LAUTIER Delphine

Les commodités jouent un rôle essentiel dans nos économies, et les marchés à terme occupent une place centrale dans la détermination de leur prix. L'objet de cette thèse est de participer à notre compréhension du comportement des prix des commodités, et de produire des prévisions sur la base de méthodes économétriques récentes. Pour la prévision, nous nous concentrons sur deux sujets différents pour trois commodités (le pétrole, le blé, et l'or): la prévision des prix à horizon mensuel à partir d'une grande base de données, et la prévision de la volatilité à horizon journalier à l'aide d'une procédure récente de sélection de variables pour la volatilité conditionnelle. Pour l’explication, nous nous intéressons à l’efficience informationnelle et à la découverte de l’information dans deux cadres différents : des régressions prédictives s’appuyant sur des données relatives à différentes théories, et une analyse de l’effet des changements des positions ouvertes de différents groupes de traders sur la volatilité.

Pas de résumé disponible.

Dans quelle mesure les prix à terme sont-ils interconnectés à travers la courbe des échéances ? Où dans la structure des taux d'intérêt les chocs de prix prennent-ils naissance, et quelles échéances atteignent-ils ? Nous proposons une nouvelle approche, basée sur la théorie de l'information, pour étudier ces liens entre les échéances et la mesure dans laquelle la connectivité est influencée par les événements du marché. Nous introduisons les concepts de flux d'information en amont et en aval, et proposons un nouveau type de graphe dirigé, afin d'étudier la propagation des chocs de prix à travers la structure des taux du WTI. À l'aide de données quotidiennes, nous montrons que les informations mutuelles partagées par des contrats de différentes échéances augmentent considérablement à partir de 2004, diminuent fortement entre 2011 et 2014 et se rétablissent par la suite. Nos résultats indiquent une re-segmentation surprenante du marché WTI par échéance en 2012-2014. Nous montrons qu'en moyenne, les contrats à terme à courte échéance émettent plus d'informations que les contrats antidatés. Cependant, nous montrons également que d'importantes quantités d'informations circulent vers l'arrière le long de la courbe des échéances - presque toujours à partir des échéances intermédiaires, mais parfois même à partir des contrats à échéance lointaine. Ces flux en sens inverse sont particulièrement forts et étendus dans le contexte de l'envolée et de la chute des prix du pétrole en 2007-2008.

Nous donnons un nouvel aperçu du comportement dynamique des prix des produits de base à l'aide d'un modèle d'équilibre à attentes rationnelles à horizon infini pour les prix au comptant et à terme des produits de base. Les simulations numériques du modèle soulignent l'hétérogénéité qui existe dans le comportement des prix des matières premières en montrant le lien entre les caractéristiques physiques d'un marché et certains faits stylisés des prix à terme des matières premières. Elles montrent l'impact des coûts de stockage à la fois sur la variabilité de la base et sur l'effet Samuelson. Enfin, les simulations du modèle montrent qu'une augmentation de l'activité spéculative sur les marchés à terme de matières premières a un effet positif global sur les primes de risque. Cependant, tous les agents n'en bénéficient pas.

Le projet de thèse consiste à étudier l’hétérogénéité de l’information et des croyances parmi les opérateurs sur les marchés de matières premières pour s’attaquer aux puzzles de la volatilité et de la prime de risque sur ces marchés. La première étape a été d’introduire l’asymétrie d’information dans un modèle de stockage. Il en est ressorti que le marché est efficient et que l’on peut distinguer un effet informationnel aléatoire d’un effet physique déterministe. La deuxième étape est d’estimer empiriquement les paramètres d’une version modifiée du modèle théorique évoqué plus haut. L’hypothèse de rationalité économique est relâchée. Sont introduit des "chartistes" qui suivent les cours. Le but de ce papier est d’estimer leur influence sur la formation des prix. Le marché choisi pour l’étude empirique est le marché du gaz naturel américain Henry hub. La troisième étape est un modèle où agents rationnels et agents à rationalité limitée cohabitent dans un marché de matières premières. Ce dernier chapitre montre comment des traders suivant la tendance sur le marché à terme peuvent déstabiliser le marché physique.

Nous proposons un modèle d'équilibre micro-fondé pour examiner les interactions entre le marché physique et le marché dérivé d'une marchandise. Ce modèle fournit un cadre unifié pour les théories de la pression de couverture et du stockage. Le modèle montre une variété de comportements à l'équilibre qui peuvent être utilisés pour analyser les relations de prix pour n'importe quelle marchandise. En outre, grâce à une analyse statique comparative, nous identifions précisément les perdants et les gagnants de la financiarisation des marchés des matières premières. Par conséquent, ce document clarifie l'économie politique des questions réglementaires, comme l'influence des spéculateurs sur les prix.

Après avoir montré l’existence d’un impact inflationniste des biocarburants de première génération sur les prix agricoles via un renforcement du lien entre les prix agricoles et du pétrole, nous soulignons l’absence d’un réel effet positif de leur expansion sur les économies émergentes et en développement. De plus, la hausse des prix agricoles a contraint certains pays importateurs de ces produits agricoles à mettre en place des politiques de protection de leurs marchés domestiques. Ces résultats prouve qu’il s’avère impératif de développer une production de biocarburants ne nécessitant pas de matières premières à visée alimentaire. Or, nous mettons en évidence la préférence de la population française pour ces biocarburants de deuxième génération, d’autant plus pour une production issue de résidus agricoles. Enfin, nous établissons – en prenant l’exemple d’un marché américain – que la mise en place de marchés dérivés des biocarburants en Europe pourrait permettre aux industriels de se protéger efficacement face à la volatilité des prix.

