Le premier chapitre de cette thèse introduit les différentes notions que nous utiliserons et présente les travaux qui constituent ce mémoire.Dans le deuxième chapitre de cette thèse nous donnons une construction ainsi que les principales propriétés de l'intégrale stochastique par rapport au mBm harmonisable. Y sont également établies des formules d'Itô et une formule de Tanaka pour l'intégrale stochastique par rapport à ce mBm..Dans le troisième chapitre nous donnons une nouvelle définition, à la fois plus simple et plus générale, du mouvement brownien multifractionnaire. Nous montrons ensuite que le mBm apparaît naturellement comme limite de suite de somme de mouvement brownien fractionnaire (fBm) d’indices de Hurst différents.Nous appliquons alors cette idée pour tenter de construire une intégrale stochastique par rapport au mouvement brownien multifractionnaire à partir d’intégrales par rapport au fBm. Cela fait nous appliquons cette définition d’intégrale par rapport au mBm pour une méthode d’intégration donnée aux deux méthodes que sont le calcul de Malliavin et la théorie du bruit blanc.Dans ce dernier cas nous comparons alors l’intégrale ainsi construite à celle obtenue au chapitre 2. Le quatrième et dernier chapitre est une application du calcul stochastique développé dans les chapitres précédents. Nous y proposons un modèle à volatilité multifractionnaire où le processus de volatilité est dirigée par un mBm. L’intérêt résidant dans le fait que l’on peut ainsi prendre en compte à la fois la dépendance à long terme des accroissements de la volatilité mais aussi le fait que la trajectoire de ces accroissements varie au cours du temps.Utilisant alors la théorie de la quantification fonctionnelle pour, entre autres, approximer la solution de certaines des équations différentielles stochastiques, nous parvenons à calculer le prix d’option à départ forward et implicitons ainsi une nappe de volatilité que l’on représente graphiquement pour différentes maturités. / The aim of this PhD Thesis was to build and develop a stochastic calculus (in particular a stochastic integral) with respect to multifractional Brownian motion (mBm). Since the choice of the theory and the tools to use was not fixed a priori, we chose the White Noise theory which generalizes, in the case of fractional Brownian motion (fBm) , the Malliavin calculus. The first chapter of this thesis presents several notions we will use in the sequel.In the second chapter we present a construction as well as the main properties of stochastic integral with respect to harmonizable mBm.We also give Ito formulas and a Tanaka formula with respect to this mBm. In the third chapter we give a new definition, simplier and generalier of multifractional Brownian motion. We then show that mBm appears naturally as a limit of a sequence of fractional Brownian motions of different Hurst index.We then use this idea to build an integral with respect to mBm as a limit of sum of integrals with respect ot fBm. This being done we particularize this definition to the case of Malliavin calculus and White Noise theory. In this last case we compare the integral hence defined to the one we got in chapter 2. The fourth and last chapter propose a multifractional stochastic volatility model where the process of volatility is driven by a mBm. The interest lies in the fact that we can hence take into account, in the same time, the long range dependence of increments of volatility process and the fact that regularity vary along the time.Using the functional quantization theory in order to, among other things, approximate the solution of stochastic differential equations, we can compute the price of forward start options and then get and plot the implied volatility nappe that we graphically represent.

