Résumé : Le contrôle de la chimie de l'eau dans un réacteur nucléaire refroidi à l'eau nécessite une compréhension détaillée des effets de la radiolysede l'eau afin de limiter la corrosion et la dégradation des matériaux par oxydation générée par les produits de cette radiolyse. Toutefois, la mesure directe de la chimie dans le cœur des réacteurs est extrêmement difficile, sinon impossible, en raison des conditions extrêmes de haute température et haute pression, et les champs d’irradiation mixtes neutrons/γ, qui ne sont pas compatibles avec l'instrumentation chimique normale. Pour ces raisons,des modèles théoriques et des simulations sur ordinateur sont essentielles pour la prédiction de la chimie sous rayonnement de l'eau de refroidissement dans le cœur et son impact sur les matériaux. Dans ce travail, des simulations Monte Carlo ont été utilisées pour calculer les rendements des principales espèces (e[indice supérieur -][indice inférieur aq], H[indice supérieur •], H[indice inférieur 2], [indice supérieur •]OH et H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2]) formées lors de la radiolyse de l’eau liquide neutre par des neutrons mono-énergétiques de 2 MeV à des températures entre 25 et 350 °C. Le choix des neutrons de 2 MeV comme énergie d'intérêt est représentatif du flux de neutrons rapides dans un réacteur. Pour l'eau légère, la contribution la plus significative à la radiolyse vient des quatre premières collisions des neutrons qui produisent, dans la majorité des cas, des protons avec des énergies de recul de ~1.264, 0.465, 0.171 et 0.063 MeV et des transferts d’énergie linéique (TEL) moyens respectivement de ~22, 43, 69et 76 keV/[micro]m. Par ailleurs, nous avons négligé les effets des radiations dus aux ions de recul de l’oxygène. Les rendements moyens finaux peuvent alors être estimés comme étant la somme des rendements résultant de l’action de ces protons après pondérations en fonction de l’énergie déposée. Les rendements ont été calculés à 10[indice supérieur -7], 10[indice supérieur -6] et 10[indice supérieur -5] s. Les valeurs obtenues sont en accord avec les données expérimentales disponibles. En comparant nos résultats avec les données obtenues pour les rayonnements à faible TEL (rayons γ de [indice supérieur 60]Co ou électrons rapides), nos rendements calculés pour les neutrons rapides ont montré une dépendance en température essentiellement similaire, mais avec des valeurs plus faibles pour les rendements en radicaux libres et des valeurs plus élevées pour les rendements moléculaires. Nous avons également utilisé les simulations Monte Carlo pour étudier l'existence de la chute rapide de la constante de vitesse de réaction de l'électron hydraté (e[indice supérieur -][indice inférieur aq]) sur lui-même – l’une des principales sources de formation de H[indice inférieur 2] – au-dessus de 150 °C. Cette dépendance en température a été observée expérimentalement en milieu alcalin par divers auteurs, mais jamais en milieu neutre. Lorsque cette baisse de la constante de vitesse d’auto-réaction de e[indice supérieur -][indice inférieur aq] est incluse dans nos codes de simulation, tant pour des rayonnements de bas TEL (grappes isolés) que de haut TEL (trajectoires cylindriques), g(H[indice inférieur 2]) montre une discontinuité marquée à la baisse à ~150°C, ce qui n'est pas observée expérimentalement. Les conséquences de la présence de cette discontinuité dans le rendement en H[indice inférieur 2] pour les rayonnements à bas et haut TEL sont discutées. Enfin, nous avons tenté d’expliquer l'augmentation – considérée comme anormale – du rendement en H[indice inférieur 2] en fonction de la température au-dessus de 200 °C par l’intervention de la réaction des atomes H[indice supérieur •] avec l'eau, préalablement proposée par Swiatła-Wojcik et Buxton en 2005. La constante de vitesse de cette réaction est toujours controversée. // Abstract : Controlling the water chemistry in a water-cooled nuclear power reactor requires understanding and mitigating the effects of water radiolysis to limit the corrosion and degradation of materials by oxidizing radiolysis products. However, direct measurement of the chemistry in reactor cores is extremely difficult due to the extreme conditions of high temperature, pressure, and mixed neutron/γ-radiation fields, which are not compatible with normal chemical instrumentation. For these reasons, theoretical models and computer simulations are essential for predicting the detailed radiation chemistry of the cooling water in the core and the impact on materials. Monte Carlo simulations were used to calculate the yields for the primary species (e[superscript -][subscript aq], H[superscript •], H[subscript 2], [superscript •]OH, and H[subscript 2]O[subscript 2]) formed from the radiolysis of neutral liquid water by mono-energetic 2-MeV neutrons and the mechanisms involved at temperatures between 25 and 350 °C. In this work, we chose 2-MeV neutron as our energy of interest since it is known as representative of a fast neutron flux in a nuclear reactor. For light water, for that chosen energy, the most significant contribution to the radiolysis comes from the first four neutron collisions that generate mostly ejected protons with energies of ~1.264, 0.465, 0.171, and 0.063 