© Marc ISABELLE 2006 1/63 Master « Economie et Politique de lEnergie et de lEnvironnement» INSTN – Université Paris X LINNOVATION DANS LES SECTEURS DE

© Marc ISABELLE 2006 1/63

Master « Economie et Politique de l’Energieet de l’Environnement»

INSTN – Université Paris X

L’INNOVATION DANS LES L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’SECTEURS DE L’ÉÉNERGIENERGIE

Innovation et énergies : quels rapports ? p. 2 Un peu de théorie économique sur l’innovation p. 7 La révolution technologique en exploration- -production d’hydrocarbures p. 13 Le leadership danois dans l’éolien p. 40 La spécificité française dans le nucléaire p. 50 Quelques leçons pour gérer l’innovation p. 62 Annexes p. xx

Marc IsabelleDPg / SEES IMRI, bur. A702Commissariat à l’Energie Atomique Université Paris-Dauphine31-33, rue de la Fédération pl. du Mal de Lattre de TassignyF-75752 Paris cedex 15 F-75775 PARIS cedex 16<[email protected]> <[email protected]>


A La question trait d’union

• L’énergie est-elle une ressource rare ?

L’économie s’intéresse principale- -ment à l’utilisation des ressources rares, pour lesquelles plusieurs utilisations sont en concurrence (ici ou là, aujourd’hui ou demain, etc.)

INNOVATION ET ÉNERGIES : QUELS RAPPORTS ?

L’énergie = un facteur de production

Ressources épuisables, (non-)renouvelables, intermittente, etc.

L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’ÉNERGIEÉNERGIEL’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’ÉNERGIEÉNERGIE

Bien allouer une ressource rare consiste à mettre des moyens en œuvre pour qu’elle soit utilisée là où elle est le plus productive

Ce sont principalement les marchés qui permettent d’utiliser une ressource ici ou là, aujourd’hui ou demain, de la façon la plus efficace

Innovation permet de lutter contre la rareté


B Un point de vue macroéconomique à très long terme

• Activité économique et consommation d’énergie

L’intensité énergétique tend à diminuer quand le niveau de dévelop- -pement économique augmente…

… car croissance écono- -mique et réduction de la consommation d’énergie ont un parent en commun : l’innovation

NB : le taux de croissance économique a été histori- -quement bien supérieur au taux de décroissance de l’intensité énergétique…

… ainsi, l’économie mondiale consomme de plus en plus d’énergie

Année 1820 1998 Taux CAM

PIB (G$ 1990) 694 33726 2,2%

Intens. énerg. 0,50 0,27 -0,4%

Cons. énerg. (Mtep) 350 9007 1,8%

Vale²urs mondiales ; source : Martin (2005)



http://sfp.in2p3.fr/Debat/debat_energie/websfp/martin.htm


C Un point de vue mésoéconomique à moins long terme

• Des changements technologiques rapides… en phases de crise

Source : Le loup derrière la porte, « Introduction à la déplétion du pétrole »,http://wolf.readinglitho.co.uk/francais/fpages/fconsumption.html#

… et aux innovations technologiques développées en réaction au prix élevé du pétrole !

1973-1982

1973-1982

-27

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http://wolf.readinglitho.co.uk/francais/fpages/fconsumption.html


D Et demain ?

• L’approvisionnement en énergies plus que jamais dépendant de l’innovation

Le XXIe siècle verra la fin du pétrole (37% de l’énergie primaire consommée dans le monde, 98% de l’énergie consommée pour les transports en Europe)

Source : Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) Version 3.0. (Washington, DC: World Resources Institute, 2006), http://cait.wri.org/

Le XXIe siècle verra le changement climatique lié aux émissions de gaz à effet de serre (dont 75% sont liées à l’utilisation / la production d’énergie)



http://cait.wri.org/


E Objectifs du cours

• Pourquoi et comment innove-t-on dans les secteurs de l’énergie ?

Comment favoriser l’émergence de nouvelles options énergétiques ?



Identifier et comprendre les dynamiques particulières d’émergence et de structuration de filières technologiques dans les secteurs de l’énergie


Les entreprises maximisent leurs profits : étant donnée la technologie dont elles disposent s.c. Q = f (K, L, E )

EeLwKrQpMax ELKQ ,,,

Inputs Outputs

capital (K, prix r)

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donc on en déduit la combinaison optimale de facteurs de production (K

*, L *, E

*) à utiliser ainsi que Q *

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Pourquoi les entreprises peuvent-elles souhaiter innover ?

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UN PEU DE THÉORIE ÉCONOMIQUE SUR L’INNOVATIONA UNE APPROCHE TRADITIONNELLE

• Le modèle

TechnologieQmax = f (K, L, E )

Pour moins utiliser un facteur de production qui s’est renchérit

AB : même qté, même technologie, combinaison de facteurs

B est préférable à A car il coûte moins cherAC : même qté, meilleure technologie, combinaison de facteurs C est préférable à B car il coûte moins cher


travail (L, prix w)

énergie (E, prix e)


• Les présupposés et les implications du modèle

Comment les entreprises innovent-elles ?

Par conséquent :

A UNE APPROCHE TRADITIONNELLE

Des nouvelles technologies résultent des progrès des sciences et techniques, supposés indépendants de l’environnement économique Ces nouvelles technologies sont décrites et compilées dans une sorte d’annuaire des technologies connu de tous et accessible à tous (technologie information, comme dans un brevet) Acquérir une nouvelle technologie n’implique aucun coût ; cela consiste juste à sélectionner la moins coûteuse dans « l’annuaire » étant donnés les prix des facteurs de production

Toutes les entreprises d’un même secteur industriel possèdent la même technologie La nouvelle technologie (machines, organisation du travail) est a priori efficace ; pas de problème de mise en œuvre dans l’entreprise Les entreprises n’ont aucun rôle technologique au sens propre

UN PEU DE THÉORIE ÉCONOMIQUE SUR L’INNOVATION


Intérêt principal = comprendre pourquoi une entreprise peut souhaiter innover


• Le modèle

Une entreprise n’est plus appréhendée à travers ses produits et sa technologie mais à travers ses compétences

Reléguée au deuxième plan : la technologie d’une entreprise qui lui permet de produire un bien donné à un instant donné

B DES APPROCHES NOUVELLES

Pourquoi les entreprises peuvent-elles souhaiter innover ? Parce que dans le jeu de la concurrence économique, si on n’innove pas, on meurt (obsolescence des produits, des techniques, des organisations)

Les compétences d’une entreprise reposent sur ses ressources spécifiques (matérielles et humaines) et sur son organisation par laquelle ces ressources sont mobilisées

Aspect crucial de l’approche renouvelée : les compétences d’une entreprise constituent sa capacité à innover, c’est-à-dire à transformer de façon quasi-permanente la gamme de ses produits et les façons de les fabriquer




Comment les entreprises innovent-elles ?

