Aux sources de l’innovation de rupture : Qui cherche ? Qui innove ?

La science irrigue toujours la technologie

La recherche joue toujours en 2024 un rôle majeur dans la formation des technologies d’avenir, malgré un demi-siècle de débats sur les importances respectives de la science, des usagers et du capital à cet égard. Cet apport de la science à la technologie prend essentiellement la forme de longues chaînes séquentielles d’interconnexions.

La primauté de la science d’abord posée comme une évidence

Cet ouvrage entend cartographier les flux de connaissance circulant depuis les lieux où s’accomplit la recherche vers ceux où sont mises au point les technologies, et propose à cette fin d’exploiter les citations entre brevets et articles scientifiques. Cette approche revient à faire une hypothèse importante : celle selon laquelle la science est (toujours) une source primordiale de l’innovation technologique. Ce n’est en effet qu’à cette condition que les citations académiques des brevets peuvent être admises comme un outil de mesure adéquat.

Or cette hypothèse a fait l’objet d’un vif débat, qui s’est déroulé sur deux plans. Le premier, le plus connu des deux, est économique : il consiste à vouloir constater (ou, pour certains, remettre en cause) un effet d’entraînement mesurable de la R&D sur l’innovation, et souvent plus spécifiquement de la dépense publique de R&D sur sa contrepartie privée (cf. encadré ci-après). Dans ce domaine, on peut considérer comme unanimement établi que cet effet d’entraînement est toujours effectif (Beck et al., 2018).

Le second plan de cette discussion est de nature plus sociologique et politique : il porte sur le caractère, le sens et la cinétique des liens entre recherche et innovation. N’y a-t-il pas des innovations qui se prêtent mal au dépôt de brevet ; n’y a-t-il pas des brevets qui ne découlent pas des résultats de la recherche ; n’y a-t-il pas des cas où c’est l’innovation qui renouvelle l’avancement de la recherche en « remontant » du terrain… ? Voilà des questions fréquentes. Nous avons déjà répondu à la première partie de ces objections dans la note précédente (Bellit et Charlet, op. cit.), en montrant que, du moins dans les douze domaines technologiques étudiés ici, les décomptes de brevets sont bien une métrique pertinente des efforts d’innovation des entreprises et des pays. Cette question se trouve ici prolongée, et il nous faut à présent vérifier que, dans une majorité de cas, science et innovation sont non seulement liées, mais en outre liées dans cet ordre. À défaut, nous aurions opté pour un outil de mesure non significatif.

Plusieurs écoles se sont affrontées sur le sujet jusque dans les années récentes. Selon Godin (2011), il faut remonter à 1928 lorsque Maurice Holland, alors directeur de la division Recherche industrielle au Conseil national de la recherche américain, publie un « modèle » de l’innovation qu’il nomme « le cycle de la recherche ». Il y décrit les progrès techniques de l’industrie selon un processus linéaire et séquentiel, depuis la recherche fondamentale jusqu’à la commercialisation des inventions. Toujours d’après Godin, ce modèle esquissé par Holland rassemble des assertions souvent entendues mais faiblement démontrées, et qu’il élève pourtant au rang de théorie dans le but de convaincre les industriels d’accélérer leur investissement dans la R&D.

Cet archétype restera comme le premier avatar de ce que l’on nomme aujourd’hui le « modèle linéaire de l’innovation ». Pour certains observateurs, ce modèle linéaire a en réalité toujours existé dans l’esprit des décideurs, tant il semble couler de source. Pour d’autres encore, il n’éclot au contraire véritablement qu’en 1945, lorsque Vannevar Bush publie son rapport, Science: The Endless Frontier, dont l’influence est unanimement reconnue comme déterminante dans la construction des politiques de recherche occidentales d’après-guerre. Dans ce rapport, l’auteur invite les autorités publiques américaines, au premier rang desquelles le Département de la Défense17, à distinguer recherche fondamentale et recherche appliquée, en laissant dans le premier cas une grande marge de manœuvre aux chercheurs « fondamentaux », tant ils évoluent dans leur travail scientifique sans pouvoir en connaître par avance les résultats utilisables ni a fortiori commercialisables. Dans le modèle linéaire, donc, tout commence par la recherche fondamentale, guidée par la quête de connaissances et aux retombées par nature imprévisibles, à laquelle succèdent la recherche appliquée puis le développement, de plus en plus résolument orientés vers les usages et les applications, le tout venant nourrir en aval la diffusion des connaissances, puis l’appropriation par le marché. Ce modèle linéaire, on le voit aisément, conforte notre choix des citations de brevets comme outil de mesure et de diagnostic.

L’intuition d’un « monde d’après » dans les années 1980

Godin (2006) et plus encore Edgerton (2004) soulignent que ce « modèle linéaire » n’a jamais été revendiqué ni même conceptualisé comme tel, ni par Holland ni par Bush. L’expression n’existerait en fait que depuis les années 1980, précisément sous la plume de ceux qui entendent critiquer la naïveté, l’incomplétude ou l’anachronisme de cette perception particulière de l’articulation science-marché – dont la généalogie véritable remonterait donc plutôt, de manière brumeuse, jusqu’aux tréfonds de l’ère industrielle. Une chose est certaine en tout état de cause, c’est qu’une abondante littérature entreprend effectivement de déconstruire ce modèle linéaire à partir des années 1980, accumulant les preuves scientifiques que le lien nourricier courant de la recherche vers l’innovation n’est ni universel ni même destiné à survivre à deux bouleversements majeurs et indépendants : l’effondrement du bloc soviétique – et l’extinction rapide de vastes programmes publics sectoriels de R&D, civils et militaires, au sein des pays occidentaux –, et la formidable diffusion des technologies de l’information – dans la cinétique desquelles la puissance des forces du marché le dispute amplement à celle des technologies issues de laboratoires18.

Pour une part, cette critique du modèle linéaire peut être décrite comme politiquement orientée, ou du moins hostile à l’idée d’une dépense publique sans limite ni contrepartie : contester le modèle linéaire de l’innovation incarné par Bush, c’est refuser en effet que l’étiquette « science fondamentale » puisse tenir lieu de blanc-seing aux chercheurs pour obtenir de l’argent public sans qu’ils ne soient redevables de son utilisation auprès de l’État, des usagers ou des contribuables. C’est aussi affirmer que d’autres formes d’innovation, émanant directement du marché et possiblement plus efficaces, méritent désormais davantage l’attention et le soutien des autorités publiques : renforcement de la concurrence, unification du marché des capitaux pour constituer un écosystème de capital-risque, allégement fiscal et réglementaire pour les jeunes entreprises innovantes… On peut par exemple reconnaître en filigrane cette critique dans les propos de Nye (2006), pour qui la « fable » du modèle linéaire s’est révélée « très opportune » pour les scientifiques qui « bénéficiaient largement » de la manne publique en s’abritant derrière la promesse d’une science pure. En regard, Oliveira (2014) estime de son point de vue que l’invention, intentionnelle et historiquement non fondée, de cet « épouvantail » d’un prétendu modèle linéaire a servi d’arme à ceux qui promouvaient une certaine « marchandisation » de la science et entendaient contester le bien-fondé du financement public de la recherche désintéressée.

Il existe paradoxalement une deuxième école critique du modèle linéaire de l’innovation, nettement plus ancrée socialement. Elle émane de sociologues et d’anthropologues des sciences (Latour et al., 2010) qui observent que la recherche avance aussi quand elle est interpelée, bousculée, voire chahutée par le corps politique et social ou tout simplement par les observations empiriques (Barthe et al., 2014). C’est par exemple ce qui se produit lorsque des associations de patients parviennent, par leur action « citoyenne », non seulement à mobiliser des chercheurs qui se détournaient jusque-là de leurs maladies orphelines, mais surtout à rassembler des informations cliniques déterminantes pour les progrès de la science (Rabeharisoa et Callon, 1998)19.

De manière plus iconique encore, c’est ce qu’incarne la figure de Pasteur, qui a bouleversé les connaissances fondamentales de son époque après avoir mené ses observations cliniques – et précisément parce qu’il les avait menées – en voulant répondre à un problème de santé publique. Bruno Latour, qui a joué un rôle pionnier dans cette école critique de la modernité, a justement commencé sa longue réflexion par une immersion d’anthropologue au sein d’un laboratoire (Latour et al., 2013) et par une étude de la vie de Pasteur (Latour, 2011)20.

Stokes (1997) enfonce le clou et immortalise cette observation en parlant du Pasteur’s quadrant. Dans un tableau à double entrée (voir figure 1.1), il distingue les chercheurs qui sont principalement voire uniquement motivés par l’avancement des connaissances, dont Niels Bohr serait un archétype, de ceux qui au contraire se préoccupent surtout de la transformation des usages à l’instar de Thomas Edison, et de ceux enfin qui combinent ces deux préoccupations comme Pasteur le fit avec brio. Stokes avance que ce sont les travaux de cette dernière catégorie qui ont un impact socioéconomique maximal et qu’il est temps, par conséquent, de reconnaître l’importance et la nécessité d’une use-inspired basic research. Murray et Stern (2006) le confirment, et estiment d’ailleurs que les chercheurs devraient être davantage incités à déposer eux-mêmes des brevets, ce qui réduit certes légèrement le taux de citation de leurs publications, mais accélère l’appropriation et, de ce fait, l’utilisation par le marché des fruits de leur travail21.

FIGURE 1.1 – Le quadrant de Pasteur, selon Stokes (1997)

En résumé, au tournant des années 2000, c’est-à-dire au moment précis où l’Union européenne formalise son Agenda de Lisbonne pour accélérer la montée en gamme de son industrie grâce à un sursaut d’effort de R&D et rattraper ainsi son retard à l’égard des États-Unis et du Japon, il est paradoxalement difficile, sur les bancs académiques des science studies, de soutenir que la recherche scientifique nourrit l’innovation sans risquer une remise en cause immédiate pour aveuglement doctrinal ou naïveté grégaire. Pour bien des observateurs, articles scientifiques à l’appui, le carburant essentiel de l’innovation réside alors dans les réseaux d’acteurs hétérogènes (donc en partie dans la société civile), dans le marché, les grandes ou petites entreprises de la tech ou le private equity, mais en tout état de cause ailleurs que dans les laboratoires de recherche recevant des financements publics.

La fin des controverses ?

Si ces prophéties s’étaient révélées exactes, nous vivrions en 2025 dans un monde où les citations académiques contenues dans les brevets auraient perdu toute valeur pour retracer la genèse des innovations de rupture. Or cette controverse a fini par s’apaiser. Godin (op. cit.) observe que plusieurs communautés scientifiques, occupées précisément à comprendre comment la science évolue, trouvent le modèle linéaire trop utile à leurs analyses pour qu’il puisse être abandonné, d’autant que de nouvelles mesures sont venues redonner du crédit à cette description séquentielle du processus d’innovation (Artz et al., 2010). Godin va même jusqu’à déclarer la mort clinique des critiques alternatives – ce qui est sans doute excessif22.

Attardons-nous ici sur le travail éclairant d’Ahmadpoor et Jones (2017) : en retraçant une à une les citations entre 4,8 millions de brevets américains (déposés entre 1976 et 2015) et 32 millions d’articles scientifiques (publiés entre 1945 et 2013), ils attribuent à chaque élément une « distance à la frontière » (voir lexique ci-contre et figure 1.2, a). Leur tout premier résultat est qu’ils parviennent ainsi à relier 80 % des articles scientifiques à 61 % des brevets de leur très vaste échantillon : la majeure partie des activités scientifiques et technologiques sont dès lors bien connectées les unes aux autres. Ce résultat est d’ailleurs conforté par Gazni et Ghaseminik (2019), qui montrent que la proportion des brevets dérivant d’avancées scientifiques s’est même accrue au cours des 25 dernières années. Ahmadpoor et Jones montrent également (figure 1.2, b) que cette connexion est principalement indirecte : la zone frontière, là où les brevets citent directement des articles scientifiques, concerne respectivement 8 % du total des articles et 13 % du total des brevets23. A contrario, les deux tiers (68 %) des brevets connectés et les trois quarts (79 %) des articles connectés se situent à une distance de 2 à 4 de la frontière24.

Figure 1.2 – Réseaux de citations articles-brevets (a) et connectivité des articles et brevets (b)

Source : Ahmadpoor et Jones (2017)

En somme, le modèle linéaire descendant apporte par conséquent toujours une explication fondée – certes partielle mais dominante – du fonctionnement de la recherche et de l’innovation et des apports à celle-ci de celle-là. Après quarante ans de controverse sur les rôles respectifs de l’État, des marchés et de la société dans l’avancement de l’innovation, nous pouvons en guise de bilan affirmer que les travaux scientifiques menés dans les laboratoires en sont effectivement un aliment intellectuel déterminant.