MeV, which had, at 25 °C, mean linear energy transfers (LETs) of ~22, 43, 69, and 76 keV/[micro]m, respectively. In this work, we simply neglected the radiation effects due to oxygen ion recoils. The average final fast neutron yields could be estimated as the sum of the yields for these protons after allowance was made for the appropriate weightings (by using the Eq (2) in Chapter 4) according to their deposited energy. Yields were calculated at 10[superscript -7], 10[superscript -6] and 10[superscript -5] s. Our computed yield agreed reasonably well with the available experimental data. By comparing our results with data obtained for low-LET radiation ([superscript 60]Co γ-rays or fast electrons), our computed yields for fast neutron radiation showed essentially similar temperature dependences over the range of temperature studied, but with lower values for yields of free radicals and higher values for molecular yields. In this work, we also used our Monte Carlo simulation to investigate the existence of drop of hydrated electron (e[superscript -][subscript aq]) self-reaction rate constant at 150 °C. One of the main sources of H[subscript 2] formation is the self-reaction of hydrated electrons. The temperature dependence of the rate constant of this reaction (k[subscript 1]), measured under alkaline conditions, reveals that the rate constant drops abruptly above ~150 °C. However, when this drop in the e[superscript -][subscript aq] self-reaction rate constant is included in our code for low (isolated spurs) and high (cylindrical tracks) linear energy transfer (LET), g(H[subscript 2]) shows a marked downward discontinuity at ~150 °C which is not observed experimentally. The consequences of the presence of this discontinuity in H[subscript 2] yield for both low and high LET radiation are discussed. Another reaction that might explain the anomalous increasing of H[subscript 2] yield with temperature is the reaction of H[superscript •] atoms with water previously proposed by Swiatla-Wojcik and Buxton (2005) whose rate constant is still in controversial.

Cette thèse explore la dimension géographique des disparités entre les sexes dans le marché du travail. Les questions étudiées incluent la variation de la prime salariale urbaine entre les sexes (chapitre deux), l'exploration des différents mécanismes derrière les effets importants de la localisation géographique sur les gains du marché du travail des femmes (chapitre trois), et de l'écart entre les sexes sur les rendements d'expérience urbains (chapitre quatre). Le deuxième chapitre entreprend une analyse transversale à l'aide de données françaises pour estimer la prime salariale urbaine et sa variation entre les sexes. Les résultats confirment l'existence d'une prime salariale urbaine nettement supérieure pour les femmes. Un doublement de la densité de l'emploi dans une zone donnée entraîne une réduction de 2,4 pourcent de l'écart salarial entre les sexes, une valeur qui augmente de 4 pourcent lorsqu'on exclut la catégorie professionnelle des ouvriers. Contrairement au reste des professions, l'effet de la densité favorise les hommes dans la catégorie des ouvriers. Le troisième chapitre cherche à trouver les mécanismes à l'origine de l'effet importante de la localisation géographique sur les gains du marché du travail pour les femmes en employant l'approche par l'estimateur « within ». Les résultats suggèrent que la moitié de la prime salariale urbaine est attribuée sur la base d'un tri des travailleurs selon le type de compétences à travers des différentes zones. Cependant, en complément du tri de compétences, d'autres hétérogénéités individuelles contribuent également à l'excès de la prime salariale urbaine pour les femmes. / This dissertation explores the geographical dimension of the gender gaps in the labor market. The investigated issues include the variation of urban wage premium across genders (chapter two), exploration of different mechanisms behind stronger location effects for females' labor market gains (chapter three), and the gender gap in the urban returns to experience (chapter four). The second chapter undertakes a cross-sectional analysis by using French data to estimate the urban wage premium and its variation across genders. The findings confirm the existence of an urban wage premium that is significantly higher for women. A twofold increase in employment density of an area results in a 2.4 percent reduction in the gender wage gap, which increases to 4 percent when we exclude manual workers occupational category. Contrary to the rest of the occupations, the density effect favors men in the manual workers category. The third chapter seeks to find the mechanisms behind the stronger location effects on labor market gains for women by employing the within estimate approach. Results suggest that half of the urban wage premium is contributed by the sorting of workers according to skill type across different areas. However, in addition to skill sorting other individual heterogeneities also contribute to the excess urban wage premium for females. Firm level agglomeration effects attribute a minor part to the excess urban wage premium for females. The left over premium is a result of pure urban effects (lower discrimination, better matching, urban amenities).