L’apprentissage réalisé par ses ressources humaines est central ; son efficacité dépend de l’organisation mise en œuvre

L’entreprise transforme ses ressources et son organisation − et donc ses compétences − en les mobilisant dans des processus de développement de technologies


• Les présupposés et les implications du modèle

Développer une nouvelle technologie s’apparente à un processus (A B)X X

Par conséquent : Une entreprise progresse sur le plan de ses technologies le long d’une trajectoire Une entreprise est incapable d’anticiper la meilleure trajectoire possible

Les entreprises d’un même secteur ont des profils technologiques différents

Les connaissances technologiques qu’il produit sont en partie tacites

L’équilibre financier de la firme innovante n’est pas simple à réaliser




Approches précédentes placent l’entreprise au cœur de l’innovation ; mais si l’entreprise…

• Le concept de système national de recherche et d’innovation (SNRI)




Avec SNRI, on peut expliquer les disparités observées d’un pays à l’autre sur le plan de leurs capacités nationales d’innovation

… ne peut pas s’approprier ses innovations ?

… n’est pas exposée à la concurrence ?

… ne peut pas trouver du personnel qualifié sur le marché du travail ?

… n’a pas accès à une base de connais--sances scientifiques et techniques ?… ne peut pas trouver des financements pour ses projets innovants sur le marché des capitaux ?

Droits de propriété

intellectuelle

Politique de la

concurrence

Enseignement supérieur

Recherche publique

Système financier

Entreprise

EtatSNRI

: importance des interactions entre les différentes composantes du système


Effort national de R&D

Poids du secteur industriel

Soutiens publics à l’énergie

% dans bilan énergétique

Dans le domaine de l’énergie, quatre grandes familles de variables peuvent plus particulièrement jouer sur la dynamique d’un SNRI dans une filière technologique donnée :

• Application du concept de SNRI aux secteurs de l’énergie




– l’effort national de R&D (public et privé) dans cette filière

– les aides publiques dont bénéficie l’énergie considérée et la fiscalité qui lui est appliquée

– le niveau de développement du secteur industriel associé

– la part de l’énergie considérée dans le bilan énergétique national

La dynamique du SNRI s’analyse suivant les interactions entre familles de variablesex. comment (i) l’effort de R&D (ii) le % dans bilan énergétique (iii) les soutiens publics à l’énergie contribuent à déterminer le poids du secteur industriel


1875 : développement de l’industrie pétrolière américaine ; monopolisation du marché US par la Standard Oil, démantelée par décision de justice en 34 sociétés indépendantes en 1911 ; le pétrole lampant représente 44% du marché, l’essence 15% (débuts de l’automobile)

A L’HISTOIRE DE L’INDUSTRIE PÉTROLIÈRE

• Les débuts : 1859-1920

John D.Rockefeller

8 juil. 1839† 23 mai 1937

1920 : début de l’internationalisation de l’industrie pétrolière (Venezuela, Iran)

Le pétrole, récolté au gré d’affleurements, est utilisé dès l’antiquité

LA RÉVOLUTION TECHNOLOGIQUE EN E&P D’HYDROCARBURES

1859 : forage du premier puit de pétrole par le "colonel" Drake aux Etats-Unis naissance de l’industrie pétrolière ; le pétrole est utilisé pour l’éclairage


http://pooleandrosenthal.com/entrejdr.htm

http://pooleandrosenthal.com/entrejdr.htm

http://medintelligence.free.fr/bdpetrole.htm

http://www.oilhistory.com/pages/drake/drakewell.html







• La période de forte expansion : 1920-1970

1928 : accord d’Achnacarry dit « de la ligne rouge » :création d'un cartel par les sept plus grandes compagnies pétrolièresLe pétrole lampant représente 11% du marché, l’essence 41%

1950 : le cartel commence à être contesté par les compagnies pétrolières américaines dites « indépendantes », par les sociétés nationales des pays consommateurs et par les pays producteurs

Très forte croissancedu marché du pétroleet du gaz (doublementtous les dix ans)

1960 : le ratio réserves prouvées de pétrole / consommation mondiale est égal à 40 années

Le châteaud’Achnacarryen… Ecosse

PIB français et consommation française de pétrole1946-1973

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http://medintelligence.free.fr/bdpetrole.htm

http://www.mtholyoke.edu/acad/intrel/Petroleum/jury.htm

http://www.assemblee-nat.fr/rap-info/i1859-01.asp#P647_130801





• La période d’incertitudes : 1970-20??

1970 : les réserves mondiales de pétrole diminuent pour la première fois en plus de 50 ans (R/P = 33 ans)

1973 : premier choc pétrolier et nationalisation des ressourcesd’hydrocarbures par les pays de l’OPEP ; développement de nouvelleszones de production (Mer du Nord, Alaska, …)

1979 : second choc pétrolier ; programmes de réduction de la facture et de la dépendance énergétique dans les pays consommateurs (réduction de l’intensité énergétique, substitutions inter-énergies) ; l’offre de pétrole non-OPEP dépasse l’offre de pétrole OPEP

29 nov. 1973

1er juin 1979

Prix du pétrole (1949-1981)

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• La période d’incertitudes : 1970-20?? (suite…)

1986 : contre-choc pétrolier ; l’Arabie Saoudite, ne parvenant pas à discipliner le cartel de l’OPEP, ouvre ses vannes à fond ; l’industrie pétrolière entre pour la première fois depuis près de soixante ans dans un environnement de prix concurrentiels

1981 : l’offre de pétrole devient supérieure à la demande à court terme ; l’Arabie Saoudite régule le déséquilibre en réduisant sa product°

1990s : réouverture des pays producteurs aux compagnies pétrolières internationales

1998 : méga-fusions entre compagnies pétrolières (Exxon+Mobil BP+Arco+Amoco Total+Fina+Elf Chevron+Texaco)

2004 : le troisième choc pétrolier ?




