Cette thèse porte sur les conséquences de l’aversion à l’ambiguïté dans des contextes dynamiques en économie. En particulier, elle s’intéresse aux conséquences de l’aversion à l’ambiguïté dans les décisions d’investissement irréversibles, ainsi que dans un problème d’aléa moral dynamique, modélisé en temps continu. Le premier chapitre propose une revue de la littérature traitant de l’aversion à l’ambiguïté en contexte dynamique. Nous y passons en revue les modèles existants ainsi que leurs applications en économie et en finance. Le second chapitre s’intéresse aux décisions d’investissement irréversible d’un monopole et de firmes en compétition parfaite, en présence d’ambiguïté à propos de la volatilité du processus stochastique gouvernant la demande. Cette notion particulière d’ambiguïté nécessite de mobiliser les outils récents de la théorie des espérances non linéaires. On y montre qu’en présence d’aversion à l’ambiguïté, la stratégie optimale d’un monopole implique d’investir plus rapidement que dans un marché en concurrence parfaite. Le troisième chapitre s’appuie sur les résultats du second chapitre pour traiter le cas d’une concurrence imparfaite entre deux firmes. Le quatrième chapitre traite d’un problème d’aléa moral dynamique en temps continu et on y introduit la notion plus classique d’ambiguïté à propos de la dérive du processus gouvernant l’incertitude. On y montre que sous certaines restrictions semblables au cas standard, le contrat optimal est linéaire par rapport à la production finale. Ce résultat nous permet ensuite de discuter l’effet de l’aversion à l’ambiguïté sur les incitations et l’utilisation de l’information. / This thesis focuses on the consequences of ambiguity aversion in dynamic contexts in economics. In particular, we focus on the consequences of ambiguity aversion in irreversible investment problems, and in dynamic moral hazard problems in continuous-time. The first chapter reviews the literature on ambiguity in dynamic contexts, and reviews existing models as well as their applications in economics and finance. The second chapter deals with irreversible investment in the monopoly case and under perfect competition, under ambiguous volatility. The notion of ambiguous volatility requires the use of recent tools in non linear expectation theory. We show that the optimal entry strategy of a monopoly under ambiguous volatility implies investing sooner than the perfectly competitive equilibrium under volatility ambiguity. The third chapter builds on the results of the second chapter and treats a special case of imperfect competition. The last chapter deals with a dynamic principal-agent problem under moral in continuous-time, in which agents perceive ambiguity about the drift of the relevant process. We show that under certain conditions, the optimal contract is linear in final output. We then use this result to discuss the effect of ambiguity aversion on the incentive power of the optimal contract and the informativeness principle.

Ce travail de thèse porte sur les conditions économiques nécessaires à l’émergence d’une filière bioénergie par l’intermédiaire de la biomasse torréfiée. Cette recherche a été menée suivant deux approches complémentaires, l’une normative, portant sur l’étude du comportement des acteurs de cette filière, et l’autre positive, portant sur les conditions d’existence du marché de la biomasse torréfiée. Nous étudions les valeurs que l’offreur et le demandeur associent à la décision économique d’investissement dans de nouvelles technologies énergétiques et d’achat de la biomasse. Nous avons mesuré la demande des secteurs énergétiques afin de la confronter à l’offre et en déduire un prix d’échange en fonction de la flexibilité des industriels dans leur procédé de production et des contraintes environnementales auxquelles ils sont soumis. La thèse est composée de trois articles (chapitres 2, 3 et 4 en anglais) et de deux études confidentielles (chapitres 1 et 5 en français). Le chapitre 1 présente une enquête de terrain qualitative menée au niveau national, identifiant les demandeurs potentiels et déterminant les facteurs technico-économiques qui peuvent l’influencer. Le chapitre 2 étudie la décision d’investissement et de production d’un agent averse à l’ambiguïté faisant face à des incertitudes de marché telles que le nombre d’acteurs et l’effet de la concurrence des autres énergies fossiles sur le prix de vente de sa biomasse. Nous observons des effets asymétriques des deux incertitudes sur les montants optimaux de production et nous montrons théoriquement puis numériquement que l’aversion à l’ambiguïté tend à diminuer les niveaux optimaux d’investissement et de production. Le chapitre 3 présente le modèle que nous avons développé pour estimer la pénétration de la biomasse prétraitée dans le marché de la production d’électricité en fonction des politiques climatique et énergétiques modélisées. Nous en déduisons la fonction de demande en biomasse torréfiée. Dans le chapitre 4, nous développons un modèle en équilibre partiel d’offre provenant du secteur torréfaction et de demande en biomasse issue des secteurs électrique et raffinage pour estimer un prix d’équilibre d’échange de la biomasse torréfiée en fonction du prix du CO2 `a long terme. Enfin, cette approche positive est complétée par une étude logistique présentée dans le chapitre 5 afin de déterminer la stratégie d’approvisionnement et la taille optimale des unités de