Cette thèse étudie quelques aspects de la modélisation stochastique des carnets d'ordres. Nous analysons dans la première partie un modèle dans lequel les temps d'arrivées des ordres sont Poissoniens indépendants. Nous démontrons que le carnet d'ordres est stable (au sens des chaines de Markov) et qu'il converge vers sa distribution stationnaire exponentiellement vite. Nous en déduisons que le prix engendré dans ce cadre converge vers un mouvement Brownien aux grandes échelles de temps. Nous illustrons les résultats numériquement et les comparons aux données de marché en soulignant les succès du modèle et ses limites. Dans une deuxième partie, nous généralisons les résultats à un cadre où les temps d'arrivés sont régis par des processus auto et mutuellement existants, moyennant des hypothèses sur la mémoire de ces processus. La dernière partie est plus appliquée et traite de l'identification d'un modèle réaliste multivarié à partir des flux des ordres. Nous détaillons deux approches : la première par maximisation de la vraisemblance et la seconde à partir de la densité de covariance, et réussissons à avoir une concordance remarquable avec les données. Nous appliquons le modèle ainsi estimé à deux problèmes concrets de trading algorithmique, à savoir la mesure de la probabilité d'exécution et le coût d'un ordre limite. / This thesis presents some aspects of stochastic order book modelling. In the first part, we analyze a model in which order arrivals are independent Poisson. We show that the order book is stable (in the sense of Markov chains) and that it converges to its stationary state exponentially fast. We deduce that the price generated in this setting converges to a Brownian motion at large time scales. We illustrate the results numerically and compare them to market data. In the second part, we generalize the results to a setting in which arrival times are governed by self and mutually existing processes. The last part is more applied and deals with the identification of a realistic multivariate model from the order flow. We describe two approaches: the first based on maximum likelihood estimation and the second on the covariance density function, and obtain a remarkable agreement with the data. We apply the estimated model to two specific algorithmic trading problems, namely the measurement of the execution probability of a limit order and its cost.

Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à certaines propriétés d'une classe de processus stochastiques à accroissements stationnaires et autosimilaires. Ces processus sont représentés par des intégrales multiples de Wiener-Itô. Dans le premier chapitre, nous étudions les propriétés géométriques des trajectoires de ce type de processus. En particulier, nous obtenons un développement en ondelettes presque-sûr. Celui-ci permet alors de trouver une borne supérieure pour le module de continuité uniforme, une borne supérieure pour le comportement asymptotique du processus et un résultat presque-sûr concernant les coefficients ponctuel et local de Hölder. De plus, nous obtenons des bornes inférieures et supérieures pour les dimensions de Hausdorff du graphe et de l'image des versions multidimensionnelles anisotropes de la classe de processus considérée. Dans le deuxième et le troisième chapitre de cette thèse, nous nous intéressons au calcul différentiel stochastique relatif au processus de Rosenblatt. A l'aide de la théorie des distributions de Hida, nous définissons une intégrale stochastique par rapport au processus de Rosenblatt. Nous obtenons une formule d'Itô pour certaines fonctionnelles du processus de Rosenblatt. Nous calculons explicitement la variance de l'intégrale stochastique par rapport au processus de Rosenblatt pour une classe spécifique d'intégrandes aléatoires. Enfin, nous comparons l'intégrale introduite avec d'autres définitions utilisées dans la littérature et procédons à une étude fine des termes résiduels faisant le lien entre ces différentes définitions. / In this PhD thesis, we are concerned with some properties of a class of self-similar stochastic processes with stationary increments. These processes are represented by multiple Wiener-Itô integrals. In the first chapter, we study geometric properties of the sample path of this type of processes. Specifically, we obtain an almost sure wavelet expansion which, in turn, allows us to compute an upper bound for the uniform modulus of continuity, an upper bound for the asymptotic growth at infinity of the processes and the almost sure values of the pointwise and local Hölder exponents at any points. Moreover, we obtain lower and upper bounds for the Hausdorff dimensions of the graph and the image of multidimensional anisotropic versions of the class of processes previously considered. In the second and in the third chapters, we are interested in the stochastic calculus with respect to the Rosenblatt process. Using Hida distributions theory, we define a stochastic integral with respect to the Rosenblatt process. We obtain an Itô formula for some functional of the Rosenblatt process. We compute explicitly the variance of the stochastic integral with respect to the Rosenblatt process for a specific class of stochastic integrands. At last, we compare the considered integral with other definitions used in the literature and provide a careful analysis of the residual terms linking the different definitions of integrals.