• 17 — Ingénieur au MIT et conseiller scientifique du président Roosevelt, Bush a notamment supervisé la mobilisation gouvernementale de la recherche scientifique pendant la Seconde Guerre mondiale.
• 18 — D’autres technologies promettent à la même époque des ruptures majeures, et notamment toutes celles qui ont trait au génie génétique et aux nanotechnologies. Mais le rôle prépondérant de la recherche dans le processus d’innovation est moins remis en cause dans ces deux cas.
• 19 — Callon (1994) pointe que le financement public de la R&D est justifié dans la théorie économique classique par le fait que la connaissance soit un bien public. Or, observe-t-il, c’est à la condition que des collectifs hybrides et dotés d’une certaine autonomie puissent continûment s’approprier la science et interpeler la recherche que cette hypothèse reste vérifiée. À défaut, c’est-à-dire si la connaissance circule uniquement entre les universités et les entreprises, elle est constamment privatisée (notamment à chaque dépôt de brevet).
• 20 — Toutes les références aux ouvrages de Bruno Latour désignent des rééditions. Il s’agit en réalité de travaux datant des années 1990.
• 21 — Akrich et al. (1998) présentent même un « modèle tourbillonnaire » de l’innovation. Selon eux, l’innovation peut partir de n’importe où, aucun acteur n’ayant le monopole de l’imagination, et l’idée ne se diffusera que si elle est reprise par des groupes qui en l’adoptant, vont l’adapter et la modifier. Dans ce modèle tourbillonnaire, le regard ne porte plus essentiellement sur les produits mais sur les acteurs impliqués dans le processus d’innovation.
• 22 — En tout état de cause, la distinction entre science et technologie ne peut être tenue aujourd’hui pour universelle ni immuable. Comme le relève Dominique Guellec, conseiller scientifique de l’OST : « Dans le domaine de l’intelligence artificielle, les découvertes scientifiques sont presque toujours appliquées directement. Ce pourrait presque être la définition d’un “domaine frontière” : là où les applications nouvelles coïncident avec les savoirs nouveaux.»
• 23 — Autrement dit, 10 % des articles connectés et 21 % des brevets connectés. Van Raan (2017) calcule pour sa part qu’environ 3 à 4 % des articles du Web of Science sont cités par des brevets, et que la proportion monte à 15 % environ si l’on se retreint aux articles fondés sur une collaboration scientifique public-privé.
• 24 — Un article à une distance de 1 est directement cité par un brevet, un article à une distance de 2 est cité par un autre qui est lui-même cité par un brevet, etc.

Des articles scientifiques toujours la technologie

Les technologies de rupture représentent un cas très particulier d’innovation. Capables par définition de transformer des marchés, elles font l’objet de brevets très minoritaires en nombre, mais intensément liés à la recherche et plus encore à la recherche d’excellence.

Une frontière mince entre deux vastes mondes

Cette étude repose sur un panel de douze technologies de rupture, ayant fait l’objet de 101 000 dépôts de familles de brevets entre 2010 et 2021. Dans toute cette étude, comme dans la précédente, nous parlons exclusivement de familles de brevets ayant été déposées dans au moins deux offices nationaux (ou bien auprès de l’OMPI ou de l’OEB), de manière à écarter les brevets purement défensifs, très nombreux en Chine notamment, qui donneraient une image faussée des activités innovantes.

En moyenne, chacun de ces brevets de rupture cite 8 autres brevets à l’appui de sa demande de protection, ainsi que 1,6 référence « hors brevets » (non-patent literature, NPL), dont une publication scientifique identifiable dans le Web of Science (voir figure 2.1). Ce nombre moyen de 1,6 citation NPL par brevet cache une distribution hétérogène : 30 % des brevets de rupture citent au moins une référence NPL, par conséquent les deux tiers restants n’en mentionnent aucune. La citation dans un brevet d’un ou plusieurs articles scientifiques n’a donc rien de systématique, y compris pour des technologies choisies pour leur caractère disruptif.

Dans toute la suite de cet ouvrage, nous allons donc étudier les liens de citation entre environ cent mille brevets de rupture correspondant à douze technologies et les cent mille articles scientifiques auxquelles ils se réfèrent. Cette première photographie appelle trois remarques. La première est que le taux de 30 % de brevets « citants » que nous observons dans notre échantillon est commensurable, mais significativement supérieur à celui de 12,7 % trouvé par Ahmadpoor et Jones (op. cit.)25. Nous trouvons ainsi dans leur travail une double confirmation : tout à la fois des ordres de grandeur en présence et du caractère distinctif de notre échantillon, centré sur des brevets de rupture, dont il n’est pas anormal de constater qu’ils citent des articles scientifiques presque trois fois plus fréquemment que la moyenne.

La deuxième remarque s’appuie sur le tableau ci-après : elle consiste à relever que les brevets citants de notre échantillon représentent à peine 2 % du total des brevets citants déposés dans le monde, toutes technologies confondues. De leur côté, les articles scientifiques qu’ils citent correspondent à un demi-pourcent, au maximum, de la littérature publiée dans les mêmes domaines. En d’autres termes, notre échantillon de douze technologies de rupture, toutes identifiées par des panels de haut niveau pour leur capacité à renforcer ou à décarboner l’industrie, ne participe que pour une modeste part aux efforts de recherche et d’innovation déployés dans le monde au même moment.

La troisième remarque provient de la lecture de la dernière colonne du tableau : la part des articles cités par les brevets comportant au moins un auteur travaillant dans une entreprise varie de 10 % à 25 % selon la technologie considérée. Autrement dit, 75 % à 90 % des articles cités ont été produits par des chercheurs académiques uniquement.

Corpus de brevets et d’articles cités en référence

Sources : base OST-Patstat printemps 2024, base ROS 2024, base OpenAlex 2024, base OST-Web of Science (année 2021 complète à 95 %), calculs OST-Hcéres.
Note : les données sources figurent dans l’annexe B à ce rapport. Sont prises en compte les familles de brevets déposées dans au moins deux offices nationaux, auprès de l’OEB ou de l’OMPI.
On dénombre environ 163 000 citations hors brevets (« Non Patent Literature ») indexées dans la base OpenAlex (OA), parmi lesquelles 109 000 environ peuvent en outre être repérées dans la base OST-WoS. Cette base des publications contient les articles datant de 1999 à aujourd’hui.

Publications citées par les brevets et publications totales, dans les trois domaines scientifiques les plus représentés (le « noyau »), 2010-2021

Sources : base OST-Patstat printemps 2024, base ROS 2024, base OpenAlex 2024, base OST-Web of Science (année 2021 complète à 95 %), calculs OST-Hcéres.

Notes : une partie de ces données sont détaillées dans les annexes B et F à ce rapport. Sont prises en compte les familles de brevets déposées dans au moins deux offices nationaux, auprès de l’OEB ou de l’OMPI.
* La base des publications OST-Web of Science contient les publications datant de 1999 à aujourd’hui.

De grands écarts d’une technologie à l’autre

Les taux évoqués ci-dessus sont des moyennes sur un ensemble de douze technologies : comme le montre le tableau ci-contre, le nombre total de brevets tout comme le nombre moyen de citations par brevet varient sensiblement de l’une à l’autre. Pour ce qui concerne les citations vers d’autres brevets, la plage de variation est relativement contenue : de 4,8 à 16,5 brevets cités par brevet de rupture. Pour les citations vers des articles scientifiques, la distribution est beaucoup plus hétérogène et s’étale de 11 articles cités par brevet dans le cas de l’ARN messager à 0,04 dans le cas des éoliennes en mer. De la même manière, la proportion de brevets qui citent des contributions scientifiques varie amplement. Pour deux technologies (batteries et éoliennes), environ 10 % des brevets de rupture citent au moins une référence hors brevets. Ce taux monte à près de 20 % dans le cas de l’hydrogène et à près de 30 % pour l’acier bas carbone, le recyclage biologique des plastiques et le photovoltaïque, puis à près de 40 % pour le recyclage des métaux stratégiques et la spintronique, à 50 % pour la nanoélectronique et les carburants durables pour le secteur aérien, à 70 % pour l’ordinateur quantique et à 90 % pour l’ARN messager.

Citations par les brevets de rupture (brevets et hors brevets), 2010-2021

Sources : base OST-Patstat printemps 2024, base ROS 2024, base OpenAlex 2024, base OST-Web of Science (année 2021 complète à 95 %), calculs OST-Hcéres.

Notes : sont prises en compte les familles de brevets déposées dans au moins deux offices nationaux, auprès de l’OEB ou de l’OMPI.

* Références aux technologies antérieures pertinentes, protégées ou décrites dans d’autres brevets déposés.

** Publications scientifiques, actes de colloque, ouvrages, etc.

*** La base des publications OST-Web of Science contient les publications datant de 1999 à aujourd’hui.

En résumé, comme le montre la figure 2.4 (a), les technologies de rupture varient sensiblement par le nombre de brevets auxquels elles donnent lieu, tout comme par l’intensité de leur relation avec la production académique. L’article de Ahmadpoor et Jones (op. cit.) confirme là encore cette hétérogénéité, comme on peut le voir dans la figure 2.4 (b). Celle-ci représente, pour une série d’exemples-types de domaines scientifiques et technologiques, la distribution de la distance à la frontière des publications et des brevets. Ainsi, par exemple, 20 % des articles en biochimie et biologie moléculaire sont à la frontière, c’est-à-dire cités par au moins un brevet (distance = 1), tandis que plus de 50 % sont à une distance de 2. Cet ensemble de courbes atteste que la proportion de brevets citants varie sensiblement d’un domaine technologique à l’autre.

Nous avons d’ailleurs reproduit, sur la figure 2.4 (c), la moitié droite de cette figure relative aux domaines technologiques, en plaçant pour comparaison les proportions de brevets citants des technologies de notre propre échantillon. La conformité est très grande dans le domaine du vivant (ARN messager dans notre échantillon, organismes multicellulaires dans le leur). Pour ce qui est des TIC, les proportions de brevets citants sont souvent plus élevées dans notre échantillon (ordinateur quantique, nanoélectronique, spintronique, photovoltaïque) que dans le leur (ordinateurs et logiciels), ce qui peut être imputable à des différences de maturité technologique ou au caractère disruptif des technologies que nous avons repérées.

De fortes variations d’une technologie à l’autre
(a) Les 12 corpus de brevets de rupture

Note : la surface des rectangles est proportionnelle au nombre total de brevets.
La surface colorée en jaune représente la fraction d’entre eux qui citent des articles scientifiques

De fortes variations d’une technologie à l’autre
b) La distribution de la distance à la frontière des articles et des brevets
dans quelques exemples de domaines scientifiques et technologiques,
selon Ahmadpoor et Jones

Source : Ahmadpoor et Jones (2017)
Note de lecture : en mathématiques, presque aucun article ne se situe à la frontière, autrement dit n’est cité par au moins un brevet. La distance modale de la distribution (c’est-à-dire la distance correspondant au cas le plus fréquent) est légèrement supérieure à 4. En informatique, 45 % des articles scientifiques sont à la frontière de telle sorte que la distance modale de la distribution est de 1.

(c) Distribution de la distance à la frontière des brevets dans quelques exemples de domaines technologiques, selon Ahmadpoor et Jones, et comparaison avec les technologies de notre corpus

Source : Ahmadpoor et Jones (2017)
Note de lecture : dans le champ des technologies ayant trait aux organismes multicellulaires, 90 % des brevets citent au moins un article scientifique, ce qui correspond exactement à la proportion de brevets citants dans la technologie « ARN messager » de notre panel.

Le poids déterminant des articles les plus cités

Ainsi que l’établissent Tussen et al. (2000) dans leur analyse centrée sur les Pays-Bas, il est couramment admis que les meilleurs brevets s’inspirent de la meilleure science ou, pour le dire plus précisément, que les articles scientifiques fréquemment cités par les autres papiers de recherche sont aussi plus souvent repris par les brevets. Ahmadpoor et Jones (op. cit.) en apportent une confirmation : ils appellent home run le fait pour un article ou un brevet de faire partie des 5 % les plus cités de son domaine pendant une année donnée. La probabilité pour une publication de réaliser un home run est donc en moyenne de 5 %, par définition, mais ils mesurent un taux de plus de 18 % pour les publications situées à la frontière, c’est-à-dire directement citées par des brevets.

