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Modélisation GARCH de la volatilité

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Modélisation GARCH de la volatilité

Chapitre 2 : Le cadre de la variance conditionnelle

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

Avant de commencer

La difficulté à surmonter

Une contradiction apparente

La stationnarité au sens faible exige une variance constante. Les données exigent une variance changeante.

Il n’y a contradiction que si l’on confond deux objets. Ce chapitre les sépare.

Conditionnel et inconditionnel

Les deux variances

Deux quantités distinctes

Variance inconditionnelle : \sigma^2 = \mathrm{V}(r_t) = \mathrm{E}\big[(r_t-\mu)^2\big] Une constante, calculée sur toute la série.

Variance conditionnelle : h_t = \mathrm{V}\big(r_t \mid \Omega_{t-1}\big) = \mathrm{E}\big[(r_t-\mu)^2 \mid \Omega_{t-1}\big] Une variable aléatoire, fonction de l’information disponible la veille.

Le lien entre les deux

Loi des espérances itérées

\sigma^2 = \mathrm{E}\big(h_t\big) . La variance inconditionnelle est la moyenne des variances conditionnelles.

L’image à retenir

\sigma^2 est la température moyenne de l’année ; h_t est la météo de demain. Les deux existent, elles ne se contredisent pas, et c’est la seconde qui intéresse celui qui doit décider aujourd’hui.

Pourquoi la stationnarité est sauve

Le processus reste stationnaire au sens faible tant que \mathrm{E}(h_t) est finie et constante. Rien n’interdit à h_t de fluctuer autour de cette moyenne — c’est même exactement ce qu’on va modéliser.

L’écriture standard

La décomposition

Modèle à variance conditionnelle

r_t = \mu_t + \varepsilon_t, \qquad \varepsilon_t = \sqrt{h_t}\;z_t, \qquad z_t \sim \mathrm{i.i.d.}(0,1).

Trois objets, trois rôles :

  • \mu_t = \mathrm{E}(r_t \mid \Omega_{t-1}) : l’équation de moyenne, celle du cours ARMA ;
  • h_t : l’équation de variance, l’objet de ce cours ;
  • z_t : l’innovation standardisée, dont la loi fera l’objet du chapitre 9.

Vérifier que la décomposition tient

\mathrm{E}\big(\varepsilon_t \mid \Omega_{t-1}\big) = \sqrt{h_t}\,\mathrm{E}(z_t) = 0 \mathrm{V}\big(\varepsilon_t \mid \Omega_{t-1}\big) = h_t\,\mathrm{V}(z_t) = h_t

Le point technique à ne pas manquer

h_t doit être mesurable par rapport à \Omega_{t-1} : entièrement déterminée par l’information de la veille. C’est ce qui permet de la sortir de l’espérance conditionnelle comme une constante.

Concrètement : h_t ne peut dépendre que de \varepsilon_{t-1}, \varepsilon_{t-2}, \dots et de h_{t-1}, h_{t-2},\dots — jamais de \varepsilon_t.

Ce que z_t apporte

Une séparation nette des rôles

h_t porte toute la dynamique : c’est elle qui monte et descend.

z_t porte toute la forme de la loi : symétrie, épaisseur des queues. Elle est i.i.d., donc sans mémoire.

Deux questions séparées, qu’on pourra traiter séparément — c’est ce qui rend le modèle maniable.

Le lien avec l’ARMA

Les deux équations se complètent

Le modèle complet

\underbrace{A(L)\,r_t = \theta + B(L)\,\varepsilon_t}_{\text{équation de moyenne : cours ARMA}}, \qquad \varepsilon_t = \sqrt{h_t}\,z_t, \qquad \underbrace{h_t = f(\Omega_{t-1})}_{\text{équation de variance : ce cours}}

Ce que le cours ARMA a conclu

Sur données financières quotidiennes, l’équation de moyenne se réduit presque toujours à une constante : r_t = \theta + \varepsilon_t.

Ce n’est pas un appauvrissement du modèle, c’est un résultat empirique. Toute la structure est dans la variance.

Ce que le GARCH ne change pas

Trois invariants

La prévision ponctuelle reste celle de l’ARMA : \hat{r}_{T+1} = \hat\theta.

Les estimateurs de l’équation de moyenne restent convergents, même si l’on ignore l’hétéroscédasticité.

Ce qui change, ce sont les écarts-types, les intervalles et les quantiles — c’est-à-dire tout ce qui touche au risque.

Ce qu’il faut construire

Le cahier des charges de h_t

Quatre exigences
  1. Positivité : h_t > 0 pour toute réalisation, sans exception.
  2. Mesurabilité : h_t ne dépend que de \Omega_{t-1}.
  3. Persistance : un choc doit élever h_t durablement, pas une seule période.
  4. Stationnarité : \mathrm{E}(h_t) doit exister et être finie.
La difficulté est dans la conjonction

Chaque exigence prise isolément est facile. C’est de les satisfaire ensemble qui a demandé du temps — et qui explique la forme, à première vue arbitraire, de l’équation ARCH.

Ce que l’on rejette d’emblée

Trois fausses bonnes idées

La variance glissante h_t = \frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}\varepsilon_{t-i}^2 : simple, mais donne le même poids à un choc d’hier et à un choc d’il y a m jours, puis un poids nul le lendemain. Les sauts de h_t à l’entrée et à la sortie de la fenêtre sont artificiels.

Le lissage exponentiel h_t = \lambda h_{t-1} + (1-\lambda)\varepsilon_{t-1}^2 : bien meilleur — c’est la méthode RiskMetrics — mais \lambda est imposé (0,94), non estimé, et le modèle n’a pas de variance de long terme.

Une variance déterministe du temps : ne réagit pas aux chocs, donc manque tout le phénomène.

Ce que l’ARCH ajoute

Une forme paramétrique estimable, dont les coefficients se testent, qui possède une variance de long terme, et qui se prévoit à tout horizon. Le lissage exponentiel en apparaîtra au chapitre 12 comme un cas particulier contraint.

Synthèse

Ce qu’il faut retenir

L’essentiel du chapitre 2
  • Variance inconditionnelle \sigma^2 : constante. Variance conditionnelle h_t : aléatoire, fonction de \Omega_{t-1}.
  • Elles sont liées par \sigma^2 = \mathrm{E}(h_t) : aucune contradiction avec la stationnarité.
  • Écriture standard : r_t = \mu_t + \varepsilon_t, \varepsilon_t = \sqrt{h_t}\,z_t, z_t i.i.d. centrée réduite.
  • h_t doit être mesurable par rapport à \Omega_{t-1} : elle ne dépend jamais de \varepsilon_t.
  • h_t porte la dynamique, z_t porte la forme de la loi.
  • Cahier des charges : positivité, mesurabilité, persistance, stationnarité — ensemble.
Vers la partie II

Le cadre est posé. Il reste à proposer une forme pour h_t — et la plus simple qui satisfasse les quatre exigences est celle qu’Engle a écrite en 1982.

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