Les sondages et le bruit

Après les sondages pour les présidentielles américaines l’été passé, on commence à crouler sous les sondages, en France, pour la prochaine élection présentielle. Avec les questions que ça induit. Et loin de moi l’idée de faire un billet sur les sondeurs sont des gros nuls, parce que c’est quand même plus compliqué que ça. Et il est normal de faire des erreurs, comme le rappelait  Ranganathan (2014). Et comme on m’a convié dans deux semaines à une table ronde sur les sondages, je me suis dit qu’il serait temps que je travaille un peu.

Même si ça semble être des banalités, les élections américaines et les élections en France sont très différentes.

Premier point, les 538 grands électeurs, contre un vote direct en France. Quand on estime la probabilité de gagner on obtient des choses très différentes.

On peut faire des simulations pour s’en rendre compte

simu=function(i){
n=1+2000
vote=sample(c("A","B"),size=n,replace=TRUE,prob=c(.51,.49))
region=sample(1:50,size=n,replace=TRUE)
france=mean(vote=="A")
us=aggregate(vote,by=list(region),function(x) mean(x=="A"))$x
prop=c(france,mean(us>1/2))
names(prop)=c("FR","US")
return(prop)
}
S=Vectorize(simu)(1:1e4)
plot(density(S[1,]))

En France, en interrogeant 2000 personnes, on a une très faible incertitude sur probabilités réelles, et dans 82% des scénarios, le candidats qui a 51% d’intention de vote est déclaré vainqueur.

> mean(S[1,]<.5)
[1] 0.1841

Aux Etats-Unis (ou disons une simulation d’une élection avec un collège électoral, avec ici 50 grands électeurs), c’est une autre histoire.

plot(density(S[2,]))

Dans un tiers des cas, on se trompe sur le vainqueur.

> mean(S[2,]<.5)
[1] 0.3319

Et la distribution de la couleur des grands électeurs peut être très volatile… allant de 30% à 70% pour A, alors la moitié du peuple a voté pour lui.

Deviner qui va gagner est un exercice manifestement compliqué aux Etats-Unis, à cause de ces grands électeurs. Et je ne parle pas du fait qu’estimer une probabilité très finement ne présage en rien du résultat final, comme  je l’avais dit dans un précédant billet.

Deuxième point, le nombre de candidats dans la course. Un simplifiant un peu, ils sont deux aux Etats-Unis, avec (quasiment) un vote en un tour, alors qu’en France, ils sont plus nombreux, avec un vote en deux tours, et une règle qui dit que seuls les deux premiers accèdent au second tour.

Commençons par le cas simple, avec quatre candidats, et une élection à un tour (à la majorité)

simu=function(i){
n=1+2000
vote=sample(c("A","B","C","D"),size=n,replace=TRUE,prob=c(.27,.26,.24,.23))
tb=table(vote)
return(names(which.max(tb)))
}
S=Vectorize(simu)(1:1e4)
barplot(table(S))

Pour passer au second tour, on imagine qu’il faut comprendre comment se passe le report des voix. On va supposer qu’il existe une espèce d’ordre, entre les candidats, A, B, C et D. Si son candidat ne passe pas le prochain tour, on vote pour un voisin. Autrement dit, A ne votera jamais pour C, ni pour D.  Mais si B est candidat, il votera pour lui. Par contre, si B a le choix entre A et C, on va supposer que l’électorat se partage en deux, entre A et C. Par contre, il ne votera jamais pour D.

simu=function(i){
n=1+2000
probabilite=c(.27,.26,.24,.23)
vote=sample(c("A","B","C","D"),size=n,replace=TRUE,prob=probabilite)
tb=table(vote)+rnorm(4)/1000
perdants=LETTERS[1:4][(rank(tb)%in%1:2)]
if(("A"%in%perdants)&("B"%in%perdants)) prob2=c(0,0,probabilite[2]+probabilite[3],probabilite[4])
if(("A"%in%perdants)&("C"%in%perdants)) prob2=c(0,probabilite[2]+probabilite[1]+probabilite[3]/2,0,probabilite[4]+probabilite[3]/2)
if(("A"%in%perdants)&("D"%in%perdants)) prob2=c(0,probabilite[2]+probabilite[1],probabilite[4]+probabilite[3],0)
if(("B"%in%perdants)&("C"%in%perdants)) prob2=c(probabilite[2]+probabilite[1],0,0,probabilite[4]+probabilite[3])
if(("B"%in%perdants)&("D"%in%perdants)) prob2=c(probabilite[1]+probabilite[2]/2,0,probabilite[3]+probabilite[2]/2+probabilite[4],0)
if(("C"%in%perdants)&("D"%in%perdants)) prob2=c(probabilite[1],probabilite[2]+probabilite[3],0,0)
vote=sample(c("A","B","C","D"),size=n,replace=TRUE,prob=prob2)
tb=table(vote)
return(LETTERS[which.max(tb)])
}
S=Vectorize(simu)(1:1e4)
barplot(table(S))

Le résultat est vraiment différent. Et la clé est le report des voix, entre les deux tours. Aussi, deviner qui va gagner est un exercice manifestement compliqué en France, à cause de ces deux tours.

