L'objectif de cette thèse est l'étude des jeux différentiels stochastiques à information incomplète. Nous considérons un jeu à deux joueurs adverses qui contrôlent une diffusion afin de minimiser, respectivement de maximiser un paiement spécifique. Pour modéliser l'incomplétude des informations, nous suivrons la célèbre approche d'Aumann et Maschler. Nous supposons qu'il existe des états de la nature différents dans laquelle le jeu peut avoir lieu. Avant que le jeu commence, l'état est choisi au hasard. L'information est ensuite transmise à un joueur alors que le second ne connaît que les probabilités respectives pour chaque état.Dans cette thèse nous établissons une représentationduale pour les jeux différentiels stochastiques à information incomplète. Ici, nous utilisons largement la théorie des équations différentielles stochastiques rétrogrades (EDSRs), qui se révèle être un outilindispensable dans cette étude. En outre, nous montrons comment, sous certaines restrictions, cette représentation permetde construire des stratégies optimales pour le joueur informé. Ensuite, nous donnons, en utilisant la représentation duale, une preuve particulièrement simple de la semiconvexité de la fonction valeur des jeux différentiels à information incomplète.Un autre partie de la thèse est consacré à des schémas numériques pour les jeux différentiels stochastiques à informationincomplète. Dans la dernière partie nous étudions des jeux d'arrêt optimal en temps continue, appelés jeux de Dynkin, à information incomplète. Nous établissons également une représentation duale, qui est utilisé pour déterminer des stratégies optimales pour le joueur informé dans ce cas.

Cette thèse étudie différents aspects asymptotiques du modèle de jeux répétés à information incomplète d'un côté à travers une approche temps discret/temps continu. On relie les fonctions valeurs et les stratégies optimales du joueur informé à des problèmes de contrôle stochastique. On étudie la représentation duale de ces problèmes en termes de solution de viscosité d'EDP non-linéaires du premier et du second ordre. Ces résultats sont appliqués dans des modèles de jeux d'échanges financiers servant à identifier des dynamiques de prix d'équilibre en temps continu. Le dernier chapitre étudie un modèle de jeu à somme non-nulle dans lequel des techniques propres aux jeux à somme nulle sont adaptées pour obtenir des résultats asymptotiques.

L'objectif de cette thèse est l'étude des jeux différentiels stochastiques à information incomplète. Nous considérons un jeu à deux joueurs adverses qui contrôlent une diffusion afin de minimiser, respectivement de maximiser un paiement spécifique. Pour modéliser l'incomplétude des informations, nous suivrons la célèbre approche d'Aumann et Maschler. Nous supposons qu'il existe des états de la nature différents dans laquelle le jeu peut avoir lieu. Avant que le jeu commence, l'état est choisi au hasard. L'information est ensuite transmise à un joueur alors que le second ne connaît que les probabilités respectives pour chaque état.Dans cette thèse nous établissons une représentationduale pour les jeux différentiels stochastiques à information incomplète. Ici, nous utilisons largement la théorie des équations différentielles stochastiques rétrogrades (EDSRs), qui se révèle être un outilindispensable dans cette étude. En outre, nous montrons comment, sous certaines restrictions, cette représentation permetde construire des stratégies optimales pour le joueur informé. Ensuite, nous donnons, en utilisant la représentation duale, une preuve particulièrement simple de la semiconvexité de la fonction valeur des jeux différentiels à information incomplète.Un autre partie de la thèse est consacré à des schémas numériques pour les jeux différentiels stochastiques à informationincomplète. Dans la dernière partie nous étudions des jeux d'arrêt optimal en temps continue, appelés jeux de Dynkin, à information incomplète. Nous établissons également une représentation duale, qui est utilisé pour déterminer des stratégies optimales pour le joueur informé dans ce cas. / The objective of this thesis is the study of stochastic differential games with incomplete information. We consider a game with two opponent players who control a diffusion in order to minimize, respectively maximize a certain payoff. To model the information incompleteness we will follow the famous ansatz of Aumann and Maschler. We assume that there are different states of nature in which the game can take place. Before the game starts the state is chosen randomly. The information is then transmitted to one player while the second one only knows the respective probabilities for each state. In this thesis we establish a dual representation for stochastic differential games with incomplete information. Therein we make a vast use of the theory of backward stochastic differential equations (BSDEs), which turns out to be an indispensable tool in this study. Moreover we show how under some restrictions that this representation allows to construct optimal strategies for the informed player.Morover we give - using the dual representation - a strikingly simple proof for semiconvexity of the value function of differential games with incomplete information. Another part of this thesis is devoted to numerical schemes for stochastic differential games with incomplete information. In the last part we investigate continuous time optimal stopping games, so called Dynkin games, with information incompleteness. We show that these games have a value and a unique characterization by a fully non-linear variational PDE for which we provide a comparison principle. Also we establish a dual representation for Dynkin games with incomplete information.