L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’ÉNERGIEÉNERGIEL’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’L’INNOVATION DANS LES SECTEURS DE L’ÉNERGIEÉNERGIE• P

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ÈRE AMÉRICAINE ÈRE INTERNATIONALE

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B LA STRUCTURE DE L’INDUSTRIE PÉTROLIÈRE



• Une industrie verticalement séparable… mais intégrée

En amont, l’exploration-production d’hydrocarbures : très capitalistique, très risquée, prend beaucoup de temps, potentiellement très profitable ; aspects technologiques, contractuels et fiscaux primordiaux

Entre l’amont et le milieu, le transport : capitalistique ; aspects stratégiques primordiaux

En aval, la distribution : moins capitalistique, très concurrentielle ; aspects marketing primordiaux

Au milieu, le raffinage : capitalistique, très concurrentiel ; aspects technologiques et environnementaux primordiaux

Un grand nombre de compagnies pétrolières sont présentes sur tous les segments ; cela favorise la sécurité des approvisionnements* et la diversification des risques(* Le marché pétrolier mondial se développe à partir du milieu des années 1970 ; avant 1973, plus de 70% des flux de pétrole font l’objet de cessions internes aux compagnies pétrolières)


B LA STRUCTURE DE L’INDUSTRIE PÉTROLIÈRE



Les compagnies pétrolières internationales : Shell, Exxon-Mobil, BP-Amoco-Arco, Total(FinaElf), Chevron-Texaco, Agip, … ; une industrie très concentrée ; méga-fusions depuis 1998

• Une pluralité d’acteurs

Une industrie résolument internationale ; des matières premières éminemment géopolitiques

Les sociétés de services para-pétroliers : Schlumberger, Halliburton, Baker&Hugues, Dresser, … ; vaste mouvement de concentration industrielle après le contre-choc de 1986

Les États propriétaires des ressources d’hydrocarbures (et leurs sociétés nationales) : Arabie Saoudite (Aramco), Iran (NIOC), Mexique (Pemex), Venezuela (PDVSA), Algérie (Sonatrach), Indonésie (Pertamina), … ; fédérés à travers l’OPEP ; des nouveaux entrants : Norvège, Russie ; sans oublier les États-Unis

Les organismes publics ou parapublics de recherche & développement : IFP, API, …




Apparition d’une contrainte technique nouvelle…

C DEUX RÉGIMES TECHNOLOGIQUES DIFFÉRENCIÉS : THÉORIE

• Les coûts : la courbe en U

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1920

Internationalisation de l’industrie pétrolièredécouvertes du Venezuela, d’Iran…

1930 1940 1950 1960 1970

… d’Irak

… d’Arabie Saoudite… du Koweït

??? plus de grande découverte

Nationalisations des ressources pétrolières…1971

… d’Algérie, de Libye

1972 1973 1974 1975

… d’Irak, d’Oman

… du Venezuela

… d’Arabie Saoudite,du Koweït, du Qatar,

d’Abu Dhabi … d’Iran

… d’Algérie, de Libye, d’Abu Dhabi

démultipliée par l’impératif de sécurité d’approvision- -nement des économies occidentales

Hyper-contraintetechnique

Mer du Nord,Alaska, …

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-ques décroissantes

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• Les prix


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Prix administrés par le cartel des sept sœurs formé en 1928

Chocs pétroliers

Contre-choc pétrolier (1986) puis prix concurrentiels

Pas de contrainte concurrentielle

Hyper-contrainte concurrentielle

1928-1985 : ≈ soixante ans de prix décorrélés des coûts

1986-200? : environnement totalement nouveau de prix concurrentiels impératif permanent de réduction des coûts





• Tranquillité puis révolution technologique

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C DEUX RÉGIMES TECHNOLOGIQUES DIFFÉRENCIÉS : PRATIQUE

• Les coûts : limites des technologies existantes en 1973

Source : Chevalier, (1973) : Le nouvel enjeu pétrolier, p.80

Southern Gas Basin : profondeur d’eau max = 50 m fréq(vagues > 2,5m) ~ 6% du temps on sait faire

Viking Graben : profondeur d’eaumin 100m max 250m fréq(vagues > 2,5m) ~ 35% du temps tempêtes, froid, … on ne sait pas faire;ex. fenêtre de trois mois en été pour ins- -taller les plateformes

Alaska North Slope : eaux prises par les glaces dégel du permafrost tremblements de terre migrations d’animaux sauvages tempêtes, froid, … on a cru qu’on savait transporter le pétrole; la première goutte est arrivée au port en eaux libres de Valdez en 1977 avec cinq ans de retard et un surcoût farami- -neux par rapport au projet initial

Source : Tugendhat & Hamilton, (1975) : Oil. The biggest business





1947-1969 : on recense 103 innovations en E&P d’hydrocarbures (4,48 / an) 1970-1990 : ’’ ’’ 102 ’’ ’’ ’’ (4,86 / an) (Bourgeois, 1999)

1947-1969 : on recense 3 innovations majeures en E&P d’hydrocarbures 1970-1995 : ’’ ’’ 6 ’’ ’’ ’’ ’’ (Bourgeois, 1999)

• Côté inputs : les investissements de Recherche & Développement

1950-1970 : période de basses eaux pour la R&D pétrolière

• Côté outputs : le comptage des innovations

1973-1985 : investissements de R&D de l’industrie pétrolière américaine x 2,3 (Boy de la Tour, 1999)

pas saisissant !

assez faible et appréciation du caractère majeur d’une innovation sujette à caution





• Côté outputs : les critères de performances opérationnelles

1970 1980 1990 2000années

Profondeur d’eau (offshore): + exploration 500 m 2200 m 2700 m + production 100 m 500 m 1900 m

Taux de succès en exploration 10 % 20 %

Taux de récupération 15-20 % 30-35 %des réserves

Déport horizontal de puits 2,5 km 6,1 km 10,6 km

Durée d’une campagne 18 mois 6 moissismique 3D de 1000 km2

Durée d’une phase de 5-7 ans 2-3 ansdéveloppement standard





1970 1985 1995

Coût 5 5 3($/bep)

