Exercices
Dans tous les exercices, le seuil de première espèce est fixé à \(\alpha=5\,\%\), sauf indication contraire. Une réponse complète doit préciser les hypothèses, le test choisi, ses principales conditions d’application, la décision statistique et une conclusion rédigée dans le contexte.
Exercice 1 - H0 ou H1 : choisissez votre camp
Pour chacune des questions suivantes :
- définissez le ou les paramètres utiles ;
- écrivez \(H_0\) et \(H_1\) ;
- indiquez si l’alternative est bilatérale ou unilatérale, lorsque cette distinction s’applique ;
- si l’alternative est unilatérale, précisez le sens de l’effet attendu.
Situations étudiées :
La pression artérielle systolique moyenne diffère-t-elle entre les travailleurs de jour et les travailleurs de nuit ?
Le statut vaccinal et la survenue d’une infection au cours de l’hiver sont-ils associés dans la population étudiée ?
Un nouveau traitement réduit-il la durée moyenne d’une crise de migraine par rapport au traitement de référence ?
La répartition des groupes sanguins A, B, AB et O chez les donneurs d’un département diffère-t-elle de la répartition nationale de référence ?
Exercice 2 - Quel test pour quelle histoire ?
Pour chaque situation ci-dessous, identifiez la variable réponse, son type, le caractère indépendant ou apparié des observations, puis choisissez le test le plus adapté parmi ceux du chapitre. Citez aussi la/les condition(s) d’application principale(s) à vérifier.
- Comparer la diminution moyenne de pression artérielle entre deux groupes indépendants dont les dispersions sont nettement différentes.
- Chez 40 adultes, comparer la cholestérolémie moyenne à une valeur de référence de 2 g/L.
- Étudier l’association entre un traitement et un événement indésirable rare dans un tableau \(2\times2\) comportant des effectifs attendus inférieurs à 5.
- Comparer la répartition observée de quatre groupes sanguins à des proportions nationales.
- Comparer un score quantitatif avant et après intervention chez les mêmes patients, lorsque les différences intra-sujet sont approximativement normales.
- Étudier l’association entre le sexe et l’adhésion à une campagne vaccinale dans un grand échantillon, avec des effectifs attendus tous supérieurs à 5.
- Comparer le délai moyen de récupération entre quatre programmes de réadaptation indépendants.
- Comparer les distributions d’un score ordinal de douleur entre deux groupes indépendants.
- Comparer un statut “fumeur / non-fumeur” avant et après une intervention chez les mêmes personnes.
Exercice 3 - Quel est votre animal préféré ?
Dans une étude comparant deux prises en charge vétérinaire, la différence observée de durée moyenne d’hospitalisation est de \(-1,2\) jour en faveur de la nouvelle prise en charge. Le test bilatéral fournit une p-valeur égale à 0,032.
- Quelle décision prenez-vous au seuil de 5 % ? Au seuil de 1 % ?
- La p-valeur 0,032 signifie-t-elle que \(H_0\) a 3,2 % de chances d’être vraie ? Expliquez.
- Peut-on déduire de la seule p-valeur que la diminution de 1,2 jour est importante pour les patients ou pour l’hôpital ? Quelles informations complémentaires seraient utiles ?
- Dans ce contexte, quelle serait une erreur de première espèce ? De deuxième espèce ?
- Un analyste annonce “le résultat est significatif”. Proposez une meilleure formulation.
Exercice 4 - Moi ? Hyène
Partie A - Sommeil des étudiants et valeur de référence
Erwan Louveteau s’intéresse à la santé de 25 étudiants. Après avoir récolté les données, il constate que la durée moyenne de sommeil observée est de 7,4 h par nuit et l’écart-type empirique est de 1,5 h. Vous devez alors l’aider à déterminer si la durée moyenne de sommeil dans la population dont ils sont issus diffère de la valeur de référence \(\mu_0=6,8\) h. On suppose que la distribution ne présente ni forte asymétrie ni valeur extrême. La valeur critique bilatérale est \(t_{0,975\, ; \,24}=2,064\).
- Identifiez le test approprié et formulez \(H_0\) et \(H_1\).
- Vérifiez les conditions qui peuvent l’être à partir de l’énoncé et indiquez celles qui devraient être contrôlées dans le protocole ou avec les données brutes.
- Calculez la statistique de test observée.
- Comparez sa valeur absolue à la valeur critique et prenez une décision.
- Rédigez une conclusion qui mentionne aussi la différence moyenne observée.
- Si \(H_0\) n’est pas rejetée, expliquez pourquoi on ne doit pas écrire que l’étude a “prouvé que la moyenne vaut 6,8 h”.
Partie B - Deux programmes de réadaptation
Deux groupes indépendants suivent des programmes de réadaptation différents. La variable étudiée est la diminution de la pression artérielle systolique après six semaines : une valeur positive correspond à une baisse de pression.
| Programme | Effectif | Diminution moyenne | Écart-type |
|---|---|---|---|
| A | 20 | 8 mmHg | 4 mmHg |
| B | 30 | 5 mmHg | 10 mmHg |
Les distributions sont approximativement symétriques et ne présentent pas de valeur extrême majeure. Pour le test demandé, on utilisera environ 41 degrés de liberté et la valeur critique bilatérale \(t_{0,975\, ; \,41}=2,02\).
- Formulez \(H_0\) et \(H_1\) pour comparer les diminutions moyennes.
- Expliquez pourquoi le test de Welch est préférable au test de Student.
- Calculez la statistique de test.
- Prenez une décision à l’aide de la valeur critique.
