Walter A. Shewhart

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Shewhart, Walter Andrew, est un physicien et statisticien américain, né le 18 mars 1891 à New Canton (Illinois) et mort le 11 mars 1967 à Troy Hills (New Jersey). Il a passé toute sa carrière, de 1924 à 1956, au sein de la direction technique des Bell Telephone Laboratories, où il a réalisé d'importants travaux concernant la qualité des produits manufacturés. Ses études expérimentales, dans l'usine Hawthorne Western Electric (Illinois), sont à l'origine de la théorie des variations, une nouvelle branche de la statistique.

Biographie[modifier | modifier le code]

Né le 18 mars 1891 à New Canton (Illinois), marié le 4 août 1914 avec Edna Hart, Shewhart effectue des études supérieures à l’Université d’Illinois, puis reçoit un Ph.D de physique à l’Université de Californie (1917). Il est nommé assistant de physique à l’Université d’Illinois (1916-17), puis chef du département de physique de la Wisconsin Normal School à Lacrosse (1917-18).

Il est embauché en 1918 à la Western Electric Company, puis transféré en 1925 aux Bell Telephone Laboratories, dont il sera salarié jusqu’à sa retraite en 1956.

En 1932, Shewhart fait un voyage en Angleterre où il rencontre les mathématiciens L. H. C. Tippett, dont les études sur l'industrie textile sont restées célèbres, et W. S. Gosset, un ingénieur aux brasseries Guinness plus connu des statisticiens sous le pseudonyme de "Student". Il s'entretient longuement avec Egon S. Pearson, fondateur avec le mathématicien polonais Jerzy Neyman d'une importante théorie des tests statistiques.

Ce voyage en Angleterre eut pour effet de rendre Shewhart célèbre aux Etats-Unis. Ses nombreux articles parus entre 1928 et 1930 dans le Bell System Technical Journal, ainsi qu'un livre paru en 1931, n'avaient pas retenu l'attention de la communauté scientifique américaine. L'accueil de Karl Pearson fut une consécration dans son pays. En 1935, Shewhart fonde l'Institut de Statistique Mathématique dont il assure la présidence en 1937. De 1935 à 1944, le Ministère de la Défense lui donne une mission de conseil sur les spécifications de l'armement. En 1943, il fonde la Collection de Statistique Mathématique chez l'éditeur John Wiley and Sons. Il dirigera cette collection jusqu'en 1965.

En 1938, Deming invite Shewhart à donner des cours au Ministère de l'Agriculture, où il avait invité précédemment Ronald Fisher, Jerzy Neyman et Frank Yates, trois géants dans le domaine de la pensée mathématique. Cette année-là, le Dr. Deming avait été nommé responsable de l'enseignement des mathématiques à la Graduate School du Ministère de l'Agriculture. Deming a aidé Shewhart à préparer quatre conférences en les mettant à la portée de ses étudiants, ce qui n'était pas une tâche facile. Le texte de ces conférences fut publié en 1939 sous le titre "Statistical Method from the Viewpoint of Quality Control". Quand Deming est allé au Japon en juillet 1950 pour diriger un séminaire de huit jours sur la maîtrise de la qualité devant plusieurs centaines d'ingénieurs et de cadres supérieurs, c'est sur la base de cet ouvrage qu'il a préparé son cours.

En 1959, Kaoru Ishikawa invite Shewhart a donner un cycle de conférences au Japon. Ces conférences ont un grand succès. Les théories et les méthodes de Shewhart étaient déjà connues dans l'industrie japonaise, car Ishikawa avait publié en 1955 un livre à ce sujet.

Travaux[modifier | modifier le code]

Les travaux sur les graphiques de contrôle de Shewhart ont pour origine une volonté politique de la direction du Département d’ingénierie de la Western Electric de définir scientifiquement une démarche d’assurance qualité reflétant « A Company-wide view » (1922). Sous la direction de R. L. Jones et de G. D. Edwards, c’est toute une équipe qui s’attaque bientôt à ces problèmes : à côté de Shewhart, il faut citer H. F. Dodge, E. C. Molina, T. C. Fry, H. G. Romig. Lorsque les Bell Telephone Laboratories sont juridiquement constitués, en 1925, l’ingénierie de l’inspection y a sa place dans l’organigramme. C’est en 1931 que Shewhart publie l’ensemble de ses travaux sur les graphiques de contrôle, dans un magistral traité qui reste encore d’actualité. La mise au point de ces méthodes statistiques d’assurance qualité est un sujet dont les Bell Labs se montrent encore fiers (Fagen 1975).

