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This paper presents an estimation of the reaction of electricity demand to changes in price levels of forward contracts in the manufacturing industry of Colombia. To that end, a structural vector autoregressive (SVAR) model was developed, considering several economic activities at different voltage levels. The industrial sectors under study showed an electricity demand not significantly sensitive to price variations. However, the food and drink sectors, plastic and rubber manufacturing, as well as retail trade turned out to be more sensitive to price shocks than the chemical industry or textile manufacturing. Such inelasticity could be softened if information concerning prices and quantity demanded were of common knowledge, or if the forward curve were observable. Resumen: En este artículo se presenta una estimación de la reacción de la demanda a niveles de precios de contratos forward de electricidad en la industria manufacturera de Colombia. Se desarrolló un modelo de vectores autorregresivos estructurales (SVAR) considerando varias actividades económicas a diferentes niveles de tensión. Los sectores industriales bajo estudio no mostraron una demanda de electricidad significativamente sensible a variaciones de precios. Sin embargo, los sectores de alimentos y bebidas, caucho y plástico, así como el sector comercial minorista resultaron ser más sensibles a choques de precios que la industria química o el sector de manufactura de textiles. Dicha inelasticidad podría suavizarse si la información concerniente a precios y cantidades demandadas fuera de conocimiento común, o si la curva forward pudiera ser observable. Résumé: Cet article présente une estimation de la variation dans la demande d’électricité, due à des changements dans les niveaux de prix des contrats d'électricité du type forward, dans l'industrie manufacturière colombienne. Un modèle de vecteurs autorégressifs structuraux (SVAR) a été développé afin de considérer plusieurs secteurs économiques pour des différents niveaux de tension électrique. En général, les secteurs industriels étudiés n'ont pas montré de demande d'électricité sensible aux variations de prix. Cependant, les secteurs de l'alimentation et des boissons, du caoutchouc et plastique, ainsi que le secteur du commerce de détail, se sont avérés être plus sensibles aux chocs des prix par rapport à l'industrie chimique et au secteur textile. Une telle inélasticité pourrait être adoucie si les informations concernant les prix et les quantités demandées d’électricité étaient connues, ou bien si la courbe forward était observable.

The electricity high voltage transmission networks are interconnected over most of the continents but this is not the case of the power system organizations. Indeed, as described with the concept of integrated power system, the organization over these large networks is divided by several kinds of internal borders. In this context, the research object, the cross-border coordination of operation, is a set of coordination arrangements over internal borders between differing regulatory, technical and market designs. These arrangements can include for instance the famous market couplings, some cost-sharing agreements or common security assessments among several other solutions. The existence and improvement of the cross-border coordination of operation can be beneficial to the whole integrated power system. This statement is verified in the European case as in 2012 where several regional and continental coordination arrangements are successfully implemented.In order to benefit from the European experience and contribute to support the European improvement process, this thesis investigates the cross-border coordination of operation in the European case with four angles of study. First, a modular framework is built to describe the existing solutions and the implementation choices from a regulatory point of view. Second, the thesis analyses the tools available to assess the impact of an evolution of the cross-border coordination. Third, the role of the European Union (EU) is described as critical both for the existing arrangements and to support the improvement process. The last angle of study focuses on two dimensions of the economic modes of coordination between transmission system operators., Le système électrique européen peut être décrit par le concept de système intégré, c'est à dire un réseau interconnecté dont l'organisation est découpée par diverses frontières administratives de nature légale, technique ou marchande. Dans ce contexte, l'amélioration de la coordination de l'opération sur ces frontières internes, pour un ensemble donné d'infrastructures, doit permettre une utilisation plus optimale des ressources disponibles.L'analyse économique de ces coordinations transfrontalières et du processus d'amélioration en cours en Europe en 2012 permet d'une part de tirer les enseignements de cette expérience et d'autre part de soutenir le processus d'amélioration en contribuant à la compréhension des enjeux par les acteurs. Pour cela, l'étude propose tout d'abord une synthèse sur la gestion du système électrique qui définit l'objet d'étude. Puis, le deuxième chapitre détaille une analyse fonctionnelle des mécanismes de coordination. Cette analyse permet de faire le lien avec des aspects techniques qui conditionnent l'organisation économique. Le troisième chapitre porte sur les méthodes d'évaluation des bénéfices, des coûts et des effets redistributifs d'une évolution de la coordination. Les chapitres quatre et cinq abordent ensuite deux angles institutionnels clés. Le premier est le rôle de l'Union Européenne dans l'établissement de règles communes à l'échelle du continent. Le second est la forme institutionnelle de l'engagement des Gestionnaires de Réseau de Transport (GRT) pour le succès de ces mécanismes de coordinations.