Les événements extrêmes ont un impact important sur les distributions de rendement et les décisions d’investissement. Cependant, le rôle des risques d’événement est sous-estimé dans les approches populaires de prise de décision financière. Cette thèse inclut les risques d’événements dans les décisions d’investissement pour améliorer l’optimalité globale des investissements. Nous examinons les risques d’événements dans deux contextes financiers différents mais cohérents: la sélection de portefeuilles et le financement d’entreprise. Dans le cadre de la sélection de portefeuilles, nous nous concentrons sur l’incorporation d’informations d’ordre supérieur pour capturer l’impact des risques d’événements sur la construction du portefeuille. Des extensions d’ordre supérieur sont implémentées sur deux méthodes principales d’optimisation de portefeuille: le cadre classique de l’optimisation de la variance moyenne et du CAPM, et l’approche de la dominance stochastique. Nous trouvons que l’inclusion d’informations d’ordre supérieur améliore l’optimalité globale du portefeuille compte tenu de la présence de risques d’événement. Dans un cas particulier, nous combinons les applications traditionnelles de l’optimisation de la moyenne variance et de l’analyse de dominance stochastique pour examiner l’efficacité de l’indice de DJIA. Nous trouvons que DJIA est efficace en tant que référence de performance. Dans le domaine des finances d’entreprise, nous avons principalement identifié les changements de dénomination sociale de M&A parmi l’indice S&P 500 et examiné comment les événements de changement de nom affectent les modèles de rendement pour les acquéreurs et les cibles. Dans le cadre de cette étude d’entreprise, nous montrons que les changements de nom affectent sensiblement la dynamique du rendement et que la différence de rendement anormale entre les événements de changement de nom et les événements sans changementde nom est économiquement et statistiquement significative. En général, nos études montrent que l’inclusion des risques d’événements dans les processus décisionnels apporte des avantages importants à l’optimisation de l’allocation des actifs.

Cette thèse vise à analyser le risque systémique sur les marchés futures de matières premières. En effet, plusieurs travaux de recherche mettent en évidence l'importance de ces futures dans la détermination du prix physique des matières premières. Leur incorporation dans la finance traditionnelle en tant qu'actif diversifiant a entraîné une évolution de leurs prix similaire à celles de différents actifs financiers depuis environ 2004. La question ayant motivé cette thèse a donc été de quantifier ce risque systémique (puisqu'affectant les matières premières, directement impliquées dans l'économie réelle), d'en voir précisément les moyens de transmission (quels marchés affectent quels autres marchés) et enfin de permettre d'en évaluer les conséquences, par exemple à partir de scénarii (stress tests). Elle permet donc de développer des outils de surveillance des marchés et pourrait donc contribuer à la régulation de ces marchés.

Nous appliquons les concepts d'information mutuelle et de flux d'information et nous avons construit des graphes dirigés pour étudier empiriquement la propagation des fluctuations de prix à travers une structure de termes à terme. Nous nous concentrons sur les relations de prix pour les contrats à terme sur le pétrole brut nord-américain car ce marché clé a subi plusieurs chocs structurels entre 2000 et 2014 : la financiarisation (à partir de 2003), les limitations d'infrastructure (en 2008-2011) et les changements réglementaires (en 2012-2014). Nous constatons de grandes variations dans le temps de la quantité d'informations partagées par des contrats de différentes échéances. L'information mutuelle a considérablement augmenté à partir de 2004, mais a fortement chuté en 2012-2014. Dans l'espace du pétrole brut, nos résultats indiquent une possible re-segmentation du marché à terme par échéance en 2012-2014. Cela soulève des questions sur les causes de la segmentation du marché. En outre, bien qu'en moyenne les contrats à courte échéance (jusqu'à 6 mois) émettent plus d'informations que les contrats antidatés, une analyse dynamique révèle qu'après 2012, des quantités similaires d'informations circulent vers l'arrière et vers l'avant le long de la courbe de maturité des contrats à terme. En outre, les directions des transferts entre les paires d'échéances deviennent radicalement différentes. Cela a des implications pour l'effet Samuelson.

Dans quelle mesure les prix à terme sont-ils interconnectés à travers la courbe des échéances ? Où dans la structure des taux d'intérêt les chocs de prix prennent-ils naissance, et quelles échéances atteignent-ils ? Nous proposons une approche basée sur la théorie de l'information pour étudier ces liens entre les échéances et la mesure dans laquelle la connectivité est influencée par les événements du marché. Nous introduisons les concepts de flux d'information en amont et en aval, ainsi qu'un nouveau type de graphe dirigé, pour étudier la propagation des chocs de prix à travers la structure des taux du WTI. À l'aide de données quotidiennes, nous montrons que les informations mutuelles partagées par des contrats de différentes échéances augmentent considérablement à partir de 2004, diminuent fortement entre 2011 et 2014 et se rétablissent par la suite. Nos résultats indiquent une re-segmentation surprenante du marché WTI par échéance en 2012-2014. Nous montrons qu'en moyenne, les contrats à terme à courte échéance émettent plus d'informations que les contrats antidatés. Cependant, nous montrons également que d'importantes quantités d'informations circulent vers l'arrière le long de la courbe des échéances - presque toujours à partir des échéances intermédiaires, mais parfois même à partir des contrats à échéance lointaine. Ces flux vers l'arrière sont particulièrement forts et étendus dans le contexte de l'envolée et de la chute des prix du pétrole en 2007-2008.