Cette thèse a pour objectif d’étudier la façon dont les économistes ont théorisé la relation entre science, technologie et croissance économique des années cinquante à aujourd’hui. Nous identifions deux approches des liens entre science, technologie et croissance : une approche « néoclassique » et une approche « évolutionniste ». L’approche « néoclassique » considère les progrès scientifiques et technologiques comme exogènes aux processus économiques et analyse les processus de croissance comme étant soumis à des rendements constants. L’approche « évolutionniste » défend quant à elle une représentation interactionniste des liens entre science et technologie, considère les progrès technologiques et scientifiques comme étant endogènes aux processus économiques et analyse les processus de croissance comme étant soumis à des rendements croissants. Nous analysons l’émergence de ces deux approches dans les années cinquante et soixante et expliquons leur opposition avec une domination de l’approche « néoclassique » jusque dans les années quatre-vingt (Partie 1). Nous montrons ensuite que l’approche « évolutionniste » devient dominante à partir des années quatre-vingt (Partie 2). / The aim of this thesis is to examine the way economists theorized the links between science, technology, and economic growth in the post-war era. We identify two approaches of the links between science, technology, and economic growth : a “neoclassical” approach and an “evolutionary” approach. The “neoclassical” approach considers scientific and technological progress as exogenous to economic processes and makes the hypothesis of constant returns to scale. The “evolutionary” approach defends an interactive representation of the links between science and technology, considers scientific and technological progress as endogenous to economic processes, and makes the hypothesis of increasing returns to scale. We study the development of the two approaches in the fifties and sixties, and explain their opposition and the dominance of the “neoclassical” approach up to the eighties (Part 1). We then show that the “evolutionary” approach has been the most influential since the eighties (Part 2).

Durant les dernières années, les études des procédés de trituration ou d’extraction des huiles végétales à partir des graines oléagineuses se sont concentrées sur les impacts environnementaux, la consommation énergétique et les qualités nutritionnelles. Les travaux de recherche ont donc visé l’étude de l’intensification des procédés d’extraction des huiles et de leur raffinage à travers leur décontamination phytosanitaire, grâce à la texturation par Détente Instantanée Contrôlée DIC et à la technologie d’autovaporisation multi-flash (MFA), respectivement. D’une part, ces travaux de recherche ont porté sur l’impact d’une texturation par la technologie de DIC, qui est à l’origine d’une modification de l’aptitude technologique des graines, vis-à-vis de l’extraction et de la préservation de la qualité nutritionnelle des huiles extraites. Appliquée sur des graines oléagineuses (graines de colza et de soja) et sur la base d’un bilan quantitatif (rendements en huile), cette étude met en évidence l’impact de la technologie DIC comparée à des prétraitements conventionnels tels que la cuisson, le concassage, l’aplatissage et le traitement par expandeur. D’autre part, sur la base d’une modélisation phénoménologique, les cinétiques d'extraction ont aussi été étudiées en vue de comparer les paramètres cinétiques d'extraction d'huiles végétales, cités plus haut, tels que la diffusivité effective et l’accessibilité initiale, par rapport aux systèmes conventionnels. Les résultats indiquent l’amélioration de la cinétique d'extraction des matières traitées par DIC d'une part, et la préservation de la qualité nutritionnelle des composés extraits, d'autre part. Enfin, les travaux fondés sur la technologie d’autovaporisation multi-flash (MFA) ont porté sur le raffinage des huiles extraites principalement au plan de son contenu phytosanitaire. L’efficacité de cette technologie a été prouvée dans l’objectif d’une décontamination des résidus de pesticides (organochlorés) dans le cas de l’huile de colza brute. / Recently, studies of structural pretreatment and improvement of the sector of vegetal oil extraction from oilseeds have focused on the intensification of the concerned processes in both aspects of performance (environmental impacts, energy consumption, and kinetics) and quality (nutritional content, sensorial attributes…). Therefore, this research aimed to study the improvement of oil extraction processes and their phytosanitary decontamination, based on DIC texturing and multi-flash autovaporization (MFA), respectively. First, the effect DIC texturing technology was studied as structural pretreatments in improving the technological aptitudes of processing seeds such as rapeseed and soybean, regarding the extraction kinetics and yields, and