IBTS-77-RP-1000
Définition des bio-industries comme terrain expérimental
Des biosciences aux bio-industries
Le concept de bio-industrie ne trouve pas de définition univoque dans la littérature. Hormis des définitions très générales, telles que celle proposée par Thonart [2001] pour qui l’activité des bio-industries consiste à « exploiter industriellement les potentialités des microorganismes (bactéries, levures et champignons) et des cellules animales et végétales », il s’agit d’un concept très peu décrit dans la littérature scientifique, et bien trop souvent confondu avec le terme d’entreprise de biotechnologie. En effet, les biotechnologies sont définies comme étant « l’application de la science et de la technologie à des organismes vivants, de même qu’à ses composantes, produits et modélisations, pour modifier des matériaux vivants ou non vivants aux fins de la production de connaissances, de biens et de services » [OCDE 2005]. Elles caractérisent ainsi des solutions techniques ayant connu un essor considérable depuis une quarantaine d’années. Elles s’appuient sur les avancées non seulement en théories des biosciences et en biologie moderne mais également en chimie, physique, nanosciences etc… Or, toute l’ambigüité de ce terme réside dans le fait qu’il caractérise aussi bien des activités ancestrales (comme la fermentation alimentaire) qu’un état d’esprit résolument moderne et en constante évolution (tel que le génie génétique). Finalement, il faut se tourner vers des définitions plus anciennes pour appréhender précisément le concept de bio-industries. C’est ce que mettent en lumière Rosnay et Gros [1979] pour qui « en raison de progrès marquants dans plusieurs disciplines biologiques fondamentales […], la biologie émerge des laboratoires pour entrer, après la physique et la chimie, dans le domaine industriel [si bien qu’il] se crée aujourd’hui un nouveau » tissu » industriel aussi important pour l’activité économique et sociale que ne l’a été la chimie […] et qui constitue le secteur de la bio-industrie ». Cette boucle itérative constante entre les « connaissances » scientifiques et techniques et « la solution proposée » correspond à la boucle de l’invention que nous proposons pour illustrer le lien entre biosciences et biotechnologies, allant de la transformation des connaissances en technologie. Cependant, les biotechnologies n’ont véritablement de valeur économique qu’une fois transférées sur un marché déterminé via une démarche entrepreneuriale. C’est cette vision schumpetérienne de l’innovation [Schumpeter 1939] formalisant le lien entre les technologies et les industries les exploitant qui nous permet d’appréhender l’essor du « tissu » bio-industriel défini par Rosnay et Gros [1979].
Contexte d’innovation bio-industrielle
Les bio-industries sont soumises à un contexte d’innovation en plein bouleversement économique, technologique et réglementaire. En effet, malgré l’ensemble des moyens mis à leur disposition, les laboratoires de R&D bio-industriels peinent à développer en interne de nouveaux produits, procédés ou services. Depuis longtemps, les grands acteurs bio-industriels ont externalisé tout ou partie de leur activité de conception, que ce soit dans le secteur pharmaceutique (entreprises de biotechnologies), le secteur cosmétique (fournisseur d’ingrédients) ou agro-alimentaire (fournisseurs). Ces problématiques mettent en évidence une réelle nécessité de modification des schémas d’innovation dans ces secteurs. L’un des exemples les plus parlants est celui des laboratoires pharmaceutiques dits « traditionnels ». Ces derniers, avec une croissance de l’ordre de 4% doivent faire face à la concurrence des fabricants de génériques qui affichent des perspectives de 10 à 20% de croissance par an dans les prochaines années. Ainsi en Europe, entre 2010 et 2014, 40% du Chiffre d’Affaires lié à la vente de certains médicaments blockbusters (molécules rapportant plus d’un milliard de dollars par an), est devenue accessible aux génériqueurs. Il s’agit d’un bouleversement connu sous le nom de « Patent Cliff », phénomène largement anticipé par les fabricants de médicaments génériques mais très peu par les Big Pharmas [Hudson 2000].
