die Semimartingalzerlegung eines Prozesses auswirkt. In dem 2. und 3. Teil der Arbeit wird die Rolle von Information im finanzmathematischen Nutzenkalkül untersucht. Im 2. Teil werden unter der Annahme, dass der maximale erwartete Nutzen eines Händlers beschränkt ist, qualitative Erkenntnisse über den Preisprozess hergeleitet. Es wird gezeigt, dass endlicher Nutzen einige strukturelle Implikationen für die intrinsische Sichtweise hat. Im 3. Teil wird quantitativ untersucht, wie sich Information auf den Nutzen auswirkt. Aus extrinsischer Sicht werden Händler mit unterschiedlichem Wissen verglichen. Falls die Präferenzen durch die logarithmische Nutzenfunktion beschrieben werden, stimmt der Nutzenzuwachs mit der gemeinsamen Information zwischen dem zusätzlichen Wissen und dem ursprünglichen Wissen überein, wobei `gemeinsame Information' im Sinne der Informationstheorie verstanden wird. / Stochastic Analysis provides methods to describe random numerical processes. The descriptions depend strongly on the underlying information structure, which is represented in terms of filtrations. The first part of this thesis deals with impacts of changes in the information structure on the appearance of a stochastic process. More precisely, it analyses the consequences of a filtration enlargement on the semimartingale decomposition of the process. The second and third part discuss the role of information in financial utility calculus. The second part is of a qualitative nature: It deals with implications of the assumption that the maximal expected utility of an investor is bounded. It is shown that finite utility implies some structure properties of the price process viewed from the intrinsic perspective. The third part is of a quantitative nature: It analyzes the impact of information on utility. From an extrinsic point of view traders with different knowledge are compared. If the preferences of the investor are described by the logarithmic utility function, then the utility increment coincides with the mutual information between the additional knowledge and the original knowledge.

La présente thèse traite la modélisation mathématique des risques souverains et ses applications.Dans le premier chapitre, motivé par la crise de la dette souveraine de la zone euro, nous proposons un modèle de risque de défaut souverain. Ce modèle prend en compte aussi bien le mouvement de la solvabilité souveraine que l’impact des événements politiques critiques, en y additionnant un risque de crédit idiosyncratique. Nous nous intéressons aux probabilités que le défaut survienne aux dates d’événements politiques critiques, pour lesquelles nous obtenons des formules analytiques dans un cadre markovien, où nous traitons minutieusement quelques particularités inhabituelles, entre autres le modèle CEV lorsque le paramètre d’élasticité β >1. Nous déterminons de manière explicite le processus compensateur du défaut et montrons que le processus d’intensité n’existe pas, ce qui oppose notre modèle aux approches classiques. Dans le deuxième chapitre, en examinant certains modèles hybrides issus de la littérature, nous considérons une classe de temps aléatoires dont la loi conditionnelle est discontinue et pour lesquels les hypothèses classiques du grossissement de filtrations ne sont pas satisfaites. Nous étendons l’approche de densité à un cadre plus général, où l’hypothèse de Jacod s’assouplit, afin de traiter de tels temps aléatoires dans l’univers du grossissement progressif de filtrations. Nous étudions également des problèmes classiques : le calcul du compensateur, la décomposition de la surmartingale d’Azéma, ainsi que la caractérisation des martingales. La décomposition des martingales et des semi-martingales dans la filtration élargie affirme que l’hypothèse H’ demeure valable dans ce cadre généralisé. Dans le troisième chapitre, nous présentons des applications des modèles proposés dans les chapitres précédents. L’application la plus importante du modèle de défaut souverain et de l’approche de densité généralisée est l’évaluation des titres soumis au risque de défaut. Les résultats expliquent les sauts négatifs importants dans le rendement actuariel de l’obligation à long terme de la Grèce pendant la crise de la dette souveraine. La solvabilité de la Grèce a tendance à s’empirer au fil des années et le rendement de l’obligation a des sauts négatifs lors des événements politiques critiques. En particulier, la taille d’un saut dépend de la gravité d’un choc exogène, du temps écoulé depuis le dernier événement politique, et de la valeur du recouvrement. L’approche de densité généralisée rend aussi possible la modélisation des défauts simultanés qui, bien que rares, ont un impact grave sur le marché. / This dissertation deals with the mathematical modelling of sovereign credit risk and its applications. In Chapter 1, motivated by the European sovereign debt crisis, we propose a hybrid sovereign risk model which takes into account both the movement of the sovereign solvency and the impact of critical political events besides the idiosyncratic credit risk. We are interested in the probability that the default occurs at critical political dates, for which we obtain closed-form formulae in a Markovian setting, where we deal with some unusual features, such as a treatment of the CEV model when the elasticity parameter β > 1. We compute explicitly the compensator process of default and show that the intensity process does not exist. In Chapter 2, by studying certain hybrid models in literature on credit risks, we consider a type of random times whose conditional probability distribution is not continuous and by which standard intensity and density hypotheses in the enlargement of filtrations are not satisfied. We propose a generalised density approach, where the hypothesis of Jacod is relaxed, in order to deal with such random times in the framework of progressive enlargement of filtrations We also study classic problems such as the computation of the compensator process of the random time, the decomposition of the Azéma supermartingale, as well as the martingale characterisation. The martingale and semimartingale decompositions in the enlarged filtration show that the H’-hypothesis holds in this generalised framework. In Chapter 3, we display several applications of the models proposed in the previous chapters. The most important application of the hybrid default model and the generalised density approach is the valuation of default claims. The results explain the significant negative jumps in the long-term Greek government bond yield during the sovereign debt crisis. The solvency of Greece tends to fall gradually through time and the bond yield has negative jumps when critical political events are held. In particular, the size of a jump depends on the seriousness of an exogenous shock, the elapsed time since the last political event, and the value of the recovery payment. The generalised density approach also makes possible the modelling of simultaneous defaults, which are rare but may have an important impact.