prétraitement implantées dans un bassin de production de biomasse. Le travail de recherche réalisé permet d’élaborer des recommandations destinées aux investisseurs et aux institutions en charge du développement des bioénergies. / This thesis focuses on the economic conditions required for the emergence of a bioenergy supply chain based on torrefied biomass. This research was conducted by using two complementary approaches: the normative one deals with the actors’ behavior in this sector and the positive one deals with the conditions necessary to trigger the torrefied biomass market in France. We study the supplier and demander behaviors regarding the investment in new energy technologies and the purchase of biomass. Then, the biomass demand per sector is modeled in order to compare it to the offer. We deduce an equilibrium selling price which depends on the flexibility of the industry in their production process and the environmental constraints under which they operate. This Ph.D. dissertation is composed of 3 articles (chapters 2, 3 and 4 in English) and 2 confidential studies (chapters 1 and 5 in French). Chapter 1 presents a survey driven at national level, to measure the potential demand and to determine the technical and economic factors influencing it. Chapter 2 analyzes the production and investment decisions of an ambiguity averse agent facing market uncertainties such as demand uncertainty (in terms of number of buyers) and competitive effect uncertainty (in terms of other energy resource). We apply our model on the bioenergy industries. We show that the investment decision of an agent depends on the effects of both the capital investment and the level of production on the cost and the uncertainty the agent is confronted with. Moreover, we find that ambiguity aversion tends to decrease the agent’s optimal levels of production and investment. Chapter 3 studies the penetration of green electricity production from biomass and its impacts on the future electricity generation mix for France incorporating different scenarios of emission allowance prices. The model is applied to the French power market under consideration of the neighboring countries and we determine the torrefied biomass demand function from our model. In chapter 4, we develop a partial equilibrium model of torrefied biomass supply and demand coming from the power sector and the refinery sector on the long term under CO2 price constraints. Our main results are the equilibrium selling prices of torrefied biomass and the break-even CO2 price which triggers the demand. A last chapter aims at studying the strategy of supply and the optimal size of pre-treatment units located in a pool of biomass production. The research carried out allows to propose recommendations for investors and institutions in charge of the development of bioenergies.

Les gaz à effet de serre (GES) sont en partie responsables du changement climatique. L'humanité est donc confrontée à un choix : soit de réduire les émissions des gaz qui sont la cause du problème, ou bien de prendre de mesures pour permettre aux populations de surmonter les conséquences de ces changements. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la première solution sous la prémisse selon laquelle une grande partie de l'effet de serre provient des activités humaines. Plus précisément, nous proposons quelques essais sur la modélisation des déterminants des investissements ayant pour objet la réduction des GES, en particulier des investissements dans l'amélioration de l'efficacité énergétique, et des investissements dans la substitution de ressources (fossiles) non-renouvelables par des ressources renouvelables. Tout d'abord nous essayons et expliquons la lente diffusion de certains investissements dans l'efficacité énergétique dans un cadre d'équilibre général. Ensuite, nous étudions les déterminants de la substitution des ressources non-renouvelables par des ressources renouvelables lorsque celles-ci sont des substituts parfaits. Enfin, nous tenons compte de la nécessité permanente de ressources sales, même si des technologies plus propres sont disponibles. Toutes ces questions sont basées sur des modèles qui ne peuvent être entièrement résolus analytiquement. Par conséquent, nous proposons dans cette thèse une méthodologie basée sur les propriétés des polynômes de Chebyshev pour calculer les solutions. / Greenhouse gases (GHG) are responsible for some climate change. Humanity faces a choice: either reducing the emissions of these gases or adapt to climate change. In this dissertation we focus on the first solution under the premise that a large part of the greenhouse effect comes from human activities. More precisely, we propose some essays on modeling the determinants of investing in reducing GHG through improving energy efficiency and substituting non-renewable resources (fossil fuels) by renewable resources. We first try and explain the slow diffusion of some energy efficient investments in a general equilibrium framework. We then study the determinants of switching from non-renewable resources to renewable resources when these are perfect substitutes. Finally, we account for the need of dirty resources even if cleaner technologies are available. All these issues are based on models that cannot be fully solved analytically, therefore we also propose in this dissertation a methodology based on the properties of Chebyshev polynomials to compute the solutions.