L’effet est plus net encore dans notre échantillon, comme on peut le voir dans le tableau ci-contre : la proportion des articles cités par les brevets figurant non pas dans le top 5 % mais dans le top 1 % des articles les plus cités y est supérieure à 16 % ! Il est alors manifeste que les brevets de rupture se réfèrent préférentiellement aux publications scientifiques ayant le plus fort impact, c’est-à-dire les plus novateurs simultanément sur les plans scientifique et technologique (Jonkers et Sachwald, op. cit. ; 2018 ; Quemener et al., 2024).

Part des articles cités par les brevets de rupture figurant au sein du top 1 % des articles les plus cités (dans les trois domaines les plus représentés)

base OST-Patstat printemps 2024, base ROS 2024, base OpenAlex 2024, base OST-Web of Science (année 2021 complète à 95 %), calculs OST-Hcéres.
Note : ces données sont détaillées dans l’annexe G à ce rapport. Sont prises en compte les familles de brevets déposées dans au moins deux offices nationaux, auprès de l’OEB ou de l’OMPI.

La figure 2.6 ci-après montre que ce tropisme vers l’excellence est perceptible dans toutes les technologies de notre échantillon. La lecture des données est la suivante : par exemple dans la case en haut à gauche, qui concerne la « physique de la matière condensée » (le panel PE3 du Conseil européen de la recherche), les 10 % d’articles les plus cités (ceux du premier décile) reçoivent en moyenne 5,8 citations par article. Mais, si on se restreint aux articles de ce même panel PE3 cités par les brevets de rupture de notre échantillon (en l’occurrence ceux qui concernent les quatre domaines du photovoltaïque, de la nanoélectronique, de la spintronique et de l’ordinateur quantique), les publications du premier décile reçoivent cette fois un taux moyen variant entre 15 et 25,6 citations par article. Les brevets de rupture ont donc une propension manifeste à citer les articles à très fort impact académique ; autrement dit, ils s’adossent préférentiellement à l’excellence scientifique.

Nombre moyen par article de citations, pour la totalité des publications scientifiques et pour celles citées par les brevets de rupture, triés par décile, dans quatre exemples de panels scientifiques de l’ERC

Source : base OST-Patstat printemps 2024, base ROS 2024, base OpenAlex 2024, base OST-Web of Science (année 2021 complète à 95 %), calculs OST-Hcéres.
Notes : ces données sont détaillées dans l’annexe E à ce rapport. Sont prises en compte les familles de brevets déposées dans au moins deux offices nationaux, auprès de l’OEB ou de l’OMPI.

Une première caractérisation des douze technologies

Les données qui précèdent indiquent que les douze technologies de rupture de notre échantillon possèdent des caractéristiques bibliométriques qui les distinguent à la fois des autres technologies « courantes » (part de brevets citant des articles scientifiques, proportion citant des articles scientifiques à très fort impact), mais également entre elles. On trouve là le prolongement d’un constat déjà esquissé dans la note précédente (Bellit et Charlet, op. cit.). La taille des corpus de brevets, leur rythme de croissance, la place respective des différents pays dans les dépôts de brevets… tous ces indicateurs expriment à leur manière que ces douze technologies, quand bien même elles figurent sur un pied d’égalité dans les rapports d’experts qui analysent les leviers de transformation de l’industrie européenne au xxie siècle, ont en réalité une physionomie, des racines scientifiques et une cinétique d’expansion très différentes.

De ce fait, on peut être tenté de s’en donner une représentation synthétique qui refléterait leur niveau de « disruptivité ». Le but avoué de ce questionnement est d’examiner si le rôle des différents pays, en Europe, en Asie et en Amérique du Nord, dans les dépôts de brevets de chaque technologie, a quelque chose à voir avec la maturité de cette dernière ou au contraire avec le caractère encore exploratoire des recherches scientifiques dont elle se nourrit. Il existe bien un indicateur de disruptivité proposé par des chercheurs, dont la note précédente s’est d’ailleurs fait l’écho, mais il est controversé, suspecté d’être entaché d’un biais méthodologique (cf.encadré ci-contre).

Nous proposons donc une simple analyse en composantes principales de notre échantillon de douze technologies de rupture, chacune étant caractérisée par quinze variables26. Le traitement complet est développé dans l’annexe I ; nous nous concentrons ici sur la présentation et l’interprétation des résultats (les deux premiers axes obtenus représentent 51 % de la variance).

La première chose qui distingue ces technologies de rupture est de savoir si les déposants américains y détiennent une part plus que proportionnelle, auquel cas les co-dépôts public-privé et le nombre moyen de citations de publications scientifiques tendent également à être plus élevés. Au contraire, là où les déposants japonais et coréens occupent un rôle prééminent, on observe un volume total de brevets plus important et une part des entreprises parmi les déposants plus élevée que la moyenne. Ainsi, il y a donc bien, d’une technologie à l’autre, un rapport entre le poids relatif des principaux pays parmi les déposants et la cinétique de production de connaissance. La suite de cet ouvrage apporte des éclaircissements complémentaires sur ce point. Une fois ce premier tri opéré, la deuxième distinction consiste à se demander si la progression du nombre de brevets déposés est positive ou au contraire nulle, voire négative.

Sur cette base, les douze technologies peuvent être classées en quatre groupes. Le premier groupe rassemble les technologies où les déposants asiatiques (et les entreprises) occupent une place prédominante et dont la croissance du nombre de brevets est nulle ou mesurée : hydrogène pour les transports, batteries pour véhicules électriques, photovoltaïque, spintronique, acier bas carbone. Le deuxième « groupe » se rapporte à une seule technologie, en très vive progression et où la part mondiale des déposants américains est particulièrement élevée : l’ordinateur quantique. Le troisième groupe concerne des technologies dont la progression est mesurée, voire négative et où les déposants américains occupent une place prééminente : les SAF, la nanoélectronique et l’ARNm. Le quatrième groupe, enfin, rassemble les autres technologies, souvent celles où les pays européens ont une part plus importante : éoliennes en mer, recyclage des métaux stratégiques, recyclage biologique des plastiques.

• 25 — Ils trouvent un taux de 21 % parmi les brevets connectés, qui représentent 60,5 % du total des brevets.
• 26 — Ces quinze variables sont : (i) le nombre total de familles de brevets de rupture déposés, (ii) le taux de croissance annuelle du nombre de brevets déposés, (iii-vi) les parts mondiales respectives des États-Unis, du Japon, de la Corée et de la Chine, (vii) la part des brevets citants sur le total des brevets, (viii) le nombre moyen de citations de brevets, (ix) le nombre moyen de citations « hors brevets » repérables dans OpenAlex, (x) le nombre moyen de citations académiques repérables dans le Web of Science, (xi) la part des entreprises parmi les déposants, (xii) la part des co-dépôts public-privé, (xiii) la part cumulée des douze premiers déposants sur le total des brevets déposés, (xiv) l’âge médian des publications académiques citées par les brevets et (xv) la part des citations hors brevets ayant au moins un auteur travaillant en entreprise. Cf. annexe I.

Des profils nationaux fort distincts

Le Japon, la Chine, la Corée, les États-Unis ou encore les États européens n’investissent pas le processus d’innovation aux mêmes étapes ni avec le même rendement. Ces différences entre pays, manifestes, sont cohérentes sur la totalité des technologies étudiées. Comme si tout était affaire d’efficacité des politiques publiques et des écosystèmes privés, quel que soit le domaine envisagé.

Le poids des pays relevé à cinq étapes successives

Les deux premiers chapitres de cet ouvrage ont montré qu’il était possible d’appréhender le processus d’innovation selon un schéma linéaire et séquentiel, depuis la recherche qui produit des publications scientifiques jusqu’à des dépôts de brevets. Cela nous autorise à segmenter ce flux descendant en différentes étapes, auxquelles nous mesurons les parts respectives des principaux pays étudiés (cf. figure 3.1) : primo dans les publications scientifiques mondiales tous domaines confondus, secundo dans la production académique au sein du noyau scientifique de chaque technologie, tertio parmi les articles effectivement cités par les brevets de chaque technologie (en d’autres termes parmi les citations NPL des brevets de rupture), quarto dans les brevets de rupture citants et quinto dans l’ensemble des brevets de rupture.

Les étapes depuis la recherche jusqu’au dépôt de brevet

La figure simplifiée 3.2, ainsi que la figure complète en annexe I, révèlent à quel point ces pays n’interviennent pas uniformément dans le développement des technologies de rupture. Au contraire, leurs parts mondiales varient sensiblement selon les étapes du processus. Commençons par le Japon. Ce pays est à l’origine de 4 % des articles scientifiques référencés dans le corpus total, toutes disciplines confondues. Si l’on restreint la focale au noyau scientifique des technologies de rupture (c’est-à-dire aux trois domaines scientifiques les plus fréquemment cités par les brevets, qui sont des combinaisons singulières de sous-domaines des sciences physiques, de l’ingénieur et du vivant), sa part mondiale s’élève à 5 % en moyenne. Si l’on resserre une nouvelle fois le champ d’analyse et que l’on tient compte uniquement des publications effectivement citées par les brevets (les citations NPL), alors son poids mondial grimpe à 10 %. Poursuivant ce cheminement le long du processus d’innovation, on étudie cette fois les brevets citants, autrement dit le sous-ensemble des brevets de rupture qui citent des articles scientifiques : le poids mondial du Japon monte en ce cas à 16 %. Et si l’on considère, pour finir, l’ensemble des brevets de rupture, il atteint 22 %.

Parts mondiales moyennes de sept pays au cours des étapes successives du processus d’innovation

Hormis le tout premier, ces chiffres sont des moyennes calculées sur l’ensemble des technologies étudiées. Or, comme on peut le voir sur la figure complète en annexe I, cet accroissement continu de la part mondiale du Japon se retrouve sur chacune : cette capacité du pays à « monter en puissance » depuis la recherche jusqu’à l’innovation peut être généralisée à tout l’échantillon. On voit également que, avec des parts mondiales certes moins élevées à ces différentes étapes, la Corée présente le même profil : elle joue, elle aussi, un rôle croissant à mesure que l’on se dirige vers l’aval du processus.

Les États-Unis ont un profil radicalement différent. Leur poids mondial dans le corpus total est de 18 %. Si l’on s’en tient au noyau scientifique des technologies, la part mondiale du pays chute à 13 % en moyenne. Mais si on ne parle que de la fraction de ces articles qui sont effectivement cités par les brevets, c’est-à-dire des citations NPL, alors le poids des États-Unis augmente brutalement et représente 37 % du total mondial ! De sorte que, même avec une légère décrue lors des deux dernières étapes de ce processus séquentiel, respectivement pour les brevets citants et la totalité des brevets de rupture, le poids mondial des États-Unis dans les technologies de rupture aboutit à une moyenne de 24 %, ce qui est significativement supérieur à son poids dans l’ensemble des publications scientifiques en début de processus. On retient que le pays occupe une place décisive dans la production de « science brevetable » ou, pour le dire plus précisément, d’articles scientifiques repris par les brevets.

La dernière case du tableau révèle des diagrammes analogues pour les trois pays européens que sont la France, l’Allemagne et le Royaume-Uni. Vus de loin, ces trois pays ont un profil relativement proche de celui des États-Unis, avec toutefois des variations qui ont leur importance. La France représente 2,8 % des publications mondiales et à peu près autant concernant les publications du noyau scientifique des technologies étudiées. Sa part mondiale monte à 5,3 % si l’on se restreint aux articles cités par les brevets : la France affiche donc, comme les États-Unis, une production scientifique attractive aux yeux des déposants de brevets. Malheureusement, elle connaît ensuite deux reculs successifs, quand il s’agit des brevets citants puis de l’ensemble des brevets de rupture, où sa part mondiale retombe à 3,5 %. L’Allemagne, qui part d’un peu plus haut (4,2 % des articles scientifiques mondiaux), bénéficie d’une attractivité similaire de ses publications scientifiques pour les déposants de brevets, de sorte qu’elle produit 9,2 % de la littérature citée par les brevets. Mais, à la différence de la France, elle ne cède pratiquement pas de terrain sur l’aval du processus, est finalement à l’origine de 8,7 % des brevets de rupture déposés dans le monde, en moyenne sur l’ensemble des technologies de notre échantillon. À l’inverse, le Royaume-Uni dont les publications scientifiques sont là encore très attractives, si on compare son poids mondial dans les citations NPL et celui dans le noyau de chaque technologie, enregistre un repli assez sévère au moment de passer de la science aux brevets, et ne représente plus que 2,3 % du total mondial des brevets de rupture, en moyenne sur les technologies que nous étudions.