Cette thèse explore théoriquement et empiriquement les implications de la dynamique jointe action/option sur divers problématiques liées au trading d’options. Dans un premier temps, nous commençons par l’étude de la dynamique jointe entre une option sur un stock et une option sur l’indice de marché. Le modèle CAPM fournit un cadre mathématique adéquat pour cette étude car il permet de modéliser la dynamique jointe d’un stock et son indice de marché. En passant aux prix d’options, nous montrons que le beta et la volatilité idiosyncratique, paramètres du modèle, permettent de caractériser la relation entre les surfaces de volatilité implicite du stock et de l’indice. Nous nous penchons alors sur l’estimation du paramètre beta sous la probabilité risque-neutre en utilisant les prix d’options. Cette mesure, appelée beta implicite, représente l’information contenue dans les prix d’options sur la réalisation du paramètre beta dans le futur.Pour cette raison, nous essayons de voir, si le beta implicite a un pouvoir prédictif du beta futur.En menant une étude empirique, nous concluons que le beta implicite n’améliore pas la capacité de prédiction en comparaison avec le beta historique qui est calculé à travers la régression linéaire des rendements du stock sur ceux de l’indice. Mieux encore, nous remarquons que l’oscillation du beta implicite autour du beta futur peut entraîner des opportunités d’arbitrage, et nous proposons une stratégie d’arbitrage qui permet de monétiser cet écart. D’un autre côté, nous montrons que l’estimateur du beta implicite pourrait être utilisé pour la couverture d’options sur le stock en utilisant des instruments sur l’indice, cette couverture concerne notamment le risque de volatilité et aussi le risque de delta. Dans la deuxième partie de notre travail, nous nous intéressons au problème de market making sur options. Dans cette étude, nous supposons que le modèle de dynamique du sous-jacent sous la probabilité risque-neutre pourrait être mal spécifié ce qui traduit un décalage entre la distribution implicite du sous-jacent et sa distribution historique.Dans un premier temps, nous considérons le cas d’un market maker risque neutre qui vise à maximiser l’espérance de sa richesse future. A travers l’utilisation d’une approche de contrôle optimal stochastique, nous déterminons les prix optimaux d’achat et de vente sur l’option et nous interprétons l’effet de présence d’inefficience de prix sur la stratégie optimale. Dans un deuxième temps, nous considérons que le market maker est averse au risque et essaie donc de réduire l’incertitude liée à son inventaire. En résolvant un problème d’optimisation basé sur un critère moyenne-variance, nous obtenons des approximations analytiques des prix optimaux d’achat et de vente. Nous montrons aussi les effets de l’inventaire et de l’inefficience du prix sur la stratégie optimale. Nous nous intéressons par la suite au market making d’options dans une dimension plus élevée. Ainsi, en suivant le même raisonnement, nous présentons un cadre pour le market making de deux options ayant des sous-jacents différents avec comme contrainte la réduction de variance liée au risque d’inventaire détenu par le market-maker. Nous déterminons dans ce cas la stratégie optimale et nous appuyons les résultats théoriques par des simulations numériques.Dans la dernière partie de notre travail, nous étudions la dynamique jointe entre la volatilité implicite à la monnaie et le sous jacent, et nous essayons d’établir le lien entre cette dynamique jointe et le skew implicite. Nous nous intéressons à un indicateur appelé "Skew Stickiness Ratio"qui a été introduit dans la littérature récente. Cet indicateur mesure la sensibilité de la volatilité implicite à la monnaie face aux mouvements du sous-jacent. Nous proposons une méthode qui permet d’estimer la valeur de cet indicateur sous la probabilité risque-neutre sans avoir besoin d’admettre des hypothèses sur la dynamique du sous-jacent. [...] / This thesis explores theoretically and empirically the implications of the stock/option joint dynamics on applications related to option trading. In the first part of the thesis, we look into the relations between stock options and index options under the risk-neutral measure. The Capital Asset Pricing Model offers an adequate mathematical framework for this study as it provides a modeling approach for the joint dynamics between the stock and the index. As we compute option prices according to this model, we find out that the beta and the idiosyncratic volatility of the stock, which are parameters of the model, characterize the relation between the implied volatility surface of the stock and the one of the index. For this reason, we focus on the estimation of the parameter beta under the risk-neutral measure through the use of option prices.This measure, that we call implied beta, is the information contained in option prices concerning the realization of the parameter beta in the future. Trying to use this additional information, we carry out an empirical study in order to investigate whether the implied beta has a predictive power of the forward realized beta. We conclude that the implied beta doesn’t perform better than the historical beta which is estimated using the linear