In this thesis we deal with different topics in financial mathematics, that are all related to market imperfections and to the fundamental technique of utility maximization. The work consists of three parts. In the first one, which is based on two papers, we consider the problem of optimal investment on a financial market with proportional transaction costs. We initially study the investment problem in the case where the utility function is multivariate (which is particularly suitable on currency markets) and the agent is endowed with a random claim, which can be interpreted as an option or another derivative contract. After analyzing the properties of the primal and dual problems, we apply those results to investigate, in this context, some aspects of a popular pricing technique in incomplete markets, i.e. utility indifference evaluation. In the second contribution to the transaction costs literature, we investigate the existence problem for a set of prices (called shadow prices) that would provide the same maximal utility to the agent if the market did not have frictions. These results shed some light on the link between the classical theory of frictionless markets and the quickly growing literature on transaction costs. In the second part of this thesis we consider the utility indifference pricing problem in incomplete markets, where the source of incompleteness comes from the fact that some assets in the market cannot be actively traded, which is the case for example in the framework of structural models for electricity prices. We provide a BSDE characterization for the price under mild assumptions, and then focus on the case of European claims by establishing in particular the existence of an optimal hedging strategy even when the claim presents discontinuities and is possibly unbounded. In the last contribution we analyze a simple principal-agent problem in finite time horizon, where the principal is mainly interpreted as a regulator and the agent as a firm producing some kind of polluting emissions. We separately treat both the agent's and the principal's problems and use the BSDE theory for providing necessary and sufficient conditions for optimality. We also perform some sensitivity analyses and give numerical results in order to provide a better understanding of the agents' behavior.; Dans cette thèse, nous nous intéressons à des sujets différents en mathématiques financières, tous liés aux imperfections de marché et à la technique fondamentale de la maximisation d'utilité. Elle comporte trois parties. Dans la première, qui se base sur deux papiers, nous considérons le problème d'investissement optimal sur un marché financier avec coûts de transaction proportionnels. On commence par étudier le problème d'investissement dans le cas où la fonction d'utilité est multivariée (ce qui s'adapte particulièrement bien aux marchés des devises) et l'agent a une dotation initiale aléatoire, qui peut s'interpréter comme une option ou un autre contrat dérivé. Après avoir analysé les propriétés du problème et de son dual, nous utilisons ces résultats pour examiner, dans ce contexte, certains aspects d'une technique de pricing devenue populaire dans le cadre des marchés incomplets, l'évaluation par indifférence d'utilité. Dans le deuxième chapitre, nous étudions le problème d'existence d'un ensemble de prix (appelés "prix fictifs" ou "shadow prices") qui offrirait la même utilité maximale à l'agent si le marché n'avait pas de frictions. Ces résultats sont utiles pour clarifier le lien entre la théorie classique des marchés sans frictions et la littérature en croissance rapide sur les coûts de transaction. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous considérons le problème d'évaluation de produits dérivés par indifférence d'utilité dans des marchés incomplets, où la source d'incomplétude provient du fait que certains actifs ne peuvent pas être échangés sur le marché, ce qui est le cas par exemple dans le cadre des modèles structurels pour le prix de l'électricité. Sous certaines hypothèses, nous dérivons une caractérisation en terme d'équations différentielles stochastiques rétrogrades (EDSR) pour le prix, et nous nous concentrons ensuite sur les options européennes en établissant en particulier l'existence d'une stratégie de couverture optimale, même lorsque le payoff présente des discontinuités et est éventuellement non borné. Dans la dernière partie, nous analysons un simple problème de principal-agent à horizon fini, où le principal est essentiellement interprété comme un régulateur et l'agent comme une entreprise qui produit certaines émissions polluantes. Nous traitons séparément les problèmes du principal et de l'agent et nous utilisons la théorie des EDSR pour fournir des conditions nécessaires et suffisantes d'optimalité. Nous effectuons également des analyses de sensibilité et nous montrons des résultats numériques dans le but de fournir une meilleure compréhension du comportement des agents.