La situation de la Chine est très différente. Au départ, son poids dans la science mondiale est très proche de celui des États-Unis, soit 18 % des articles repérés dans le corpus total. La recherche chinoise est manifestement très orientée vers les sciences de l’ingénieur, la physique et la chimie puisque sa position moyenne dans le noyau scientifique des technologies de rupture est nettement plus élevée, autour de 27 %. Pourtant, lorsqu’on se restreint aux articles qui sont effectivement cités par les brevets, alors la part mondiale de la Chine s’effondre littéralement à 14 %. Si l’on en vient aux brevets qui citent des articles scientifiques, elle décroît encore à 7 %. Même en remontant un peu la pente en fin de processus, le pays ne totalise plus que 11 % des brevets de rupture que nous étudions, ce qui est sensiblement inférieur à son poids dans les publications scientifiques mondiales. Tout se passe donc comme si la Chine consentait un effort scientifique très intense, particulièrement dans les domaines qui servent de soubassement scientifique aux technologies de rupture, mais que cette production scientifique ne parvenait ni à convaincre les déposants mondiaux de brevets ni à alimenter une capacité nationale à déposer des brevets de rupture. La figure 3.3 en atteste, qui présente la corrélation entre part mondiale des publications du noyau et part mondiale des citations NPL, pour chaque pays et chaque technologie. On voit en bas à droite du graphique combien la recherche chinoise dans les domaines scientifiques du noyau de chaque technologie est faiblement convertie en citations académiques par les brevets, par contraste avec les autres pays et tout particulièrement avec les États-Unis (sur la partie haute du graphique). Cette observation est cohérente avec les résultats de Gazni et Ghaseminik (op. cit.), qui portent sur les brevets déposés auprès de l’office américain et ayant un impact technologique élevé (c’est-à-dire faisant partie du top 1 % en matière de citations reçues d’autres brevets), sur la période 2012-2016.

Positionnement, pour chaque pays et chaque technologie, selon la part mondiale dans les publications du noyau et la part mondiale dans les citations académiques de brevets

En résumé, ces sept pays affichent des atouts relatifs qui sont à la fois variables selon les étapes du processus d’innovation et relativement stables d’une technologie à l’autre. Ce constat nous oriente vers l’idée que certains des systèmes nationaux d’innovation, combinant politiques publiques et capacités industrielles, sont plus efficaces que d’autres à ces différentes étapes, presque indépendamment des technologies considérées. Il apparaît ainsi que les États-Unis, et avec eux les trois pays européens étudiés, présentent un avantage comparatif dans la phase amont du processus, lorsqu’il s’agit d’extraire de leur production scientifique un sous-ensemble d’articles utiles et pertinents pour les déposants de brevets. Au contraire, le Japon et la Corée parviennent à augmenter leur part mondiale à chaque étape, à mesure que l’on s’éloigne de la science et que l’on se rapproche du marché. Comme on va le voir dans les pages suivantes, le découplage science-marché semble assez patent dans les pays occidentaux, tandis qu’on peut avancer l’idée d’un meilleur alignement entre les efforts public et privé d’innovation au Japon et en Corée. La Chine, quant à elle, semble aujourd’hui dans une position intermédiaire, marquée par un effort spectaculaire de publication scientifique dans les domaines concernés, mais qui peine encore aujourd’hui à convaincre les déposants internationaux de brevet. Nous ne disposons pas d’éléments robustes pour affirmer si cela est en train d’évoluer (hormis le fait qu’elle est très active dans les dépôts de brevets).

Des caractéristiques nationales observables sur toutes les technologies

Nous reproduisons ici les résultats principaux de l’annexe L, qui vise à examiner séparément la portée de deux effets : l’effet « pays » et l’effet « technologie ». Comme introduit plus haut, l’hypothèse d’un effet « pays » s’appuie sur l’idée que les relations entre nos données varient significativement d’un pays à l’autre, pour différentes raisons possibles : l’efficacité de leurs politiques et institutions publiques et de leurs écosystèmes privés, une somme d’effets géographiques imputables à la taille des pays étudiés, des affinités linguistiques ou culturelles plus développées entre certains pays… Cette hypothèse est tacitement admise chaque fois qu’un exercice de benchmarking encourage un État à s’inspirer de « bonnes pratiques » repérées à l’étranger. En complément, l’hypothèse d’un effet « technologie » énonce que ces corrélations varient significativement d’une technologie à l’autre du fait des caractéristiques intrinsèques des secteurs économiques et scientifiques concernés : l’intensité en connaissances de pointe, les coûts fixes et les durées minimales d’investissement à consentir pour parvenir à une innovation solvable, le rythme d’entrée des nouveaux concurrents, l’intensité capitalistique… Toutes choses qui, on le sait, varient éminemment d’un marché à l’autre. La notion de « régime technologique » a précisément été forgée pour illustrer cette idée que toutes les technologies ne pouvaient pas avoir le même métabolisme ni les mêmes leviers d’activation, ce qui complique d’autant l’analyse comparative des politiques publiques entre pays. Comme nous allons le voir étape par étape, l’effet « pays » apparaît significatif dans toutes les corrélations testées, tandis que l’effet « technologie » ne l’est que très rarement.

En premier lieu, on examine dans quelle mesure, pour chaque pays et chaque technologie, l’effort de recherche dans les domaines du noyau est converti en un grand nombre de citations NPL – reflet d’un critère que nous nommons excellence. Le tableau L-1 indique que le coefficient de la corrélation entre ces deux grandeurs27 varie très significativement d’un pays à l’autre, mais pas d’une technologie à l’autre : l’hypothèse d’un effet « pays » est donc validée, tandis que celle d’un effet « technologie » est rejetée. La Chine et la Corée étant prises ici pour pays de référence, la France et le Japon se détachent avec des coefficients de corrélation un peu plus élevés, puis l’Allemagne, et enfin les États-Unis et le Royaume-Uni avec les pentes les plus prononcées. Ce critère de l’excellence est sans nul doute une caractéristique distinctive des puissances scientifiques anglo-saxonnes28.

On se demande en deuxième lieu dans quelle mesure les dépôts de brevets de rupture qui s’appuient explicitement sur la science (les brevets citants) sont corrélés aux publications d’articles cités par des brevets (les citations NPL), ce que nous appelons cohérence. Comme dans le cas précédent, le tableau L-2 montre que les termes de la corrélation entre ces deux grandeurs29 ne varient pas significativement d’une technologie à l’autre mais très significativement d’un pays à l’autre. À nouveau, l’hypothèse d’un effet « pays » est la seule validée ici.

L’ordre des pays n’est pas le même en revanche : les économies française, britannique et chinoise ont une propension à déposer des brevets citants à peu près indépendante de leur poids dans les citations NPL. Les industriels allemands, curieusement, déposent volontiers des brevets citants faisant appel à des domaines scientifiques où la recherche allemande est plutôt moins présente – la pente est négative (peut-être est-ce là un artefact lié à l’échantillon de technologies retenues). De leur côté, les entreprises américaines, japonaises et coréennes ont une propension à déposer des brevets citants très fortement alignée sur la tendance des laboratoires nationaux à publier des articles qui seront repris par des brevets. C’est sans doute à cette étape-là que la faiblesse européenne pour transformer son effort de recherche en innovations de rupture est la plus manifeste.

En troisième lieu, on teste la corrélation entre la part mondiale des brevets citants et la part mondiale des brevets de rupture, en lien avec un critère que nous appelons passage à l’échelle (tableau L-3). Comme dans les deux cas précédents, l’hypothèse d’un effet « technologie » n’est pas validée. On remarque toutefois qu’il n’y a pas non plus de différence manifeste dans les coefficients de corrélation d’un pays à l’autre lors de cette dernière étape.

Nous menons ensuite deux derniers tests, qui exploitent cette fois des indicateurs relatifs, autrement dit des indicateurs d’intensité : publications ou brevets par habitant, indice de spécialisation scientifique… Il s’agit là d’évacuer un biais possible dû à la taille des économies étudiées30.

Le premier de ces deux tests consiste à se demander si un effort de recherche orienté de manière plus que proportionnelle dans un domaine donné (autrement dit un indice de spécialisation élevé d’un pays dans ce domaine) se traduit par une production plus élevée par habitant d’articles du même domaine qui seront cités par des brevets – critère que nous appelons sélectivité (cf. tableau L-4). Comme dans les cas précédents, l’hypothèse d’un effet « technologie » n’est pas validée (sauf pour le cas particulier de l’ARN messager, peut-être à cause de l’influence des États-Unis), tandis que celle d’un effet « pays » est confirmée, quoique modestement significative31. Pour la Chine, le Japon, la France et l’Allemagne, la droite est presque horizontale : le nombre par habitant des citations académiques de brevets n’est pas favorisé par la spécialisation du pays dans les domaines concernés. Pour la Corée, les États-Unis et le Royaume-Uni, en revanche, la pente est nettement positive : plus la recherche de ces pays est spécialisée dans les domaines scientifiques du noyau, plus le nombre par habitant des citations NPL de brevets est élevé.

La dernière corrélation testée ici, en guise de synthèse, est celle que l’on peut observer entre le nombre par habitant de citations académiques de brevets et le nombre par habitant de brevets de rupture (tableau L-5). Les deux effets « pays » et « technologie » sont confirmés ici, même si le premier des deux est plus significatif que le second. Les quatre pays occidentaux (France, Allemagne, Royaume-Uni et États-Unis) ont des droites quasi horizontales : leur nombre par habitant de brevets de rupture n’est pas plus élevé dans les technologies pour lesquelles ils affichent une excellence scientifique particulière, mesurée en nombre par habitant de citations NPL. La Chine et, plus nettement encore, la Corée et le Japon présentent des pentes ascendantes : leur nombre par habitant de brevets de rupture est positivement corrélé à leur nombre par habitant de citations académiques de brevets. On serait tenté de conclure que, dans ces trois pays, les efforts d’innovation public et privé sont davantage alignés que dans les pays occidentaux où ils s’appréhendent indépendamment l’un de l’autre. Sans surprise, la pente apparaît donc particulièrement ascendante dans les domaines de l’hydrogène, du photovoltaïque et des batteries.

Excellence anglo-saxonne versus cohérence asiatique ?

La figure 3.4 propose une expression synthétique des résultats précédents, sous la forme d’une combinaison de critères. Ont déjà été définis plus haut ceux de l’excellence, de la sélectivité, de la cohérence et du passage à l’échelle. On ajoute encore le critère de la focalisation, qui désigne la propension d’un pays à concentrer sa production scientifique dans les disciplines utiles aux technologies : il s’agit du ratio entre sa part mondiale moyenne dans le noyau scientifique des différentes technologies et sa part mondiale dans le Web of Science, toutes disciplines confondues.

Caractérisation synthétique du profil de sept pays aux différentes étapes du processus séquentiel d’innovation de rupture

Lecture des données : focalisation excellence cf. cohérence passage à l’échelle

Ces indicateurs sont proposés ici pour les sept pays étudiés précédemment et schématisés sous forme d’un radar. On y retrouve visuellement ce que les analyses précédentes expriment.

Premièrement, le Royaume-Uni et les États-Unis se distinguent par leur aptitude à combiner excellence et sélectivité : leur appareil de recherche est donc capable de produire une quantité élevée d’articles scientifiques qui s’avéreront utiles aux déposants de brevets.

Deuxièmement, la Corée, qui bénéficie également d’une sélectivité élevée, détient surtout une position remarquable sur les critères de cohérence et de focalisation : l’alignement est très fort entre les efforts technologiques de son industrie et les efforts scientifiques de son système de recherche, par ailleurs assez fermement centrés sur les domaines scientifiques du noyau des technologies32. On peut ajouter, en lisant le tableau, qu’elle est la seule à ne jamais présenter un score en-deçà de la moyenne sur aucun des critères.

Troisièmement, le Japon affiche lui aussi un score comparativement élevé sur les deux critères de cohérence et de focalisation, auxquels il convient d’ajouter une capacité de passage à l’échelle impressionnante ainsi qu’un score appréciable sur le critère de l’excellence. La Chine se distingue aux deux extrémités du processus, sur les critères de focalisation et de passage à l’échelle. Par comparaison avec ces pays, la France et l’Allemagne sont en retrait sur tous les critères.

