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TECHNOLOGIES CLÉS

Préparer l'industrie du futur

2020
2

Technologies clés 20202

Technologies clés 2020

SOMMAIRE

PRÉFACE DU MINISTRE ........................................ 5 AVANT -PROPOS .................................................... 7

PROPOS INTRODUCTIFS

...................................... 9

MÉTHODOLOGIE

............................................... 17

DOMAINES D'APPLICATION

................................23

ALIMENT

ATION .................................................. 25 - SANTÉ ET BIEN-ÊTRE .......................................... 41 - SÉCURITÉ ........................................................... 73 - ENVIRONNEMENT ............................................... 91 - HABIT AT ........................................................... 109 - ÉNERGIE .......................................................... 125 - MOBILITÉ ......................................................... 143 - NUMÉRIQUE .................................................... 161 - LOISIRS ET CUL TURE ........................................ 189

ANNUAIRE

....................................................... 617

MEMBRES DU COMITÉ STRA

TÉGIQUE

............ 641

MEMBRES DU COMITÉ DE PILOTAGE

.............. 641TECHNOLOGIES CLÉS 1

Matériaux avancés et actifs

......................... 219 2

Capteurs

........................................................ 229 3 V alorisation et intelligence des données massives ...................................... 237 4

Modélisation, simulation et ingénierie

numérique ....................................................... 249 5

Internet des objets

....................................... 259 6

Infrastructures de 5ème génération

........... 269 7

Systèmes embarqués et distribués,

sécurisés et sûrs ............................................... 277 8

Procédés relatifs à la chimie verte

............... 285 9

Fabrication additive

..................................... 293 10

Cobotique et humain augmenté

............... 301 11

Intelligence artificielle

............................... 309 12

Robotique autonome

................................. 321 13

Communications sécurisées

....................... 331 14 T echnologies immersives ........................... 337 15 Procédés relatifs à la chimie du pétrole .... 349 16

Recyclage des métaux critiques

et terres rares .................................................. 357 17

Microfluidique

............................................ 365 18

Métaomique

............................................... 371 19

Analyse comportementale

......................... 379 20

Nouvelles intégrations matériel-logiciel

.. 387 21

Supercalculateurs

....................................... 393 22

Réseaux électriques intelligents

................ 401

Technologies clés 2020

3

TECHNOLOGIES CLÉS

23

Batteries électrochimiques

de nouvelle génération .................................. 409 24

Carburants de synthèse

.............................. 419 25
T echnologies de l'hydrogène .................... 427 26

Ingénierie génomique

............................... 435 27

Solutions innovantes de protection

et de stimulation des végétaux ...................... 443 28

Souches de probiotiques

pour la biopréservation et la nutrition .......... 451 29

Ingénierie tissulaire et cellulaire

................ 459 30

Nouvelles modalités d'immunothérapie

... 467 31

Dispositifs bio-embarqués

......................... 475 32
T echnologies d'imagerie pour la santé ..... 483 33

Exploitation numérique des données

de santé .......................................................... 491 34

Authentication forte

............................... 499 35

Gestion intelligente de l'eau

..................... 507 36
T echnologies de diagnostic rapide (eau, air, sol) ....................................................... 515 37
T raitement des sols pollués ........................ 523 38

Systèmes de rénovation du bâti existant

.. 531 39

Systèmes constructifs à haute qualité

environnementale pour le neuf ..................... 539 40
Systèmes énergétiques intégrés à l'échelle du bâtiment ..................................................... 547 41
T echnologies de récupération de chaleur

à basse température

....................................... 55542 Solaire photovoltaïque .............................. 561 43

Énergies éoliennes

..................................... 569 44
T echnologies pour l'énergie nucléaire ...... 577 45
T echnologies pour la propulsion ............... 585 46

Nanoélectronique

...................................... 595 47
T echnologies de conception de contenus et d'expériences .............................................. 605

Technologies clés 2020

5

Un guide opérationnel

pour l'Industrie du futur L'innovation, par dé�nition, est imprévisible. Il y a dix ans, qui imaginait que le numérique entrerait à ce point dans nos usines Qui pensait que le secteur de l'hôtellerie serait bouleversé pa�r des plateformes inter- net, alors qu'il n'y a rien de plus physique et de moins virtuel qu'une chambre