regression of the stock’s returns onthe index returns. We conclude also that the oscillation of the implied beta around the forward realized beta can engender arbitrage opportunities, and we propose an arbitrage strategy which enables to monetize this difference. In addition, we show that the implied beta is useful to hedge stock options using instruments on the index. In the second part of our work, we consider the problem of option market making. We suppose that the model used to describe the dynamics of the underlying under the risk-neutral probability measure can be misspecified which means thatthe implied distribution of the underlying may be different from its historical one. We consider first the case of a risk neutral market maker who aims to maximize the expectation of her final wealth. Using a stochastic control approach, we determine the optimal bid and ask prices on the option and we interpret the effect of price inefficiency on the optimal strategy. Next to that, we suppose that the market maker is risk averse as she tries to minimize the variance of her finalwealth. We solve a mean-variance optimization problem and we provide analytic approximations for the optimal bid and ask prices. We show the effects of option inventory and price inefficiency on the optimal strategy. We try then to extrapolate the study to a higher dimension in order to see the effect of joint dynamics of the different underlyings on the optimal strategy. Thus, we study market making strategies on a pair of options having different underlyings with the aim to reduce the risk due to accumulated inventories in these two options. Through the resolution of the HJB equation associated to the new optimization problem, we determine the optimal strategy and we support our theoretical finding with numerical simulations. In the final part of the thesis, we study the joint dynamics of the at-the-money implied volatility and the spot process. We try to establish a relation between this joint dynamics and the implied skew through the use of a quantity called the Skew Stickiness Ratio which was introduced in the recent literature. The Skew Stickiness Ratio quantifies the effect of the log-return of the spot on the increment of theat-the-money volatility. We suggest a model-free approach for the estimation of the SSR (Skew Stickiness Ratio) under the risk-neutral measure, this approach doesn’t depend on hypothesis on the dynamics of the underlying. [...]

La prise en compte de l’aléa dans le calcul des structures est souvent nécessaire pour le dimensionnement de celle-ci. Des méthodes stochastiques sont alors proposées. De plus, dans de nombreux cas, des altérations ou défauts affectent localement le comportement de la structure, alors que le reste n’est que faiblement impacté. Il n’est alors pas raisonnable d’utiliser une échelle d’analyse fine sur l’ensemble de la structure. On fait alors appel aux méthodes dites multi-échelles. Dans ce contexte, nous nous intéressons à l’estimation d’une quantité d’intérêt spécifique locale lorsque la méthode Arlequin est utilisée pour coupler un modèle déterministe à un modèle stochastique. Dans un premier temps, nous donnons les éléments nécessaires à l’utilisation de la méthode dans ce cadre de couplage stochastique. Pour contrôler ensuite la qualité de l’approximation obtenue par une telle approche, une méthode d’estimation d’erreur de type Goal-Oriented est proposée. En introduisant le résidu du problème de référence et un problème adjoint, une stratégie d’estimation de l’erreur est décrite. Nous étudions aussi les contributions des différentes sources de l’erreur à l’erreur totale (erreur de modèle, erreur de discrétisation, erreur stochastique). Nous proposons une technique pour estimer ces différentes erreurs et piloter un processus d’adaptation afin de contrôler l’erreur totale commise. Finalement, la méthode décrite est utilisée pour l’étude de l’infiltration de résine médicale dans le cas du traitement de la carie. / In design process, uncertainties have to be taken into account. Stochastic methods have therefore been proposed. Furthermore, in many cases, local defects affect strongly the behavior of a structure in a localized region while the rest of the structure is only slightly affected. In these cases, it is not reasonable to model the structure entirely at a fine scale, and multiscale methods are thus appealing. In this framework, we focused on the evaluation of a local specific quantity of interest when the Arlequin method is used to couple a deterministic model with a stochastic one. First, we give ingredients needed for the use of the method in this particular context. Second, to control the quality of the approximate solution obtained with such an approach, a goal-oriented method is introduced. Using residual-types estimates and adjoint-based techniques, a strategy for goal-oriented error estimation is presented for this coupling. Contributions of various error sources (modeling, space discretization, and discretization along the random dimension) are assessed. From information on error sources, an adaptive procedure is proposed to guaranty a given error tolerance. Finally, the described method is applied to study the infiltration of resin inside collagen network in the dentine.