Les p?riodes marqu?es par une aversion au risque intense sont souvent l?origine de distorsions notables dans les prix de march?, et de pertes substantielles pour les investisseurs. Chaque ?pisode de crise financi?re montre que les mouvements de ventes g?n?ralis?es sur les march?s ont des cons?quences tr?s n?gatives sur l??conomie r?elle. Ainsi, explorer le ph?nom?ne d?aversion au risque et la dynamique de propagation du sentiment de panique sur les march?s financiers peut aider ? appr?hender ces p?riodes de forte volatilit?.Dans ce rapport de th?se, nous explorons diff?rentes dimensions du ph?nom?ne d?aversion au risque, dans le cadre de portefeuilles d?obligations souveraines Europ?ennes. Le rendement des obligations d?Etat, quott? par les traders, est sens? refl?ter entre autre le risque que le Tr?sor fasse d?faut sur sa dette, avant que l?obligation vienne ? maturation. Il s?agit l? du risque souverain. Les crises financi?res habituellement occasionnent un mouvement important des rendements vers des niveaux plus ?lev?s. Ce type de correction refl?te un accroissement du risque souverain, et implique n?cessairement une hausse du co?t de financement pour les Tr?sors nationaux. Un objectif de ce rapport est donc de fournir des d?tails in?dits aux Tr?sors sur la mani?re dont les rendements obligataires sont sens?s se d?t?riorer en p?riode d?aversion au risque.Chapitre I explore le risque souverain dans le cadre d?un mod?le probabiliste impliquant des distributions ? queues lourdes, ainsi que la m?thode GAS qui permet de capturer la dynamique de la volatilit?. L?ajustement obtenu avec les distributions Hyperboliques G?n?ralis?es est robuste, et les r?sultats laissent penser que notre approche est particuli?rement efficace durant les p?riodes marqu?es par une volatilit? erratique. Dans un but de simplification, nous d?crivons la mise en place d?un estimateur de volatilit? intemporel, sens? refl?ter la volatilit? intrins?que de chaque obligation. Cet estimateur sugg?re que la volatilit? croit de mani?re quadratique lorsque celle-ci est exprim?e en fonction de la fonction de r?partition des variations de rendements. Dans un second temps nous explorons une version bivari?e du mod?le. La calibration, robuste, met en valeur les corr?lations entre chaque obligation. En guise d?observation g?n?rale, notre analyse confirme que les distributions ? queues ?paisses sont tout ? fait appropri?es pour l?exploration des prix de march? en p?riode de crise financi?re.Chapitre II explore diff?rentes mani?res d?exploiter notre mod?le probabiliste. Afin d?identifier la dynamique de la contagion entre les obligations souveraines, nous analysons la r?action attendue du march? ? une s?rie de chocs financiers. Nous consid?rons un niveau important de granularit? pour ce qui est de la s?v?rit? du choc sous-jacent, et ceci nous permet d?identifier des lois empiriques suppos?es g?n?raliser le comportement de la r?action de march? lorsque l?aversion au risque s?intensifie. Puis, nous incorporons nos estimateurs de volatilit? et de r?action de march? ? certaines approches reconnues d?optimisation de portefeuille et nous notons une am?lioration de la r?sistance des portefeuilles, dans cette nouvelle version. Finalement, nous d?veloppons une nouvelle m?thodologie d?optimisation de portefeuille bas?e sur le principe de mean-reversion.Chapitre III est d?di? au pricing de produits d?riv?s de taux. Nous consid?rons maintenant que l?aversion au risque cause l??mergence de discontinuit?s dans les prix de march?, que nous simulons par le biais de processus ? sauts. Notre mod?le se concentre sur les processus de Hawkes qui ont l?avantage de capturer la pr?sence d?auto-excitation dans la volatilit?. Nous d?veloppons une proc?dure de calibration qui se distingue des proc?dures habituelles. Les r?sultats de volatilit? implicite sont coh?rents avec la volatilit? r?alis?e, et sugg?rent que les coefficients de prime de risque ont ?t? estim?s avec succ?s.

Cette thèse étudie le rôle joué par les investisseurs financiers sur les marchés des matières premières, connu sous le nom de financiarisation des matières premières. Elle est constituée d’une partie théorique et d’une autre empirique. Les recherches menées visent à étudier la participation des investisseurs, détenant des portefeuilles d’actions, aux marchés à terme de matières premières, pour des raisons de diversification. De plus, cette diversification peut être obtenue en investissant dans un panier de produits de base. Le premier chapitre analyse théoriquement l’interaction entre le marché des matières premières et celui des actions. Le deuxième chapitre étudie empiriquement l’impact du choix des investisseurs financiers sur la prime de risque des contrats à terme sur les matières premières. Il s’intéresse principalement à trois produits de base : pétrole brut (WTI), fioul pour chauffage et gaz naturel. Le troisième chapitre étudie théoriquement l’intégration de deux marchés de matières premières. Nous clarifions certaines considérations concernant l’effet de la financiarisation sur lesquelles la littérature existante reste hésitante. Nous démontrons le pouvoir d’influence qu’exercent les investisseurs sur le marché des matières premières. Toutefois, ceci dépend de la nature de la position de l’investisseur sur le marché à terme. De manière générale, la financiarisation entraîne la hausse des prix spot, des prix des contrats à terme et des niveaux des stocks. Nous montrons aussi que les investisseurs représentent un canal de transmission entre les marchés de matières premières. Leurs effets étendus se limitent à la corrélation croisée des marchés de matières premières. Enfin, nous montrons que les rendements des marchés d’actions sont devenus un déterminant de la prime de risque des contrats à terme après la crise financière de 2008. Cet effet des rendements des actions est indifférent entre les maturités courtes et longues.