• 27 — Il s’agit donc de la corrélation entre la part mondiale des publications du noyau (variable explicative) et la part mondiale des citations NPL de brevets (variable dépendante), pour chaque pays et chaque technologie.
• 28 — On donne ici le même nom et la même signification à deux indicateurs différents. Le critère de l’excellence, tel qu’il est défini en début de paragraphe et repris dans le tableau synthétique de fin de chapitre, est un ratio entre deux parts mondiales : pour chaque pays et chaque technologie d’abord, puis pour chaque pays en moyenne sur l’ensemble des technologies étudiées. D’autre part, l’analyse des covariances contenue dans l’annexe L et dont les conclusions sont présentées ici vise à distinguer de possibles effets « pays » et « technologie » : elle porte donc sur le coefficient de corrélation entre ces mêmes parts mondiales. Assimiler ces deux définitions revient à faire abstraction des termes constants des régressions (les ordonnées à l’origine). Comme on peut le voir en annexe L, cette approximation arithmétique ne fausse pas les interprétations.
• 29 — Il s’agit donc de la corrélation entre la part mondiale des citations NPL (variable explicative) et la part mondiale de brevets citants (variable dépendante), pour chaque pays et chaque technologie.
• 30 — Si un pays représente 15 % du PIB mondial, on pourrait s’attendre à ce qu’il représente à peu près 15 % de toutes les variables étudiées, ce qui ferait apparaître des corrélations artificielles entre des variables en réalité toutes dépendantes de la taille de l’économie.
• 31 — Il est question, en l’occurrence, de la corrélation entre la spécialisation relative d’un pays donné dans les trois domaines scientifiques du noyau d’une technologie (variable explicative) et le nombre par habitant de citations académiques reprises dans les brevets de la technologie en question (variable dépendante).
• 32 — Ces situations d’alignement ou au contraire de désalignement, dans chaque pays, entre les domaines des articles scientifiques publiés et ceux des brevets déposés reflètent en partie des structures sectorielles héritées de longue date. Le propos n’est pas ici de les attribuer entièrement à l’efficacité à court terme des politiques publiques.

La circulation mondiale des connaissances

Dans toutes les technologies de rupture, la connaissance circule entre auteurs d’articles et déposants de brevets sur un marché mondial très ouvert, de sorte que les déposants citent principalement des articles étrangers à leur propre pays. Chaque pays pourrait donc envisager comme deux atouts indépendants la capacité de sa recherche à produire une science brevetable et celle de ses entreprises à puiser aux meilleures sources scientifiques du monde.

Des flux transnationaux de la science vers la technologie

Ce chapitre33 est consacré à l’analyse des flux de citations. On se dote pour cela des définitions suivantes. On appelle évaporation scientifique, pour un pays et une technologie donnés, la part que représentent les brevets étrangers dans les citations des articles issus des laboratoires nationaux. Il s’agit alors d’apprécier à quel point la science domestique « échappe » aux déposants du même pays, alimentant ainsi les efforts étrangers d’innovation.

En sens contraire, on nomme captation scientifique, toujours pour un pays et une technologie donnés, la part que constituent les articles étrangers dans les publications citées par les brevets domestiques. Il est ici question de mesurer l’attrait des déposants domestiques pour ces sources scientifiques étrangères.

La figure 4.1 représente, pour 12 pays et 10 technologies, les coefficients d’évaporation et de captation scientifiques. Les pays sont répartis en abscisse ; pour chacun d’eux, les 10 valeurs prises par les coefficients d’évaporation et de captation, au gré des technologies étudiées, sont synthétisées sous la forme de « boîtes à moustache »34.

Taux d’évaporation et de captation scientifiques pour l’ensemble des technologies étudiées sur un panel de 12 pays

Source : OST-Hcéres. Traitements La Fabrique.

Note : le panel comprend, pour chaque technologie, les 9 premiers pays publiants et les 9 premiers pays déposants citants. Le panel complet comprend donc les pays suivants, qui ne sont pas toujours représentés pour chaque technologie : Australie, Canada, Suisse, Chine, Allemagne, France, Royaume-Uni, Japon, Corée, Pays-Bas, Taïwan, États-Unis.

Lecture des données :en Australie, les taux d’évaporation scientifique calculés pour chacune des technologies disponibles sont compris dans un intervalle allant de 90 à 92 % et les taux de captation scientifique sont compris dans un intervalle allant de 79 à 86 %.

On constate que, sur l’ensemble des technologies étudiées, le coefficient d’évaporation scientifique est très élevé, majoritairement entre 80 % et 90 % pour tous les pays, à l’exception des États-Unis où il se situe entre 40 % et 50 %. De même, le taux de captation scientifique est très élevé, là encore situé en majorité entre 80 % et 90 %, sauf pour la Chine (entre 65 % et 80 %) et les États-Unis (entre 60 % et 70 %). En définitive, quels que soient le pays et la technologie considérés, les publications scientifiques issues des laboratoires domestiques bénéficient dans leur immense majorité aux déposants étrangers de brevets de rupture.

Les petits pays, exportateurs de science

On confirme la corrélation robuste entre captation et évaporation scientifiques, dans la figure 4.2 et les calculs détaillés du tableau J-2 en annexe, après avoir exclu la Chine de l’échantillon. Le fait que les déposants d’un pays donné puisent beaucoup à des sources scientifiques étrangères (aboutissant par là à un taux de captation élevé) n’est donc pas le signe que sa science domestique est de qualité insuffisante et qu’elle serait dénigrée par les entreprises étrangères, bien au contraire.

En observant attentivement ce graphique, on note également que les grands pays – et principalement les États-Unis – se comportent en termes relatifs en importateurs nets de science à l’égard du reste du monde : leur taux de captation atteint dans certaines technologies le double de leur taux d’évaporation. En complément, comme le montre le graphique J-3 en annexe, on relève que le taux d’évaporation scientifique est une fonction significativement décroissante de la part mondiale des citations NPL. Autrement dit, moins un pays publie d’articles scientifiques repris par les brevets, plus il « perd » une part importante de ce qu’il publie au profit de déposants étrangers.

À ce stade, on a alors besoin d’une troisième définition : on appelle bilan import-export, pour un pays et une technologie donnés, le ratio entre le nombre de citations « entrantes » (quand des publications étrangères sont citées par des brevets domestiques) et le nombre de citations « sortantes » (quand des publications domestiques sont citées par les brevets étrangers). Ainsi qu’on peut l’observer sur le second graphique de cette figure et sur le tableau J-4 en annexe, ce bilan import-export de citations est significativement et négativement corrélé au taux d’évaporation, et descend au-dessous du seuil de l’unité pour les abscisses les plus élevées. En d’autres termes, les petits pays, qui ont un taux d’évaporation élevé, sont exportateurs nets de science.

Régression linéaire entre évaporation et captation scientifiques sur 10 technologies et 11 pays

Lecture des données : chaque point représente une technologie donnée dans un pays donné.
Figure du haut : le coefficient d’évaporation est noté en abscisse et le coefficient de captation en ordonnée. Le coefficient de la droite de régression n’est pas proche de 1 mais plutôt de 1,5 (le tableau de régression reproduit en annexe présente une valeur de la pente estimée à 1,54).
En conséquence, les points en haut à droite du graphique sont très proches d’un équilibre – les deux taux étant proches de 90 % –, mais le taux de captation diminue presque deux fois moins vite que le taux d’évaporation à mesure que l’on descend vers le coin en bas à gauche du graphique.
Figure du bas : le taux d’évaporation scientifique figure en abscisse et le bilan import-export en ordonnée. Ces deux corrélations sont bien significatives. Les droites de régression et les intervalles de confiance à 95 % sont également représentés.

Un sourcing mondial

Tous les pays ne disposent pas des mêmes parts mondiales de dépôts de brevets ou de publications scientifiques ; or les taux de captation et d’évaporation sont influencés par ces différentes prédispositions. Pour évacuer cet effet, et accéder à une lecture normalisée des phénomènes de captation et d’évaporation, on appelle capacité relative de rétention scientifique, toujours pour un pays et une technologie donnés, la propension des articles scientifiques publiés par les laboratoires nationaux à bénéficier à des déposants de brevets domestiques35. Inversement, on appelle capacité relative de sourcing domestique, pour un pays et une technologie donnés, la propension des déposants de brevets nationaux à puiser aux sources scientifiques domestiques36.

La simple représentation des valeurs par pays de ces capacités relatives ne fait apparaître aucun enseignement évident (cf. graphique J-5, en annexe), si ce n’est pour dire qu’on observe partout un tropisme local (ou une « préférence nationale »). Toutefois, le graphique J-6 montre que la capacité relative de rétention scientifique, c’est-à-dire le poids des déposants domestiques parmi les utilisateurs de la science d’un pays donné, est à son minimum pour les pays qui ont un poids important dans le noyau et dans les citations NPL, et à son maximum pour ceux dont le poids est le plus faible. Dit autrement, le « retour sur investissement » industriel de la production nationale de connaissances, toujours positif, n’est pas l’apanage des grandes nations scientifiques ou industrielles mais de contributeurs modestes à la science mondiale de rupture.

C’est plus net encore pour la capacité relative de sourcing domestique, inversement proportionnelle au poids mondial dans les citations académiques de brevets, les publications du noyau et même les brevets de rupture (cf. graphique J-7). Autrement dit, la « préférence nationale » d’une industrie pour sa recherche domestique tend vers 1, son minimum, à mesure que le pays occupe une place importante dans la science ou les brevets de rupture. Elle est au contraire maximale pour les pays de modestes contributeurs scientifiques et technologiques. Les innovateurs sont donc, comme les scientifiques, très ouverts sur le marché mondial des connaissances.

Cartographier les externalités de connaissances

Nous venons d’établir les points suivants. Primo, les taux de captation et d’évaporation scientifiques sont très élevés, de l’ordre de 80 % voire 90 %, dans toutes les technologies et pour tous les pays hormis les États-Unis et la Chine. Ainsi, les innovateurs et les scientifiques correspondent sur un marché mondial des connaissances très ouvert : même en tenant compte d’un « tropisme local » habituel chez tous les acteurs concernés, les flux de connaissance entre auteurs d’articles et déposants de brevets de rupture ne s’inscrivent que très rarement à l’intérieur du cadre domestique et encore moins au sein d’interactions locales. On peut y voir la manifestation d’un effet de superficie : les innovateurs des petits pays, chacun sur sa niche technologique, n’ont sans doute pas la capacité d’exploiter tous les gisements offerts par la science domestique, de même que cette dernière n’a pas la possibilité de répondre à toutes les questions scientifiques soulevées par les déposants du même pays. Toutefois, cette explication ne peut être que partielle : rien ne permettait en effet de deviner que les États « moyens » (Japon, Corée, les divers pays européens…) apparaîtraient aussi semblables selon ces deux critères, alors que l’on sait que leurs industries et leurs efforts nationaux de R&D diffèrent sensiblement. C’est donc bien que la science circule librement et abondamment dans le monde, entre ceux qui la produisent et ceux qui la valorisent37. L’allégorie de la forteresse ou du coffre-fort serait mauvaise conseillère, d’autant moins que les articles cités par les brevets de rupture représentent au mieux 0,5 % de la littérature de leur noyau scientifique : chaque innovateur déposant un brevet de rupture se trouve face à une littérature accessible « de l’ordre de l’infini ».

Secundo, que le taux de captation soit significativement plus faible aux États-Unis qu’ailleurs, autrement dit que les entreprises américaines éprouvent moins fréquemment que leurs concurrentes du reste du monde le besoin d’aller puiser à des sources académiques étrangères pour étayer leurs brevets, ne paraît pas très étonnant a priori. En revanche, le fait que le coefficient d’évaporation scientifique soit lui aussi plus grand pour les petits pays peut sembler contre-intuitif : on n’a pas pour habitude de postuler que les publications « brevetables » issues du CNRS ou de l’institut Max-Planck sont, en proportion, davantage convoitées que celles du MIT par les déposants de brevets du monde entier. C’est alors un résultat important à souligner : les taux d’évaporation et de captation scientifiques sont corrélés de manière robuste, pour chaque pays et chaque technologie, à l’exception du cas particulier de la Chine. On pense ici à l’analogie avec les chaînes de valeur industrielles, où les pays exportateurs les plus dynamiques sont souvent aussi les plus ouverts aux importations (notamment aux importations de consommations intermédiaires dont ils ont besoin pour exporter). Pour en revenir aux technologies de rupture, tous les pays étudiés ici, France incluse, s’insèrent donc dans un réseau mondial d’échange de résultats scientifiques qui semble, au premier ordre, assez équilibré.