the preservation of the nutritional composition of the extracted oils. DIC was studied based on quantitative assessments of oil (yields, composition…), highlighting its impact following the conventional pretreatments such as cooking, crushing, flattening, and expanding. Furthermore, founded on the Coupled Washing Diffusion CWD phenomenological model, in the specific cases of Negligible External Resistance NER extraction kinetics were also conducted to determine the fundamental extraction parameters of solvent vegetal oil extraction kinetics, such as the effective diffusivity and the starting accessibility, compared to conventional systems. The results denoted the improvement of extraction kinetics of the materials treated with DIC, on the one hand, and the preservation of the nutritional quality of the extracted compounds, on the other hand. Finally, this work focused on the study of multi-flash autovaporization (MFA) technology and its effect on the phytosanitary aspect of the extracted oils. The effectiveness of this technology has been proven for pesticide residue decontamination (organochlorine) of crude rapeseed oil.

This thesis brings new evidence on different strands of the literature in macro-finance, international economics and macroeconometrics. The first two chapters combine both theoretical models and empirical techniques to deepen the analysis of important economic phenomena such as the effects of economic policy uncertainty on financial markets, and convergence between emerging market economies and advanced economies on these markets. The third chapter of the thesis, which is co-authored with Hafedh Bouakez, contributes to the literature on the identification of news shocks about future productivity. In the first chapter, I study the effect of monetary and fiscal policy uncertainty on nominal U.S. government bond yields and premiums. I use a New-Keynesian Dynamic Stochastic General Equilibrium model featuring recursive preferences, and both real and nominal rigidities. Policy uncertainty in the DSGE model is defined as a mean-preserving spread of the policy shock distributions. My results show that: (i) When the economy is subject to unpredictable shocks to the volatility of policy instruments, the level of the median yield curve is lower, its slope increases and risk premiums decrease relative to an economy with no stochastic volatility. This negative effect on the level of yields and premiums is due to the asymmetric impact of positive versus negative shocks; (ii) A typical policy risk shock increases yields at all maturities. This is because the fall in yields triggered by higher demand for bonds by households, in order to hedge against higher predicted consumption volatility, is outweighed by the increase in yields due to higher inflation risk premiums. Finally, I use several empirical measures economic policy uncertainty in a structural VAR model to show that the above effects of policy risk shocks on yields are consistent empirical evidence. Chapter 2 looks at the market for government bonds in 12 advanced economies and 8 emerging market economies, during the period 1999-2012, and consider the question of whether or not there has been any convergence of risk between emerging market and advanced economies. I distinguish between default risk and other types of risk, such as inflation, liquidity and exchange rate risk. I make the theoretical case that forward risk premium differentials can be used to distinguish default risk and other risks. I then construct forward risk premium differentials and use these to make the empirical case that there has been little convergence associated with the other types of risk. I also show that differences in countries' macroeconomic fundamentals and political risk play an important role in explaining the large "non-default" risk differentials observed between emerging and advanced economies. Chapter 3 proposes a novel strategy to identify anticipated and unanticipated technology shocks, which leads to results that are consistent with the predictions of conventional new-Keynesian models. It shows that the failure of many empirical studies to generate consistent responses to these shocks is due to impurities in the available TFP series, which lead to an incorrect identification of unanticipated technology shocks---whose estimated effects are inconsistent with the interpretation of these disturbances as supply shocks. This, in turn, contaminates the identification of news shocks. My co-author, Hafedh Bouakez, and I propose an agnostic identification strategy that allows TFP to be affected by both technological and non-technological shocks, and identifies unanticipated technology shocks via sign restrictions on the response of inflation. The results show that the effects of both surprise TFP shocks and news shocks are generally consistent with the predictions of standard new-Keynesian models. In particular, the inflation