Les marchés futures de matières premières existent depuis des siècles. Néanmoins, depuis le début du 21e siècle, le développement en parallèle de la financiarisation et de marchés futures sur une matière première non-stockable (l’électricité) a bouleversé leur fonctionnement.Les trois essais de cette thèse étudient théoriquement et empiriquement les marchés futures de matières premières dans différentes conditions de fonctionnement.Le premier essai est une étude empirique qui montre l’existence de l’effet Samuelson sur les marchés futures d’électricité. Ce faisant, il montre que le stockage n’est pas une condition nécessaire à l’existence d’un tel effet.Le second essai est un modèle qui montre comment le comportement dynamique des prix d’une matière première stockable sur un marché futures segmenté du reste de l’économie est impacté par ses caractéristiques physiques, et notamment par le coût de stockage.Enfin, le troisième essai est un modèle qui montre que la financiarisation modifie la fonction de partage des risques des marchés futures de matières premières, et ce, quelle que soit la maturité concernée.

Cet article propose une étude empirique de l'effet Samuelson sur les marchés de l'électricité. Nos motivations sont doubles. Premièrement, bien que la littérature évalue largement la tendance décroissante des volatilités le long de la courbe des prix sur les marchés des matières premières, elle n'a pas testé de manière approfondie la présence d'une telle caractéristique dynamique dans les prix de l'électricité. Deuxièmement, l'analyse d'un produit de base non stockable enrichit la littérature sur le comportement des prix des produits de base. En effet, il a parfois été affirmé que l'effet Samuelson résulte de la présence de stocks. Nous examinons les quatre plus importants marchés à terme de l'électricité dans le monde pour la période allant de 2008 à 2014 : les marchés allemand, nordique, australien et américain. Nous utilisons également le marché américain du pétrole brut comme référence pour une matière première stockable négociée sur un marché à terme mature. Notre analyse comporte deux étapes : i) en plus des tests traditionnels, nous proposons et testons une nouvelle implication empirique de l'effet Samuelson : les chocs de prix devraient se propager du marché physique au marché papier, et non l'inverse. ii) sur la base du concept de " stockabilité indirecte ", nous étudions le lien entre l'effet Samuelson et la stockabilité de la matière première. Nous trouvons des preuves d'un effet Samuelson sur tous les marchés de l'électricité et montrons que le stockage n'est pas une condition nécessaire à l'apparition d'un tel effet. Ces résultats doivent être pris en compte pour la compréhension du comportement dynamique des prix des matières premières, pour l'évaluation des actifs électriques et pour les opérations de couverture.

L’objectif central de la thèse est d’étudier diverses mesures du risque de modèle, exprimées en terme monétaire, qui puissent être appliquées de façon cohérente à une collection hétérogène de produits financiers. Les deux premiers chapitres traitent cette problématique, premièrement d’un point de vue théorique, ensuite en menant un étude empirique centrée sur le marché du gaz naturel. Le troisième chapitre se concentre sur une étude théorique du risque dit de base (en anglais basis risk). Dans le premier chapitre, nous nous sommes intéressés à l’évaluation de produits financiers complexes, qui prend en compte le risque de modèle et la disponibilité dans le marché de produits dérivés basiques, appelés aussi vanille. Nous avons en particulier poursuivi l’approche du transport optimal (connue dans la littérature) pour le calcul des bornes de prix et des stratégies de sur (sous)-couverture robustes au risque de modèle. Nous reprenons en particulier une construction de probabilités martingales sous lesquelles le prix d’une option exotique atteint les dites bornes de prix, en se concentrant sur le cas des martingales positives. Nous mettons aussi en évidence des propriétés significatives de symétrie dans l’étude de ce problème. Dans le deuxième chapitre, nous approchons le problème du risque de modèle d’un point de vue empirique, en étudiant la gestion optimale d’une unité de gaz naturel et en quantifiant l’effet de ce risque sur sa valeur optimale. Lors de cette étude, l’évaluation de l’unité de stockage est basée sur le prix spot, alors que sa couverture est réalisée avec des contrats à termes. Comme mentionné auparavant, le troisième chapitre met l’accent sur le risque de base, qui intervient lorsque l’on veut couvrir un actif conditionnel basé sur un actif non traité (par exemple la température) en se servant d’un portefeuille constitué d’actifs traités sur le marché. Un critère de couverture dans ce contexte est celui de la minimisation de la variance qui est étroitement lié à la décomposition dite de Föllmer-Schweizer. Cette décomposition peut être déduite de la résolution d’une certaine équation différentielle stochastique rétrograde (EDSR) dirigée par une martingale éventuellement à sauts. Lorsque cette martingale est un mouvement brownien standard, les EDSR sont fortement associées aux EDP paraboliques semi linéaires. Dans le cas général nous formulons un problème déterministe qui étend les EDPs mentionnées. Nous appliquons cette démarche à l’important cas particulier de la décomposition de Föllmer-Schweizer, dont nous donnons des expressions explicites de la décomposition du payoff d’une option lorsque les sous-jacents sont exponentielles de processus additifs.

