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Statistique inférentielle

Estimateur et biais

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Statistique inférentielle

Chapitre 5 : Estimateur et biais

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

24 septembre 2026

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Deux mots à distinguer

Estimateur et estimation

Un estimateur est une recette : une formule appliquée à un échantillon quelconque. C’est une variable aléatoire, notée \widehat{\theta}.

Une estimation est le nombre obtenu sur l’échantillon dont on dispose.

Sur nos données

L’estimateur : \;\overline{X} = \dfrac{1}{n}\sum_i X_i.

L’estimation : \;\overline{x} = 7\,005{,}80 dirhams.

La recette est la même pour tout le monde ; le nombre change avec l’échantillon.

Pourquoi la distinction compte

On juge la recette, jamais le nombre

7\,005{,}80 n’est ni bon ni mauvais : c’est un nombre. On ne peut pas dire s’il est proche de m, puisqu’on ignore m.

En revanche, on peut étudier la méthode : où se situe-t-elle en moyenne, de combien varie-t-elle ? Ce sont des questions sur la loi de \widehat{\theta} — et le chapitre 2 nous a appris à y répondre.

Les estimateurs usuels
Paramètre Estimateur Sur nos données
m \overline{X} 7\,005{,}80
p F 0{,}26
\sigma^2 s^2 5\,066\,894
\sigma s 2\,250{,}98

Le biais

La cible

La définition

Biais d’un estimateur

\text{biais}(\widehat{\theta}) = E(\widehat{\theta}) - \theta

L’estimateur est dit sans biais lorsque ce nombre est nul : en moyenne sur tous les échantillons possibles, il vise juste.

Sans biais ne veut pas dire exact

Un estimateur sans biais se trompe presque toujours — parfois beaucoup. Il ne se trompe pas systématiquement dans le même sens.

La troisième cible de la figure le montre : sans biais, mais si dispersée qu’un tirage unique n’apprend rien.

Les estimateurs sans biais du cours

Trois vérifications

E(\overline{X}) = m \qquad E(F) = p \qquad E(s^2) = \sigma^2

Les deux premières viennent du chapitre 2, la troisième du chapitre 3 — c’est le rôle du n-1.

Un piège classique

s^2 est sans biais pour \sigma^2. Mais s n’est pas sans biais pour \sigma.

La racine carrée est une fonction concave : elle déforme l’espérance. En pratique le biais est faible et l’on s’en accommode — mais il faut savoir que « sans biais » ne traverse pas les transformations.

Un estimateur biaisé, et pourquoi il l’est

La variance divisée par n

E\!\left(\frac{1}{n}\sum_i (X_i-\overline{X})^2\right) = \frac{n-1}{n}\,\sigma^2

Sur nos simulations à n=10 : 6\,107\,414 au lieu de 6\,750\,122, soit exactement 0{,}90\,\sigma^2.

Le sens du biais compte autant que sa taille

Ce biais est négatif : la dispersion est sous-estimée.

En gestion des risques, un estimateur qui sous-estime la volatilité est bien plus dangereux qu’un estimateur imprécis. Un biais rassurant est le pire de tous — c’est celui qu’on ne cherche pas à corriger.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Cinq points
  1. Un estimateur est une formule aléatoire ; une estimation est le nombre obtenu.
  2. On juge la méthode, jamais le nombre : c’est la loi de \widehat{\theta} que l’on étudie.
  3. \text{biais}(\widehat{\theta}) = E(\widehat{\theta}) - \theta ; il est nul pour \overline{X}, F et s^2.
  4. Sans biais n’est pas exact : l’estimateur se trompe, mais pas toujours dans le même sens.
  5. Le biais de la variance non corrigée vaut -\sigma^2/n : il sous-estime le risque.
La suite

L’absence de biais ne suffit pas : la troisième cible de la figure était sans biais et pourtant inutilisable.

Il faut aussi que l’estimateur soit précis, et qu’il s’améliore quand l’échantillon grandit. C’est l’objet du chapitre 6.

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Ressources du chapitre

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

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