La thèse est composée de trois parties. La partie I introduit les outils mathématiques et statistiques appropriés pour l'étude des dépendances, ainsi que des tests statistiques d'adéquation pour des distributions de probabilité empiriques. Je propose deux extensions des tests usuels lorsque de la dépendance est présente dans les données, et lorsque la distribution des observations a des queues larges. Le contenu financier de la thèse commence à la partie II. J'y présente mes travaux concernant les dépendances transversales entre les séries chronologiques de rendements journaliers d'actions, c'est à dire les forces instantanées qui relient plusieurs actions entre elles et les fait se comporter collectivement plutôt qu'individuellement. Une calibration d’un nouveau modèle à facteurs est présentée ici, avec une comparaison à des mesures sur des données réelles. Finalement, la partie III étudie les dépendances temporelles dans des séries chronologiques individuelles, en utilisant les mêmes outils et mesures de corrélations. Nous proposons ici deux contributions à l'étude du « volatility clustering », de son origine et de sa description: l'une est une généralisation du mécanisme de rétro-action ARCH dans lequel les rendements sont auto-excitants, et l'autre est une description plus originale des auto-dépendances en termes de copule. Cette dernière peut être formulée sans modèle et n'est pas spécifique aux données financières. En fait, je montre ici aussi comment les concepts de récurrences, records, répliques et temps d'attente, qui caractérisent la dynamique dans les séries chronologiques, peuvent être écrits dans la cadre unifié des copules. / The thesis is composed of three parts. Part I introduces the mathematical and statistical tools that are relevant for the study of dependences, as well as statistical tests of Goodness-of-fit for empirical probability distributions. I propose two extensions of usual tests when dependence is present in the sample data and when observations have a fat-tailed distribution. The financial content of the thesis starts in Part II. I present there my studies regarding the “cross-sectional” dependences among the time series of daily stock returns, i.e. the instantaneous forces that link several stocks together and make them behave somewhat collectively rather than purely independently. A calibration of a new factor model is presented here, together with a comparison to measurements on real data. Finally, Part III investigates the temporal dependences of single time series, using the same tools and measures of correlation. I propose two contributions to the study of the origin and description of “volatility clustering”: one is a generalization of the ARCH-like feedback construction where the returns are self-exciting, and the other one is a more original description of self-dependences in terms of copulas. The latter can be formulated model-free and is not specific to financial time series. In fact, I also show here how concepts like recurrences, records, aftershocks and waiting times, that characterize the dynamics in a time series can be written in the unifying framework of the copula.

Ces travaux portent sur les probabilités et la statistique appliquées à la sûreté de fonctionnement. Plus précisément, il s'agit d'une part de construire des modèles stochastiques du processus des défaillances et réparations de systèmes divers, et d'autre part de mettre en oeuvre des méthodes statistiques pour exploiter les données de défaillance dans le but d'évaluer et de prévoir la fiabilité de ces systèmes. Les résultats présentés concernent : la modélisation et l'évaluation de la fiabilité des logiciels, les tests d'adéquation aux modèles de croissance de fiabilité des systèmes réparables, la modélisation de l'influence d'un environnement aléatoire stressant sur la durée de vie des composants et systèmes, l'étude du vieillissement en temps discret, et l'évaluation de l'efficacité de la maintenance.

Ce travail est consacré à l'étude de méthodes statistiques pour l'évaluation de la fiabilité des logiciels. Son but principal est de fournir des outils statistiques permettant de construire et ensuite valider des modèles en tenant compte des spécificités des logiciels étudiés. Pour ce faire deux outils sont utilisés : les modèles linéaires généralisés (paramétriques et non-paramétriques) et l'analyse statistique bayésienne. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'ètude mathématique des problèmes de validation et de choix de modèles en fiabilité des Logiciels. On y étudie entre autres une approche dite "préquentielle" (prédictive-séquentielle) bien adaptée aux tests d'adéquation aux processus de Poisson. Cette approche semble pouvoir se généraliser à un grand nombre de modèles de fiabilité des logiciels.

Dans ce travail nous étudions sous deux aspects la dépendance au contexte pour l'évolution par substitution des séquences nucléotidiques. Dans une première partie nous définissons un modèle évolutif simple intégrant la distinction entre transitions et transversions d'une part, et une dépendance des nucléotides à leur voisin de gauche modélisant l'effet CpG d'autre part. Nous montrons que ce modèle peut s'écrire sous la forme d'une chaîne de Markov cachée et estimons ses paramètres par la mise en oeuvre de l'algorithme de Baum-Welch. Nous appliquons enfin le modèle à l'estimation de taux de substitution mis en jeu dans l'évolution de séquences réelles. Dans une deuxième partie nous développons des corrections pour les statistiques classiques du test d'adéquation d'un échantillon à une loi multinomiale en présence de zéros aléatoires. En effet, les tests d'indépendance de l'évolution de triplets de nucléotides voisins impliquent des tables de contingence possédant de nombreuses cases nulles et se ramènent à des tests d'adéquation sur des vecteurs creux. Les statistiques de Pearson et de Kullback ne peuvent alors être employées. A partir de celles-ci, nous considérons des statistiques corrigées qui conservent le même comportement asymptotique. Nous les utilisons pour réaliser des tests d'indépendance, non seulement dans le cadre des données génomiques de la première partie, mais également pour des données écologiques et épidémiologiques.