L’innovation : un concept multiple
Que ce soit pour la communauté scientifique en management de l’innovation ou pour les industriels, il n’y a pas de véritable consensus sur la définition de l’innovation. Elle peut en effet varier en fonction du secteur d’activité et du département de l’entreprise. Néanmoins, l’innovation qui correspond au « premier usage commercial d’un produit, d’un procédé ou d’un service, qui n’a jamais été exploité auparavant » [Schumpeter 1939] est considérée par tous comme l’un des principaux moteurs de l’économie en général, et des entreprises en particulier. Cela s’applique aussi bien pour les PME [Hoffman 1998] que pour les multinationales [Ivo 1999].
On retrouve cependant plusieurs propositions de définition dans la littérature. Le fondateur de l’International Society for Professional in Innovation Management (ISPIM), Knut Holt [1978], définit l’innovation comme la fusion d’un besoin de l’utilisateur et d’une opportunité technologique: « L’innovation est la création et l’adoption de quelque chose de nouveau créant de la valeur pour l’organisation qui l’adopte ». Les trois termes mis en évidence par cette définition sont donc la nouveauté, l’adoption et la création de valeur.
L’aspect novateur n’est cependant pas une valeur intrinsèque mais dépend du système considéré. Ainsi, une idée ne doit pas nécessairement être entièrement nouvelle, mais elle doit l’être pour l’organisation ou le secteur d’activité considéré. Finalement, l’adoption de cette nouveauté met en lumière la nécessité d’une intégration sociétale de l’invention. En effet, Fleming et Sorensen [2004] définissent l’invention comme « provenant soit d’une nouvelle combinaison de composants technologiques, ou par la reconfiguration de combinaisons existantes ». Ainsi, la création de valeur à partir d’une nouveauté est le paramètre de choix qui permet de distinguer une invention d’une innovation. On retrouve ici les trois dimensions que le produit innovant doit intégrer selon Nadeau et al. [2004] :
la dimension technologique (répondant à des facilités d’usage), la dimension sociétale (répondant à un besoin identifié), la dimension économique (répondant à une demande commerciale).
Cette vision est partagée par l’économiste autrichien Schumpeter qui soutient que l’innovation correspond à la mise en valeur économique et sociétale de l’invention [Schumpeter 1939].
Ainsi, l’innovation va au-delà de la dimension purement technologique. Giget [1994] considère également que l’invention et l’innovation ne sont pas de même nature. L’invention est un succès si la réussite technique est avérée ; c’est-à-dire que la nouvelle technologie fonctionne et qu’elle apporte une avancée à la connaissance scientifique et technique. En revanche, l’innovation va au-delà puisqu’elle traite de la réussite non seulement technique mais également commerciale, sociétale et économique de l’invention. C’est cette diversité d’enjeux qui rend le processus d’innovation bien souvent long et complexe [Thouvenin 2002]. Cette distinction subtile entre invention et innovation se retrouve également dans les indicateurs de la performance d’innovation fréquemment utilisés; à savoir le nombre de brevets déposés, parfois conjugué aux investissements en R&D (par rapport au chiffre d’affaire) et au nombre de chercheurs. Or, l’utilisation des brevets comme indicateur de l’innovation présente plusieurs inconvénients :
ils peuvent avoir une valeur économique parfois négligeable, la disposition à breveter varie en fonction des entreprises et du pays considéré, certains brevets ne sont pas utilisés dans des innovations, certaines innovations n’ont pas de contenu brevetable [Narayana 2005].
Évolution des processus d’innovation
Les processus d’innovation constituent un sujet de recherche relativement bien documenté dans la littérature. En effet, cette thématique a été investiguée dès le début du XXème siècle dans le but de modéliser les pratiques observées suite à l’essor du monde industriel. Dans cette partie, nous présentons l’évolution des principaux modèles proposés pour décrire le processus d’innovation. Nous décrirons ainsi les premiers modèles dits linéaires et mettrons en évidence leurs limites. Ces observations nous conduiront à nous intéresser à la formalisation de modèles plus complexes prenant en compte le rôle croissant des interactions entre les différents acteurs impliqués.