puzzle documented in previous studies vanishes under the novel empirical strategy. / Cette thèse présente de nouveaux résultats sur différentes branches de la littérature en macro-finance, économie internationale et macro-économétrie. Les deux premiers chapitres combinent des modèles théoriques et des techniques empiriques pour approfondir l’étude de phénomènes économiques importants tels que les effets de l’incertitude liée aux politiques économiques sur les marchés financiers et la convergence entre les pays émergents et les pays avancés sur ces marchés. Le troisième chapitre, qui est le fruit d’une collaboration avec Hafedh Bouakez, contribue à la littérature sur l’identification des chocs anticipés sur la productivité future. Dans le premier chapitre, j’étudie l’effet de l’incertitude relative aux politiques monétaire et fiscale sur les rendements et les primes de risque associés aux actifs nominaux du gouvernement des États-Unis. J’utilise un modèle d’équilibre stochastique et dynamique de type néo-Keynesien prenant en compte des préférences récursives des agents et des rigidités réelles et nominales. En utilisant un modèle VAR structurel. L’incertitude relative aux politiques économiques est définie comme étant une expansion de la distribution des chocs de politique, expansion au cours de laquelle la moyenne de la distribution reste inchangée. Mes résultats montrent que : (i) Lorsque l’économie est sujette à des chocs imprévisibles sur la volatilité des instruments de politique, le niveau médian de la courbe des rendements baisse de 8,56 points de base, sa pente s’accroît de 13,5 points de base et les primes de risque baissent en moyenne de 0.21 point de base. Cet effet négatif sur le niveau de rendements et les primes de risque est dû à l’impact asymétrique des chocs de signes opposés mais de même amplitude; (ii) Un choc positif à la volatilité des politiques économiques entraîne une hausse des rendements pour toutes les durées de maturité. Cet effet s’explique par le comportement des ménages qui, à la suite du choc, augmentent leur demande de bons dans le but de se prémunir contre les fortes fluctuations espérées au niveau de la consommation, ce qui entraîne des pressions à la baisse sur les rendements. De façon simultanée, ces ménages requièrent une hausse des taux d’intérêt en raison d’une espérance d’inflation future plus grande. Les analyses montrent que le premier effet est dominant, entraînant donc la hausse des rendements observée. Enfin, j’utilise plusieurs mesures empiriques d’incertitude de politiques économiques et un modèle VAR structurel pour montrer les résultats ci-dessus sont conformes avec les faits empiriques. Le Chapitre 2 explore le marché des bons du gouvernement de 12 pays avancés et 8 pays émergents, pendant la période 1999-2012, et analyses la question de savoir s’il y a eu une quelconque convergence du risque associé à ces actifs entre les deux catégories de pays. Je fais une distinction entre risque de défaut et autres types de risque, comme ceux liés au risque d’inflation, de liquidité ou de change. Je commence par montrer théoriquement que le différentiel au niveau des primes de risque « forward » entre les deux pays peut être utilisé pour faire la distinction entre le risque « forward » et les utilise pour montrer qu’il est difficile de conclure que ces autres types de risque dans les pays émergents ont convergé vers les niveaux différents de risque politique, jouent un rôle important dans l’explication des différences de primes de risque – autres que celles associées au risque de défaut– entre les pays émergents et les pays avancés. Le Chapitre 3 propose une nouvelle stratégie d’identification des chocs technologiques anticipés et non-anticipés, qui conduit à des résultats similaires aux prédictions des modèles néo-Keynésiens conventionnels. Il montre que l’incapacité de plusieurs méthodes empiriques à générer des résultats rejoignant la théorie est due à l’impureté des données existences sur la productivité totale des facteurs (TFP), conduisant à mauvaise identification des chocs technologiques non-anticipés-dont les effets estimés ne concordent pas avec l’interprétation de tels chocs comme des chocs d’offre. Ce problème, à son tour, contamine l’identification des chocs technologiques anticipés. Mon co-auteur, Hafedh Bouakez, et moi proposons une stratégie d’identification agnostique qui permet à la TFP d’être affectée de façon contemporaine par deux chocs surprises (technologique et non technologique), le premier étant identifié en faisant recours aux restrictions de signe sur la réponse de l’inflation. Les résultats montrent que les effets des chocs technologiques anticipés et non-anticipés concordent avec les prédictions des modèles néo-Keynésiens standards. En particulier, le puzzle rencontré dans les travaux précédents concernant les effets d’un choc non-anticipé sur l’inflation disparaît lorsque notre nouvelle stratégie est employée.