La thèse est composée de trois parties. La partie I introduit les outils mathématiques et statistiques appropriés pour l'étude des dépendances, ainsi que des tests statistiques d'adéquation pour des distributions de probabilité empiriques. Je propose deux extensions des tests usuels lorsque de la dépendance est présente dans les données, et lorsque la distribution des observations a des queues larges. Le contenu financier de la thèse commence à la partie II. J'y présente mes travaux concernant les dépendances transversales entre les séries chronologiques de rendements journaliers d'actions, c'est à dire les forces instantanées qui relient plusieurs actions entre elles et les fait se comporter collectivement plutôt qu'individuellement. Une calibration d'un nouveau modèle à facteurs est présentée ici, avec une comparaison à des mesures sur des données réelles. Finalement, la partie III étudie les dépendances temporelles dans des séries chronologiques individuelles, en utilisant les mêmes outils et mesures de corrélations. Nous proposons ici deux contributions à l'étude du " volatility clustering ", de son origine et de sa description: l'une est une généralisation du mécanisme de rétro-action ARCH dans lequel les rendements sont auto-excitants, et l'autre est une description plus originale des auto-dépendances en termes de copule. Cette dernière peut être formulée sans modèle et n'est pas spécifique aux données financières. En fait, je montre ici aussi comment les concepts de récurrences, records, répliques et temps d'attente, qui caractérisent la dynamique dans les séries chronologiques, peuvent être écrits dans la cadre unifié des copules.

En optique quantique, la reconstruction de l'état quantique (fonction de Wigner ou matrice de densité infini-dimensionnelle) d'un faisceau de lumière correspond en statistique à un problème inverse trés mal posé. Premièrement, nous proposons des estimateurs de la matrice de densité basés sur les fonctions \textit{pattern} et des estimateurs à noyau de la fonction de Wigner. Nous faisons l'hypothèse que la matrice de densité inconnue appartient à une classe non paramétrique définie en accord avec les exemples étudiés par les physiciens. Nous en déduisons pour la fonction de Wigner associée à cette matrice des propriétés de décroissance rapide et de régularité. Deuxièmement, nous estimons une fonctionnelle quadratique de la fonction de Wigner par une U-statistique d'ordre deux sur une classe plus large. Cette fonctionnelle peut être vue comme une indication sur la pureté de l'état quantique considéré. Nous en déduisons un estimateur adaptatif aux paramètres de régularité de la fonction de Wigner. La dernière partie de ce manuscrit est consacrée au problème de test d'adéquation à la matrice de densité. Cette procédure est construite à partir d'un estimateur de type projection sur les fonctions \textit{pattern}. Nous étudions les bornes supérieures de type minimax de toutes ces procédures. Les procédures d'estimation de la matrice de densité et de test d'adéquation à une matrice de densité sont implémentées et leurs performances numériques sont étudiées.

Le travail présenté dans cette thèse s’inscrit dans le cadre de la modélisation d’images texturées à l’aide des représentations multi-échelles et multi-orientations. Partant des résultats d’études en neurosciences assimilant le mécanisme de la perception humaine à un schéma sélectif spatio-fréquentiel, nous proposons de caractériser les images texturées par des modèles probabilistes associés aux coefficients des sous-bandes. Nos contributions dans ce contexte concernent dans un premier temps la proposition de différents modèles probabilistes permettant de prendre en compte le caractère leptokurtique ainsi que l’éventuelle asymétrie des distributions marginales associées à un contenu texturée. Premièrement, afin de modéliser analytiquement les statistiques marginales des sous-bandes, nous introduisons le modèle Gaussien généralisé asymétrique. Deuxièmement, nous proposons deux familles de modèles multivariés afin de prendre en compte les dépendances entre coefficients des sous-bandes. La première famille regroupe les processus à invariance sphérique pour laquelle nous montrons qu’il est pertinent d’associer une distribution caractéristique de type Weibull. Concernant la seconde famille, il s’agit des lois multivariées à copules. Après détermination de la copule caractérisant la structure de la dépendance adaptée à la texture, nous proposons une extension multivariée de la distribution Gaussienne généralisée asymétrique à l’aide de la copule Gaussienne. L’ensemble des modèles proposés est comparé quantitativement en terme de qualité d’ajustement à l’aide de tests statistiques d’adéquation dans un cadre univarié et multivarié. Enfin, une dernière partie de notre étude concerne la validation expérimentale des performances de nos modèles à travers une application de recherche d’images par le contenu textural. Pour ce faire, nous dérivons des expressions analytiques de métriques probabilistes mesurant la similarité entre les modèles introduits, ce qui constitue selon nous une troisième contribution de ce travail. Finalement, une étude comparative est menée visant à confronter les modèles probabilistes proposés à ceux de l’état de l’art. / In this thesis we study the statistical modeling of textured images using multi-scale and multi-orientation representations. Based on the results of studies in neuroscience assimilating the human perception mechanism to a selective spatial frequency scheme, we propose to characterize textures by probabilistic models of subband coefficients.Our contributions in this context consist firstly in the proposition of probabilistic models taking into account the leptokurtic nature and the asymmetry of the marginal distributions associated with a textured content. First, to model analytically the marginal statistics of subbands, we introduce the asymmetric generalized Gaussian model. Second, we propose two families of multivariate models to take into account the dependencies between subbands coefficients. The first family includes the spherically invariant processes that we characterize using Weibull distribution. The second family is this of copula based multivariate models. After determination of the copula characterizing the dependence structure adapted to the texture, we propose a multivariate extension of the asymmetric generalized Gaussian distribution using Gaussian copula. All proposed models are compared quantitatively using both univariate and multivariate statistical goodness of fit tests. Finally, the last part of our study concerns the experimental validation of the performance of proposed models through texture based image retrieval. To do this, we derive closed-form metrics measuring the similarity between probabilistic models introduced, which we believe is the third contribution of this work. A comparative study is conducted to compare the proposed probabilistic models to those of the state-of-the-art.