Les modèles linéaires du processus d’innovation
Les premières modélisations du processus d’innovation se focalisent sur l’enchainement séquentiel des actions permettant de passer de l’étape d’idéation à la commercialisation. Le modèle linéaire séquentiel le plus général est celui proposé par Booz, Allen et Hamilton en 1968. Ce modèle conceptuel est constitué de sept phases, allant de l’élaboration d’une stratégie de développement de nouveaux produits à leur commercialisation. L’accomplissement de chaque phase sanctionne le passage à la phase suivante. Ce type de processus peut être implémenté en milieu industriel selon trois modalités distinctes [Booz et al. 1968] :
Le mode séquentiel fermé correspond à la réalisation séquentielle des phases du processus, sans échange d’informations entre les différentes équipes.
Le mode séquentiel ouvert, caractérisé par des phases se déroulant les unes après les autres avec un échange d’informations entre les équipes, et Le mode parallèle, où certaines phases peuvent démarrer indépendamment du déroulement des autres phases ; ce qui implique nécessairement un échange d’informations entre les équipes.
Cependant, ce type d’approche est limité par plusieurs facteurs. D’une part, certaines phases clés, telles que l’analyse business ou les étapes de test ne sont pas assez détaillées et nécessiteraient un découpage en éléments plus basiques [Rochford et al. 1992]. Par ailleurs, la succession des tâches ne prend pas en compte le temps de développement. En effet, la réalisation de l’ensemble de ces tâches de façon séquentielle ne permet vraisemblablement pas de réduire le time-to-market; c’est-à-dire le temps nécessaire entre les premières étapes de développement et la mise sur le marché. Finalement, ce modèle conceptuel ne donne que peu d’indications quant à sa mise en pratique opérationnelle.
Des modèles linéaires aux théories itératives
Il est donc apparu nécessaire de pallier ce manque de corrélation entre les modèles théoriques proposés et la réalité industrielle de la fin du XXème siècle. C’est ce que propose le modèle de liaison en chaîne ou « chain-linked model » de Kline et Rosenberg [1986] qui intègre, en complément du processus d’innovation linéaire, les flux d’informations en interne de l’entreprise ou entre l’entreprise et le monde de la recherche, qu’elle soit interne ou externe. Ainsi, le processus d’innovation linéaire central est représenté par ses grandes phases successives que sont les phases d’identification d’un marché, d’invention, de développement, de production et de commercialisation d’un nouveau produit . Cette première «chaîne» symbolisée par la lettre « C » constitue la colonne vertébrale du modèle de Kline et Rosenberg.
A ce premier axe s’ajoute l’ensemble des boucles de rétroactions à chaque étape du processus de la chaîne « C ». On distingue deux types de rétroactions possibles; à savoir :
les boucles courtes symbolisées par la lettre « f » et liant les différentes phases de la chaîne centrale de l’innovation,
et les boucles longues symbolisées par la lettre « F » permettant de revenir sur les différentes phases amonts lors de l’identification de nouveaux besoins ou de nouveaux usages du produit développé. Ainsi, les besoins du marché ainsi que les revendications des futurs utilisateurs conditionnent le nombre de cycles effectués pour chaque étape de conception de produits.
En parallèle, le bloc de la connaissance scientifique, noté « K » pour knowledge, est considéré comme un domaine accessible à chaque étape du processus, et en particulier lorsqu’il s’avère nécessaire de résoudre un problème technique particulier. Si l’information nécessaire est facilement accessible en interne de l’entreprise, on réintègre le processus d’innovation central.
En revanche, si l’état de la connaissance n’est pas suffisant pour d’obtenir l’information, il faut faire appel à un deuxième domaine, celui de la recherche fondamentale noté « R ». Ce dernier va permettre d’enrichir la sphère des connaissances accessible à l’entreprise afin de résoudre certains problèmes rencontrés au cours du processus central. Cependant, le retour inverse du bloc « recherche fondamentale » au processus d’innovation central entraine une complexité et un coût en temps non négligeables, d’où son exploration qu’en dernier recours.
L’Open Innovation dans les bio-industries
Le modèle formalisé par Chesbrough [2003] est issu de l’observation des pratiques des secteurs de haute technicité, tels que l’aérospatial, les télécoms, l’électronique ou encore le secteur du logiciel. C’est également le cas de l’industrie pharmaceutique, décrite dans la littérature comme pionnière dans l’adoption de pratiques d’innovation ouverte [Gassmann et al. 2010] et comme un terrain favorable à son implémentation [Bianchi et al. 2011]. Cette partie vise ainsi à mettre en évidence les caractéristiques d’adoption de l’innovation ouverte dans les secteurs bio-industriels majeurs.