Cette thèse de doctorat composée de trois chapitres contribue au développement de tests statistiques et à analyser la transmission financière dans un cadre multivarié hétéroscédastique. Le premier chapitre propose deux tests du multiplicateur de Lagrange de constance des corrélations conditionnelles dans les modèles GARCH multivariés. Si l'hypothèse nulle repose sur des corrélations conditionnelles constantes, l'hypothèse alternative propose une première spécification basée sur des réseaux de neurones artificiels et une seconde représentée par une forme fonctionnelle inconnue qui est linéarisée à l'aide d'un développement de Taylor.Dans le deuxième chapitre, un nouveau modèle est introduit dans le but de tester la non-linéarité des (co)variances conditionnelles. Si l'hypothèse nulle repose sur une fonction linéaire des innovations retardées au carré et des (co)variances conditionnelles, l'hypothèse alternative se caractérise quant à elle par une fonction de transition non-linéaire : exponentielle ou logistique ; une configuration avec effets de levier est également proposée. Dans les deux premiers chapitres, les expériences de simulations et les illustrations empiriques montrent les bonnes performances de nos tests de mauvaise spécification.Le dernier chapitre étudie la transmission d'information en séance et hors séance de cotation en termes de rendements et de volatilités entre la Chine, l'Amérique et l'Europe. Le problème d'asynchronicité est considéré avec soin dans la modélisation bivariée avec la Chine comme référence. / This Ph.D. thesis composed by three chapters contributes to the development of test statistics and to analyse financial transmission in a multivariate heteroskedastic framework.The first chapter proposes two Lagrange multiplier tests of constancy of conditional correlations in multivariate GARCH models. Whether the null hypothesis is based on constant conditional correlations, the alternative hypothesis proposes a first specification based on artificial neural networks, and a second specification based on an unknown functional form linearised by a Taylor expansion.In the second chapter, a new model is introduced in order to test for nonlinearity in conditional (co)variances. Whether the null hypothesis is based on a linear function of the lagged squared innovations and the conditional (co)variances, the alternative hypothesis is characterised by a nonlinear exponential or logistic transition function; a configuration with leverage effects is also proposed.In the two first chapters, simulation experiments and empirical illustrations show the good performances of our misspecification tests.The last chapter studies daytime and overnight information transmission in terms of returns and volatilities between China, America and Europe. The asynchronicity issue is carefully considered in the bivariate modelling with China as benchmark.

Ce mémoire s’intéresse aux modèles de Markov à variables latentes, une famille de modèles dans laquelle une chaîne de Markov latente régit le comportement d’un processus stochastique observable à travers duquel transparaît une version bruitée de la chaîne cachée. Pouvant être vus comme une généralisation naturelle des modèles de mélange, ces processus stochastiques bivariés ont entre autres démontré leur faculté à capter les dynamiques variables de maintes séries chronologiques et, plus spécifiquement en finance, à reproduire la plupart des faits stylisés des rendements financiers. Nous nous intéressons en particulier aux chaînes de Markov à temps discret et à espace d’états fini, avec l’objectif d’étudier l’apport de leurs reformulations hiérarchiques et de la relaxation de l’hypothèse d’homogénéité de la matrice de transition à la qualité de l’ajustement aux données et des prévisions, ainsi qu’à la reproduction des faits stylisés. Nous présentons à cet effet deux structures hiérarchiques, la première permettant une nouvelle interprétation des relations entre les états de la chaîne, et la seconde permettant de surcroît une plus grande parcimonie dans la paramétrisation de la matrice de transition. Nous nous intéressons de plus à trois extensions non-homogènes, dont deux dépendent de variables observables et une dépend d’une autre variable latente. Nous analysons pour ces modèles la qualité de l’ajustement aux données et des prévisions sur la série des log-rendements du S&P 500 et du taux de change Canada-États-Unis (CADUSD). Nous illustrons de plus la capacité des modèles à reproduire les faits stylisés, et présentons une interprétation des paramètres estimés pour les modèles hiérarchiques et non-homogènes. Les résultats obtenus semblent en général confirmer l’apport potentiel de structures hiérarchiques et des modèles non-homogènes. Ces résultats semblent en particulier suggérer que l’incorporation de dynamiques non-homogènes aux modèles hiérarchiques permette de reproduire plus fidèlement les faits stylisés—même la lente décroissance de l’autocorrélation des rendements centrés en valeur absolue et au carré—et d’améliorer la qualité des prévisions obtenues, tout en conservant la possibilité d’interpréter les paramètres estimés. / This master’s thesis is centered on the Hidden Markov Models, a family of models in which an unobserved Markov