• Côté outputs : les coûts de production

1970 1985 1995

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Gisement moyen OPEP Gisement marginal hors OPEPGisement moyen hors OPEP

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D L’ÉMERGENCE DES GRANDS PRINCIPES TECHNOLOGIQUES

• La sismique

Elle permet de modéliser la structure géologique en enregistrant et traitant les différents échos d’une onde sismique envoyée dans le sous-sol ; elle s’impose dans la première moitié du XXe siècle

Le principe… Le résultat (2D)…





• La diagraphie électrique

Elle permet de connaître la structure géophysique en collectant et en enregistrant plusieurs paramètres physiques à différentes profondeurs d’un puits ; elle est inventée en 1927 par les frères Schlumberger

Outils de diagraphie…… sur le point d’être descendus dans un puits





• Le forage en pression équilibrée

Il permet d’éviter les phénomènes de puits éruptifs (dangereux) et de dégradation des parois en maintenant dans le puits une colonne de boue de forage dont on contrôle la densité (et donc la pression) ; elle est inventée après la seconde guerre mondiale

Une éruption de puits Tête de forage avec circulation de boue de forage

Bac à boues sur un site de forage





• Les mécanismes d’innovation à l’œuvre

Sur le modèle théorique de l’approche traditionnelle : les acteurs de l’industrie pétrolière ne sont pas incités à innover (phase de tranquillité technologique) les innovations résultent pour l’essentiel de progrès scientifiques et techniques largement indépendants des acteurs et de l’économie pétrolière quand une technique plus efficace que l’existant est mise au point, elle se diffuse rapidement dans toute l’industrie

Ces innovations ont été améliorées depuis (cf. infra) mais elles ont inauguré les grands principes technologiques qui sont encore utilisés aujourd’hui dans l’industrie d’exploration-production d’hydrocarbures




E LES NOUVELLES TECHNOLOGIES

• La sismique 3D

elle permet d’obtenir une image beaucoup plus précise (en trois dimensions) de la structure géologique du sous-sol qui est exploré elle s’est développée à partir des années 1980, notamment grâce à l’augmentation spectaculaire de la capacité de stockage et de traitement informatique de données l’enregistrement des données à différents moments de la vie d’un champ en exploitation permet de visualiser les mouvements des fluides dans les couches géologiques ; c’est la sismique 4D

Le résultat…





• Les techniques de forage

le forage horizontal permet de traverser toute la largeur d’un réservoir en production productivité x 2-5 mais coût seulement x 1,2-1,4 les puits multilatéraux permettent d’exploiter plusieurs réservoirs superposés ou proches à partir d’un seul et même puits central économies d’échelle le forage à long déport permet d’atteindre plusieurs réservoirs éloignés à partir d’une seule infra- -structure de forage nombre de plateformes en offshore, permet de forer à partir du rivage plus récemment, et grâce entre autres aux NTIC, la technologie évolue vers l’utilisation de capteurs permanents dans les puits permettant d’obtenir des données en temps réel sur les gisements dans l’objectif de piloter les forages de manière interactive et de leur imprimer des trajectoires complexes

Forage interactifForage horizontal





• Les technologies offshore

les navires de forage à positionnement dynamique permettent de forer des puits dans des eaux très profondes (plusieurs km) les plates-formes à lignes tendues (Tension Leg Platform), ancrées sur le fond marin, sont utilisées pour la production dans des eaux moyennement profondes (plusieurs hm) les systèmes de production flottants (Floating Production Storage and Offloading) s’affranchissent de la contrainte liée à la hauteur d’eau et sont bien adaptés aux conditions d’environnement difficiles têtes de puits sous-marines, conduites flexibles pour réseaux de collecte et d’évacuation, pompes polyphasiques, robots sous-marins téléguidés (Remotely Operated Vehicle), bouées de stockage

FPSO

Navire de forage à positionnement dynamique





• Les technologies de récupération assistée (Enhanced Oil Recovery)

Elles ont pour objectif d’améliorer le taux de récupération des hydrocarbures dans les réservoirs : injection de gaz (gaz associé, vapeur d’eau, CO2) ou d’hydrocarbures légers miscibles dans ceux du gisement combustion in situ injection de polymères ou d’agents tensio-actifs pour faciliter l’écoulement des fluides dans la roche-réservoirCe sont des technologies chères, utilisées principalement aux Etats-Unis technologies dédiées à la production des pétroles extra-lourds

Injection de CO2 miscible Résultat de l’injection d’air





Sur le modèle théorique de l’approche renouvelée :

ils développent leurs compétences grâce à l’apprentissage réalisé dans les projets d’exploration-production innovants

• Les mécanismes d’innovation à l’œuvre

les acteurs de l’industrie pétrolière sont fortement incités à innover (phase de révolution technologique)

chacun progresse le long d’une trajectoire technologique qui lui est propre

ils sont soumis à des contraintes cognitives dès 1970 puis à des contraintes financières à partir de 1986




F ORGANISATION INDUSTRIELLE ET INNOVATION

• Les questions théoriques

Pourquoi et comment les différents acteurs de l’industrie travaillent-ils ensemble ?

• Les questions pratiques

L’accélération technologique a-t-elle transformé les relations entre les acteurs de l’industrie ?

Quel est le rôle de chaque type d’acteur au regard de l’innovation technologique ? Quelles sont ses compétences ? Ont-elles évolué ?

Comment expliquer le paradoxe de la R&D dans l’industrie pétrolière ?