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation d'images texturées à l'aide des représentations multi-échelles et multi-orientations. Partant des résultats d'études en neurosciences assimilant le mécanisme de la perception humaine à un schéma sélectif spatio-fréquentiel, nous proposons de caractériser les images texturées par des modèles probabilistes associés aux coefficients des sous-bandes. Nos contributions dans ce contexte concernent dans un premier temps la proposition de différents modèles probabilistes permettant de prendre en compte le caractère leptokurtique ainsi que l'éventuelle asymétrie des distributions marginales associées à un contenu texturée. Premièrement, afin de modéliser analytiquement les statistiques marginales des sous-bandes, nous introduisons le modèle Gaussien généralisé asymétrique. Deuxièmement, nous proposons deux familles de modèles multivariés afin de prendre en compte les dépendances entre coefficients des sous-bandes. La première famille regroupe les processus à invariance sphérique pour laquelle nous montrons qu'il est pertinent d'associer une distribution caractéristique de type Weibull. Concernant la seconde famille, il s'agit des lois multivariées à copules. Après détermination de la copule caractérisant la structure de la dépendance adaptée à la texture, nous proposons une extension multivariée de la distribution Gaussienne généralisée asymétrique à l'aide de la copule Gaussienne. L'ensemble des modèles proposés est comparé quantitativement en terme de qualité d'ajustement à l'aide de tests statistiques d'adéquation dans un cadre univarié et multivarié. Enfin, une dernière partie de notre étude concerne la validation expérimentale des performances de nos modèles à travers une application de recherche d'images par le contenu textural. Pour ce faire, nous dérivons des expressions analytiques de métriques probabilistes mesurant la similarité entre les modèles introduits, ce qui constitue selon nous une troisième contribution de ce travail. Finalement, une étude comparative est menée visant à confronter les modèles probabilistes proposés à ceux de l'état de l'art.

Cette thèse est consacré aux tests d'adéquation basés sur la fonction caractéristique. Nous débutons en présentant et en complétant les résultats probabilistes nécessaires à la construction de statistiques de test prenant la fonction caractéristique et son pendant la fonction caractéristique empirique comme représentations respectives des lois de référence et de la loi inconnue de l'échantillon de vecteurs aléatoires à tester. Nous poursuivons le travail en faisant la revue et en classant les tests basés sur la fonction caractéristique existants. Nous élaborons ensuite une classe de statistiques de test s'appuyant sur le calcul d'une distance intégrale. Le cas de la distance L2 est étudié plus à fond, car nous avons pu établir des résultats asymptotiques dans ce dernier cas. Ceux-ci font intervenir les éléments propres inconnus d'un opérateur intégral. Nous présentons, puis utilisons, une méthode d'approximation spectrale basée sur une projection de l'opérateur sur une base orthonormée.Finalement, nous construisons une nouvelle classe de tests appartenant au paradigme des tests lisses de Neyman. L'étude précédente nous permet de simplifier considérablement la construction de ces tests, dont différentes versions sont proposées tant pour le test d'une hypothèse simple que pour le test d'une hypothèse composite. / This PhD thesis consists in building goodness-of-fit tests using the characteristic function (CF) as a prefered representation for the probability laws involved.We start with listing and improving results in probability theory necessary to build test statistics using the characteristic function and its conterpart the empirical characteristic function.We list and classify existing characteristic function based goodness-of-fit tests published by varions authors since 1977.Then, we build a class of tests based on integral metrics. We take particular attention to the case where the statistics are build using a L2 distance. More specifically, we give asymptotic results in this case. However, these results reveal the need for information on the unknown eigenelements of an integral operator. Thus, we present and implement an approximation method using a sequence of projections on orthonormal bases ofan hilbertian functional space.Finally, we will build another class of tests using the Neyman smooth test paradigm. This study is based on our previous results, that fit well into the construction of characteristic function based smooth tests. We give various applications, presenting tests for both a simple hypothesis and a composite hypothesis.