chain dictactes the behaviour of an observable stochastic process through which a noisy version of the latent chain is observed. These bivariate stochastic processes that can be seen as a natural generalization of mixture models have shown their ability to capture the varying dynamics of many time series and, more specifically in finance, to reproduce the stylized facts of financial returns. In particular, we are interested in discrete-time Markov chains with finite state spaces, with the objective of studying the contribution of their hierarchical formulations and the relaxation of the homogeneity hypothesis for the transition matrix to the quality of the fit and predictions, as well as the capacity to reproduce the stylized facts. We therefore present two hierarchical structures, the first allowing for new interpretations of the relationships between states of the chain, and the second allowing for a more parsimonious parameterization of the transition matrix. We also present three non-homogeneous models, two of which have transition probabilities dependent on observed explanatory variables, and the third in which the probabilities depend on another latent variable. We first analyze the goodness of fit and the predictive power of our models on the series of log returns of the S&P 500 and the exchange rate between canadian and american currencies (CADUSD). We also illustrate their capacity to reproduce the stylized facts, and present interpretations of the estimated parameters for the hierarchical and non-homogeneous models. In general, our results seem to confirm the contribution of hierarchical and non-homogeneous models to these measures of performance. In particular, these results seem to suggest that the incorporation of non-homogeneous dynamics to a hierarchical structure may allow for a more faithful reproduction of the stylized facts—even the slow decay of the autocorrelation functions of squared and absolute returns—and better predictive power, while still allowing for the interpretation of the estimated parameters.

La classe des modèles à chaîne de Markov cachée (HMM, Hidden Markov Models) permet, entre autres, de modéliser des données financières. Par exemple, dans ce type de modèle, la distribution du rendement sur un actif financier est exprimée en fonction d'une variable non-observée, une chaîne de Markov, qui représente la volatilité de l'actif. Notons que les dynamiques de cette volatilité sont difficiles à reproduire, car la volatilité est très persistante dans le temps. Les HMM ont la particularité de permettre une variation de la volatilité selon les états de la chaîne de Markov. Historiquement, ces modèles ont été estimés avec un nombre faible de régimes (états), car le nombre de paramètres à estimer explose rapidement avec le nombre de régimes et l'optimisation devient vite difficile. Pour résoudre ce problème une nouvelle sous-classe de modèles à chaîne de Markov cachée, dite à haute dimension, a vu le jour grâce aux modèles dits factoriels et à de nouvelles méthodes de paramétrisation de la matrice de transition. L'objectif de cette thèse est d'étendre cette classe de modèles avec de nouvelles approches plus générales et de montrer leurs applications dans le domaine financier. Dans sa première partie, cette thèse formalise la classe des modèles factoriels à chaîne de Markov cachée et étudie les propriétés théoriques de cette classe de modèles. Dans ces modèles, la dynamique de la volatilité dépend d'une chaîne de Markov latente de haute dimension qui est construite en multipliant des chaînes de Markov de dimension plus faible, appelées composantes. Cette classe englobe les modèles factoriels à chaîne de Markov cachée précédemment proposés dont les composantes sont de dimension deux. Le modèle MDSV (Multifractal Discrete Stochastic Volatility) est introduit afin de pouvoir considérer des composantes de dimension supérieure à deux, généralisant ainsi les modèles factoriels existants. La paramétrisation particulière de ce modèle lui offre suffisamment de flexibilité pour reproduire différentes allures de décroissance de la fonction d'autocorrélation, comme celles qui sont observées sur les données financières. Un cadre est également proposé pour modéliser séparément ou simultanément les données de rendements financiers et de variances réalisées. Une analyse empirique sur 31 séries d'indices financiers montre que le modèle MDSV présente de meilleures performances en termes d'estimation et de prévision par rapport au modèle realized EGARCH. La modélisation par l'entremise des modèles factoriels à chaîne de Markov cachée nécessite qu'on définisse le nombre N de composantes à multiplier et cela suppose qu'il n'existe pas d'incertitude lié à ce nombre. La seconde partie de cette thèse propose, à travers une approche bayésienne, le modèle iFHMV (infinite Factorial Hidden Markov Volatility) qui autorise les données à déterminer le nombre de composantes nécessaires à leur modélisation. En s'inspirant du processus du buffet indien (IBP, Indian Buffet Process), un algorithme est proposé pour estimer ce modèle, sur les données de rendements financiers. Une analyse empirique sur les données de deux indices financiers et de deux actions permet de remarquer que le modèle iFHMV intègre