Les ensembles d’arbres constituent à l’heure actuelle l’une des méthodes d’apprentissage statistique les plus performantes. Toutefois, leurs propriétés théoriques, ainsi que leurs performances empiriques restent sujettes à de nombreuses questions. Nous proposons dans cette thèse d’apporter un nouvel éclairage à ces méthodes. Plus particulièrement, après avoir évoqué les aspects théoriques actuels (chapitre 1) de trois schémas ensemblistes principaux (Forêts aléatoires, Boosting et Discrimination Stochastique), nous proposerons une analyse tendant vers l’existence d’un point commun au bien fondé de ces trois principes (chapitre 2). Ce principe tient compte de l’importance des deux premiers moments de la marge dans l’obtention d’un ensemble ayant de bonnes performances. De là, nous en déduisons un nouvel algorithme baptisé OSS (Oriented Sub-Sampling) dont les étapes sont en plein accord et découlent logiquement du cadre que nous introduisons. Les performances d’OSS sont empiriquement supérieures à celles d’algorithmes en vogue comme les Forêts aléatoires et AdaBoost. Dans un troisième volet (chapitre 3), nous analysons la méthode des Forêts aléatoires en adoptant un point de vue « noyau ». Ce dernier permet d’améliorer la compréhension des forêts avec, en particulier la compréhension et l’observation du mécanisme de régularisation de ces techniques. Le fait d’adopter un point de vue noyau permet d’améliorer les Forêts aléatoires via des méthodes populaires de post-traitement comme les SVM ou l’apprentissage de noyaux multiples. Ceux-ci démontrent des performances nettement supérieures à l’algorithme de base, et permettent également de réaliser un élagage de l’ensemble en ne conservant qu’une petite partie des classifieurs le composant. / Decision trees ensembles are among the most popular tools in machine learning. Nevertheless, their theoretical properties as well as their empirical performances are subject to strong investigation up to date. In this thesis, we propose to shed light on these methods. More precisely, after having described the current theoretical aspects of three main ensemble schemes (chapter 1), we give an analysis supporting the existence of common reasons to the success of these three principles (chapter 2). This last takes into account the two first moments of the margin as an essential ingredient to obtain strong learning abilities. Starting from this rejoinder, we propose a new ensemble algorithm called OSS (Oriented Sub-Sampling) whose steps are in perfect accordance with the point of view we introduce. The empirical performances of OSS are superior to the ones of currently popular algorithms such as Random Forests and AdaBoost. In a third chapter (chapter 3), we analyze Random Forests adopting a “kernel” point of view. This last allows us to understand and observe the underlying regularization mechanism of these kinds of methods. Adopting the kernel point of view also enables us to improve the predictive performance of Random Forests using popular post-processing techniques such as SVM and multiple kernel learning. In conjunction with random Forests, they show greatly improved performances and are able to realize a pruning of the ensemble by conserving only a small fraction of the initial base learners.