Qui se doutait qu'en

un rien de temps, autant de petites startups deviendraient des entreprises mondiales ? Personne. Et aujourd'hui, personne non plus ne peut prévoir avec certitude le monde tel qu'il sera au cours de la prochaine décennie. Toutefois, l'enjeu n'est pas de prévoir. C'est de permettre. Permettre à l'innovation d'éclore, de rencontrer un marché, de se diffuser, d'accroître notre productivité, d'améliorer nos modes de vie. Pour ce faire, le rôle de la puissance publique est multiple. Il faut d'abord inciter les acteurs économiques à innover. C'est le sens de la stabilisa tion du crédit d'impôt recherche (CIR), ce dispositif �scal que l'Europe entière nous envie, de tous les dispositifs de transfert de technologie et des pôles de compétiti vité. Il faut ensuite �xer le bon cadre. Je pense notamment au cadre de �nancement. Dans une économie de rattrapage, le �nancement se fait par l'en�dettement. Dans une économie d'innovation, le �nancement doit se faire par fonds propres car les investissements sont très importants, avec une forte composante technologique et immatérielle, et plus risqués. C'est cela que nous devons perme�ttre

Il faut investir. Investir dans la r

echerche, dans la modernisation de l'appareil produc tif. Investir dans la formation et le capital humain, car les technologi�es clés 2020, ce seront de nouveaux gestes, de nouvelles compétences, de nouveaux méti�ers. Il faut les préparer. Dans le même temps, il faut permettre à tous, et notamment aux acteurs existants, de se saisir de l'innovation. C'est l'un des objectifs de la Fr�enchTech, qui organise et encourage le rapprochement entre les grandes entreprises et les startups, et de la Nouvelle France Industrielle qui crée les conditions d'une renaissance industrielle.

C'est l'objet, aussi, de

Technologies clés 2020

. Ce bel ouvrage identi�e les opportunités

TECHNOLOGIES

CLÉS 2020

6

Technologies clés 2020

et les acteurs clés de nos écosystèmes d'innovation et formule des r e commandations pour favoriser le déploiement de ces technologies, tout particulièrement au sein des PME. Il constitue un guide opérationnel et interactif pour les entreprises, les ingénieurs, les étudiants, pour toutes celles et ceux qui veulent faire autrement. Il ouvre les portes de l'Industrie du Futur. Merci à Philippe VARIN et Claudie HAIGNERE, ainsi qu'aux équipes qui ont travaillé avec eux, d'avoir accepté de mener ces travaux. Donner aux acteurs les moyens d'oser et de prendre des risques : voilà comment nous industrialiserons l'innovation, comment nous tirerons notre économie tout entière vers la frontière technologique. C'est l'enjeu crucial des prochaines années.

Emmanuel MACRON

Ministre de l'économie, de l'industrie et du numérique

Technologies clés 2020

7

AVANT-PROPOS

Pascal FAURE, Directeur général des entreprises, m'a proposé de prendre la prési dence du Comité stratégique de l'étude Technologies Clés 2020, en me chargeant de la bonne conduite de l'étude aux plans scienti�que, technologique et industriel, et en me demandant particulièrement de veiller à ce que l'ouvrage guide de manière opérationnelle dans leurs choix stratégiques les acteurs de l'i�nnovation technolo giques, au premier plan desquels on trouve les chefs d'entreprises, les chercheurs académiques et les décideurs publics. Pour accomplir cette mission�, je me suis en touré de personnalités représentant à la fois des entreprises de toutes tailles, des organismes de recherche publics et des centres de compétences favorisant la fertili sation croisée menant au transfert de connaissance. Cette cinquième édition des Technologies Clés revêt une ambition encore plus forte que les précédentes dans la mesure où elle doit servir de guide à l'orientation des stratégies de R&D de nos entreprises, en premier lieu les PME, pour encourager et favoriser l'émergence d'innovations en France. Notre démarche nous a conduit dans un premier temps à identi�er et à comprendre les besoins des nouveaux usages et les nouveaux marchés pour, dans un deuxième temps, sélectionner les technologies nécessaires à leur comblement.

À l'instar de la théorie de Maslow, les domaines applicatifs ont été recensés à partir

des besoins primaires pour l'homme et la société que sont l'alimentation, l'�habitat,

la sécurité, la santé et le bien-être, puis des besoins secondaires que sont l'énergie,

la mobilité et l'environnement et en�n avec un besoin de nos sociétés évoluées au

travers du domaine de la culture et des loisirs. Un dernier domaine applicatif a été retenu, le numérique, correspondant moins à un besoin qu'à un moyen pour cata lyser les autres. Les technologies analysées proviennent d'une part des feuilles de routes straté giques des pôles de compétitivité, des propositions émanant des services techniques de l'État ainsi que des études menées en France comme à l�'international.