Shewhart disposait ainsi d’une légitimité institutionnelle et de moyens non négligeables qui lui ont permis d’intervenir en de nombreux lieux de l’entreprise et, notamment, d’expérimenter sur les sites de production avec des données réelles. Dodge et Romig ont bénéficié des mêmes conditions favorables, qui ont abouti à des méthodes réalistes de contrôle de réception par échantillonnage. C’est là une différence essentielle par rapport aux autres travaux sur le même sujet commençant à apparaître en Europe vers cette époque (France, Allemagne, Royaume-Uni), qui sont restés d’envergure limitée et ont finalement été supplantés, après la Seconde Guerre mondiale, par les méthodes des Bell Labs.

La méthode des graphiques de contrôle est particulièrement bien adaptée à un usage dans les ateliers grâce à une exploitation ingénieuse et élégante des représentations graphiques, qui permet de limiter le recours à la théorie mathématique. La qualité des produits étant définie par un ensemble de grandeurs physiques mesurables, supposées suivre des distributions statistiques, le graphique de contrôle fournit, par une procédure en définitive assez simple, une représentation visuelle de l’évolution des paramètres de la distribution (moyenne et dispersion). Shewhart, dans toutes ses publications, se montre expert dans l’utilisation des ressources graphiques (ce que l’on peut relier à son attirance pour les conceptions sémiotiques de Peirce). Au plan des techniques statistiques, Shewhart utilise d’abord la théorie des distributions de K. Pearson, qu’il complète par les travaux sur les petits échantillons de "Student" et de Fisher. Il introduit le concept de « sous-groupe rationnel » pour définir la procédure et la fréquence d’échantillonnage.

Mais le graphique de contrôle n’est que la partie émergée de l’iceberg. Même en travaillant dans l’industrie, Shewhart est toujours resté un physicien, préoccupé par les problèmes de mesure en physique expérimentale et par la nature du processus d’acquisition de connaissance. Il croit profondément à la nature statistique de toutes les lois physiques et attaque de front les conceptions déterministes :

« We ordinarily think of the physical and engineering sciences as being exact. In a majority of physical measurements this is practically true. (...) With the introduction of the molecular theory and the theory of quanta, it has been necessay to modify some of our older conceptions. Thus, more and more we are led to consider the problem of measuring any physical quantity as that of establishing its most probable value. We are led to conceive of the physico-chemical laws as a statistical determinism to which the "law of large numbers" imparts the appearance of infinite precision. » (1924, 1931)

La théorie des variations[modifier | modifier le code]

Pour fonder théoriquement l’usage des graphiques de contrôle, Shewhart élabore, par un étonnant travail d’abstraction, le concept de « constant system of chance causes ». Laplace avait déjà évoqué cette idée dans sa Théorie analytique des probabilités (1815), filiation que Shewhart reconnaît. Intuitivement, la notion est simple : ce sont des systèmes aléatoires gouvernés par une distribution statistique ne dépendant pas du temps. Le graphique de contrôle permet de repérer l’intervention de causes significatives de perturbation (appelées « assignables »), qui peuvent alors être recherchées et éliminées. Progressivement, on arrive ainsi (l’expérience le prouve, dit Shewhart) à éliminer toutes les causes assignables et le système est alors dit « sous contrôle statistique ». Il introduit également le point de vue économique par des considérations coûts-avantages sur cette recherche de causes.

À partir de là, un ingénieur ordinaire aurait pu se contenter d’une approche pragmatique ou calculatoire, mais Shewhart en fait le cœur d’une théorie de la production de connaissance sur le monde physique, notamment dans son livre de 1939. Il montre qu’il n’existe pas de critère satisfaisant pour établir si un système est sous contrôle statistique ; cela ne peut être qu’une hypothèse soumise à expérimentation future. Dans la philosophie pragmatiste, la connaissance n’est jamais sûre, elle nous permet seulement de faire des prévisions que l’avenir risque d’infirmer. Or une série de mesures pour déterminer une grandeur physique n’a de sens que si le système est sous contrôle statistique. Shewhart propose ainsi une conception ternaire (comme le signe de Peirce) du processus de mesure en physique et, plus généralement, de la production de connaissance : les données fournissent le « témoignage », sur la base duquel nous pouvons faire une certaine « prévision » assortie d’un « degré de confiance ». En particulier, il en résulte qu’une mesure physique n’est jamais un aboutissement mais seulement une étape dans un processus de mesure qui se déploie à l’infini vers l’avenir, à l’instar de la "semiosis" de Peirce. Le plus important, ce sont alors les conditions mises en place pour amener une stabilisation du processus de mesure, ce qui est l’œuvre d’un collectif humain. Pour relier le monde des concepts à celui de l’action humaine, Shewhart reprend à C. I. Lewis et au physicien P. Bridgman l’idée fondamentale d’opérationnalisation : « The concept is synonymous with the corresponding set of operations » (Bridgman).