Ce travail de recherche s’inscrit dans le cadre de l’analyse vibroacoustique des structures complexes. Il propose une nouvelle approche énergétique utilisant le champ de densité d’énergie afin de simplifier une telle analyse. Cette approche est basée sur un modèle numérique stochastique construit à l’aide de l’approche probabiliste non paramétrique des incertitudes de modélisation et de paramètres. L’approche énergétique stochastique développée correspond à une nouvelle représentation du système vibroacoustique en terme des grandeurs énergétiques aléatoires. Un modèle vibroacoustique énergétique moyen est alors construit en prenant la moyenne statistique des grandeurs énergétiques. On dispose alors d’un modèle énergétique moyen pour analyser la vibroacoustique des systèmes complexes dans la bande des basses et des moyennes fréquences alors que la méthode SEA ne permet pas d’analyser cette bande de fréquence. L’analyse des propriétés des grandeurs énergétiques moyennes utilisées pour la construction du modèle vibroacoustique énergétique permet de construire une version simplifiée conduisant à un modèle énergétique simplifié pour lequel une méthodologie de partition structurale par zone est établie. Une application de cette approche énergétique et de la méthodologie de partition structurale par zone est présentée pour une voiture constituée d’une structure automobile couplée avec sa cavité acoustique interne / This research lies in the domain of the vibroacoustic analysis of complex structures. It proposes a new energy approach using the energy-density field in order to simplify such an analysis. This approach is based on a stochastic computational model constructed using the nonparametric probabilistic approach of modeling and parameters uncertainties. The stochastic energy approach developed corresponds to a new representation of the vibroacoustic system in terms of random energy quantities. A mean vibroacoustic energy model is thus constructed using a statistical averaging of the random energy quantities. This mean energy model provides a tool to perform a vibroacoustic analysis of complex structures in the low and medium frequency range while the SEA is not adapted to this frequency band. The analysis of the properties of the mean energy quantities used for the construction of the vibroacoustic energy model allows the construction of a simplified model to be obtained and yields a simplified energy model for which a structural partitioning methodology is then established. An application of the energy approach ant of the structural partitioning methodology is done on an automotive vehicle structure coupled with its internal acoustic cavity

Cette thèse se compose de deux parties indépendantes qui portent sur le contrôle stochastique avec des espérances non linéaires et les équations stochastiques rétrogrades (EDSR), ainsi que sur les méthodes numériques de résolution de ces équations. Dans la première partie on étudie une nouvelle classe d'équations stochastiques rétrogrades, dont la particularité est que la condition terminale n'est pas fixée mais vérifie une contrainte non linéaire exprimée en termes de "f-espérances". Ce nouvel objet mathématique est étroitement lié aux problèmes de couverture approchée des options européennes où le risque de perte est quantifié en termes de mesures de risque dynamiques, induites par la solution d'une EDSR non linéaire. Dans le chapitre suivant on s'intéresse aux problèmes d'arrêt optimal pour les mesures de risque dynamiques avec sauts. Plus précisément, on caractérise dans un cadre markovien la mesure de risque minimale associée à une position financière comme l'unique solution de viscosité d'un problème d'obstacle pour une équation intégro-différentielle. Dans le troisième chapitre, on établit un principe de programmation dynamique faible pour un problème mixte de contrôle stochastique et d'arrêt optimal avec des espérances non linéaires, qui est utilisé pour obtenir les EDP associées.La spécificité de ce travail réside dans le fait que la fonction de gain terminal ne satisfait aucune condition de régularité (elle est seulement considérée mesurable), ce qui n'a pas été le cas dans la littérature précédente. Dans le chapitre suivant, on introduit un nouveau problème de jeux stochastiques, qui peut être vu comme un jeu de Dynkin généralisé (avec des espérances non linéaires). On montre que ce jeu admet une fonction valeur et on obtient des conditions suffisantes pour l'existence d'un point selle. On prouve que la fonction valeur correspond à l'unique solution d'une équation stochastique rétrograde doublement réfléchie avec un générateur non linéaire général. Cette caractérisation permet d'obtenir de nouveaux résultats sur les EDSR doublement réfléchies avec sauts. Le problème de jeu de Dynkin généralisé est ensuite étudié dans un cadre markovien.Dans la deuxième partie, on s'intéresse aux méthodes numériques pour les équations stochastiques rétrogrades doublement réfléchies avec sauts et barrières irrégulières, admettant des sauts prévisibles et totalement inaccessibles. Dans un premier chapitre, on propose un schéma numérique qui repose sur la méthode de pénalisation et l'approximation de la solution d'une EDSR par une suite d'EDSR discrètes dirigées par deux arbres binomiaux indépendants (un qui approxime le mouvement brownien et l'autre le processus de Poisson composé). Dans le deuxième chapitre, on construit un schéma en discrétisant directement l'équation stochastique rétrograde doublement réfléchie, schéma qui présente l'avantage de ne plus dépendre du paramètre de pénalisation. On prouve la convergence des deux schémas