l'incertitude liée au nombre de composantes pour les estimations et les prévisions. Cela lui permet de produire de meilleures prévisions par rapport à des modèles de référence. / Hidden Markov Models (HMMs) are popular tools to interpret, model and forecast financial data. In these models, the return dynamics on a financial asset evolve according to a non-observed variable, a Markov chain, which generally represents the volatility of the asset. This volatility is notoriously difficult to reproduce with statistical models as it is very persistent in time. HMMs allow the volatility to vary according to the states of a Markov chain. Historically, these models are estimated with a very small number of regimes (states), because the number of parameters to be estimated grows quickly with the number of regimes and the optimization becomes difficult. The objective of this thesis is to propose a general framework to construct HMMs with a richer state space and a higher level of volatility persistence. In the first part, this thesis studies a general class of high-dimensional HMMs, called factorial HMMs, and derives its theoretical properties. In these models, the volatility is linked to a high-dimensional Markov chain built by multiplying lower-dimensional Markov chains, called components. We discuss how previously proposed models based on two-dimensional components adhere to the factorial HMM framework. Furthermore, we propose a new process---the Multifractal Discrete Stochastic Volatility (MDSV) process---which generalizes existing factorial HMMs to dimensions larger than two. The particular parametrization of the MDSV model allows for enough flexibility to reproduce different decay rates of the autocorrelation function, akin to those observed on financial data. A framework is also proposed to model financial log-returns and realized variances, either separately or jointly. An empirical analysis on 31 financial indices reveals that the MDSV model outperforms the realized EGARCH model in terms of fitting and forecasting performance. Our MDSV model requires us to pre-specify the number of components and assumes that there is no uncertainty on that number. In the second part of the thesis, we propose the infinite Factorial Hidden Markov Volatility (iFHMV) model as part of a Bayesian framework to let the data drive the selection of the number of components and take into account the uncertainty related to the number of components in the fitting and forecasting procedure. We also develop an algorithm inspired by the Indian Buffet Process (IBP) to estimate the iFHMV model on financial log-returns. Empirical analyses on two financial indices and two stocks show that the iFHMV model outperforms popular benchmarks in terms of forecasting performance.

Face à l’instabilité des cours agricoles et à ses conséquences notamment pour les pays en développement, la première partie de cette thèse est consacrée à la présentation des déterminants des cours des matières premières alimentaires, incluant les évolutions récentes en matière d’offre, en tenant compte des conséquences du réchauffement climatique, et de demande, considérant notamment les biocarburants. Il est également question de présenter la financiarisation en cours des économies, et les doutes qui planent sur le rôle que peuvent avoir la spéculation sur les marchés à terme ou encore la mise en œuvre des politiques monétaires, sur les cours au comptant observés sur les marchés physiques des produits agricoles. Suite aux réflexions et éléments de littérature avancés, la seconde partie procède de deux études empiriques. La première est axée sur l’impact de la spéculation sur les marchés financiers à terme sur le cours des sous-jacents (agricoles), alors que la seconde questionne le rôle des marchés monétaires, abordé à travers la capacité du banquier central à stabiliser les taux d’intérêt à court terme. Sur cette base, des conclusions mais également des pistes de recherche sont établies, du fait du prolongement en cours du processus de financiarisation des économies. / Faced with instability of agricultural commodities’ prices and its consequences especially for developing countries, the first part of this thesis is devoted to the presentation of food commodities’ prices, including recent developments with respect to the offering, taking into account the consequences of global warming and demand, as well as the importance of biofuels. It is also question to present the financialization of economies, and the doubts that take over the role of speculation on the futures markets or the implementation of monetary policies, on the spot prices observed on physical agricultural commodities markets. Following the advanced literature reflections and elements, the second part proceeds of two empirical studies, the first one focused on the impact of speculation about the financial futures markets on the underlying asset’s price (agricultural), while the second one examines the role of money markets through the capacities of the central banker to stabilize short-term interest rates. On this basis, conclusions but also future research are established due to the continuation of the economies financialization process.

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