Tertio, il faut glisser progressivement vers les plus grands pays – c’est-à-dire vers les États-Unis – pour que le ratio entre ces deux coefficients se déséquilibre. Les États-Unis sont importateurs nets de science à l’égard du reste du monde. De deux choses : soit c’est leur captation qui est élevée une fois rapportée à leur taille, soit c’est leur évaporation qui est faible toutes choses égales par ailleurs. Le fait que leur capacité relative de rétention scientifique (qui est l’inverse de l’évaporation, normalisée) se situe dans la médiane des pays étudiés, tandis que leur capacité relative de sourcing domestique (l’inverse de la captation, normalisée) est la plus faible de l’échantillon plaide en faveur de la première hypothèse. Il faut donc retenir deux résultats distincts, qui ne sont contradictoires qu’en apparence. D’une part, parce que les États-Unis bénéficient de leur grande taille et de leur poids mondial élevé, on y constate un recouvrement supérieur à la moyenne entre la science issue de leurs laboratoires et celle dont se servent leurs déposants de brevets : c’est ce qu’indique leur taux de captation plus faible que celui des autres pays. D’autre part, une fois ces indicateurs nationaux normalisés en les rapportant au poids mondial de chaque pays, il apparaît que les déposants américains de brevets – principalement des entreprises – consacrent un effort plus que proportionnel pour aller puiser aux sources mondiales de la science38.

Quarto, le taux d’évaporation scientifique est une fonction significativement décroissante de la part mondiale des citations académiques de brevets. En clair, plus la contribution d’un pays à l’effort mondial de « science brevetable » est modeste, plus celui-ci perd une part importante de ce qu’il publie au profit de déposants étrangers.

Quinto, on obtient une confirmation des deux résultats précédents en observant que le ratio entre citations entrantes et citations sortantes (le bilan import-export) atteint des valeurs de 2 à 4 pour les États-Unis, tandis qu’il tend à passer sous le seuil de 1 pour les plus modestes contributeurs, précisément pour ceux qui ont les taux d’évaporation et de captation les plus élevés. Les plus petits pays sont donc exportateurs nets de science, tandis que les États-Unis, dont la recherche irrigue certes les efforts technologiques du monde entier, vont chercher dans le monde 2 à 4 fois plus de sources scientifiques que ce que les étrangers viennent trouver sur leur sol.

Sexto, les capacités relatives de sourcing et de rétention domestiques, autrement dit les taux normalisés de « retour sur investissement » domestique et industriel de la production nationale de connaissance, sont toujours supérieures à l’unité. Mais elles ne sont pas l’apanage des grandes nations scientifiques et industrielles, et bien au contraire la caractéristique des plus modestes contributeurs à la science mondiale de rupture. La connaissance étant une externalité difficilement internalisable, il est inévitable que, en volume, la recherche des grandes nations scientifiques, à commencer par celle des États-Unis, nourrisse abondamment les industries étrangères. Les États-Unis, parmi tous les pays étudiés, affichent donc le plus faible taux de retour de leur effort national de R&D et « offrent » aux autres pays le plus grand volume de connaissances brevetables. Mais c’est aussi, et de loin, celui dont les déposants complètent le plus intensément les apports de leur science domestique par des références à la littérature étrangère, au point d’être le pays le plus nettement importateur d’articles scientifiques cités par des brevets de rupture. Ces résultats complètent, sans les réfuter, ceux accumulés depuis les années 1980 sur la topologie des externalités de connaissances (cf. encadré ci-après).

• 33 — Ce chapitre est fondé sur les résultats détaillés contenus dans l’annexe J à cet ouvrage.
• 34 — Dans chaque boîte, le trait central représente la valeur médiane de l’échantillon (le 50e percentile) et le rectangle blanc l’espace entre le 25e et le 75e percentile, également appelé « intervalle interquartile » (IQR en anglais). Les traits noirs de part et d’autre de cette boîte (les « moustaches ») prolongent celle-ci d’une longueur représentant 1,5 fois l’IQR, résumant ainsi la plage de valeurs au sein de laquelle sont théoriquement attendues la totalité des valeurs. Plus précisément, chaque moustache s’étire jusqu’à atteindre la dernière valeur observée à l’intérieur de cette plage de 1,5 IQR. Les valeurs dites extrêmes ou aberrantes, en deçà ou au-delà des moustaches, sont représentées par des points.
• 35 — Cette capacité relative de rétention vaut 1 si la part domestique des brevets citant les publications issues des laboratoires nationaux est égale à la part mondiale du pays dans les dépôts de brevets de la technologie considérée.
• 36 — Cette capacité relative de sourcing domestique vaut 1 si la part domestique des articles cités par les brevets nationaux est égale à la part mondiale du pays dans les publications du noyau scientifique de la technologie (le noyau d’une technologie est constitué par les trois domaines scientifiques les plus fréquemment cités par les brevets correspondants).
• 37 — La connaissance circule naturellement tout autant, voire davantage, entre chercheurs académiques au stade de la recherche. Dans cas de la France par exemple, 63 % des articles scientifiques qui sont repérés dans la présente étude reposent sur des copublications internationales (les articles sont décomptés en unités fractionnaires, donc un article copublié par deux chercheurs provenant de deux pays différents compte à hauteur de 0,5 pour chacun des deux pays).
• 38 — Il est bien connu des statisticiens bibliomètres que les pratiques de citation peuvent varier d’un office de brevets à l’autre en raison de procédures qui leur sont spécifiques (Bacchiocchi et Montobbio, 2010). Tout particulièrement, aux États-Unis, la règle du « devoir de transparence » (duty of candor) impose aux demandeurs de brevet de divulguer toute information pertinente, y compris les antériorités dont ils ont connaissance, susceptible d’affecter la brevetabilité de leur invention. Cette obligation vise à garantir l’intégrité du processus d’examen de l’invention. Au sein des offices européen, japonais et chinois (OEB, JPO et CNIPA), il n’existe pas de règle équivalente et ce sont les examinateurs qui ont la responsabilité de mener leurs propres recherches pour identifier les antériorités pertinentes et évaluer la brevetabilité de l’invention. Cette différence peut conduire à des écarts de taux de citation entre les brevets déposés aux États-Unis et dans les autres pays. La présente étude s’appuie toutefois sur des familles de brevets présentes dans au moins deux offices, ce qui limite ce phénomène. En outre, ces particularismes sont normalement sans effet sur le choix des articles scientifiques cités par les déposants de brevets.

Point de vue – Le rôle des collaborations entre entreprises et scientifiques

Antonin Bergeaud est professeur d’économie à HEC Paris.

Les études empiriques sur l’innovation ont rapidement souligné la forte hétérogénéité dans la qualité, l’efficacité et la valeur des différents résultats d’investissement en R&D des entreprises. Dans une étude de publiée en 2017, Kogan et al. attribuent ainsi une valeur monétaire à chaque brevet déposé par les entreprises cotées aux États-Unis, en se basant sur la réaction du marché au moment de sa publication. On y remarque que le brevet médian a une valeur dix fois inférieure à celle du brevet situé au 95e percentile et quarante fois inférieure à celle du brevet situé au 99e percentile.
Cette très forte dispersion a conduit la littérature à porter une attention toute particulière à ces brevets singuliers, qui sont par ailleurs ceux qui ont une incidence sur la productivité des entreprises (Kalyani, 2022).

Une politique industrielle efficace doit donc mettre en place les conditions favorables au développement de ce type d’innovation « de rupture ». Mais comment faire ? Un premier élément de réponse est que les politiques de soutien uniforme à la recherche et développement ne sont vraisemblablement pas la solution, puisque toutes les entreprises n’ont pas la capacité de générer des innovations radicales et impactantes. Un deuxième élément de réponse consiste à remonter à la source. Qu’ont de particulier ces brevets singuliers ? Comme le montrent Marx et Fuegi (2020), une caractéristique notable est qu’ils ont tendance à se fonder davantage sur la science académique. La présente étude propose à ce titre une analyse particulièrement pertinente, en reliant chaque brevet associé à l’une des douze technologies de rupture retenues aux articles scientifiques qu’il cite en référence, et dont il est dès lors légitime de penser qu’ils ont servi comme intrants dans le développement d’une amélioration radicale d’un produit, voire dans la création même d’un nouveau bien ou service.

Il est important de souligner que ce type d’analyse de données est particulièrement difficile. Il existe plusieurs dizaines de millions de brevets (rien qu’aux États-Unis 400 000 brevets sont acceptés par an), qu’il faut méticuleusement associer à des technologies, attribuer à une entreprise ou à un inventeur. Il faut ensuite retrouver les articles scientifiques cités parmi une base de données contenant à nouveau plusieurs dizaines de millions de documents. Les progrès techniques dans le traitement automatisé du langage naturel (Natural language processing ou NLP) alliés aux efforts collaboratifs de nombreux chercheurs ont permis depuis peu de suivre effectivement la chaîne de production d’une innovation, depuis le développement théorique initial jusqu’à la commercialisation du produit.

Grâce à cette analyse de données massives, l’auteur de l’étude peut donc s’intéresser à la question fondamentale de savoir qui est à l’origine des idées à la base de ces innovations de rupture. Le constat pour la France et pour l’Europe est négatif. Le rapport Draghi publié en 2024 a bien mis en évidence un décrochage technologique, mais il semble que le Vieux Continent soit également en retard sur la production du savoir, même si ce handicap est moins marqué.

Ce décrochage scientifique peut-il être la source du décrochage technologique ? Cette question est complexe, puisque les idées circulent librement et que la science produite outre-Atlantique va également bénéficier aux entreprises européennes, comme le montre très clairement cette étude. Le lien pourrait être plus subtil et difficile à mesurer. En abandonnant le champ de l’excellence scientifique, notamment dans des domaines appliqués, les entreprises bénéficient plus difficilement de ces externalités positives dont on sait que, malgré la révolution numérique, elles demeurent fortement localisées (Hunt et al., 2024).

Le développement des capabilities, c’est-à-dire des capacités à intégrer, digérer et utiliser les nouvelles découvertes scientifiques, se fait plus efficacement lorsque des échanges fréquents, y compris informels, s’opèrent entre les entreprises et les scientifiques. Cela peut se faire par des échanges de capital humain (thèses Cifre, programme Jeune docteur, mobilité des chercheurs) ou par des incitations fiscales à collaborer (volet sous-traitance du crédit impôt recherche, programme Jeune entreprise universitaire, etc.). Des programmes encourageant de telles collaborations sont probablement amenés à avoir des effets bénéfiques en matière d’innovation de rupture. Cela a été le cas dans le passé en France (Bergeaud et al., 2022), notamment en comparaison avec les subventions actuelles relativement aveugles à l’existence de telles collaborations.

Comment améliorer l’effort national en innovation de rupture ?

Le positionnement de la France n’est pas à la hauteur de ses objectifs en matière d’innovation de rupture, sans que sa spécialisation scientifique ne puisse en être tenue pour cause. L’innovation, certes nourrie par la science, est avant tout déterminée par la présence d’une industrie intensive en connaissance. C’est sur ce point que l’action publique peut être déterminante.

En France, un résultat encore en deçà des ambitions

Les éléments de preuve sont maintenant suffisamment nombreux et convergents pour que l’on puisse affirmer que le positionnement de la France n’est pas à la hauteur de ses ambitions en matière d’avènement de technologies de rupture, par exemple si l’on en juge à la part qu’elle représente dans les dépôts mondiaux de brevets. Ce résultat – qui peut sans doute s’appliquer à d’autres pays européens – a été documenté dans la note précédente (Bellit et Charlet, op. cit.) et peut être complété ici par plusieurs observations.

On livre tout d’abord les résultats de deux analyses en composantes principales, détaillées à la fin de l’annexe M. Elles sont menées sur 53 pays, ces derniers étant caractérisés par leur positionnement dans les domaines scientifiques et technologiques étudiés dans cet ouvrage, mais aussi sur des variables macroéconomiques comme le PIB ou les exportations de différentes catégories de biens.

Dans la première de ces deux ACP, les pays sont caractérisés par des variables exprimées en parts mondiales (part des publications scientifiques et des brevets dans les différentes technologies, part du PIB, de la valeur ajoutée ou des exportations, etc.). L’effet volume y est très perceptible : plus un pays est dominant sur une variable, et donc notamment dans une technologie ou un domaine scientifique, plus il tend à l’être sur toutes les autres. Et c’est précisément le cas des pays leaders que nous avons repérés depuis le début de ce travail. De sorte que, si on lit le dendrogramme tiré de cette ACP de manière descendante jusqu’à obtenir huit clusters de pays (figure 5.1, a), on voit d’abord cinq pays dominants se détacher de tous les autres : États-Unis, Chine, Japon, Allemagne et Corée. Un sixième cluster est composé de la France, de Royaume-Uni et de neuf autres pays de taille moyenne. Suivent un septième cluster composé de deux pays (Inde et Irlande) et un dernier comportant tous les autres. En termes quantitatifs, la France et le Royaume-Uni sont alors nettement distancés par les cinq pays dominant le tableau et se détachent à grand-peine d’un peloton constitué par des pays de plus petite taille (Espagne, Italie, Belgique, Suisse, Pays-Bas, Canada…).

