Introduction à la régression linéaire mixte

Modèles à effets aléatoires pour données groupées et mesures répétées.
AstuceObjectifs du chapitre

À la fin de ce chapitre, vous devez savoir :

  • reconnaître des données groupées ou répétées et comprendre pourquoi leur dépendance pose problème en régression linéaire classique ;
  • écrire un modèle à intercept aléatoire et à pente aléatoire ;
  • interpréter les effets fixes, les composantes de variance, l’ICC, les R² et les prédictions ;
  • vérifier les hypothèses du modèle ;
  • estimer un modèle avec R (lme4, lmerTest) et choisir sa structure d’effets aléatoires.

Dans les chapitres précédents, nous avons appris à relier une variable réponse à une ou plusieurs variables explicatives. Mais supposons maintenant que l’on mesure dix fois la même personne. Peut-on analyser ces dix mesures comme si elles provenaient de dix personnes différentes ? Intuitivement, on se doute que cela pose un problème : certaines personnes ont des valeurs plus élevées que d’autres, et on retrouve cette particularité à chacune de leurs mesures. Dans la même veine, supposons qu’on s’intéresse à la mesure d’un polluant (p. ex., des PFAS sanguin) au sein des résidents d’un même foyer. Peut-on considérer que les mesures de chaque membre d’un même foyer sont indépendantes ? Encore une fois, probablement pas, étant donné que les membres d’un même foyer partagent un environnement commun (en l’occurrence, une même casserole avec un revêtement antiadhésif).

La régression linéaire mixte permet de tenir compte de cette structure - à savoir, des données groupées ou longitudinales. Nous allons repartir de la régression linéaire que nous connaissons, puis voir comment laisser chaque groupe avoir son propre niveau de départ et, éventuellement, sa propre pente.

Prérequis. Ce chapitre s’appuie sur la régression linéaire, notamment l’interprétation des coefficients, l’estimation et les diagnostics, ainsi que sur les tests statistiques. Nous présentons surtout les particularités d’un tel modèle. Comme cela reste un modèle de régression, les principes mentionnées dans les chapitres précédents restent valables : confusion, interaction, interprétation des coefficients, etc. Pour ce qui est des tests statistiques, il y a un petit point particulier à considérer, que nous mentionnons en section 5.2. La réalisation de ces derniers sont aussi détaillée dans le chapitre “En pratique avec R”.

Nous utiliserons deux jeux de données :

install.packages(c(
  "lme4", "lmerTest", "nlme", "performance", "see",
  "ggplot2", "patchwork", "dplyr", "tidyr", "pbkrtest"
))

see n’est nécessaire que pour performance::check_model() et pbkrtest pour l’approximation de Kenward-Roger. Nous retrouverons ces fonctions au fil du chapitre.

Ce chapitre s’inspire en partie du chapitre “Modèles à effets aléatoires” d’analyse-R de Joseph Larmarange (analyse-R , s. d.), diffusé sous licence CC BY-NC-SA.

Les quatre premières parties donnent les bases : pourquoi utiliser ces modèles, comment les écrire, les interpréter et vérifier leurs hypothèses. Dans la partie 5, nous ajouterons quelques difficultés, notamment une variante de notre exemple où comparer les patients d’un même centre et comparer les centres entre eux ne raconte plus la même histoire.

Plan du chapitre

  1. Motivation
  2. Anatomie d’un modèle linéaire mixte
  3. Interpréter les résultats d’un modèle linéaire mixte
  4. Hypothèses du modèle
  5. Pour aller plus loin

Les références

analyse-R : modèles à effets aléatoires (modèles mixtes et GEE). s. d. Analyse-R. Consulté le 27 octobre 2026. https://larmarange.github.io/analyse-R/modeles-a-effets-aleatoires.html.