Au delà des systèmes de votes, il existe quand même des similitudes, quand on parle d’incertitude dans les sondages. Classiquement, on pense au biais d’estimation. Parce qu’il correspond à ce que toute personne ayant fait un peu de statistiques (ce qui représentera bientôt la majorité des français, si j’en crois les réformes du programme du lycée) doit savoir (je n’ai pas dit compris). C’est le fameux « le sondage IFOP publié jeudi dans France-Soir a, quant à lui, été mené auprès de 1 046 personnes, soit une marge d’erreur d’environ 2,5 % » . Il s’agit de la marge d’erreur.

Mais ce n’est pas la seule source d’erreur, loin de là ! La base des sondages, c’est d’avoir un échantillon aléatoire de votants (au sens de personnes qui iront voter), et d’extrapoler ensuite sur la population entière, éventuellement en pondérant les réponses. Les poids sont là pour corriger de différences observables entre la population entière, et la population interrogée. Classiquement, on va utiliser des variables démographiques (âge, genre, profession, région, etc) dans la population des électeurs. Par exemple, si sur les listes électorales on a 50% d’hommes et 50% de femmes, mais que dans notre échantillon, il y a deux fois plus d’hommes que de femmes, on va généralement attribuer un poids de 2 pour les femmes, et de 1 pour les hommes afin de corriger. Malgré tout, on peut observer une différence entre les votes estimés, et la réalité le jour du vote. Une des raisons est que la population des votants peut être différente de celle des populations inscrites sur listes électorales. Si les hommes s’abstiennent beaucoup plus que les femmes, la correction utilisée ne suffira pas. C’est ce qu’on pourrait appeler une erreur de framing. Cette dernière correspond à l’erreur que l’on fait quand la population réelle et la population de l’échantillon diffère. L’exemple classique était lié à l’utilisation du téléphone pour constituer des listes de sondés. Avec cette méthode, les personnes sans téléphone (ou sur liste rouge) étaient systématiquement exclues.

Le second problème est le traitement des non-réponses. Si la non-réponse est un phénomène purement aléatoire, imprévisible, dans ce cas, ça va juste augmenter la variance. C’est ce qu’on observe sur l’exemple ci-dessous. Si tout le monde répond, on a

simu=function(i){
n=2000
vote=sample(c("A","B"),size=n,replace=TRUE,prob=c(.51,.49))
return(mean(vote=="A"))
}
S=Vectorize(simu)(1:1e4)

Supposons maintenant que 50% des gens ne répondent pas

simu=function(i){
n=2000
vote=sample(c("A","B",NA),size=n,replace=TRUE,prob=c(.51/2,.49/2,.5))
return(mean(vote[!is.na(vote)]=="A"))
}
S=Vectorize(simu)(1:1e4)

On a davantage de dispersion, mais on n’a pas de biais. Autrement dit, le nombre de cas où A est effectivement en tête sur le sondage est du même ordre de grandeur, avec ou sans non-réponse.

Par contre, si les électeurs de A ont davantage tendance à ne pas répondre, c’est une toute autre histoire

simu=function(i){
n=2000
vote=sample(c("A",NA,"B",NA),size=n,replace=TRUE,prob=c(.51*.8,.51*.2,.49*.9,.49*.1))
return(mean(vote[!is.na(vote)]=="A"))
}
S=Vectorize(simu)(1:1e4)

Autrement dit, si la non-réponse est liée au vote, on a un biais causé par la non-réponse. C’est le cas lorsque les personnes votant pour un des candidats n’osent pas révéler. C’est ce que montre très bien Fuchs, Bossert & Stukowski (2013).

Un autre exemple connu en sondage est lié à l’ordre des questions, comme le soulignait McFarland (1981), ou même les mots utilisés, pour reprendre Smith (1987). On peut rapprocher ce biais au biais dit de spécification, lorsqu’il y a une mauvaise compréhension de la question.

Enfin (et je m’arrêterais là), il reste un biais important, qui est un biais d’indécision, pour personnes indécises ou qui pourraient juste changer d’avis entre deux dates.

Compte tenu de tous ces biais, on voit qu’il est compliqué d’estimer l’erreur associée à un sondage. En tous cas, on se doute que le fameux « Le sondage IFOP publié jeudi dans France-Soir a, quant à lui, été mené auprès de 1 046 personnes, soit une marge d’erreur d’environ 2,5 % » implique une (forte) sous-estimation de l’incertitude. En fait, si on en croit Shirani-Mehr et al. (2016), la marge d’erreur pourrait être deux fois supérieure, avec un RMSE de ±7% sur l’intervalle de confiance et non pas ±3%. J’aurais donc tendance à croire que les sondages rajoutent essentiellement une information très bruitée dans le climat pré-élections.


4 thoughts on “Les sondages et le bruit”

  1. Très intéressant merci pour ce billet. e-Est-ce que cette incertitude est aussi importante dans les scrutins à la proportionnelle avec un seul tour?

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