In this thesis we deal with different topics in financial mathematics, that are all related to market imperfections and to the fundamental technique of utility maximization. The work consists of three parts. In the first one, which is based on two papers, we consider the problem of optimal investment on a financial market with proportional transaction costs. We initially study the investment problem in the case where the utility function is multivariate (which is particularly suitable on currency markets) and the agent is endowed with a random claim, which can be interpreted as an option or another derivative contract. After analyzing the properties of the primal and dual problems, we apply those results to investigate, in this context, some aspects of a popular pricing technique in incomplete markets, i.e. utility indifference evaluation. In the second contribution to the transaction costs literature, we investigate the existence problem for a set of prices (called shadow prices) that would provide the same maximal utility to the agent if the market did not have frictions. These results shed some light on the link between the classical theory of frictionless markets and the quickly growing literature on transaction costs. In the second part of this thesis we consider the utility indifference pricing problem in incomplete markets, where the source of incompleteness comes from the fact that some assets in the market cannot be actively traded, which is the case for example in the framework of structural models for electricity prices. We provide a BSDE characterization for the price under mild assumptions, and then focus on the case of European claims by establishing in particular the existence of an optimal hedging strategy even when the claim presents discontinuities and is possibly unbounded. In the last contribution we analyze a simple principal-agent problem in finite time horizon, where the principal is mainly interpreted as a regulator and the agent as a firm producing some kind of polluting emissions. We separately treat both the agent's and the principal's problems and use the BSDE theory for providing necessary and sufficient conditions for optimality. We also perform some sensitivity analyses and give numerical results in order to provide a better understanding of the agents' behavior.; Dans cette thèse, nous nous intéressons à des sujets différents en mathématiques financières, tous liés aux imperfections de marché et à la technique fondamentale de la maximisation d'utilité. Elle comporte trois parties. Dans la première, qui se base sur deux papiers, nous considérons le problème d'investissement optimal sur un marché financier avec coûts de transaction proportionnels. On commence par étudier le problème d'investissement dans le cas où la fonction d'utilité est multivariée (ce qui s'adapte particulièrement bien aux marchés des devises) et l'agent a une dotation initiale aléatoire, qui peut s'interpréter comme une option ou un autre contrat dérivé. Après avoir analysé les propriétés du problème et de son dual, nous utilisons ces résultats pour examiner, dans ce contexte, certains aspects d'une technique de pricing devenue populaire dans le cadre des marchés incomplets, l'évaluation par indifférence d'utilité. Dans le deuxième chapitre, nous étudions le problème d'existence d'un ensemble de prix (appelés "prix fictifs" ou "shadow prices") qui offrirait la même utilité maximale à l'agent si le marché n'avait pas de frictions. Ces résultats sont utiles pour clarifier le lien entre la théorie classique des marchés sans frictions et la littérature en croissance rapide sur les coûts de transaction. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous considérons le problème d'évaluation de produits dérivés par indifférence d'utilité dans des marchés incomplets, où la source d'incomplétude provient du fait que certains actifs ne peuvent pas être échangés sur le marché, ce qui est le cas par exemple dans le cadre des modèles structurels pour le prix de l'électricité. Sous certaines hypothèses, nous dérivons une caractérisation en terme d'équations différentielles stochastiques rétrogrades (EDSR) pour le prix, et nous nous concentrons ensuite sur les options européennes en établissant en particulier l'existence d'une stratégie de couverture optimale, même lorsque le payoff présente des discontinuités et est éventuellement non borné. Dans la dernière partie, nous analysons un simple problème de principal-agent à horizon fini, où le principal est essentiellement interprété comme un régulateur et l'agent comme une entreprise qui produit certaines émissions polluantes. Nous traitons séparément les problèmes du principal et de l'agent et nous utilisons la théorie des EDSR pour fournir des conditions nécessaires et suffisantes d'optimalité. Nous effectuons également des analyses de sensibilité et nous montrons des résultats numériques dans le but de fournir une meilleure compréhension du comportement des agents.