Dans le secteur pharmaceutique
On observe ces dernières années un changement de politique d’innovation nécessaire pour assurer la pérennité des grands secteurs bio-industriels. Le modèle de l’Open Innovation commence donc à s’implanter chez les « big-pharmas » tels que Pfizer ou GSK de façon structurée par la création de «laboratoires ouverts» [Kar 2010]. Ces derniers centralisent des compétences scientifiques internes et externes dans des centres de recherche indépendants. Certaines pratiques sont ainsi devenues des standards dans l’industrie pharmaceutique [Gassmann et al. 2010]. C’est notamment le cas du Creative Center (CC) de Bayer [Sandmeier et al. 2004] ou encore de la plateforme Innocentive d’Eli Lilly. Ces exemples de bonnes pratiques industrielles sont en partie responsables de l’adoption de pratiques d’innovation ouverte par d’autres acteurs de ce secteur. L’industrie pharmaceutique a également été l’un des secteurs de haute technologie à s’appuyer fortement sur des collaborations avec le monde de la recherche publique. L’activité soutenue de recherche de nouvelles molécules d’intérêt a été un moteur pour l’émergence de telles pratiques [Khanna 2012].
Dans le secteur cosmétique
Dans le secteur cosmétique, un certain nombre d’initiatives isolées sont décrites dans la littérature. C’est notamment le cas de Natura, une entreprise leader du secteur cosmétique au Brésil. Cette entreprise a commencé à intégrer des pratiques d’ouverture de son modèle d’innovation [Ferro 2009; Varrichio et al. 2012]. Débutées en 2006, l’alignement stratégique de cette entreprise avec l’innovation ouverte est caractérisée par la création d’un département dédié ayant conduit à des partenariats universitaires forts [Ades et al. 2013]. Ces pratiques se retrouvent également au sein d’autres grands groupes cosmétiques. L’initiative de L’Oréal de fonder avec Nestlé Innéov, une joint-venture spécialisée dans le nouveau marché des nutri-cosmétiques, est également considérée comme une vision ouverte du processus d’innovation. Innéov combine en effet l’expertise en nutrition et en sécurité alimentaire de la R&D de Nestlé et la connaissance en dermatologie de la Recherche et Innovation (R&I) de L’Oréal [Mathiesen 2007]. Par ailleurs, le lien étroit qu’il existe entre les fournisseurs ingrédients et les formulateurs de produits finis est une des particularités de ce secteur.
Dans le secteur agro-alimentaire
Le secteur agro-alimentaire constitue un terrain d’expérimentation intéressant pour évaluer l’émergence de l’innovation ouverte dans des secteurs de faible technicité [Sarkar et al. 2008]. En effet, ce secteur d’activité est bien souvent décrit comme un marché mature et de faible croissance. Par ailleurs, les innovations radicales sont relativement rares ce qui peut s’expliquer par un investissement en R&D relativement faible [Costa et al. 2006]. Cependant, le secteur de l’agroalimentaire est caractérisé par une demande de plus en plus hétérogène et par un nombre croissant d’acteurs le long de la chaine de développement de produits. Ces paramètres constituent un terrain propice à l’ouverture des frontières de l’entreprise. Il apparait que l’adoption de ces pratiques est encore dans une phase d’apprentissage dans ce secteur [Bigliardi et al. 2012]. On observe ainsi une multitude d’initiatives isolées caractéristiques de l’émergence de ce concept même si il n’existe pas encore de modèle parfaitement adapté à ce secteur [Gassmann et al. 2010]. Bigliardi et Galati [2012] proposent ainsi trois modèles distincts adoptés par les industries agro-alimentaires.