Résultats des ACP sur 53 pays décrits par des variables exprimées en parts mondiales (a) ou en effort relatif (b et c)

Sources : OST-Hcéres, OCDE et Banque mondiale. Traitements La Fabrique.

Lecture des données : les dendrogrammes schématisent la classification ascendante hiérarchique des pays, par niveau de proximité au regard des variables étudiées dans l’ACP. La hauteur des clusters en ordonnée représente la distance entre individus puis entre clusters qu’il faut
dépasser pour que ceux-ci soient considérés comme proches. Figure ci-dessus : les pays sont projetés dans le plan formé par les deux premières dimensions de l’ACP.

On mène ensuite une seconde ACP sur les mêmes pays et les mêmes grandeurs, mais cette fois avec des mesures relatives : les dépenses et les valeurs ajoutées sont rapportées au PIB, les décomptes de publications et de brevets sont ramenés par habitant, etc. L’idée de cette observation complémentaire est de distinguer l’effort de chaque pays indépendamment de sa taille39. La projection des pays sur le plan formé par les deux premières dimensions de cette ACP (figure 5.1, b) montre que plusieurs groupes se détachent. La Chine est assez isolée dans le quadrant nord-ouest (faible effort scientifique par habitant ou par point de PIB, et forte spécialisation dans les domaines scientifiques et dans l’industrie en général) ; l’Inde est dans le même cas de figure. Le long d’une diagonale nord-est, on trouve successivement le Japon et la Corée, qui conjuguent de manière homogène un effort en faveur de la recherche et un effort équivalent de spécialisation dans les domaines scientifiques du noyau des technologies et dans l’industrie. Troisièmement, totalement à l’est du plan, on remarque Singapour et la Suisse, dont l’effort de recherche est très significatif et dont la spécialisation scientifique dans les domaines du noyau est conforme à la moyenne. Au sud, on remarque quatre pays anglo-saxons très proches les uns des autres (États-Unis, Royaume-Uni, Canada et Australie), dont l’effort relatif de recherche apparaît positif, mais qui sont paradoxalement nettement désindustrialisés et déspécialisés dans les domaines scientifiques du noyau des technologies. La France, quant à elle, se situe non loin du centre de gravité du nuage de points.

Comme dans le cas précédent, on complète la lecture des résultats par un dendrogramme (figure 5.1, c) afin de rassembler les pays par niveau de proximité, jusqu’à atteindre huit clusters. Le Luxembourg et Singapour font chacun l’objet d’un cluster spécifique. Le Luxembourg se démarque de manière un peu artificielle, en raison de son PIB par habitant très élevé et, compte tenu de sa faible population et de sa forte attractivité fiscale, du nombre élevé de dépôts de brevets par habitant notamment dans le cas spécifique de l’acier sans carbone. Singapour se distingue surtout par le poids hors normes de ses exportations en biens TIC ou high-tech, relativement à son PIB. La Chine fait également l’objet d’un cluster spécifique ; le Japon et la Corée en forment un autre tous les deux. Les quatre pays anglo-saxons dont nous avons repéré la proximité sur le plan sont à nouveau réunis en un cinquième cluster. Les trois derniers groupes comportent davantage de pays. Il y a d’un côté les pays d’Europe rhénane et du Nord (hors Norvège et en ajoutant Israël) qui se détachent par leur proximité. Un autre cluster se remarque comportant surtout des pays d’Europe orientale, ainsi que la Malaisie et la Thaïlande. Le huitième cluster est le plus vaste : il rassemble surtout des pays méditerranéens et du Golfe persique, auxquels il faut ajouter l’Inde, la Russie… et la France.

Enfin, nous reportons ici les variations du palmarès mondial des déposants de brevets survenues entre notre précédente étude et celle-ci. Le corpus exploité dans l’étude précédente portait sur les années 2010 à 2020, cette dernière année étant seulement complète à 50 % environ, ce qui représente 114 mois. La version actuelle du corpus porte sur les années 2010 à 2021, cette dernière année étant complète à 95 % environ, soit 18 mois de plus. Autrement dit, la période de référence a été élargie de 16 %. Cela peut sembler marginal ; pourtant, la lecture du tableau montre combien la Chine et les États-Unis sont plus actifs que la France en matière de dépôt. Le cas de la Chine est particulièrement frappant, puisque cette « simple » extension du champ de l’étude de 18 mois lui suffit pour gagner le plus souvent deux à trois points de pourcentage et un ou deux rangs au classement général. Les variations de la position française sont moins probantes.

Principaux changements survenus sur le corpus de brevets de rupture en 18 mois

OST-Hcéres. Traitements La Fabrique.

Note : ce tableau pointe les variations survenues entre les deux versions du corpus de brevets de rupture. Celui exploité dans l’étude précédente portait sur les années 2010 à 2020, cette dernière année étant seulement complète à 50 % environ. La version actuelle du corpus porte sur les années 2010 à 2021, cette dernière année étant complète à 95 % environ.

Lecture des données : dans la technologie « hydrogène pour les transports », les États-Unis ont déposé 186 familles de brevets supplémentaires entre mi-2020 et fin 2021. Sur l’ensemble du corpus débutant en 2010, cela se traduit par une diminution de leur part mondiale de 0,7 point de pourcentage. Leur rang mondial est inchangé (2 e ). En revanche, dans le domaine du photovoltaïque, les États-Unis sont passés du 2 e au 3e rang mondial en l’espace de 18 mois, la Chine passant du 4 e au 3 e rang.

Ainsi, il apparaît que notre pays est significativement distancé par les leaders mondiaux, que l’on parle du dépôt de brevets de rupture ou de la publication des articles scientifiques desquels ces derniers se nourrissent, et ce que l’on raisonne en parts mondiales (ce qui avantage les plus grands pays), en intensités relatives (ce qui met en avant ceux qui déploient des efforts importants) ou en dynamique. Les tendances récentes ne laissent donc pas augurer à court ou moyen terme une amélioration de la situation française. Pour mémoire, on a regroupé dans l’encadré suivant les objectifs prioritaires du gouvernement en matière de recherche et d’innovation.

La « bonne » ou « mauvaise » spécialisation scientifique n’est pas en cause

On pourrait penser que cette faiblesse française provient d’une orientation insuffisante de notre effort de recherche vers les domaines académiques susceptibles de donner naissance à des technologies innovantes. Cette hypothèse découle notamment du constat que, toutes technologies et tous pays confondus, les publications scientifiques citées par les brevets de rupture proviennent très souvent des mêmes domaines, et notamment du panel PE4 qui recouvre la « chimie physique et analytique » (voir figure 5.4). On pourrait en déduire qu’un effort scientifique proactif dans ces quelques domaines faciliterait le dépôt de brevets de rupture en plus grand nombre.

Flux de citations entre les publications du noyau, par panel thématique, et les brevets de rupture de chaque technologie

Source : OST-Hcéres.
Notes : l’indice de spécialisation d’un pays dans un domaine donné traduit le ratio entre sa part mondiale dans les publications de ce domaine et sa part mondiale dans l’ensemble des publications scientifiques, tous domaines confondus. Les données sources figurent dans l’annexe H à cet ouvrage.

Il faut toutefois rejeter cette hypothèse. Comme on l’a vu au chapitre 3, certains pays comme les États-Unis parviennent à être très actifs dans les dépôts de brevets, alors qu’ils accomplissent un effort comparativement modeste de publication scientifique dans les domaines du noyau de chaque technologie. La Chine est un contre-exemple : elle est très active dans les publications scientifiques du noyau des technologies, mais cela ne lui suffit pas pour être très présente dans les citations académiques de brevets ni dans les dépôts de brevets proprement dits. Cette déconnexion entre activité scientifique et activité technologique se comprend d’autant mieux si l’on garde en tête que l’essentiel des articles cités par les brevets ont une origine étrangère, ainsi qu’on l’a montré au chapitre 4.

Le tableau ci-contre, qui porte sur le cas particulier de la technologie « hydrogène pour les transports » confirme qu’il n’y a pas de rapport entre le niveau de spécialisation d’un pays dans un domaine scientifique (c’est-à-dire la prépondérance de ce dernier dans l’ensemble de sa production académique) et le poids que ce pays occupe dans les dépôts de brevets de rupture qui en découlent.

Indice de spécialisation dans les trois domaines scientifiques du noyau de la technologie « hydrogène pour les transports »

Si la spécialisation d’un pays dans les domaines scientifiques « technologiquement féconds » ne suffit pas à lui garantir mécaniquement une position avantageuse dans les dépôts de brevets ni même dans les citations académiques de brevets, c’est bien qu’une dimension qualitative intervient de manière déterminante : l’important pour un pays n’est pas tant de produire beaucoup d’articles, mais de parvenir à encourager la production d’articles qui seront jugés « bons » ou « intéressants » par les déposants de brevets du monde entier. Comme le résume Dominique Guellec, conseiller scientifique de l’OST : « Il est vrai qu’il existe des spécialisations sectorielles et technologiques plus favorables que d’autres pour un pays, et que des politiques ciblées peuvent contribuer à les mettre en place. Cependant la spécialisation ne procède pas exclusivement des choix politiques directs, elle résulte surtout des conditions générales de l’activité économique dans le pays et de choix politiques plus larges : capacité d’innovation et de croissance des entreprises, qualification et mobilité de la main-d’œuvre, capacité de la recherche publique. Les politiques correspondantes concernent l’entrepreneuriat, la fiscalité, le marché du travail, l’éducation, la recherche. Ces différents facteurs conditionnent l’existence et la disponibilité des ressources nécessaires pour être présent dans les secteurs de pointe, et sans lesquelles une politique volontariste serait vaine, voire dangereuse car elle introduirait des charges supplémentaires sur les secteurs non sélectionnés par l’État. »

L’innovation de rupture est à la fois nourrie par la science et tirée par la demande

Les annexes K et M contiennent plusieurs séries de régressions qui visent à cerner les principaux mécanismes ou attributs favorisant statistiquement la part mondiale dans les dépôts de brevets de rupture, pour un pays et une technologie donnés.

Un premier point commun à toutes ces analyses est qu’elles ne produisent des résultats significatifs qu’à une double condition : d’une part, écarter la Chine de l’échantillon, parce qu’elle représente presque toujours un cas aberrant faisant « mentir » l’équation de la régression, d’autre part, conduire les tests sur les logarithmes des parts mondiales pour normaliser les résidus, autrement dit pour annuler la déformation induite par les plus grands pays40. En d’autres termes, la Chine est pour le moment encore sur une trajectoire technico-économique différente de celle de tous les autres pays testés : les rapports entre les grandeurs mesurées la situent toujours « en dehors du peloton », sur une droite de régression qui lui serait propre. Elle pèse très significativement sur certaines variables (comme les exportations ou la production manufacturière, par exemple), mais demeure relativement discrète dès lors qu’il s’agit de décompter les brevets de rupture ou des citations académiques de brevets – nous pourrons voir dans quelques années si son dynamisme en matière de dépôt de brevets aura pu effacer ce particularisme. En second lieu, si les résidus des régressions ne suivent pas spontanément une distribution normale, c’est non seulement parce que les pays ont des tailles hétérogènes, mais aussi et surtout parce qu’on peut observer au cas par cas de vastes écarts à la « moyenne » – plus précisément à la droite de régression – pour une technologie et un pays donnés, quand bien même chaque régression apparaît mathématiquement robuste. Cela signifie que les particularismes sont nombreux et parfois très marqués : chaque pays conserve ainsi, dans chaque technologie, une latitude particulière pour accentuer ou non son effort de recherche ou de développement technologique.

Cela étant précisé, que doit-on retenir de ces régressions ? Le tableau M-2 montre tout d’abord que la corrélation n’est pas convaincante entre les parts mondiales de brevets de rupture et les parts mondiales de publications dans le corpus total : le poids d’un pays dans la science mondiale ne fournit donc qu’un indice très approximatif de son poids dans les brevets de rupture pour une technologie donnée. La corrélation est plus nette quand on cherche à rapporter les parts mondiales dans les brevets de rupture avec les parts mondiales dans le PIB ou la valeur ajoutée manufacturière, plus nette encore avec les parts mondiales dans la dépense publique de R&D, et surtout particulièrement probante avec les parts mondiales dans la dépense privée de R&D (avec un coefficient très proche de l’unité). En résumé, des variables explicatives trop éloignées du processus industriel d’innovation (le PIB, les publications du WoS…) donnent les résultats les moins éloquents et, à mesure que l’on approche du « cœur du réacteur », c’est toujours la variable relative au secteur privé qui présente la meilleure corrélation (le PIB plutôt que les publications du WoS, la DNRDE plutôt que la DNRDA). Par conséquent, l’activité innovante dans les technologies de rupture est surtout liée à celle des industries en aval.

