Stochastic control problems with liquidity risk constraints

Cette thèse porte sur l'étude de quelques problèmes de contrôle stochastique dans un contexte de risque de liquidité et d'impact sur le prix des actifs. La thèse se compose de quatre chapitres.Dans le deuxième chapitre, on propose une modélisation d'un problème d'animation de marché dans un contexte de risque de liquidité en présence de contraintes d'inventaire et de changements de régime. Cette formulation peut être considérée comme étant une extension de précédentes études sur ce sujet. Le résultat principal de cette partie est la caractérisation de la fonction valeur comme solution unique, au sens de la viscosité, d'un système d'équations d'Hamilton-Jacobi-Bellman . On enrichit notre étude par la donnée de quelques résultats numériques.Dans le troisième chapitre, on propose un schéma d'approximation numérique pour résoudre un problème d'optimisation de portefeuille dans un contexte de risque de liquidité et d'impact sur le prix des actifs. On montre que la fonction valeur peut être obtenue comme limite d'une procédure itérative dont chaqueitération représente un problème d'arrêt optimal et on utilise un algorithme numérique, basé sur la quantification optimale, pour calculer la fonction valeur ainsi que la politique de contrôle. La convergence du schéma numérique est obtenue via des critères de monotonicité, stabilité et consistance.Dans le quatrième chapitre, on s'intéresse à un problème couplé de contrôle singulier et de contrôle impulsionnel dans un contexte d'illiquidité. On propose une formulation mathématique pour modéliser la distribution de dividendes et la politique d'investissement d'une entreprise sujette à des contraintes de liquidité. On montre que, sous des coûts de transaction et un impact sur le prix des actifs illiquides, la fonction valeur de l'entreprise est l'unique solution de viscosité d'une équation d'Hamilton-Jacobi-Bellman. On propose aussi une méthode numérique itérative pour calculer la stratégie optimale d'achat, de vente et de distribution de dividendes.The purpose of this thesis is to study some stochastic control problems with liquidity risk and price impact. The thesis contains four chapters.The second chapter is devoted to the modeling aspects of a market making problem in a liquidity risk framework under inventory constraints and switching regimes. This formulation can be seen as an extension of previous studies on this subject. The main result is the characterization of the value functions as the unique viscosity solutions to the associated Hamilton-Jacobi-Bellman system. We further enrich our study with some numerical results.In the third section, we introduce a numerical scheme to solve an impulse control problem under state constraints arising from optimal portfolio selection under liquidity risk and price impact. We show that the value function could be obtained as the limit of an iterative procedure where each step is an optimal stopping problem and we use a numerical approximation algorithm based on quantization procedure to compute the value function and the optimal policy. The main result is to prove the convergence of our numerical scheme using monotonicity, stability and consistency properties.In the fourth section, we study a mixed singular and impulse control problem with liquidity risks and constraints. We propose a mathematical modeling to the dividend and investment policy of a firm operating under uncertain environment and liquidity risks. Our main contribution is to show that, under transaction costs and impact on the illiquid asset price, the firm's value function is the unique viscosity solution of a certain Hamilton-Jacobi-Bellman equation. We also formulated an iterative numerical procedure to compute the optimal dividend and investment policy