numériques et on illustre avec des exemples numériques les résultats théoriques. / This thesis consists of two independent parts which deal with stochastic control with nonlinear expectations and backward stochastic differential equations (BSDE), as well as with the numerical methods for solving these equations.We begin the first part by introducing and studying a new class of backward stochastic differential equations, whose characteristic is that the terminal condition is not fixed, but only satisfies a nonlinear constraint expressed in terms of "f - expectations". This new mathematical object is closely related to the approximative hedging of an European option, when the shortfall risk is quantified in terms of dynamic risk measures, induced by the solution of a nonlinear BSDE. In the next chapter we study an optimal stopping problem for dynamic risk measures with jumps.More precisely, we characterize in a Markovian framework the minimal risk measure associated to a financial position as the unique viscosity solution of an obstacle problem for partial integrodifferential equations. In the third chapter, we establish a weak dynamic programming principle for a mixed stochastic control problem / optimal stopping with nonlinear expectations, which is used to derive the associated PDE. The specificity of this work consists in the fact that the terminal reward does not satisfy any regularity condition (it is considered only measurable), which was not the case in the previous literature. In the next chapter, we introduce a new game problem, which can be seen as a generalized Dynkin game (with nonlinear expectations ). We show that this game admits a value function and establish sufficient conditions ensuring the existence of a saddle point . We prove that the value function corresponds to the unique solution of a doubly reected backward stochastic equation (DRBSDE) with a nonlinear general driver. This characterization allows us to obtain new results on DRBSDEs with jumps. The generalized Dynkin game is finally addressed in a Markovian framework.In the second part, we are interested in numerical methods for doubly reected BSDEs with jumps and irregular barriers, admitting both predictable and totally inaccesibles jumps. In the first chapter we provide a numerical scheme based on the penalisation method and the approximation of the solution of a BSDE by a sequence of discrete BSDEs driven by two independent random walks (one approximates the Brownian motion and the other one the compensated Poisson process). In the second chapter, we construct an alternative scheme based on the direct discretisation of the DRBSDE, scheme which presents the advantage of not depending anymore on the penalization parameter. We prove the convergence of the two schemes and illustrate the theoretical results with some numerical examples.

Un problème auquel sont confrontés de nombreux réseaux de distribution, en particulier dans la vente de détail, est celui du choix entre une installation locale de stockage de produits ou une installation commune pour tous les centres du réseau. Le stockage commun permet des économies d’échelle. En revanche, il peut occasionner des coûts de transport importants. Quant au stockage local, il est coûteux du point de vue de l’investissement mais bon marché en utilisation. Pour profiter des avantages des deux techniques tout en limitant leurs inconvénients, on envisage l’installation de stocks locaux pouvant aussi être utilisés par les autres entreprises. Dans ce cas, le problème qui se pose alors est double. Il s’agit d’une part pour chaque entreprise, de déterminer sa propre quantité à commander, en fonction de la demande estimée à chaque point de vente. Il s’agit d’autre part d’organiser les échanges de produits entre les entreprises en fonction des demandes locales réelles. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse proposent des mécanismes de coordination qui agissent d’une façon collective et non plus d’une façon individuelle, pour améliorer à la fois le rendement au niveau de chaque centre de distribution et la satisfaction des clients.. Notre principal défi dans cette thèse est de proposer une approche analytique innovante issue de la théorie des jeux pour traiter des problèmes de gestion de stock visant à réduire globalement les stocks dans les réseaux de distribution toute en garantissant un bon niveau de service. / A problem facing many distribution networks, especially in retail, is the choice between a local product storage facility or a shared installation for all network centers. The common storage enables economies of scale. However, may cause significant transport costs. As for local storage, it is costly in terms of investment but cheap in use. To enjoy the benefits of both techniques while minimizing their drawbacks, it is envisaged the installation of local stocks can also be used by other companies. In this case, the problem that then arises is twofold. This is one for each company to determine its own order quantity, depending on the demand estimated at each point of sale. It is secondly to organize the exchange of products between companies based on actual local demands. The research presented in this thesis propose coordination mechanisms that act in a collective manner and not in an individual manner, to improve both the yield at each distribution center and customer satisfaction .. Our main challenge in this thesis is to propose an innovative analytical approach end of game theory to address inventory management problems to reduce overall inventory in the distribution networks throughout ensuring a good level of service.

