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Calcul stochastique pour la finance

Modéliser un prix, première tentative

Calcul stochastique pour la finance
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Calcul stochastique pour la finance

Chapitre 2 : Modéliser un prix, première tentative

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

Avant de commencer

Ce que nous cherchons

Un processus (S_t) qui puisse représenter le cours d’une action. Avant d’en proposer un, écrivons ce qu’il doit respecter.

Trois exigences non négociables
  1. Positivité : un prix ne peut pas devenir négatif.
  2. Invariance d’échelle : la variation de 10 dirhams n’a pas le même sens sur une action à 100 dirhams et sur une action à 10 000. Ce sont les variations relatives qui doivent être modélisées.
  3. Accumulation du risque : l’incertitude doit croître avec l’horizon.

L’échec du brownien simple

Le candidat naturel

Mouvement brownien avec dérive

X_t = X_0 + \mu\,t + \sigma\,W_t. Une tendance linéaire, plus un bruit brownien.

Il satisfait l’exigence 3, et il est parfaitement maniable : X_t suit une loi normale de moyenne X_0 + \mu t et de variance \sigma^2 t.

Mais une loi normale n’est jamais bornée

Une gaussienne charge toute la droite réelle. La probabilité que X_t devienne négatif est strictement positive — et elle augmente avec t.

Ce que cela donne

Même aléa, deux modèles. L’un franchit zéro, l’autre non.

Le diagnostic

La faute n’est pas dans le hasard, elle est dans l’objet modélisé

Le brownien arithmétique fait porter le bruit sur le niveau du prix : \sigma y est un montant en dirhams. Il faut le faire porter sur le rendement : \sigma doit être un pourcentage.

Le brownien géométrique

Modéliser le logarithme

Rendement logarithmique

r_{t} = \ln S_{t} - \ln S_{t-1} = \ln\!\left(\frac{S_t}{S_{t-1}}\right). Pour de petites variations, r_t \simeq (S_t - S_{t-1})/S_{t-1} : c’est bien un rendement.

Les deux vertus du logarithme

Il additionne les rendements sur plusieurs périodes, ce qui appelle une marche aléatoire. Et il transforme la contrainte S_t > 0 en une absence de contrainte sur \ln S_t.

La construction

Posons donc que le logarithme du prix est un brownien avec dérive :

\ln S_t = \ln S_0 + \nu\,t + \sigma\,W_t.

En prenant l’exponentielle :

Mouvement brownien géométrique

S_t = S_0 \exp\!\Big[\Big(\mu - \tfrac{\sigma^2}{2}\Big)t + \sigma\,W_t\Big]. \mu est le rendement espéré annuel, \sigma la volatilité annuelle.

Le prix est positif par construction, et les rendements sont indépendants d’une période à l’autre.

Le terme qui pose question

Nous avons écrit \nu = \mu - \sigma^2/2 sans le justifier. C’est le point aveugle de ce chapitre.

La dette que le cours contracte ici

Pourquoi \mu - \sigma^2/2 et non \mu ? Aucune manipulation élémentaire ne le produit. Ce terme naîtra du lemme d’Itô, au chapitre 6, et sera pleinement justifié au chapitre 7. Retenez la question : elle organise les cinq chapitres qui viennent.

Ce que le modèle prédit

Loi du prix futur

\ln S_t est gaussien, donc S_t suit une loi log-normale : \mathrm{E}(S_t) = S_0\,e^{\mu t}, \qquad \text{médiane}(S_t) = S_0\,e^{(\mu - \sigma^2/2)t}.

C’est le rôle du terme correcteur : il fait en sorte que l’espérance vaille exactement S_0 e^{\mu t}, ce qu’on attend d’un rendement espéré \mu.

Moyenne et médiane ne coïncident pas

Moyenne et médiane ne coïncident pas (suite)

Pourquoi cet écart compte en gestion

La performance moyenne d’un portefeuille dépasse la performance médiane : la moyenne est tirée par quelques trajectoires très favorables. Un investisseur typique obtient la médiane, pas la moyenne. Plus la volatilité est forte, plus l’écart se creuse.

Synthèse

Ce qu’il faut retenir

L’essentiel du chapitre 2
  • Un modèle de prix doit garantir la positivité et porter sur les variations relatives.
  • Le brownien arithmétique échoue : il rend des prix négatifs possibles.
  • Le mouvement brownien géométrique modélise \ln S_t par un brownien avec dérive.
  • S_t suit une loi log-normale, d’espérance S_0e^{\mu t} et de médiane S_0e^{(\mu-\sigma^2/2)t}.
  • Le terme -\sigma^2/2 reste inexpliqué : c’est la question ouverte du cours.
Vers la partie II

Nous avons écrit le prix sous forme explicite. Le langage naturel de la finance est pourtant celui des variations : dS en fonction de S. Pour l’écrire, il faut d’abord savoir ce qu’est une équation différentielle — et pourquoi celles que nous connaissons ne suffiront pas.

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Ressources du chapitre

  • Diapositives
  • Polycopié du chapitre
  • Exercices corrigés
  • Application interactive
  • — Vidéo
  • QCM (bientôt)

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