Nous examinons l'impact de deux crises financières sur les marchés dérivés de matières premières : la crise des subprimes et la faillite de Lehman Brothers. Ces crises sont "externes" aux marchés des matières premières car elles se sont produites dans la sphère financière. Néanmoins, les marchés des matières premières étant désormais fortement intégrés entre eux et avec les autres marchés financiers, ces événements ont pu avoir un impact. Afin de bien comprendre cet impact éventuel, nous nous appuyons sur des outils inspirés de la théorie des graphes qui permettent l'étude de grandes bases de données. Nous examinons les fluctuations quotidiennes des prix enregistrées sur 14 marchés dérivés de 2000 à 2009 dans trois dimensions : le temps d'observation, la dimension spatiale - le même actif sous-jacent peut être négocié simultanément en deux endroits différents - et la maturité des transactions. Nous réalisons une étude d'événement dans laquelle nous nous concentrons d'abord sur l'efficacité de la transmission du choc de prix aux marchés des matières premières pendant les crises. Ensuite, nous nous concentrons sur la modification des chemins de transmission des chocs. Enfin, en nous appuyant sur la mesure proposée par Bonacich (1987) pour les réseaux sociaux, nous cherchons à savoir si la centralité du système de prix change.

Nous proposons un modèle d'équilibre simple et pourtant complet de l'interaction entre le marché physique et le marché dérivé d'une marchandise. Pour représenter toutes les fonctions économiques de base, nous prenons trois types d'agents : les transformateurs industriels, les détenteurs de stocks et les spéculateurs. Seuls les deux premiers opèrent sur le marché physique. Tous, cependant, peuvent initier une position sur le marché papier, à des fins de couverture et/ou de spéculation. Dans un premier temps, nous donnons les conditions nécessaires et suffisantes sur les fondamentaux de cette économie pour qu'un équilibre d'attentes rationnelles existe et nous montrons qu'il est unique. Deuxièmement, nous proposons un cadre généralisé pour l'analyse des relations de prix : le modèle présente une variété surprenante de comportements à l'équilibre qui relie la théorie de la déportation normale et la théorie du stockage. Troisièmement, le modèle aborde les questions réglementaires de la présence des spéculateurs sur le marché et leur influence sur les prix.

En s'appuyant sur l'entropie conditionnelle et sur la notion de transfert d'information, nous étudions les relations de prix sur le plus important marché à terme de matières premières : le marché américain du pétrole brut. Nous montrons d'abord que l'information partagée par les contrats à terme ayant des dates de livraison différentes augmente au cours de la période étudiée (c'est-à-dire 2000-2011). Ceci est particulièrement vrai pour les échéances intermédiaires. En se focalisant sur le transfert d'information, en moyenne sur l'ensemble de la période, il apparaît que les échéances à court terme émettent plus d'information que les échéances à long terme. Ceci est cohérent avec le fonctionnement normal d'un marché à terme. Une analyse dynamique révèle cependant que l'importance relative des flux d'information émergeant à l'extrémité de la courbe (pour les maturités à long terme) apparaît à mesure que l'intégration progresse sur le marché du pétrole brut. La transmission des chocs du marché papier aux marchés physiques est ainsi facilitée. Enfin, et surtout, le sens des mouvements de prix devient moins stable au fil du temps. D'un point de vue théorique, ces résultats soulèvent des questions sur la théorie de la segmentation et l'effet Samuelson.

En s'appuyant sur l'entropie conditionnelle et sur la notion de transfert d'information, nous étudions les relations de prix sur le plus important marché à terme de matières premières : le marché américain du pétrole brut. Nous montrons d'abord que l'information partagée par les contrats à terme ayant des dates de livraison différentes augmente au cours de la période étudiée (c'est-à-dire 2000-2011). Ceci est particulièrement vrai pour les échéances intermédiaires. En se focalisant sur le transfert d'information, en moyenne sur l'ensemble de la période, il apparaît que les échéances à court terme émettent plus d'information que les échéances à long terme. Ceci est cohérent avec le fonctionnement normal d'un marché à terme. Une analyse dynamique révèle cependant que l'importance relative des flux d'information émergeant à l'extrémité de la courbe (pour les maturités à long terme) apparaît à mesure que l'intégration progresse sur le marché du pétrole brut. La transmission des chocs du marché papier aux marchés physiques est ainsi facilitée. Enfin, et surtout, le sens des mouvements de prix devient moins stable au fil du temps. D'un point de vue théorique, ces résultats soulèvent des questions sur la théorie de la segmentation et l'effet Samuelson.