Secteur industriel Santé BureautiqueElectricité &

Electronique

Aéronautique

& DéfenseChimie Automobile

I ndustrie

pétrolièreDépenses de R&D /

Chiff re d'aff aire10,6% 8,0% 5,5% 4,2% 4,1% 4,0% 0,8%

Source : J ournal of Petroleum Technology, 1995





• Entre compagnies pétrolières et sociétés parapétrolières

Quelques grandes compagnies pétrolières aux frontières très étenduesvs.

une multitude de petites sociétés parapétrolières spécialisées sur quelques services très standardisés (acquisition de données géophysiques, réalisation de diagraphies, perforation des parois de puits, construction d’équipements, …) Une relation de sous-traitance traditionnelle : appel d’offre concurrentiel pour la réalisation, sous l’autorité du donneur d’ordres, d’une prestation de court terme étroitement spécifiée

Un mouvement de recentrage des compagnies pétrolières (dès 1970, accéléré à partir de 1986)

vs.un mouvement de concentration industrielle et d’intégration technologique des sociétés parapétrolières (à partir de 1986)

Des nouveaux contrats de sous-traitance : une rémunération globale avec prise de risque pour des prestations intégrées clés en main, avec reconduction du contrat en cas de performances satisfaisantes+ quelques coopérations explicites

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Compagniepétrolière

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• Entre compagnies pétrolières elles-mêmes

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Des économies d’échelle importantes 80% des projets sont entrepris par une compagnie pétrolière seule Les compagnies pétrolières s’associent quand les risques sont trop importants (20% des projets) l’identité des partenaires est peu discriminante

Un enrichissement des projets d’exploration-production en connaissances technologiques de plus en plus de coopérations à partir de 1970 Un risque financier accru pour des projets intensifs en nouvelles technologies des coopérations de plus en plus équilibrées à partir de 1986 Des spécialisations technologiques qui se développent des coopérations entre partenaires aux compétences proches





• Entre compagnies pétrolières elles-mêmes : synthèse

Part moyenned’une compagnie dans les projets

Cie 4 3%Cie 2 19%

Cie 2 7% Cie 3 5%

Cie 2 24%

Cie 3 9%

Tranquillité technologique Révolution technologique

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61%


• Un marché en croissance exponentielle… capté à 50% par les entreprises danoises

LE LEADERSHIP DANOIS DANS L’ÉOLIEN


A LE POINT D’ARRIVÉE (CE QU’ON VEUT EXPLIQUER…)

Marché mondial de l'éolien

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Source : Danish Wind Industry Association, Wind turbine sales, http://www.windpower.org/en/stats/salesMW.htm

En 2004, Vestas, entreprise danoise leader mondial, a installé 2 784 MW (35% du marché mondial !)

Le catalogue Vestas :

1950 2002

innovation ?

http://www.windpower.org/en/stats/salesMW.htm


• Des petits événements…


B DE L’INTÉRÊT DE DISPOSER D’OPTIONS TECHNOLOGIQUES

Dès les années 1890, Poul la Cour commence à transformer des moulins traditionnels pour la production d’électricité

Il donne des cours sur la génération éolienne d’électricité…

… et publie un journal sur le même sujet

Au début des années 1950, Johannes Juul, un ancien étudiant de La Cour, développe des éoliennes produisant du courant alternatif et donc connectables au réseau électrique

En 1956, il construit l’éolienne de Gedser (200 kW) pour une compagnie d’électricité ; la plus grande au monde pour son époque, elle incluait de nombreuses innovations, a fonctionné 11 ans sans aucune maintenance et a constitué un standard pour de nombreux constructeurs



• … peuvent avoir des grandes conséquences à terme…


1973 : premier choc pétrolier ; Danemark dépend à 94% de ses importations de pétrole ; engouement populaire pour les énergies renouvelables : des particuliers construisent leurs propres éoliennes en modèle réduit de celle de Gedser (10-15 kW)


1975-78 : un charpentier, Christian Riisager, vend une série de 50 éoliennes (22 puis 30 kW) qu’il a commencé à construire au fond de son jardin avec des composants bon marché « sur étagère » (pâles en bois, boîtes de vitesses de camion, moteurs électriques comme générateurs, freins mécaniques)

Devant le succès de Riisager, un dizaine d’entreprises venant principalement du secteur des machines agricoles se lancent dans la fabrication d’éoliennes

1979 : second choc pétrolier ; le Gouvernement danois décide d’accorder une subvention (30% des coûts d’investissement) pour l’installation de nouvelles turbines par des particuliers le marché se développe…

Eolienne modèle Bonus 30 kW commercialisée à partir de 1980

… mais reste étroit ! (valeurs indicatives)

Source : Kamp L.M., (2002), Learning in wind turbine developmenthttp://www.library.uu.nl/digiarchief/dip/diss/2002-1128-170921/full.pdf


1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982

Unités 10 15 25 120 257 300 160


• … avec un peu de chance, pourvu qu’on soit en position de la saisir !


1982 : la Californie met en place un programme de promotion des énergies alternatives en supplément d’un programme fédéral crédit d’impôt d’environ 40-45% pour l’éolien


1982-1985 : c’est le California wind rush Les fabricants danois, étant les seuls à avoir une expérience de production en série et à proposer des éoliennes fiables et sures, ont raflé la moitié de ce marché gigantesque pour l’époque (15 000 turbines pour une capacité installée de 1

200 MW représentant 95% du marché mondial de l’époque)

effet d’apprentissage considérable qui a permis de réduire de 50% le coût au kWh de l’électricité produite par les turbines danoises


le concept danois de turbines éoliennes s’impose rapidement comme le standard technologique de l’industrie (80% des turbines vendues en 1997 étaient inspirées par ce design dominant) la part de marché mondiale des fabricants danois franchit 50% en 1985, niveau auquel ils se maintiendront jusqu’en 2002 l’industrie danoise a pu donner le cap et garder une longueur d’avance en matière d’innovation technologique dans l’éolien


• Des SNRI concurrents centralisés…


C UN SYSTÈME NATIONAL DE RECHERCHE ET D’INNOVATION ORIGINAL

1973-79 : chocs pétroliers de nombreux pays (Allemagne, Suède, Pays-Bas, Royaume-Uni, Etats-Unis, Canada) lancent des grands programmes de R&D sur l’éolien


Dans ces pays, des SNRI de type centralisé sont mis en place :

- recherche de ruptures technologiques (taille, puissance, matériaux)

- acteurs = grandes entreprises (General Electric, Boeing, MAN) et centres de recherche (NASA)

- développement de proto--types expérimentaux

- investissement public massif en R&D

Prototype MOD-1General ElectricMis en service en 19792 MW 60m

Programme interrompu prématurément après la tête de série en raison d’un phénomène imprévu de résonnance acoustique

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200

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1000

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• Des SNRI concurrents centralisés…