Les théories de Shewhart jettent ainsi un pont entre l’épistémologie de la mesure et la conception de l’organisation humaine qui doit faire fonctionner le processus de mesure. Pour lui, le processus du contrôle statistique est homologue au processus de la connaissance scientifique. Le contrôle comporte trois phases ("specification, production, inspection", en anglais dans le texte) qui correspondent respectivement à : concevoir une hypothèse, mener une expérience, tester l'hypothèse. « The three steps constitute a dynamic scientific process of acquiring scientific knowledge » (1939, p. 45). Ces trois étapes ont été reformulées par Deming sous le nom de « cycle de Shewhart » (plus tard appelé "roue de Deming") et elles interviennent dans les développements récents de la théorie des organisations tels que l’apprentissage organisationnel, dont Shewhart apparaît ainsi comme un précurseur : « mass production viewed in this way constitutes a continuing and self-corrective method for making the most efficient use of raw and fabricated material. » (ibid.)

Il reste un paradoxe dans le personnage social de Shewhart. Ses écrits, truffés de références à la physique et à des domaines techniques très divers, sont d’une lecture difficile. D’après les témoignages, ses exposés étaient assez peu compris des industriels. Et il est pourtant l’inventeur d’une technique qui a été très bien acceptée dans l’industrie, reconnue comme facilement utilisable. Bien évidemment, le poids de AT&T dans l’industrie américaine a joué un rôle essentiel pour promouvoir ses travaux, à partir du moment où ils étaient soutenus par l’entreprise. Mais il faut aussi souligner, selon les témoignages, une grande habileté personnelle à engager des alliances et à tisser des relations, des relais institutionnels. Il a joué pleinement le jeu des agences de normalisation, des sociétés savantes et associations d’ingénieurs : dès 1929, il obtenait des subventions pour créer un comité conjoint de l’American Society for Testing Materials et de la puissante American Society of Mechanical Engineers, qui aboutit en 1935 à la publication d’un standard qui sera repris ensuite pendant la guerre, pour les besoins des marchés militaires. Il faut aussi mentionner l’effet promotionnel des conférences qu’il donna à Londres en 1932, sur l’invitation de E. S. Pearson. Les Britanniques, ne voulant pas rester en arrière dans ce domaine, entreprirent des travaux dont témoignent plusieurs publications de la Royal Statistical Society, où fut créée une section des applications industrielles et agricoles. Shewhart était cependant un homme modeste et désintéressé. Il croyait en la fécondité du travail collectif, de l’échange entre disciplines et entre professions : il voyait le rôle du statisticien dans l’entreprise comme celui du coordinateur des nombreux experts intervenant dans le processus de production de connaissance.

Distinctions[modifier | modifier le code]

Références bibliographiques[modifier | modifier le code]

Livres de W. A. Shewhart[modifier | modifier le code]

  • Shewhart, W.A., Economic Control of Quality of Manufactured Products. New York: Van Nostrand, London: MacMillan, 1931, 501 p. Réédité en 1980 par l'American Society for Quality.
  • Shewhart, W.A., Statistical Method from the Viewpoint of Quality Control. The Graduate School, U.S. Department of Agriculture, Washington, 1939, 155 p. Réédité par Dover Publications, 1986 (with a new foreword by William Edwards Deming)
  • Shewhart, W.A., Les fondements de la maîtrise de la qualité, traduction de "Statistical Method from the Viewpoint of Quality Control" par Jean-Marie Gogue. Economica, Paris, 1989

W.A. Shewart a par ailleurs publié de nombreux articles.

Livres sur W. A. Shewhart[modifier | modifier le code]

  • Bayart, D. : « Walter Andrew Shewhart, Economic Control of Quality of Manufactured Product ». in Grattan-Guinness, I. (ed): Landmark Writings in Western Mathematics 1640-1940. Elsevier B.V., Amsterdam, 2005, 926-935
  • Deming, W. E., « Shewhart, Walter A. » in: Kruskal, W. (ed): International Encyclopedia of Statistics, New York, 1978, vol. 2, 942-944
  • Eisenhardt, C., « Shewhart, Walter Andrew » in: Dictionary of Scientific Biographies, vol. 18, Supp. II, 816-819 -- avec une bibliographie détaillée
  • Industrial Quality Control, Vol. 24 (1967), numéro spécial en mémoire de Shewhart -- avec de nombreux témoignages.
  • Fagen, M.D., (ed), 1975: A History of Engineering and Science in the Bell System, The Early Years (1875?1925), vol. 1, Bell Telephone Laboratories. Chapter 9: «Quality Assurance».
  • Gogue, J-M., Les six samouraï de la qualité, Chapitre 2 "Walter A. Shewhart". Economica, Paris, 1990.