Nous examinons l'impact, sur les marchés dérivés de matières premières, de deux crises financières : la crise des subprimes et la faillite de Lehman Brothers. Ces crises sont "externes" aux marchés des matières premières : elles sont apparues dans la sphère financière. Néanmoins, comme les marchés de matières premières sont aujourd'hui fortement intégrés, entre eux et avec les autres marchés financiers, ces événements ont pu avoir un impact. Afin de bien comprendre cet impact éventuel, nous examinons les fluctuations des prix dans trois dimensions : le temps d'observation, la dimension spatiale - le même actif sous-jacent peut être négocié simultanément en deux endroits différents - et la maturité des transactions. Nous nous concentrons d'abord sur l'efficacité de la propagation des chocs : s'améliore-t-elle pendant les crises ? Ensuite, nous nous concentrons sur les chemins de propagation des chocs : sont-ils modifiés ? Comment ? Enfin, nous nous concentrons sur la centralité du système de prix : change-t-elle ? Augmente-t-elle ?

Nous examinons l'impact, sur les marchés dérivés de matières premières, de deux crises financières : la crise des subprimes et la faillite de Lehman Brothers. Ces crises sont "externes" aux marchés des matières premières : elles sont apparues dans la sphère financière. Néanmoins, comme les marchés de matières premières sont aujourd'hui fortement intégrés, entre eux et avec les autres marchés financiers, ces événements ont pu avoir un impact. Afin de bien comprendre cet impact éventuel, nous examinons les fluctuations des prix dans trois dimensions : le temps d'observation, la dimension spatiale - le même actif sous-jacent peut être négocié simultanément en deux endroits différents - et la maturité des transactions. Nous nous concentrons d'abord sur l'efficacité de la propagation des chocs : s'améliore-t-elle pendant les crises ? Ensuite, nous nous concentrons sur les chemins de propagation des chocs : sont-ils modifiés ? Comment ? Enfin, nous nous concentrons sur la centralité du système de prix : change-t-elle ? Augmente-t-elle ?

Il est courant d'affirmer, dans la littérature sur les marchés dérivés de matières premières, que le comportement des prix à terme est caractérisé par l'"hypothèse de Samuelson" : il existe un modèle décroissant de volatilité le long de la courbe des prix. Malgré quelques débats sur les mesures statistiques, cette hypothèse a trouvé un large soutien empirique. Pourtant, à notre connaissance, l'une de ses implications empiriques n'a jamais été proposée ni testée : si Samuelson a raison, les chocs de prix survenant sur le marché physique devraient se propager en direction du marché du papier. La première contribution de ce papier est de combler cette lacune. Deuxième contribution : jusqu'à présent, la validation de l'hypothèse de Samuelson n'a jamais été envisagée dans le cas des marchés à terme de l'électricité. Pourtant, le caractère non stockable de cette marchandise soulève des questions intéressantes. L'hypothèse de Samuelson est-elle encore valide dans un tel contexte ? Que nous apprend cette matière première sur le rôle des stocks dans la volatilité des prix ? Pour répondre à ces questions, nous examinons le comportement des prix des quatre plus importants marchés à terme de l'électricité dans le monde, de 2009 à 2013 : le marché allemand, le NordPool, le marché australien et le PJM Western Hub aux États-Unis. Nous utilisons le marché américain du pétrole brut comme référence pour une matière première stockable négociée sur un marché à terme et comme exemple de marché mature. Nous trouvons des preuves, pour tous les marchés, d'un impact de la maturité. Enfin, nous nous appuyons sur la notion récente de stockabilité indirecte comme première direction pour expliquer une telle conclusion.

Il est courant d'affirmer, dans la littérature sur les marchés dérivés de matières premières, que le comportement des prix à terme est caractérisé par l'"hypothèse de Samuelson" : il existe un modèle décroissant de volatilité le long de la courbe des prix. Malgré quelques débats sur les mesures statistiques, cette hypothèse a trouvé un large soutien empirique. Pourtant, à notre connaissance, l'une de ses implications empiriques n'a jamais été proposée ni testée : si Samuelson a raison, les chocs de prix survenant sur le marché physique devraient se propager en direction du marché du papier. La première contribution de ce papier est de combler cette lacune. Deuxième contribution : jusqu'à présent, la validation de l'hypothèse de Samuelson n'a jamais été envisagée dans le cas des marchés à terme de l'électricité. Pourtant, le caractère non stockable de cette marchandise soulève des questions intéressantes. L'hypothèse de Samuelson est-elle encore valide dans un tel contexte ? Que nous apprend cette matière première sur le rôle des stocks dans la volatilité des prix ? Pour répondre à ces questions, nous examinons le comportement des prix des quatre plus importants marchés à terme de l'électricité dans le monde, de 2009 à 2013 : le marché allemand, le NordPool, le marché australien et le PJM Western Hub aux États-Unis. Nous utilisons le marché américain du pétrole brut comme référence pour une matière première stockable négociée sur un marché à terme et comme exemple de marché mature. Nous trouvons des preuves, pour tous les marchés, d'un impact de la maturité. Enfin, nous nous appuyons sur la notion récente de stockabilité indirecte comme première direction pour expliquer une telle conclusion.