Risque technique intrinsèque aux ruptures technologiques (ex. MOD-1)


Coût d’investissement très élevé

Sureté et fiabilité non garanties en situation opérationnelle

Pas d’apprentissage en l’absence de production en séries industrielles

Décalage par rapport à la demande du marché (puissance, taille)

• dont ne sort aucun produit commercial

Faible variété des options technologiques (designs, matériaux, mécanismes, …)


• Les officiels danois voient grand… et échouent




1977 : Danemark lance un programme de R&D (Wind Power Programme) sur le modèle des Etats-Unis et en coopération avec eux pour développer des turbines géantes et ultra-innovantes en s’appuyant sur des grandes entreprises danoises, sur le Risoe National Lab (jusqu’ici responsable de la R&D nucléaire) et sur la Technical University of Denmark

mêmes problèmes qu’aux Etats-Unis + problèmes supplémentaires de manque de financement (ex. pales en polyester renforcé de fibres de verre trop chères), d’absence de compétences des entreprises (ex. pour construire des pales de plusieurs dizaines de m) et d’intérêt de leur part

Les éoliennes de Nibe (1979, 630 kW) L’objectif était de produire, entre 1985 et 1990, de 500 à 600 turbines géantes (500 kW – 1 MW) pour satisfaire la demande danoise d’électricité ; elles ont connu de graves problèmes de fatigue du métal dans les palesNB : à la différence des Etats-Unis, elles s’inspirent du design de l’éolienne de Gedser qui a fait ses preuves

Le parc d’éoliennes de Masnedø (1985, 750 kW, 8 M$ 2003) Une turbine a été détruite par un incendie en 1987 suite à une surchauffe au niveau du générateur


• Les acteurs de terrain danois se constituent en réseau




Christian Riisager et ses émules n’ont pas attendu le Wind Power Programme pour vendre des dizaines de petites éoliennes à des particuliers, souvent réunis en coopératives

En 1978, les propriétaires d’éoliennes obtiennent du gouvernement une loi obligeant les compagnies d’électricité à racheter leur surplus d’électricité à 85% du prix du marché côté demande, la production décentralisée se développe

Offre Demande

Côté offre d’éoliennes, la concurrence entre petits fabricants est rude stimule l’innovation

Variété des designs : turbine de Darrieus (boîte de vitesse + générateur + au sol, pas besoin de pivot pour s’adapter à la direction du vent)

Développement d’un système de pivotement actif pour plus de puissance


• Les acteurs de terrain danois se constituent en réseau




Innovations incrémentale à partir de l’existant, recherche de la simplicité, de la fiabilité et de la sureté

Rôle de l’association des utilisateurs d’éoliennes (fondée en 1978 par une douzaine de propriétaires d’éoliennes de Riisager) :- Partage d’expérience sur comment améliorer les turbines (sureté, fiabilité) et assurer un retour d’expérience vers les fabricants d’éoliennes- Information sur les performances des différentes turbines vendues sur le marché (publication du mensuel Naturlig Energi)

Rôle de la plateforme de test et de certification développée au Risoe National Lab


• Historique des soutiens publics à l’éolien hors R&D


D DES AIDES PUBLIQUES STRUCTURANTES


Eolien au DanemarkSoutiens publics hors R&D

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Annonce de la mise en place d'unmarché des certificats verts en 2001en remplacement des aides existantes

Veto du Parlement sur lescertificats verts (09-2001)

1er appel d'offrespublic aux utilitiespour 100 MW onsh

Subvention publiquepour investissementde petite capacité(30% puis 10%)

3ème appel d'offrespublic (tous inves-tisseurs) pour200 MW offshore

4ème appel d'offrespublic aux utilitiespour 750 MW offshore

2ème appel d'offrespublic aux utilitiespour 100 MW onsh

Tarif des obligations d'achatfixé à 85% du prix de détailrésidentiel local HT

Remboursement taxe CO2 (tous)

Remboursement partiel taxe électricité(particuliers et coopératives)

199?

C’est le SNRI qui a coûté le moins cher qui est aujourd’hui en position de leader mondial


• 1


A CARACTÉRISTIQUES DU PROGRAMME ÉLECTRONUCLÉAIRE FRANÇAIS

LA SPÉCIFICITÉ FRANÇAISE DANS LE NUCLÉAIRE

Poids prédominant des acteurs publics organisés en filière (recherche CEA, constructeur FRAMATOME, exploitant EDF, cycle du combustible COGEMA)

Basé sur la science

SNRI = « grand programme », i.e. tout le contraire de l’éolien danois, idem éolien états-unien et assimilés

Contraintes de sécurité très forte

Lien avec les activités nucléaires de défense

Euratom au niveau européen


• 2



This model was based on a public pilot, which was located within the administration (as in the case of aeronautics), took the form of an agency (as in the case of space) or was suitable for a public research institute (such as in the nuclear domain). It relied on the support of one or more national champions, responsible for the industrial exploitation of the programme and for taking it beyond national borders. This always involved the development of public research capacities, which in turn gave rise to public research institutions. Public services or national operators usually performed a lead-user function for the first full-scale applications, and for demonstrating the relevance of the complex objects developed in this way. All the civil programmes shared a similar rationale: genuine long-term risk-taking, at the frontier of knowledge and technology, where no capacity for the generation of new markets was foreseen. Who could have imagined the development of telecommunications satellites when France launched the first “Diamant” rocket? Who could have judged the market potential of a supersonic aircraft, when France and Great Britain (evidence that the “large programmes” approach was not specifically French) embarked on the Concorde adventure?

One organisation, the CEA, was responsible for the civil nuclear programme and, during the 1950s, its responsibilities were extended to military nuclear activities. The history of the French nuclear industry is an eventful one. During the 1960s gas graphite reactors were abandoned in favour of Westinghouse pressurised water reactors in the civil sector, while the industrial producers experienced a troubled history. However, the oil crisis and the decision by France and its state monopoly, Électricité de France (EDF), to rely completely on nuclear energy, led to the emergence of two world leaders, Framatome in boilers, and COGEMA in the combustion cycle. The termination of the fast breeder programme and debate over the management of waste contributed significantly to the reorientation of action centred solely on the CEA. Thus the programme gradually developed into the funding of one institution of 18 000 persons (of whom 11 000 are on the civil side).