Les gaz à effet de serre (GES) sont en partie responsables du changement climatique. L'humanité est donc confrontée à un choix : soit de réduire les émissions des gaz qui sont la cause du problème, ou bien de prendre de mesures pour permettre aux populations de surmonter les conséquences de ces changements. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la première solution sous la prémisse selon laquelle une grande partie de l'effet de serre provient des activités humaines. Plus précisément, nous proposons quelques essais sur la modélisation des déterminants des investissements ayant pour objet la réduction des GES, en particulier des investissements dans l'amélioration de l'efficacité énergétique, et des investissements dans la substitution de ressources (fossiles) non-renouvelables par des ressources renouvelables. Tout d'abord nous essayons et expliquons la lente diffusion de certains investissements dans l'efficacité énergétique dans un cadre d'équilibre général. Ensuite, nous étudions les déterminants de la substitution des ressources non-renouvelables par des ressources renouvelables lorsque celles-ci sont des substituts parfaits. Enfin, nous tenons compte de la nécessité permanente de ressources sales, même si des technologies plus propres sont disponibles. Toutes ces questions sont basées sur des modèles qui ne peuvent être entièrement résolus analytiquement. Par conséquent, nous proposons dans cette thèse une méthodologie basée sur les propriétés des polynômes de Chebyshev pour calculer les solutions.

Cette thèse se positionne au croisement de la théorie de la décision en univers incertain et de la théorie des choix d’investissements irréversibles (options réelles). Elle poursuit trois objectifs principaux :1. Tout d’abord, elle s’inscrit dans un courant de recherche dynamique, notamment en économie et en finance, qui vise à modéliser l’impact de l’ambigüité à laquelle des décideurs sont parfois confrontés lorsqu’ils contemplent des choix aux conséquences irréversibles. 2. Ensuite, elle met l’accent sur la persistance de fortes controverses théoriques portant sur les fondements axiomatiques des modèles de décision face à l’ambigüité. Aussi, nous proposons d’utiliser certaines propriétés des modèles non linéaires pour aborder sous un angle original la représentation de l’ambigüité et des préférences des individus face à celle-ci. En particulier, nous suggérons de ne pas restreindre a priori la nature des préférences individuelles face à l’ambigüité. Pour cela, nous adoptons les fondements de l’approche de Choquet, à savoir tout particulièrement l’emploi de capacités (probabilités non additives) pour pondérer les différentes alternatives ambigües. Tout en proposant ce processus stochastique ambigu, dit Choquet-Brownien, nous soulignons les conditions de l’inévitable arbitrage entre réalisme des hypothèses et souplesse d’utilisation du modèle. D’un point de vue axiomatique, une attention particulière est portée au respect de la cohérence dynamique.3. Enfin, cette thèse vise à encourager une prise en considération plus ambitieuse des sources d’incertitude dans le cadre des options réelles. Alors qu’ils sont présentés comme des outils privilégiés pour affronter le risque, les modèles d’options réelles ont certainement beaucoup à gagner à s’enrichir par la prise en compte également de l’ambigüité. En effet, alors que le risque est largement discuté dans la littérature des options réelles, l’impact de l’ambigüité est très largement ignoré. / The need to elaborate innovative methods to analyze risk and uncertainty has become increasingly obvious over the last decades, especially due the growing perception of the multiplicity of social and economical issues characterized by the weight of uncertainty (natural disasters, ecological risk, financial crises…).This thesis is at the crossroad between decision theory under uncertainty and the irreversible investment theory (real options). Consequently, the main goal of this thesis is three-fold: 1. First, it contributes to the dynamic stream of literature in economics and finance that models the impact of ambiguity that individuals may often face and/or perceive when contemplating irreversible choices.2. Next, this thesis emphasizes that even with the plethora of decision models already dealing with uncertainty, elaborating sound axiomatic foundations largely remains an open question. This leads us to recommending the use of non linear models (such as multiple-priors, Choquet expected utility, robust control, smooth ambiguity), which in turn raises many challenging theoretical and practical obstacles. We explore original ways of addressing some of these issues and suggest the construction of ambiguous stochastic processes in a Choquet expected utility framework (that are called Choquet-Brownian motions): ambiguity preferences are thereby directly embedded into the trajectory of some random variables that may drive a decision, such as the expected cash flows of an investment project or its exit value.3. Finally, this thesis also aims specifically at encouraging the enrichment of real option models. It is striking that only the impact of risk has been widely discussed by the real option theory so far, while the specific impact of ambiguity has been largely ignored. Considering that the real option theory is directly concerned with sources of flexibility, irreversibility and uncertainty in general, ambiguity represents a promising expansion.