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / Cette thèse est constituée de trois essais concernant la théorie des contrats. À prime abord, les sujets de ces trois essais peuvent paraître fort distincts mais ils sont toutefois liés par le thème récurrent des conséquences économiques d'une capacité limitée d'engagement dans une relation d'affaires bilatérale. Le premier essai présente un algorithme de programmation dynamique que j'ai développé afin de résoudre le modèle exposé dans Gauthier, Poitevin et González (1997). Le second essai explore la nature des contrats bilatéraux optimaux en information incomplète lorsque l'information est révélée de façon séquentielle à la partie informée. L'analyse y est menée sous différentes hypothèses quant à la capacité d'engagement des parties au contrat. Le troisième essai examine la teneur des comportements stratégiques des parties contractuelles lorsque la partie disposant du plus faible pouvoir de négociation peut procéder de manière privée à un investissement qui accroît le surplus social. Si l'on écarte le délicat problème du partage du surplus social, la nature des allocations économiques optimales dans une relation bilatérale, réalisables par l'emploi de contrats complets, en information complète et avec pleine capacité d'engagement des parties au contrat, est assez bien comprise dans la profession. À l'instar du système des prix, ces allocations réalisent l'égalité des taux marginaux de substitution des deux parties entre toutes les paires imaginables de biens économiques. Cependant, les contrats obtenus sous ces hypothèses ressemblent généralement fort peu à ceux que l'on peut observer empiriquement. En relâchant les hypothèses précédentes, la théorie moderne des contrats parvient à expliquer la nature des contrats comme résultant d'une adaptation optimale à un environnement contractuel imparfait. Parmi les hypothèses les plus susceptibles de ne pas être vérifiées dans la réalité, celle d'information parfaite des agents ainsi que celle d'une capacité d'engagement illimitée, sur tout horizon temporel et en toute circonstance, semblent les moins plausibles. La première de ces hypothèses est relâchée dans les deux derniers essais alors que la seconde l'est tout au long de la thèse. En information incomplète ou imparfaite, on peut démontrer que les objectifs d'assurance du revenu et d'efficacité dans la production sont généralement incompatibles, même si des contrats avec plein engagement sont disponibles. Afin de bien isoler les effets des déficiences quant à la capacité d'engagement des parties à un contrat en information incomplète ou imparfaite, je pose l'hypothèse, dans les deux derniers essais, que les agents n'ont aucune préférence pour le risque. Cette hypothèse n'est pas appropriée dans le premier essai; d'abord, parce que l'aversion stricte pour le risque y constitue la source des gains à l'échange et ensuite, parce que l'analyse y est menée en information complète. De manière générale, il ressort de mes travaux qu'une capacité limitée d'engagement dans les contrats restreint plus ou moins sévèrement l'ensemble des gains à l'échange réalisables. Il existe des moyens pour parvenir à créer un surplus économique — éventuellement sous-optimal — même si les agents économiques sont opportunistes et ne sont pas tenus de respecter leurs engagements passés. En ce sens, un environnement contractuel parfait n'est pas absolument requis pour qu'une économie puisse fonctionner à un niveau supérieur à l'autarcie. En horizon fini, les contrats robustes au problème de capacité limitée d'engagement, tels que prescrits en théorie, ont souvent une structure plus simple que les contrats de premier rang. Ils ressemblent davantage aux contrats réels et, en ce sens, il est plausible de penser que ce type de problème constitue un trait caractéristique de la nature des relations d'affaires dans l'économie. En horizon infini, lorsque les agents exploitent le potentiel de gain économique réalisable par des échanges différés, le problème d'engagement limité restreint la gamme des échanges possibles. Malgré un problème d'engagement, deux agents pourront s'auto-assurer mutuellement mais de manière imparfaite. Encore une fois, les contrats prescrits par cette théorie de second rang ressemblent davantage aux contrats observés dans la réalité.