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Table des matières
1. Introduction générale
Résumé
Structure du mémoire
Positionnement de recherche
1.1. L’innovation partenariale : un enjeu de taille
1.2. Le Laboratoire Conception de Produits et Innovation
1.2.1. Présentation générale
1.2.2. Positionnement de nos travaux au sein du laboratoire
1.3. L’Ecole de Biologie Industrielle (EBI)
1.3.1. Présentation générale
1.3.2. Le laboratoire EBInnov®
1.4. Définition des bio-industries comme terrain expérimental
1.4.1. Des biosciences aux bio-industries
1.4.2. Contexte d’innovation bio-industrielle
1.5. Le projet EBISilc®
2. Etat de l’art : processus de conception et d’innovation
2.1. L’innovation : un concept multiple
2.1.1. L’innovation en tant que résultat
2.1.2. L’innovation en tant que processus
2.2. Évolution des processus d’innovation
2.2.1. Les modèles linéaires du processus d’innovation
2.2.2. Des modèles linéaires aux théories itératives
2.3. Conclusion sur l’évolution des modèles de processus d’innovation
2.4. Le paradigme de l’innovation ouverte
2.4.1. Généralités
2.4.2. Les flux de l’Open Innovation
2.4.3. Les freins à l’Open Innovation
2.5. L’Open Innovation dans les bio-industries
2.5.1. Dans le secteur pharmaceutique
2.5.2. Dans le secteur cosmétique
2.5.3. Dans le secteur agro-alimentaire
2.5.4. Dans le secteur de l’environnement
2.6. Les intermédiaires de l’innovation
2.6.1. Les intermédiaires classiques
2.6.2. Les plateformes d’Open Innovation
2.6.3. Typologie des intermédiaires de l’innovation ouverte
2.6.4. Exemples de plateformes bio-industrielles
2.6.5. Performance de ces plateformes
2.7. Synthèse
3. Etat de l’art : procédés de synthèse d’argile
3.1. Généralités sur les argiles naturelles
3.1.1. Classification des argiles naturelles
3.1.2. Relations structure – propriétés physiques
3.2. Applications bio-industrielles des argiles
3.3. Stratégies de fonctionnalisation
3.3.1. Fonctionnalisation par échange cationique
3.3.2. Fonctionnalisation par intercalation de molécules
3.3.3. Fonctionnalisation par greffage covalent (silanisation)
3.4. Procédés de synthèse d’argiles
3.4.1. Généralités
3.4.2. Synthèse d’organosilicates par voie sol-gel
3.5. Spécificités du projet EBISilc®
4. Problématique de recherche et hypothèses de résolution
4.1. Introduction
4.2. Problématique générale
4.3. Synthèse de l’état de l’art et constats
4.4. Enoncé de la problématique de recherche et hypothèses de résolution
4.4.1. Première hypothèse de résolution
4.4.2. Seconde hypothèse de résolution
4.4.3. Troisième hypothèse de résolution
4.5. Synthèse
4.6. Pistes de réflexion et choix d’actions adaptées
5. Expérimentations
5.1. Première expérimentation : Evaluation de l’émergence du modèle de l’innovation ouverte dans les secteurs bio-industriels
5.1.1. Objectifs
5.1.2. Protocole
5.1.3. Résultats obtenus
5.1.4. Synthèse et limites
5.1.5. Discussion
5.2. Seconde expérimentation : performance des nouvelles formes d’intermédiation de l’innovation ouverte
5.2.1. Objectifs
5.2.2. Protocole et démarche
5.2.3. Résultats et discussion
5.2.4. Synthèse
5.2.5. Adéquation de la technologie avec les attentes industrielles
5.2.6. Projet de recherche interne à l’EBI – Stabilisation d’émulsions
5.2.7. Projet de recherche externe – Libération contrôlée d’actifs
5.2.8. Bilan de la partie technique
5.2.9. Synthèse et limites de l’expérimentation
5.2.10. Discussion
5.3. Troisième expérimentation : convergence vers un cahier des charges innovation
5.3.1. Objectifs
5.3.2. Protocole et démarche
5.3.3. Résultats et discussion
5.3.4. Confirmation industrielle – Appel à idées Beiersdorf
5.3.5. Synthèse et limites de l’expérimentation
5.3.6. Discussion
6. Apports de thèse, conclusion et perspectives
6.1. Apports de thèse
6.1.1. Apports conceptuels
6.1.2. Retombées applicatives
6.2. Perspectives
6.2.1. Perspectives applicatives
6.2.2. Perspectives méthodologiques
6.3. Conclusion de thèse
Références bibliographiques
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