Après avoir été considérée comme un bien public pendant des décennies, l'électricité est désormais considérée comme une marchandise négociable dans la plupart des pays développés. Depuis leur lancement il y a vingt ans, les marchés dérivés de l'électricité affichent une hausse soutenue de leurs volumes de transactions. Même si ces marchés sont encore récents, on dispose aujourd'hui de suffisamment d'informations pour comprendre précisément leur fonctionnement et les comparer aux autres marchés de matières premières traditionnelles. En outre, il est courant d'affirmer, dans la littérature sur les marchés dérivés de matières premières, que le comportement des prix à terme est caractérisé par l'"hypothèse de Samuelson" (Samuelson, 1965), c'est-à-dire par la présence d'un modèle décroissant de volatilités le long de la courbe des prix. Une connaissance plus approfondie de l'hypothèse de Samuelson est nécessaire pour les agents industriels et financiers ainsi que pour les autorités de régulation. Les opérateurs traditionnels de couverture sur les marchés des matières premières sont les producteurs, les transformateurs industriels et les sociétés de négoce. Ils utilisent les marchés à terme pour couvrir leur exposition physique à l'actif sous-jacent. La prise en compte de l'effet Samuelson pourrait avoir un impact sur le choix de leur horizon de couverture. De plus, la volatilité est l'un des paramètres les plus importants dans la fixation du prix des options. Dès que le cadre d'une volatilité constante, comme dans le modèle de Black et Scholes, est assoupli, l'effet Samuelson doit être pris en compte. Enfin, l'impact sur l'échéance concerne les chambres de compensation et les autorités réglementaires lorsqu'elles fixent les exigences de marge et réfléchissent aux expositions aux risques. Les exigences de marge, qui protègent contre le risque de défaut de crédit de la contrepartie, sont fonction du risque du contrat sous-jacent, pour lequel une approximation pourrait être la volatilité. Malgré quelques débats sur les mesures statistiques, cette hypothèse a trouvé un large soutien empirique. Pourtant, à notre connaissance, une de ses implications empiriques n'a jamais été proposée ni testée : si Samuelson a raison, alors les chocs de prix émergeant sur le marché physique devraient se propager en direction du marché papier. La première contribution de ce papier est de combler cette lacune. Deuxième contribution : jusqu'à présent, la validation de l'hypothèse de Samuelson n'a jamais été envisagée dans le cas des marchés à terme de l'électricité. Pourtant, le caractère non stockable de cette marchandise soulève des questions intéressantes.

La hausse des prix des matières premières observée pendant les années 2000 étant concomitante avec une présence plus accrue des agents financiers sur ces marchés a suscité entre l'intérêt des chercheurs. Cette hausse des prix a eu lieu avec une transformation des marchés de matières premières que cela soit dû à la présence de nouveaux instruments financiers ou à des investissements plus importants dans ces marchés. Les deux premiers chapitres de cette thèse étudient l'impact sur les matières premières de la présence d'Exchange-Traded Products dont le but est d'offrir aux investisseurs financiers une exposition passive aux matières premières. Au cours de ces études, il est démontré que le mécanisme (dit de création/rédemption) utilisé pour délivrer la performance de la matière première sous-jacente aux investisseurs a un impact sur le prix du sous-jacent, sur sa volatilité et sa corrélation au marché des actions. Enfin, ces mêmes instruments sont devenus les principaux contributeurs à la fonction de découverte des prix alors que traditionnellement cette fonction était assurée par les marchés à terme. Le dernier chapitre de ce manuscrit de thèse étudie la saisonnalité à la fois des prix et des positions des différents types d'agents présents sur le marché à terme des matières premières agricoles. Les résultats montrent que la saisonnalité des positions sur le marché à terme a été modifiée par la présence accrue des agents financiers. Cette thèse quantifie et démontre que les nouveaux supports d'investissement et les positions plus nombreuses de ces mêmes investisseurs sur le marché à terme ont modifié les caractéristiques financières et fondamentales des matières premières.

Nous proposons un modèle d'équilibre simple, où les marchés physiques et dérivés de la marchandise interagissent. Il existe trois types d'agents : les producteurs industriels, les détenteurs de stocks et les spéculateurs. Seuls les deux premiers opèrent sur le marché physique. Tous, cependant, peuvent initier une position sur le marché papier, à des fins de couverture et/ou de spéculation. Nous donnons les conditions nécessaires et suffisantes sur les fondamentaux de cette économie pour qu'un équilibre d'attentes rationnelles existe et nous montrons qu'il est unique. C'est la première contribution de ce papier. Notre modèle présente une variété surprenante de comportements à l'équilibre, et notre deuxième contribution est que l'article offre un cadre généralisé unique pour l'analyse des relations de prix. Le modèle permet en effet de généraliser la théorie de la pression de couverture, et il montre comment cette théorie est connectée à la théorie du stockage. Parallèlement, il permet d'étudier simultanément les deux principales fonctions économiques des marchés dérivés : la couverture et la découverte des prix. Dans sa troisième contribution, à travers la distinction entre l'utilité de la spéculation et celle de la couverture, le modèle illustre l'intérêt d'un marché dérivé en termes de bien-être des agents.

Ce chapitre résume plusieurs études empiriques en finance, entreprises à travers le prisme de la théorie des graphes. Dans ces études, nous avons construit des graphes afin d'étudier l'intégration et le risque systémique sur les marchés dérivés. Plusieurs classes d'actifs sous-jacents (i.e. produits énergétiques, métaux, actifs financiers, produits agricoles) sont considérées, sur une période de douze ans. Dans une telle analyse à haute dimension, la théorie des graphes nous permet de comprendre le comportement dynamique de notre système de prix. La dimension du graphe entièrement connecté étant élevée, nous nous appuyons sur un type spécifique de graphes : les arbres à portée minimale (Minimum Spanning Trees, MST). Un tel arbre est particulièrement intéressant pour l'étude du risque systémique : il peut être assimilé au chemin le plus court et le plus probable pour la propagation d'un choc de prix. Nous examinons d'abord la topologie des MSTs. Ensuite, étant donné la dépendance temporelle de nos graphes basés sur la corrélation, nous étudions leur évolution dans le temps et leur stabilité.