Dans cette thèse, nous donnerons tout d'abord des conditions sur les paramètres d’une EDSR à générateur lipschitzien ou à croissance quadratique telles que les processus solutions de l’EDSR admettent des densités par rapport à la mesure de Lebesgue. Puis, nous donnerons des conditions sur les paramètres d’une EDSR non-markovienne à générateur lipschitzien ou quadratique telles que les processus solutions de l’EDSR admettent une dérivée de Malliavin, à l’aide d’une nouvelle caractérisation de cette dérivée. Ce résultat nous fournira une nouvelle structure interne des espaces de Malliavin que nous étudierons. Nous donnerons ensuite des conditions nous assurant que des solutions d’EDSR non-markoviennes à générateurs lipschitziens stochastiques sont différentiables au sens de Malliavin en utilisant cette caractérisation. Nous ferons ensuite une analyse de densités pour les lois des solutions de telles EDSR et nous appliquerons nos résultats à la biologie. Enfin, nous étudierons deux exemples d’utilisations des EDSR en finance. On s’intéressera tout d’abord à un problème de maximisation d’utilité avec un horizon aléatoire que nous réduirons à l’analyse d’un nouveau type d’EDSR à coefficients singuliers et nous illustrerons nos résultats par des simulations numériques. Puis, nous résoudrons un problème de type Principal/Agent sous volatilité incertaine. / In the first part of this PhD thesis, we give conditions on the parameters of Lipschitz and quadratic growth BSDEs such that the laws of the components Y and Z of the solutions to such BSDEs admit densities with respect to the Lebesgue measure. We then provide conditions on the parameters of non-Markovian Lipschitz or quadratic growth BSDEs such that the components Y and Z of their solutions are Malliavin differentiable. We obtain these conditions by applying a new characterization of the Malliavin differentiability, as an Lp convergence criterion of difference quotients. This result provide also a new characterization of the Malliavin-Sobolev spaces that we study in detail. To finish this first theoretical part, we provide conditions ensuring that solutions of non-Markovian stochastic-Lipschitz BSDEs are Malliavin differentiable by applying the characterization of the Malliavin differentiability obtained. We then analyse the existence of densities for the laws of the components of solutions to such BSDEs and we apply our result to a model of gene expression. In the second part of this thesis, we investigate financial problems dealing with BSDEs. We first solve a utility maximization problem with a random horizon, characterized by an exogenous default time. We reduce it to the analysis of a specific BSDE, which we call BSDE with singular coefficients, when the default time is assumed to be bounded. We give conditions ensuring the existence and the uniqueness of solutions to such BSDE and we illustrate our results by numerical simulations. Then, we solve a Principal/Agent problem with ambiguity, in which the "Nature" impacts both the utilities of the Agent and the Principal, charaterized by sets of probability measures which modify the volatility.

Dans ce travail de thèse le processus d'information concernant un instant de défaut τ dans un modèle de risque de crédit est décrit par un pont brownien sur l'intervalle stochastique [0, τ]. Un tel processus de pont est caractérisé comme plus adapté dans la modélisation que le modèle classique considérant l'indicatrice I[0,τ]. Après l'étude des formules de Bayes associées, cette approche de modélisation de l'information concernant le temps de défaut est reliée avec d'autres informations sur le marché financier. Ceci est fait à l'aide de la théorie du grossissement de filtration, où la filtration générée par le processus d'information est élargie par la filtration de référence décrivant d'autres informations n'étant pas directement liées avec le défaut. Une attention particulière est consacrée à la classification du temps de défaut par rapport à la filtration minimale mais également à la filtration élargie. Des conditions suffisantes, sous lesquelles τ est totalement inaccessible, sont discutées, mais également un exemple est donné dans lequel τ évite les temps d'arrêt, est totalement inaccessible par rapport à la filtration minimale et prévisible par rapport à la filtration élargie. Enfin, des contrats financiers comme, par exemple, des obligations privée et des crédits default swaps, sont étudiés dans le contexte décrit ci-dessus. / In this PhD thesis the information process concerning a default time τ in a credit risk model is described by a Brownian bridge over the random time interval [0, τ]. Such a bridge process is characterised as to be a more adapted model than the classical one considering the indicator function I[0,τ]. After the study of related Bayes formulas, this approach of modelling information concerning the default time is related with other financial information. This is done with the help of the theory of enlargement of filtration, where the filtration generated by the information process is enlarged with a reference filtration modelling other information not directly associated with the default. A particular attention is paid to the classification of the default time with respect to the minimal filtration but also with respect to the enlarged filtration. Sufficient conditions under which τ is totally inaccessible are discussed, but also an example is given of a τ avoiding the stopping times of the reference filtration, which is totally inaccessible with respect to its own filtration and predictable with respect to the enlarged filtration. Finally, common financial contracts like defaultable bonds and credit default swaps are considered in the above described settings.