Toutefois, en amont, la chaîne séquentielle qui mène du financement public de la recherche à ces dépôts de brevets, en passant par les articles scientifiques du noyau et les citations académiques de brevets, est elle aussi marquée par des corrélations toujours significatives « pas à pas » (cf. tableaux M-3 à M-7), moyennant les remarques précédentes sur la dispersion des observations. L’innovation de rupture n’est donc pas uniquement demand-pulled, elle est aussi science-pushed, même si la robustesse de ce second lien de corrélation est légèrement moins convaincante, dans l’ensemble, que celle du premier.

D’ailleurs, notre essai d’équation multivariée en témoigne (tableau M-8). Les parts mondiales dans les dépôts de brevets de rupture apparaissent en premier lieu positivement et significativement liées à la part mondiale de la valeur ajoutée manufacturière et, quoique moins significativement, à la part mondiale de la dépense privée de R&D. Dans cette tentative d’équation de synthèse, la part mondiale dans les publications du noyau se présente comme une troisième variable à corrélation positive (mais modestement significative) et la part mondiale dans les publications académiques tous domaines confondus semble significative, mais assortie d’un signe négatif (non pas qu’il soit défavorable pour l’activité innovante de ces pays de disposer d’une intense production scientifique ; c’est plutôt qu’il faut ajouter un correctif négatif, si l’on se fie déjà aux parts mondiales de la valeur ajoutée industrielle et du financement privé de la R&D)41.

Dans les tableaux K-6 à K-8, centrés respectivement sur les domaines des TIC, de la santé et des transports, on mesure que cet équilibre entre l’influence de l’activité scientifique en amont et celle de l’activité industrielle en aval peut fluctuer d’un secteur à l’autre. Dans le cas des TIC, qui recouvrent trois technologies de notre échantillon (spintronique, ordinateur quantique, nanoélectronique), les parts mondiales de dépôts de brevets de rupture sont plus nettement corrélées à celles des citations académiques de brevets (en amont, donc) qu’à celles de l’activité marchande en aval, mesurée par les exportations de biens et de services. Dans le cas de la santé (une seule technologie de rupture : l’ARN messager), les dépôts de brevets semblent aussi bien dépendre de la production scientifique en amont (les publications du noyau) que de la taille du marché en aval (les dépenses nationales de santé). Enfin, dans le domaine des transports (batteries pour VE et hydrogène), les dépôts de brevets sont également corrélés à la production scientifique en amont (les citations NPL) et à la taille du marché en aval (VA industrielle du secteur). Dans les deux premiers cas, il n’est pas possible de combiner les variables explicatives amont et aval sans affaiblir le modèle, ce qui suggère qu’elles sont liées entre elles, tandis que le troisième cas (les transports) ne présente pas la même particularité.

Dans l’ensemble, s’il fallait ne retenir qu’une seule corrélation, la plus probante est celle qui relie les parts mondiales de dépôts de brevets de rupture avec les parts mondiales de financement privé de la R&D.

La France doublement affaiblie sur les fronts scientifique et industriel

Il découle des résultats précédents que le positionnement de la France doit être examiné sur plusieurs plans, en amont et en aval du processus d’innovation industrielle, pour aboutir à un diagnostic complet de ses résultats jugés décevants en matière de dépôt de brevets42.

D’abord, sa production de connaissance apparaît de moins en moins dynamique, dans un contexte international très exigeant où un nombre croissant de pays investissent davantage que par le passé dans leurs capacités de recherche. À partir d’une analyse comparée des publications scientifiques depuis 2010, Lahatte et Sachwald (2024) montrent que la France est passée de la neuvième à la treizième place des principaux producteurs d’articles scientifiques. La Chine est certes devenue le premier producteur mondial, devant les États-Unis, mais on ne saurait expliquer le recul relatif français par le seul dynamisme des pays émergents. Il est en effet frappant que la France soit l’un des rares pays à voir le nombre de ses publications refluer entre 2010 et 2022 alors que d’autres pays à hauts revenus, comme les États-Unis, l’Allemagne ou le Royaume-Uni, enregistrent de leur côté une nette croissance (cf. figure 5.5).

Part mondiale et taux de croissance des publications des 20 premiers pays publiant, 2010-2022

Source : Lahatte et Sachwald (2024).

Les auteurs constatent également que l’indice d’impact moyen des publications issues de la recherche française a fléchi au cours de la dernière décennie, passant de 1,1 en 2010 à 1 en 2021. Plusieurs États présentent au contraire un indice d’impact supérieur à 1, parfois même supérieur à 1,20 à l’instar du Royaume-Uni, des Pays-Bas, de la Suisse, des États-Unis et de l’Australie. La Chine, l’Italie, l’Allemagne et le Canada ont quant à eux des indices compris entre 1 et 1,15 en 2021.

Ce n’est donc pas seulement que la France est l’un des rares pays occidentaux à voir son nombre de publications scientifiques régresser ; c’est aussi que le rayonnement de ses productions, déjà modeste en 2010, a depuis suivi une tendance défavorable. On peut en obtenir une confirmation grâce à un autre indicateur : le nombre de bourses obtenues par les laboratoires français auprès du Conseil européen de la recherche (ERC). L’ERC finance en effet des projets de recherche à la frontière de la connaissance, sur une base compétitive, ce qui lui vaut d’être reconnu comme un label d’excellence en Europe. De 2014 à 2018, la France a obtenu 11,8 % des bourses de l’ERC contre respectivement 19,8 % et 16,9 % pour le Royaume-Uni et l’Allemagne (cf. figure 5.6) : cette quote-part française se situe en deçà de sa part dans l’effort public de recherche, l’Allemagne et l’Italie étant dans le même cas, tandis que le Royaume-Uni, les Pays-Bas et la Suisse se distinguent par de belles performances eu égard à leur effort public de R&D.

Part des bourses ERC obtenues entre 2014 et 2018 et part de la dépense publique de R&D dans la même zone géographique

Source : OST (2021).

Ces constats étant rappelés, soulignons que si la France fait figure de puissance scientifique déclinante depuis deux décennies au moins, cela tient davantage encore à un effort comparativement insuffisant de la part de son tissu industriel. On sait en effet que, avec une dépense en R&D représentant 2,2 % du PIB en 2021, la France se situe plutôt dans le bas du classement des pays de l’OCDE, loin du leader coréen (4,9 % du PIB) et plus généralement des pays dont l’investissement dépasse la barre des 3 %, comme les États-Unis, la Suède, le Japon et l’Allemagne (cf. figure 5.7). Ce décalage n’est certes pas nouveau, mais il n’a fait que s’accentuer : en 2010, la part du PIB consacrée à la R&D en France était sensiblement la même qu’aujourd’hui, alors que d’autres pays ont enregistré une progression significative en la matière – la Corée du Sud dépensait à peine plus de 3 % de son PIB en R&D en 2010. Même si la dépense publique de R&D a vu son poids dans le PIB se tasser légèrement ces dernières années, ce retard français est particulièrement imputable au secteur privé, et plus précisément à sa structure sectorielle : non seulement l’industrie y représente une part du PIB plus réduite qu’ailleurs mais les activités de haute technologie et intensives en connaissance y sont de surcroît sous-représentées (si la France et l’Allemagne avaient la même structure industrielle que celle de la moyenne des pays de l’OCDE, alors l’effort privé de R&D exprimé en points de PIB serait plus élevé en France qu’en Allemagne)43.

Dépense intérieure de R&D en 2021 dans les principaux pays de l’OCDE et en Chine (en % du PIB)

La question soulevée par ces rappels statistiques est de savoir pourquoi certaines économies – pourtant aussi diverses sur les plans culturels et institutionnels que la Corée et les États-Unis – voient leur tissu productif évoluer rapidement, quand d’autres, comme la France ou l’Allemagne, semblent ne pas avoir changé en vingt ans44. Plus précisément, quel rôle les États ont-ils pu jouer dans ces changements ? Cela passe-t-il nécessairement par une transformation structurelle de l’industrie ? Jusqu’à quel point l’innovation ne pourrait-elle s’accélérer à structure sectorielle constante ?

Les réponses à ces questions semblent ne pas être les mêmes d’un pays à l’autre. La Suède, par exemple, peut s’appuyer sur des entreprises qui investissent bien plus en R&D que leurs partenaires européens des mêmes secteurs (Bourdu, 2013).

Aux États-Unis, où l’effort unitaire de R&D de chaque entreprise n’est pas particulièrement élevé, il est fréquemment avancé que certaines agences publiques de financement (Darpa, Barda) ont joué un rôle déterminant dans l’éclosion de certaines technologies et même de certains écosystèmes innovants, encourageant bien des chercheurs à recommander la création d’agences identiques en Europe45. Mais il est frappant de constater que la Darpa poursuit toujours des objectifs publics (notamment quand il s’agit de répondre aux besoins de l’armée ou à des besoins de santé publique) et ne semble pas se donner comme objectif premier de participer au renouvellement du tissu productif américain en tant que tel. La nature de son action, au titre d’outil de politique industrielle, mériterait donc d’être étudiée de près. En Corée du Sud, au contraire, les avancées technologiques récentes relèvent de politiques volontaristes, elles-mêmes nourries par l’ambition de l’État de voir le pays devenir leader mondial dans un nombre de domaines de plus en plus important (Faure, 2014). Si les entreprises coréennes sont à l’origine de l’essentiel des dépenses de R&D (79 % en 2021 selon l’OCDE), elles sont fortement structurées par un pilotage gouvernemental qui définit les grands objectifs à suivre en matière d’innovation. Les chaebols, conglomérats industriels familiaux au poids très important dans l’économie coréenne, sont eux-mêmes le résultat d’un plan gouvernemental qui a misé, dès les années 1960, sur un certain nombre de technologies clés, parmi lesquelles l’électronique et les transports. De ce fait, les investissements privés en R&D s’adossent très souvent à des financements publics, lesquels exigent des entreprises un investissement massif en contrepartie d’un accès privilégié aux appels d’offres (ibid.). Les projets récents autour des semi-conducteurs en sont une belle illustration : la Corée n’ambitionne rien de moins que de construire le centre de semi-conducteurs le plus grand et le plus innovant du monde grâce à un investissement privé total de près de 430 milliards d’euros de la part de Samsung Electronics et de SK Hynix. Ces derniers bénéficieront d’un soutien financier du gouvernement coréen, mais également de la création d’infrastructures.

Ces questionnements, dont le traitement complet sort du cadre de cette étude, sont à rapprocher des travaux qui mesurent et comparent les deux effets plausibles mais opposés de la dépense publique de R&D sur sa contrepartie privée : l’effet d’entraînement (crowding-in) et l’effet d’éviction (crowding out) (cf. encadré).

• 39 — Les deux premières dimensions de cette seconde ACP captent 50 % de la variance : la première capte surtout l’effort de recherche par habitant (publications du WoS, citations NPL dans les différentes technologies…), quand la seconde reflète plutôt les indices de spécialisation dans les disciplines académiques et la part de l’industrie dans le PIB.
• 40 — On a naturellement pensé à compter en unités relatives (par point de PIB ou par habitant) pour lever cette difficulté, mais, hormis l’ACP que nous commentons ci-dessus, ces essais ne mènent à aucun résultat probant.
• 41 — Le coefficient de la variable WoS est positif quand la régression est testée sur elle seule (cf. tableau M-2). Il s’agit donc ici d’apporter une correction négative aux trois autres effets positifs qui s’accumulent. Cela permet d’expliquer le très bon score de pays comme le Japon ou la Corée qui obtiennent de forts taux de brevets de rupture à partir d’une part mondiale du WoS relativement modeste.
• 42 — Cette section doit beaucoup au travail préalable de Sonia Bellit.
• 43 — Voir Le Ru (2012), Bourdu (2013).
• 44 — Une lecture attentive du graphique ci-dessus révèle que les évolutions peuvent aussi être défavorables, comme dans le cas de la Finlande après le déclin de Nokia et du secteur des TIC.
• 45 — Tagliapietra et Veugelers (op. cit.), Bonvillian (2024), Bonvillian et Van Atta (2011), Mazzucato et Whitfill (2022), Azoulay et al. (2019)