Cette thèse concerne les jeux différentiels à somme nulle et à deux joueurs avec information incomplète. La structure de l'information est liée à un signal que reçoivent les joueurs. Cette information est dite symétrique quand la connaissance du signal est la même pour les deux joueurs (le signal est public), et asymétrique quand les signaux reçus par les joueurs peuvent être différents (le signal est privé).Ces signaux sont révélés au cours du jeu. Dans plusieurs situations de tels jeux, il est montré dans cette thèse, l'existence d'une valeur du jeu et sa caractérisation comme unique solution d'une équation aux dérivées partielles.Un type de structure d'information concerne le cas symétrique où le signal est réduit à la connaissance par les joueurs de l'état du système au moment où celui-ci atteint une cible donnée (les données initiales inconnues sont alors révélées). Pour ce type du jeu, nous avons introduit des stratégies non anticipatives qui dépendent du signal et nous avons obtenu l'existence d'une valeur.Comme les fonctions valeurs sont en général irrégulières (seulement continues), un des points clefs de notre approche est de prouver des résultats d'unicité et des principes de comparaison pour des solutions de viscosité lipschitziennes de nouveaux types d'équation d'Hamilton-Jacobi-Isaacs associées aux jeux étudiés. / In this thesis we investigate two-person zero-sum differential games with incomplete information. The information structure is related to a signal communicated to the players during the game.In such games, the information is symmetric if both players receive the same signal (namely it is a public signal). Otherwise, if the players could receive different signals (i.e. they receive private signals), the information is asymmetric. We prove in this thesis the existence of value and the characterization of the value function by a partial differential equation for various types of such games.A particular type of such information structure is the symmetric case in which the players receive as their signal the current state of the dynamical system at the moment when the state of the dynamic hits a fixed target set (the unknown initial data are then revealed to both players). For this type of games, we introduce the notion of signal-depending non-anticipative strategies with delay and we prove the existence of value with such strategies.As the value functions are in general irregular (at most continuous), a crucial step of our approach is to prove the uniqueness results and the comparison principles for viscosity solutions of new types of Hamilton-Jacobi-Isaacs equation associated to the games studied in this thesis.

Les problèmes de gestion optimale de l'information sont omniprésents sur les marchés financiers (délit d'initié, problèmes de défaut, etc). Leurs études nécessitent une conception stratégique des interactions entre agents : les ordres placés par un agent informé influencent les cours futurs des actifs par l'information qu'ils véhiculent. Cette possibilité d'influencer les cours n'est pas envisagée par la théorie classique de la finance. Le cadre naturel de l'étude des interactions stratégiques est la théorie des jeux. Cette thèse a précisément pour objet de développer une théorie financière basée sur la théorie des jeux. Nous prendrons comme base l'article de De Meyer et Moussa Saley , "On the origin of Brownian Motion in finance". Cet article modélise les interactions entre deux teneurs de marché asymétriquement informés sur le futur d'un actif risqué par un jeu répété à somme nulle à information incomplète. Cette étude montre en particulier que le mouvement Brownien, souvent utilisé en finance pour décrire la dynamique des prix, a une origine partiellement stratégique : il est introduit par les acteurs informés afin de tirer un bénéfice maximal de leur information privée. Cette thèse traite de diverses extensions de ce modèle concernant l'influence de la grille des prix, l'asymétrie bilatérale d'information, le processus de diffusion de l'information.

Cette thèse s'articule autour de deux grands thèmes: l'amélioration de la gestion des risques assurantiels souscrits par les entreprises d'assurance et l'intégration des techniques actuarielles et financières. L'intérêt majeur de notre démarche est de proposer de nouvelles méthodes modernes de gestion des risques pour les sociétés d'assurance, fournissant des alternatives pertinentes aux approches classiques des actuaires. Dans bon nombre de problèmes actuariels, l'information dont on dispose à propos des risques en présence n'est que partielle et il peut être intéressant d'obtenir des approximations de quantités d'intérêt (fonctions de répartition, primes stop-loss, coefficients d'ajustement, probabilités de ruine, etc.) basées sur les premiers moments des risques en présence. Dans tous les cas, il est évidemment très important de pouvoir évaluer la qualité de ces approximations. A cet égard, l'obtention de bornes sur ces quantités d'intérêt permet de contrôler l'erreur qui pourrait entacher l'approximation. Dans une telle perspective, la majeure partie de la thèse a pour cadre de travail les classes de risques partageant les mêmes premiers moments (notamment, moyenne, variance et coefficient de dissymétrie). L'existence de risques extrémaux par rapport à certaines relations d'ordres stochastiques de type convexe permet alors d'obtenir des bornes sur les quantités d'intérêt considérées. Dans certains cas, et ce afin d'obtenir des bornes plus précises, il peut également s'avérer intéressant de se restreindre à d'autres classes de risques. Par exemple, la classe des risques discrets, qui constitue un cas particulier de première importance en sciences actuarielles, a retenu toute notre attention. Cette thèse est composée d'articles (rédigés en anglais) publiés dans des revues nationales et internationales.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le domaine du machine learning et concerne plus particulièrement les sous-catégories de l'optimisation stochastique, du online learning et du clustering. Ces sous-domaines existent depuis plusieurs décennies mais ils ont tous reçu un éclairage différent au cours de ces dernières années. Notamment, les jeux de bandits offrent aujourd'hui un cadre commun pour l'optimisation stochastique et l'online learning. Ce point de vue conduit a de nombreuses extensions du jeu de base. C'est sur l'étude mathématique de ces jeux que se concentre la première partie de cette thèse. La seconde partie est quant à elle dédiée au clustering et plus particulièrement à deux notions importantes: la consistance asymptotique des algorithmes et la stabilité comme méthode de sélection de modèles.