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Ce mémoire expose les travaux effectués depuis la thèse de doctorat en les replaçant dans un cadre offrant une vue générale de la littérature sur la structure par terme des prix des matières premières. Il commence par une première partie consacrée à l'analyse théorique de la structure par terme. Pour comprendre la relation entre le prix au comptant et le prix à terme, je me suis tout d'abord intéressée aux théories traditionnelles des prix des matières premières – celle du déport normal et celle du stockage. Développées à l'origine dans un contexte où la notion de structure par terme était moins importante, car la maturité des contrats à terme n'était pas très éloignée, ces théories apparaissent cependant comme limitées lorsque l'horizon d'analyse augmente et que l'on souhaite prendre en considération la totalité de la structure par terme. Un certain nombre de mes travaux a donc pour objectif d'étendre au long terme les théories traditionnelles. Ils visent également à améliorer la compréhension du comportement dynamique de la courbe des prix dans un marché de matières premières. L'analyse théorique de la structure par terme des prix des matières premières étant effectuée, il était intéressant de se pencher sur la façon d'exploiter ses enseignements à des fins de modélisation. C'est l'objet de la deuxième partie du mémoire, qui présente un nouveau modèle de structure par terme – qualifié de modèle asymétrique – justifie les hypothèses qui le sous-tendent, et le positionne par rapport aux autres modélisations. La troisième partie a pour objectif d'apprécier la qualité de la modélisation effectuée : elle s'intéresse aux résultats des tests empiriques réalisés à partir des modèles de structure par terme. Des simulations me permettent tout d'abord de souligner l'influence des hypothèses concernant le processus stochastique retenu pour les variables d'état et celle du nombre de variables d'état, dans trois modèles différents. Sont ensuite présentés des travaux de nature méthodologique, développés en réponse aux difficultés d'estimation spécifiques que présentent les modèles de structure par terme des prix des matières premières. Enfin, l'exposé des performances des modèles, c'est-à-dire de leur capacité à reproduire la courbe des prix observée, permet de présenter les résultats empiriques obtenus avec le modèle asymétrique. Deux applications ont été envisagées dans la littérature pour les modèles de structure par terme des prix des matières premières : la couverture dynamique et la valorisation. En ce qui concerne la couverture, la réflexion relative à l'utilisation de modèles de structure par terme est motivée par la volonté de couvrir des engagements à long terme sur le marché physique à l'aide de contrats à terme d'échéance rapprochée. Les travaux portent alors sur la détermination de la stratégie de couverture à mettre en œuvre et sur l'analyse de son efficacité. Dans le domaine de la valorisation, les modèles de structure par terme ont été utilisés en s'appuyant sur la théorie des options réelles. La plupart des recherches entreprises portent sur la décision d'investissement dans le cadre de matières premières minérales, car le caractère irréversible de l'investissement est particulièrement prononcé pour ces dernières. Mes travaux de recherche se sont intéressés à chacune de ces deux applications. Celles-ci ont fait l'objet de plusieurs publications. Elles sont également le sujet de recherches en cours et sont à l'origine de plusieurs projets.

Cette thèse a été réalisée pour répondre à la question suivante : les informations apportées par les marchés à terme de commodités et les techniques de couverture qu'ils proposent peuvent elles servir à valoriser un gisement pétrolier et décider de sa date d'exploitation ? Les travaux ont donc été centrés sur la valorisation d'un baril de pétrole pour une échéance lointaine de livraison. Pour y parvenir, un modèle de structure par terme des prix des commodités a été employé. Plusieurs étapes ont successivement été abordées. Les théories traditionnelles des prix des commodités ont d'abord été explorées, afin de comprendre les relations entre prix au comptant et prix à terme. Les principaux modèles de structure par terme des prix des commodités ont ensuite été étudiés. A ce stade des travaux, le constat suivant a été établi : si les théories traditionnelles constituent le fondement théorique de l'élaboration d'un modèle de structure par terme des prix, tous les enseignements de ces théories n'ont cependant pas été exploités . le comportement asymétrique de la base a des implications sur le comportement dynamique du convenience yield ignorées à ce jour. Partant de ce constat, un modèle de structure par terme des prix des commodités, dans lequel le convenience yield a un comportement asymétrique, a été developpé. Ce modèle a été comparé aux deux modèles les plus employés dans le domaine des commodités. Ses performances ont ete testées en employant un filtre de kalman. Les résultats obtenus laissent penser que l'hypothèse d'asymétrie du convenience yield est verifiée, bien que la méthode d'estimation des paramètres du modèle doive etre améliorée. La troisième partie de la thèse est consacrée a l'étude de projets d'investissement. L'apport des modèles de structure par terme des prix dans ce type d'analyse est mis en évidence à partir d'une comparaison avec les méthodes traditionnellement employées pour valoriser un gisement et décider de sa date de mise en exploitation.