Source : Laredo & Mustar (2001), Research and innovation policies in the new global economy





Source : Laredo & Mustar (2001), Research and innovation policies in the new global economy

• 3





Source : Beise & Stahl (1998), Public Research and Industrial Innovations in Germany, Discussion Paper No. 98-37http://bibserv7.bib.uni-mannheim.de/madoc/volltexte/2004/657/pdf/dp9837.pdf

The history of the federal big science labs started in the early 1950s with the promising prospects of nuclear energy, which was seen as the key to technological competitiveness. The nuclear euphoria was politically emphasised by the new Ministry of Nuclear Science, which orchestrated the public funding of nuclear research in big science labs. Their mission was to build nuclear research reactors, developed and operated in close collaboration with German industry, which also supplied financial resources. Competition between the states and their responsibility for research policy led to the establishment of five large research centres. These labs were finally financed by federal funds after the industry gradually lowered its financial commitment while developing its own indigenous technology or taking licenses of foreign reactor designs. For a while, the strategy of the German nuclear science programme seemed unsettled and was refocused several times, lastly on high temperature and fast breeder reactors which were finally abandoned in the 1990s. Though the federal research programme at first glance led to an internationally competitive German nuclear industry, after reviewing the German public reactor programme Keck (1980) recaps that its commercial benefit was marginal. Actually, there was little contribution by government research centres to the only commercially successful reactor type, the light-water reactor. Parallel to the phasing out of nuclear research programmes and even before the downturn of public support for nuclear energy in the late 1970s, the nuclear research centres diversified their activities from nuclear energy to nuclear waste management and unrelated new technologies like microelectronics, computer technologies and environmental science. For instance, the Geestacht research centre shifted to marine research after abandoning its first mission as a nuclear powered ship. Despite the vanishing importance of nuclear science, all these big-science labs still operate at full steam.

Pourquoi ça a fonctionné en France et pas en Allemagne ?

• 4



• Synopsis


B LA GUERRE DES FILIÈRES


Au départ (1950?), deux programmes concurrents correspondant à deux technologies différentes : (i) gaz-graphite et (ii) eau légère

Fin des années 1960 = il a fallu choisir (pourquoi ?)

Ce choix n’a pas été celui du Directeur du CEA, ni celui du Directeur d’EDF, ni celui du gouvernement Il a donné lieu à une bataille entre deux clans qui ont divisé toutes les parties prenantes (recherche, industrie, politique)

Pour le gaz-graphite = le CEA soutenu par le Président De Gaulle mais aussi un certain nombre d’ingénieurs d’EDF

avantage = indépendance (fonctionne à l’uranium naturel) et prestige nationalinconvénient = filière technologiquement plus complexe et moins mûre

Pour l’eau légère = EDF mais aussi un certain nombre de cadres dirigeants du CEAavantage = rationalité économiqueinconvénient = filière développée par les Etats-Unis, fonctionne à l’uranium enrichi

Quand Pompidou a succédé à De Gaulle comme Président de la République, il a tranché en faveur de la technologie eau légère


• Les questions



Mais il a fallu acheter une licence aux entreprises états-uniennes pour pouvoir utiliser cette technologie

Par souci d’indépendance et de prestige national, la filière technologique eau légère a ensuite été francisée

Questions =- comment les deux filières technologiques ont-elles émergé ?- comment ont-elles été comparées ?



• L’émergence de multiples filières technologiques du nucléaire électrogène



Depuis sa création en 1945, le CEA avait exploré plusieurs pistes =- un petit réacteur à eau légère devant être mis en service dans un sous-marin- un prototype de réacteur à eau lourde- ‘’ ‘’ ‘’ à haute température- ‘’ ‘’ ‘’ à neutrons rapides (Rapsodie)

Des chercheurs et ingénieurs d’EDF étaient associés à ces programmes

A la fin des années 1950, Euratom nouvellement créé et les Etats-Unis ont signé un accord de coopération visant à favoriser l’importation de technologies nucléaires états-uniennes en EuropeLe gouvernement français autorise du bout des lèvres EDF a coopérer avec les Belges pour la construction du premier réacteur états-uniens en 1960

La filière gaz-graphite conserve les faveurs de la sphère politique et technique jusqu’au milieu des années 1960 mais la filière eau légère est désormais identifiée comme une concurrente potentielle



• Le basculement… dû à des petits événements historiques



1965 = les entreprises américaines du nucléaire font une campagne internationale de promotion de la technologie eau légère en affichant des coûts en capital particulièrement favorables les producteurs d’électricité états-uniens leur commandent 49 réacteurs en 1966-67 (40 000 MW)

Mais l’affaire devient publique et se déforme à l’occasion = on voudrait abandonner le programme nucléaire français les pro-gaz graphite s’émeuvent, les pro-eau légère s’engouffrent dans la brèche

L’acte en train de se dérouler sur la scène états-unienne fournit des arguments aux défenseurs de la filière eau légère ce qui n’était qu’une ligne de faille entre les deux camps devient un fossé

Mars 1966 = premier acte officiel, le DG d’EDF écrit à l’AG du CEA« Les réacteurs gaz-graphite sont compétitifs avec les centrales traditionnelles, Cependant, ils sont significativement plus chers que les réacteurs à eau légère. Bien qu’une filière basée sur l’uranium naturel présente l’avantage de promouvoir l’indépendance française, cet avantage pourrait bien à long terme ne plus faire le poids face à la différence de prix. »L’AG du CEA reconnaît que l’affaire mérite d’être étudiée plus à fondMai 1966 = les deux dirigeants créent un comité paritaire pour entreprendre une comparaison des différents réacteurs fonctionnant en Europe et en Amérique



• Comment comparer deux technologies ?