- Rédigez la conclusion statistique et distinguez-la de la différence descriptive observée entre les deux groupes.
Exercice 5 - Une ANOVA pour les gouverner tous
On compare l’amélioration moyenne d’un score de capacité physique entre quatre programmes. Les 48 patients ont été répartis dans quatre groupes indépendants. Les distributions au sein des groupes sont approximativement symétriques, sans valeur extrême majeure, et les variances sont jugées comparables.
Auprès de nos 48 patients répartis en quatre groupes, on a observé les sommes des carrés suivantes : \(SCE=90\) et \(SCR=180\).
- Formulez l’hypothèse nulle et l’hypothèse alternative du test d’ANOVA.
- Construire et compléter le tableau ANOVA. Dans notre contexte, à quoi fait référence la ligne “Expliquée” ?
- La valeur critique au seuil de 5 % est \(F_{0,95\, ; \,3\, ; \,44}=2,82\) : quelle décision prenez-vous ?
- Rédigez la conclusion dans le contexte.
- Si \(H_0\) est rejetée, peut-on affirmer que les quatre moyennes sont toutes différentes ? Quelle analyse supplémentaire faudrait-il envisager pour localiser les différences ?
Exercice 6 - Chi veut du rab ?
Partie A - Participation à un dépistage
Une étude observationnelle compare la participation à un dépistage selon qu’une relance par SMS a ou non été proposée par le centre de soins.
| Relance | Participe | Ne participe pas | Total |
|---|---|---|---|
| SMS | 48 | 120 | |
| Aucune | 54 | ||
| Total | 114 | 240 |
- Compléter le tableau précédent avec les effectifs manquants.
- Identifiez les deux variables et formulez les hypothèses du test d’indépendance.
- Calculez les proportions de participation dans les deux groupes.
- Calculez les quatre effectifs attendus sous \(H_0\). Peut-on appliquer le test du \(\chi^2\) ?
- Calculez la statistique de test.
- La valeur critique à 1 degré de liberté est 3,84. Interprétez le résultat.
Partie B - Événement indésirable rare
Dans une étude, on évalue un nouveau traitement contre une maladie auprès de 60 patients. Parmi les 30 ayant reçu le nouveau traitement, 27 étaient guéris. Cependant, toutes les personnes prenant le traitement de référence étaient guéries.
- Calculez les effectifs attendus.
- Dans ce contexte, quel test choisiriez-vous pour étudier l’association entre le traitement et l’événement indésirable ? Justifiez.
Exercice 7 - Encore plus de tests
Partie A - Une mesure quantitative
Chez 12 patients, on mesure l’HbA1c avant puis trois mois après une intervention. Pour chaque patient, on calcule \(D=\text{HbA1c après}-\text{HbA1c avant}\). La moyenne des différences vaut \(-0,6\) point de pourcentage et leur écart-type 0,8 point. Les différences sont approximativement normales. Utilisez \(t_{0,975\, ; \,11}=2,201\).
- Expliquez pourquoi les deux séries de mesures ne sont pas indépendantes.
- Formulez les hypothèses du test de Student apparié.
- Calculez la statistique de test à partir des différences.
- Prenez une décision et interprétez le signe de la différence moyenne.
Partie B - Une mesure binaire
Chez 100 autres patients, on relève le statut tabagique avant et après une intervention. Parmi les 50 fumeurs, 15 ont arrêté de fumer ; et parmi les 50 non-fumeurs, 5 ont commencé à fumer.
- Identifiez les paires concordantes et discordantes.
- Quel test statistique permet d’évaluer l’efficacité de l’intervention ? Peut-on l’utiliser ?
- Formulez \(H_0\) et \(H_1\), puis calculez la statistique de McNemar sans correction.
- À l’aide de la valeur critique 3,84, conclure sur l’intervention.
Partie C - Scores de douleur et rangs
On compare un score ordinal de douleur, allant de 0 (“aucune douleur”) à 5 (“douleur très intense”), entre deux groupes indépendants de patients. Les distributions sont très asymétriques et comportent de nombreux ex æquo. Un logiciel fournit pour un test de Wilcoxon-Mann-Whitney \(W=318\) et \(p=0,021\).
- Ce test est-il adapté pour comparer deux moyennes ?
- Formulez l’hypothèse nulle et l’hypothèse alternative.
- Prenez une décision au seuil de 5 % et rédigez une conclusion prudente.
- Erwan Louveteau pense que “le test prouve que les médianes sont différentes.” Identifiez les deux problèmes de cette phrase.
- Si les scores provenaient des mêmes patients avant et après traitement, le test de Wilcoxon-Mann-Whitney serait-il toujours adapté ?
Partie D - Répartition des niveaux de triage
Dans l’ensemble des passages aux urgences d’une région, les niveaux de triage “faible”, “modéré”, “élevé” et “vital” représentent respectivement 50 %, 30 %, 15 % et 5 % des passages. Un hôpital observe, parmi 200 passages sélectionnés indépendamment, les effectifs suivants :
| Niveau | Faible | Modéré | Élevé | Vital |
|---|---|---|---|---|
| Effectif observé | 86 | 70 | 34 | 10 |
- Quel test statistique est approprié dans cette situation et pourquoi ?
- Formulez \(H_0\) et \(H_1\).
- Calculez les quatre effectifs attendus et vérifiez la condition d’application.
- Calculez la statistique de test en précisant son nombre de degrés de liberté.
- La valeur critique est \(\chi^2_{0,95\, ; \,3}=7,815\). Quelle conclusion peut-on tirer ?