Non seulement la structure hiérarchisée du tissu osseux mais aussi son hétérogénéité, son anisotropie et les incertitudes expérimentales de mesures liées aux matériaux vivants rendent en pratique impossible la définition d'un modèle déterministe fiable de ses propriétés matérielles. Dans une démarche d'aide au diagnostic clinique, l'objectif de cette thèse est de développer une modélisation robuste desdites propriétés à l'échelle de l'organe en intégrant l'incertitude expérimentale de mesures.Pour ce-faire, nous avons développé un modèle multi-échelle stochastique basé sur le principe du maximum d'entropie et des méthodes d’homogénéisation en champs moyens (micromécanique) qui s'est montré capable de prédire les propriétés matérielles du tissu osseux à l'échelle de l'organe en prenant en compte les incertitudes expérimentales de données issues de l’imagerie. Dans la perspective d'identifier le mécanisme de propagation de l’incertitude à travers le modèle multi-échelle, plusieurs versions de ce modèle ont été analysées.Le modèle principal utilise comme variables primaires la fraction volumique des constituants essentiels (le minéral, l'eau et le collagène) pour lesquelles une discussion est proposée échelle par échelle en examinant leur effet sur les propriétés effectives à chaque échelle. Cette description est à l’image d'une matryoshka, plus communément appelée poupée russe, via l’aspect multi-échelle. Chaque matryoshka est une série de poupées de tailles décroissantes placées les unes à l'intérieur des autres. Grâce à cette analyse, cette version du modèle a pu être liée de façon directe aux mesures expérimentales issues de l’imagerie médicale que sont la densité minérale du tissu (TMD) et la porosité haversienne (HP) de l'os cortical lors d’une calibration à l’échelle millimétrique. Cette version a été validée en utilisant plusieurs méthodes numériques telles que la méthode aux éléments finis et la méthode de la transformée de Fourier rapide. On a ainsi pu non seulement évaluer la précision de la méthode proposée mais aussi analyser le processus de transfert d'incertitudes entre les échelles.Enfin, la modélisation stochastique de l'os cortical a été complétée en introduisant des champs de tenseurs d’élasticité des matériaux impliqués dans le processus d’homogénéisation pour l’obtention des propriétés effectives. L’incertitude est introduite via un tenseur aléatoire et se propage spatialement en respectant des longueurs de corrélation et en une suite de réalisations. Ici encore, cette approche peut être vue comme une déclinaison des matryoshka via les champs de tenseurs d’élasticité qui se déclinent dans la procédure stochastique / The hierarchical structure of bone tissues, as well as the heterogeneity and anisotropy of its physical properties and the uncertainty on in vivo experimental measures make it impossible to establish a deterministic reliable model of bone mechanical properties. Aiming at providing a valuable aide to diagnostics in orthopaedic, the purpose of this thesis is to develop a robust mechanical model able to account for the experimental uncertainty.Therefore we developed a multi-scale stochastic model, based on continuum micromechanics and maximum entropy principle which has proved effective predicting the heterogeneous and anisotropic elastic properties of bone tissue at the organ scale accounting for experimental uncertainty affecting image-based input data.Aiming to clarify the mechanism of propagation of these uncertainties through the chosen principal multi-scale model, others versions have been analyzed. First, the principal model, which uses the volume fractions of the essential constituents (mineral, water, collagen), as primary variables, has been analyzed scale-by-scale (mineral foam, ultra-structure, cortical bone). The effect of the chosen homogenization methods and volume fractions on the resulting composites (as layers of a random Matryoshka) have been discussed. Thanks to this analysis, this model has been simplified and relied directly to the measures straightly accessible form medical imaging of the bone: the tissue mineral density (TMD) and the haversian porosity (HP) and their calibration at millimeter scale. This version of the stochastic model, proved to be as accurate as the proceeding one and, more effective in the description of the bone.Finally, the stochastic model of bone has been completed with the direct modeling of the elastic tensors of the involved materials. For this purpose, the random matrix theory has been applied. This theory can be seen as another declination of the Matryoshka paradigm. In this case, the uncertainty on the random tensor propagate from the inside (random germ) to outside (each layer of random matrix) through a suitable sequence of nonlinear operations. Thanks to the proposed decomposition, at once, the isotropic material class of the resulting material and his spatial variability has been included in the model