An It\^o's type formula for the fractional Brownian motion in Brownian time

Let $X$ be a (two-sided) fractional Brownian motion of Hurst parameter $H\in (0,1)$ and let $Y$ be a standard Brownian motion independent of $X$. Fractional Brownian motion in Brownian motion time (of index $H$), recently studied in \cite{13}, is by definition the process $Z=X\circ Y$. It is a continuous, non-Gaussian process with stationary increments, which is selfsimilar of index $H/2$. The main result of the present paper is an It\^{o}'s type formula for $f(Z_t)$, when $f:\R\to\R$ is smooth and $H\in [1/6,1)$. When $H>1/6$, the change-of-variable formula we obtain is similar to that of the classical calculus. In the critical case $H=1/6$, our change-of-variable formula is in law and involves the third derivative of $f$ as well as an extra Brownian motion independent of the pair $(X,Y)$. We also discuss briefly the case $H<1/6$.Comment: 19 page

Symmetric Weighted Odd-Power Variations of Fractional Brownian Motion and Applications

We prove a non-central limit theorem for the symmetric weighted odd-power variations of the fractional Brownian motion with Hurst parameter H< 1/2. As applications, we study the asymptotic behavior of the trapezoidal weighted odd-power variations of the fractional Brownian motion and the fractional Brownian motion in Brownian time Z_t:= X_{Y_t}, t >= 0, where X is a fractional Brownian motion and Y is an independent Brownian motion.Comment: 23 pages. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1604.0315

Semaine d'Etude Mathématiques et Entreprises 5 : Propriétés asymptotiques de processus à volatilité stochastique

Cet article est une synthèse de notre travail de recherche durant la cinquième SEME (Semaine d'Etudes pour les Mathématiques en Entreprise) à l'Ecole des Mines de Nancy. Durant cette semaine, nous avons étudié une alternative au modèle de Black-Scholes: le modèle GARCH(1,1). Ce modèle est suffisamment simple pour être implémenté sur un ordinateur de bureau classique, et suffisamment proche du modèle de Black-Scholes pour ne pas dérouter les personnes habituées à ce dernier. Dans un premier temps, nous passons en revue différents résultats connus pour le modèle GARCH. En particulier, nous montrons que, sous certaines hypothèses, et contrairement au modèle de Black-Scholes, dans le modèle GARCH la distribution des rendements est à queue épaisse, similaire à celle d'une loi de puissance. Ensuite, nous illustrons à l'aide de simulations le comportement asymptotique de la distribution des rendements et nous proposons une méthode pour estimer le paramètre de la loi de puissance associée. Enfin, nous nous intéressons au phénomène de volatility clustering et à la durée des périodes de forte volatilité

On a new Itô-type formula in law

Le mouvement brownien fractionnaire en temps brownien Z est un processus qui sert de modèle à la diffusion d’un gaz le long d’une fissure. Dans cette thèse, réalisée sous la direction d'Ivan Nourdin, nous prouvons des formules de type Itô pour Z. Nos principaux outils sont le calcul de Malliavin, le calcul stochastique et l'utilisation de théorèmes limites. Une des spécificités des formules de changement de variables que nous avons obtenues est qu’elles ont lieu en loi, avec création d'un nouvel aléa. Ce mémoire est constitué d'un chapitre introductif, suivi de trois autres chapitres qui correspondent chacun à différents résultats obtenus lors de la préparation de cette thèse et rédigés sous forme d'articles de recherche. Plus précisément : 1) Dans un premier article, nous introduisons le processus central de cette thèse, à savoir le mouvement brownien fractionnaire en temps brownien Z. Nous étudions ensuite les fluctuations de ses variations d’ordre p, où p est n'importe quel entier supérieur ou égal à 1. 2) Dans un deuxième article, avec mon encadrant Ivan Nourdin nous avons utilisé les résultats du premier article pour construire une formule de type Itô pour Z. Pour ce faire, nous avons étendu à notre cadre une idée due originellement à Khoshnevisan et Lewis, consistant à travailler avec une partition aléatoire du temps au lieu de la partition déterministe classique. 3) Enfin, dans un troisième et dernier article, nous avons prolongé la formule unidimensionnelle décrite en 2) au cadre bidimensionnelFractional Brownian motion in Brownian time Z may serve as a model for the motion of a single gas particle constrained to evolve inside a crack. In this PhD thesis, written under the supervision of Ivan Nourdin, we prove Itô's type formulas for Z. To achieve this goal, our main tools are the Malliavin calculus, the stochastic calculus and the use of limit theorems. One of the specificity of the formula we have obtained is that they hold in law, with creation of a new alea. This manuscript consists in an introductory chapter, followed by three other chapters, each one corresponding to different results obtained along the preparation of this thesis and written is the form of research papers. More precisely: 1) In a first paper, we introduce the central process of this thesis, namely the fractional Brownian motion in Brownian time Z. Then, we study the fluctuations of its power variations of order p, for any integer p greater than or equal to 1. 2) In a second paper, written jointly with my supervisor Ivan Nourdin, we use the results obtained in 1) to build an Itô's type formula for Z. To do so, we need to extend to our setting an approach originally due to Khoshnevisan and Lewis, consisting in rather working with a random partition of time, instead of the classical uniform deterministic partition. 3) Finally, in a third and last paper, we extend to bi-dimension the one- dimensional formula obtained in 2