This Ph.D. dissertation deals with the pricing of derivatives on electricity price. The first part is a theoretical extension of Arbitrage Pricing Theory: we assess the problem of pricing contingent claims when the financial agent has the possibility to transform assets by means of production possibilities. We propose a specific concept of arbitrage for such portfolios in discrete time for markets with proportional transaction costs. This allows to show the closedness property, portfolio optimization problem or a super-hedging theorem. We then study such portfolios with financial possibilities in continuous time, with or without frictions. We apply these results to the pricing of futures contract on electricity. In the second part we introduce a class of models allowing to link the electricity spot price with its production cost by a structural relationship. We specify a two combustibles model with possible breakdown. It provides explicit formulae allowing to fit several pattern of electricity spot prices. Using the minimal martingale measure, we explicit an arbitrage price for futures contracts minimizing a quadratic risk criterion. We then specify the model to obtain explicit formulae, calibration methods and statistical estimation of parameters. We address in a second time the question of the risk premium associated to the holding of a European option upon a non-yet available futures contract. We essentially apply the ideas of Bouchard and al. (2009) to the semi-complete market framework and propose numerical procedures to obtain the risk premium associated to a given loss function.; Cette thèse traite de la valorisation de produits dérivés du prix de l'électricité. Dans la première partie, nous nous intéressons à la valorisation par absence d'opportunité d'arbitrage de portefeuilles incluant la possibilité de transformation d'actifs par le biais d'un système de production, sur des marchés en temps discret avec coûts de transaction proportionnels. Nous proposons une condition qui nous permet de démontrer la propriété fondamentale de fermeture pour l'ensemble des portefeuilles atteignables, et donc l'existence d'un portefeuille optimal ou un théorème de sur-réplication. Nous continuons l'approche avec fonction de production en temps discret sur un marché en temps continu avec ou sans frictions. Dans le seconde partie, nous présentons une classe de modèles faisant apparaître un lien structurel entre le coût de production d'électricité et les matières premières nécessaires à sa production. Nous obtenons une formule explicite pour le prix de l'électricité spot, puis la mesure martingale minimale fournit un prix pour les contrats futures minimisant le risque quadratique de couverture. Nous spécifions le modèle pour obtenir des formules analytiques et des méthodes de calibration et d'estimation statistique des paramètres dans le cas où le prix spot dépend de deux combustibles. Dans un second temps, nous suivons la méthodologie initiée par Bouchard et al. (2009) pour l'évaluation de la prime de risque liée à un produit dérivé sur futures non disponible. Utilisant des résultats de dualité, nous étendons l'étude au cas d'un marché semi-complet, en proposant une réduction du problème et une méthode numérique pour traiter l'EDP non linéaire.

This Ph.D. dissertation deals with the pricing of derivatives on electricity price. The first part is a theoretical extension of Arbitrage Pricing Theory: we assess the problem of pricing contingent claims when the financial agent has the possibility to transform assets by means of production possibilities. We propose a specific concept of arbitrage for such portfolios in discrete time for markets with proportional transaction costs. This allows to show the closedness property, portfolio optimization problem or a super-hedging theorem. We then study such portfolios with financial possibilities in continuous time, with or without frictions. We apply these results to the pricing of futures contract on electricity. In the second part we introduce a class of models allowing to link the electricity spot price with its production cost by a structural relationship. We specify a two combustibles model with possible breakdown. It provides explicit formulae allowing to fit several pattern of electricity spot prices. Using the minimal martingale measure, we explicit an arbitrage price for futures contracts minimizing a quadratic risk criterion. We then specify the model to obtain explicit formulae, calibration methods and statistical estimation of parameters. We address in a second time the question of the risk premium associated to the holding of a European option upon a non-yet available futures contract. We essentially apply the ideas of Bouchard and al. (2009) to the semi-complete market framework and propose numerical procedures to obtain the risk premium associated to a given loss function.; Cette thèse traite de la valorisation de produits dérivés du prix de l'électricité. Dans la première partie, nous nous intéressons à la valorisation par absence d'opportunité d'arbitrage de portefeuilles incluant la possibilité de transformation d'actifs par le biais d'un système de production, sur des marchés en temps discret avec coûts de transaction proportionnels. Nous proposons une condition qui nous permet de démontrer la propriété fondamentale de fermeture pour l'ensemble des portefeuilles atteignables, et donc l'existence d'un portefeuille optimal ou un théorème de sur-réplication. Nous continuons l'approche avec fonction de production en temps discret sur un marché en temps continu avec ou sans frictions. Dans le seconde partie, nous présentons une classe de modèles faisant apparaître un lien structurel entre le coût de production d'électricité et les matières premières nécessaires à sa production. Nous obtenons une formule explicite pour le prix de l'électricité spot, puis la mesure martingale minimale fournit un prix pour les contrats futures minimisant le risque quadratique de couverture. Nous spécifions le modèle pour obtenir des formules analytiques et des méthodes de calibration et d'estimation statistique des paramètres dans le cas où le prix spot dépend de deux combustibles. Dans un second temps, nous suivons la méthodologie initiée par Bouchard et al. (2009) pour l'évaluation de la prime de risque liée à un produit dérivé sur futures non disponible. Utilisant des résultats de dualité, nous étendons l'étude au cas d'un marché semi-complet, en proposant une réduction du problème et une méthode numérique pour traiter l'EDP non linéaire.