Cette thèse est une contribution à la théorie économique sur trois aspects: la dynamique de prix dans les marchés financiers avec asymétrie d’information, la mise à jour des croyances et les raffinements d'équilibre dans les jeux de signaux, et l'introduction de l'ambiguïté dans la théorie du prix limite. Dans le chapitre 2, nous formalisons un jeu d'échange à somme nulle entre un secteur mieux informé et un autre qui l'est moins, pour déterminer de façon endogène, la dynamique du prix sous-jacent. Dans ce modèle, joueur 1 est informé de la conjoncture (L) mais est incertain de la croyance de joueur 2, car ce dernier est seulement informé à travers un message (M) qui est lié à cette conjoncture. Si L et M sont indépendants, alors le processus de prix sera une Martingale Continue à Variation Maximale (CMMV) et joueur 1 peut disposer de cet avantage informationnel. Par contre, si L et M ne sont pas indépendants, joueur 1 ne révèlera pas son information pendant le processus, et il ne bénéficiera donc pas de son avantage en matière d'information. Dans le chapitre 3, je propose une définition de l'équilibre de Test d'hypothèse (HTE) pour des jeux de signaux généraux, avec des joueurs non-Bayésiens qui sont soumis à une règle de mise à jour selon le modèle de vérification d'hypothèse caractérisé par Ortoleva (2012). Un HTE peut être différent d'un équilibre séquentiel de Nash en raison d'une incohérence dynamique. Par contre, dans le cas où joueur 2 traite seulement un message à probabilité nulle comme nouvelle inespérée, un HTE est un raffinement d'équilibre séquentiel de Nash et survit au critère intuitif dans les jeux de signaux généraux mais pas inversement. Nous fournissons un théorème d'existence qui couvre une vaste classe de jeux de signaux qui sont souvent étudiés en économie. Dans le chapitre 4, j'introduis l’ambiguïté dans un modèle d'organisation industrielle classique, dans lequel l'entreprise déjà établie est soit informée de la vraie nature de la demande agrégée, soit soumise à une incertitude mesurable classique sur la conjoncture, tandis qu'un éventuel nouvel arrivant fait face à une incertitude a la Knight (ambiguïté) concernant cette conjoncture. Je caractérise les conditions sou lesquelles le prix limite émerge en équilibre, et par conséquent l'ambigüité diminue la probabilité d'entrée. L'analyse du bien-être montre que le prix limite est plus nocif dans un marché où la demande escomptée est plus élevée que dans un autre où celle-ci est moindre. / This thesis contributes to the economic theory literature in three aspects: price dynamics in financial markets with asymmetric information belief updating and equilibrium refinements in signaling games, and introducing ambiguity in limit pricing theory. In chapter 2, we formulate a zero-sum trading game between a better informed sector and a less 1nformed sector to endogenously determine the underlying price dynamics. In this model, player 1 is informed of the state (L) but is uncertain about player 2's belief about the state, because player 2 is informed through some message (M) related to the state. If L and M are independent, then the price proces s will be a Continuous Martingale of Maximal Variation (CMMV), and player 1 can benefit from his informational advantage. However, if L and M are not independent, player 1 will not reveal his information during the trading process, therefore, he does not benefit from his informational advantage. In chapter 3, I propose a definition of Hypothesis Testing Equilibrium (HTE) for general signaling games with non-Bayesian players nested, by an updating rule according to the Hypothesis Testing model characterized by Ortoleva (2012). An HTE may differ from a sequential Nash equilibrium because of dynamic inconsistency. However, in the case in which player 2 only treats a zero-probability message as an unexpected news, an HTE is a refinement of sequential Nash equilibrium and survives the intuitive Critenon in general signaling games but not vice versa. We provide an existence theorem covering a broad class of signaling games often studied in economics. In chapter 4, I introduce ambiguity in a standard industry organization model, in which the established firm is either informed of the true state of aggregate demand or is under classical measurable uncertainty about the state, while the potential entrant is under Knightian uncertainty (ambiguity) about the state. I characterize the conditions under which limit pricing emerges in equilibria, and thus ambiguity decreases the probability of entry. Welfare analysis shows that limit pricing is more harmful in a market with higher expected demand than in a market with lower expected demand.