Sur des nouvelles formules d'Itô en loi

Fractional Brownian motion in Brownian time Z may serve as a model for the motion of a single gas particle constrained to evolve inside a crack. In this PhD thesis, written under the supervision of Ivan Nourdin, we prove Itô's type formulas for Z. To achieve this goal, our main tools are the Malliavin calculus, the stochastic calculus and the use of limit theorems. One of the specificity of the formula we have obtained is that they hold in law, with creation of a new alea. This manuscript consists in an introductory chapter, followed by three other chapters, each one corresponding to different results obtained along the preparation of this thesis and written is the form of research papers. More precisely: 1)In a first paper, we introduce the central process of this thesis, namely the fractional Brownian motion in Brownian time Z. Then, we study the fluctuations of its power variations of order p, for any integer p greater than or equal to 1. 2)In a second paper, written jointly with my supervisor Ivan Nourdin, we use the results obtained in 1) to build an Itô's type formula for Z. To do so, we need to extend to our setting an approach originally due to Khoshnevisan and Lewis, consisting in rather working with a random partition of time, instead of the classical uniform deterministic partition. 3)Finally, in a third and last paper, we extend to bi-dimension the one- dimensional formula obtained in 2)Le mouvement brownien fractionnaire en temps brownien Z est un processus qui sert de modèle à la diffusion d’un gaz le long d’une fissure. Dans cette thèse, réalisée sous la direction d'Ivan Nourdin, nous prouvons des formules de type Itô pour Z. Nos principaux outils sont le calcul de Malliavin, le calcul stochastique et l'utilisation de théorèmes limites. Une des spécificités des formules de changement de variables que nous avons obtenues est qu’elles ont lieu en loi, avec création d'un nouvel aléa. Ce mémoire est constitué d'un chapitre introductif, suivi de trois autres chapitres qui correspondent chacun à différents résultats obtenus lors de la préparation de cette thèse et rédigés sous forme d'articles de recherche. Plus précisément : 1)Dans un premier article, nous introduisons le processus central de cette thèse, à savoir le mouvement brownien fractionnaire en temps brownien Z. Nous étudions ensuite les fluctuations de ses variations d’ordre p, où p est n'importe quel entier supérieur ou égal à 1. 2)Dans un deuxième article, avec mon encadrant Ivan Nourdin nous avons utilisé les résultats du premier article pour construire une formule de type Itô pour Z. Pour ce faire, nous avons étendu à notre cadre une idée due originellement à Khoshnevisan et Lewis, consistant à travailler avec une partition aléatoire du temps au lieu de la partition déterministe classique. 3)Enfin, dans un troisième et dernier article, nous avons prolongé la formule unidimensionnelle décrite en 2) au cadre bidimensionne