Décembre 1966 = des problèmes surviennent pendant la mise en service du réacteur gaz-graphite de la centrale EDF de Chinon (fuites au niveau des échangeurs thermiques, défaillance du système de surveillance des barres de combustible)Nicholas Vichney, "La centrale nucléaire EDF3 de Chinon est arrêtée pour six mois," Le Monde (2 dec. 1966), p.7Nicholas Vichney, "Les incidents survenus à la centrale de Chinon amènent à poser le problème des rapports entre l'Electricité de France et le Commissariat atomique" , Le Monde (24 janvier 1967), pp. 1, 17."Le crêpage de Chinon," Le Canard Enchaîné (7 dec 1966), p. 2. « Bref le matériel nucléaire bien de chez nous ne

tient pas le coup....Des têtes vont rouler, citoyens ! »

Janvier 1967 = le comité paritaire EDF – CEA termine son travail et rend… deux rapports, un issu du CEA et l’autre d’EDF

Les deux institutions sont d’accords sur les chiffres (FF / kWh) mais pas sur la façon de les interpréter :- EDF s’en tient à ce coût économique pour comparer les deux technologies eau légère est meilleure ; qui plus est, en travaillant sous licence états-unienne, les industriels français impliqués dans le programme pourront bénéficier financièrement et techniquement du

dynamisme des industriels américains ; enfin, le licencieur garantit le prix du combustible- CEA y rajoute des considérations de sécurité des approvisionnements gaz-graphite est meilleure, la filière eau légère nécessitant de l’uranium enrichi pour lequel il n’existe pas d’usine d’enrichissement en France ; et si gaz-graphite et plus cher c’est en raison des

piètres compétences techniques d’EDF sur Chinon ; enfin, le gaz-graphite produit du plutonium pour les réacteurs à neutrons rapides et pour le programme de dissuasion nucléaire



• Le consensus passe par la méthodologie



Avril 1968 = le rapport PEON est publié et ce concentre sur deux points de méthodologie de comparaison - il faut tenir compte des incertitudes sur le coûts économique de chaque filière

pour comparer leurs compétitivités relatives- le choix doit être basé sur des critères économiques objectifs et non sur desconsidérations politiques

En conséquence de quoi il faut (i) construire immédiatement un réacteur sous licence américaine (ii) ne pas construire de réacteur gaz-graphite avant une réévaluation du programme en 1970

Septembre 1967 = échouant dans sa tentative de convaincre De Gaulle de choisir la filière eau légère, le DG d’EDF démissionne en invoquant des raisons personnelles ; mais la presse y voit l’abandon par EDF de ses ambitions par rapport à la technologie eau légère

Fin 1967 = face à l’échec du comité paritaire EDF-CEA, c’est à la commission PEON (Production d’Electricité d’Origine Nucléaire ; y siègent les cadres dirigeants d’EDF, du CEA, des représentants des ministères et de quelques industriels ; ses avis son indépendants) que le gouvernement a donné le soin de trancher la guerre des filières

Travaux intermédiaires =- mêmes divergences subsistent- le nucléaire n’est pas compétitif face aux sources d’énergies traditionnelles- mais il ne faut pas l’abandonner pour autant car s’il venait à devenir compétitif, alors le marché européen du nucléaire serait dominé par l’industrie allemande (AEG et Siemens)



• Le choix est fait



Ayant perdu une bataille contre la technologie eau légère, les pros gaz-graphite invoquent alors le futur prometteur de la technologie à neutrons rapides (notamment pour l’indépendance et le prestige national) pour laquelle le programme gaz-graphite doit être poursuivi (plutonium et compétences)

Avril 1969 = le nouveau DG d’EDF et l’AG du CEA (rallié à la cause de la technologie eau légère) rédigent un « plan d’action » qui reprend les conclusions de la commission PEON en les resituant dans la logique d’un avenir construit autour de la technologie à neutrons rapides

Juin 1969 = De Gaulle part remplacé par G. Pompidou, ouvertement favorable à la technologie sous licence états-unienne

16 octobre 1969 = le DG d’EDF prend tout le monde de vitesse (y compris Pompidou) à l’occasion d’une conférence de presse pour l’inauguration du réacteur gaz-graphite de Saint-Laurent 1 « Bravo aux équipes de Saint-Laurent pour leur réussite, Saint-Laurent est ce qu’EDF fait de mieux en matière de réacteur nucléaire. Mais malheureusement, la filière gaz-graphite n’est pas viable commercialement. Dorénavant, EDF construira des réacteurs à eau légère sous licence américaine. »

Une décision officielle est enfin prise !



• Epilogue



Epilogue = ce n’est que vers le milieu des années 1970 que les producteurs d’électricité d’origine nucléaire aux Etats-Unis se rendront compte que le coût réel en capital était plus de 2 fois supérieur à celui annoncé par les fabricants américains (asymétrie d’information)

14 novembre 1969 = G. Pompidou annonce la fin du programme nucléaire gaz-graphite

17 novembre 1969 = entre 4 000 et 6 000 salariés du CEA en grève défilent de la place de Invalides à la tour Eiffel ; une délégation est reçue par le premier Ministre J. Chaban-Delmas le 20/11 mais elle n’obtient rien ; le mouvement s’essouffle



• Le processus d’innovation


QUELQUES LEÇONS POUR GÉRER L’INNOVATION

Ne pas négliger a priori des événements qui peuvent sembler relever de l’information journalistique = ils peuvent avoir des conséquences déterminantes à long terme Importance de la veille (intelligence en anglais) et de la prospective (savoir envisager tous les scénarios possibles, y compris les plus improbables)

Deux inputs essentiels pour l’innovation =- les connaissances et savoir-faire- les financements

Importance de disposer d’options technologiques, pour l’entretien desquelles les aides publiques sont essentielles


• Le système d’innovation


QUELQUES LEÇONS POUR GÉRER L’INNOVATION

Importance stratégique des coopérations (fortes = travailler ensemble, moins fortes = échanges d’informations)- entre compagnies pétrolières, avec les sociétés parapétrolières- entre fabricants et utilisateurs d’éoliennes- entre recherche publique et toutes entreprises du secteur (fabricants, exploitants)

Rôle clef de l’Etat pour créer l’environnement favorable au démarrage industriel d’une filière technologique =

- subventions publiques pour lancer le marché- financement + compétences de R&D- organisation d’une filière technologique naissante (standardisation, normalisation, coordination)

SNRI centralisé ou décentralisé ?- décision à prendre pour le premier qui est coûteux et risqué- pourquoi se priver du second ?

Documents

© Marc ISABELLE 2006 1/63 Master « Economie et Politique de lEnergie et de lEnvironnement» INSTN – Université Paris X LINNOVATION DANS LES SECTEURS DE