Nous avons réuni plus de 200

experts académiques et industriels pour nous per- mettre de caractériser et sélectionner les technologies cohérentes avec notr e horizon 2020
pour lesquelles la France possède des atouts crédibles face à la concurrence mondiale.

C'est ainsi que nous avons mis en avant 47

technologies clés répondant à 9 do- maines applicatifs. A�n d'avoir une caution supplémentaire dans la validité de nos choix, nous avons fait appel à l'Académie des Technologies lors de nos travaux d'analyses et de sélection. 8

Technologies clés 2020

Dans la continuité de l'édition précédente, cette étud e conrme le rôle prédominant du numérique dans tous les secteurs de marché puisqu'en effet, les technologies qui en sont issues sont totalement transverses à tous les domaines applic atifs. L'ensemble des ches relatives aux technologies clés mettent en avant les princi paux acteurs français et comportent également un volet synthéti sant les forces, faiblesses, opportunités et menaces en regard de la concurrence internationale. Elles se concluent par un jeu de recommandations opérationnelles à l'attention des entreprises en premier lieu mais également des décideurs publics et du monde aca démique. Ces recommandations, si elles sont suivies, devraient permettre aux entreprises fran çaises de gagner en compétitivité et donc de conquérir plus de parts de marché. Je tiens à remercier tous ceux qui ont contribué, à quelque niveau que ce soit, à la réalisation de cette étude et forme le voeu qu'elle soit util isée le plus largement pos sible au sein de nos PME, ETI et grands groupes pour que ses résultats soient source de progrès humain et de développement économique pour la France.

Philippe VARIN

Président du Comité stratégique

Technologies clés 2020

9

PROPOS

INTRODUCTIFS

L'étude prospective sur les technologies clés est devenue au �l des éditi�ons un document de référence pour l'ensemble des parties prenantes. Elle s'adresse autant aux entreprises quelle que soit leur taille qu'aux responsables acadé miques, économiques ou politiques. Elle complète les divers exercices straté giques menés ces dernières années tant au niveau national qu'européen ; cette étude arrive à point nommé dans le contexte des décisions à� venir dans le cadre du PIA (Programme d'Investissements d'Avenir), des plans industriels et de la Stratégie Nationale de la Recherche, de H2020 et du Fonds

Européen

d'Investissements. Basée sur une méthodologie robuste et sur une concertation large, ce rapport présente une analyse approfondie des dé�s auxquels nous sommes confrontés et des opportunités qu'il faut saisir. Elle fournit une liste de technologies dont la maîtrise permettra de disposer d'avantages compétitifs dans une concur- rence mondiale de plus en plus forte. L'Académie des technologies a eu l'honneur de contribuer à ce� projet. Les

académiciens ont participé à la sélection des technologies clés et à leur évalua

tion. Au-delà, nous souhaitons présenter ici nos ré�exions s�ur les dé�s tech

nologiques de notre pays a�n d'éclairer les débats futurs auxquels ce rapport donnera lieu. DONNER DU TEMPS À LA MATURATION DES TECHNOLOGIES L'étude se �xe de façon pragmatique un horizon 2020. Les aute�urs, à raison, ont choisi un juste milieu entre des technologies matures qui sont en cours de déploiement et des technologies futuristes au déploiement plus �aléatoire.

Il convient en effet de se mé�er de "

l'air du temps ». Le temps du milieu politico-médiatique dans lequel nous baignons est l'immédiateté. Celui de la technologie est un temps long. Il se passe le plus souvent des années entre des premiers résultats positifs au niveau du laboratoire et le déploiement d'une technologie. L'existence de 9 niveaux de TRL (Technology Readiness Level ou niveau de maturité de la technologie) est là pour nous rappeler q�ue l'innovation est un processus long. En outr e, de nombreux secteurs d'activité présentent une grande inertie : par exemple le rythme de renouvellement du par c immobi lier résidentiel et tertiaire est de l'ordre de 100 ans. En�n le déploiement d'une technologie innovante se heurte au poids des investissements réalisé�s dans le secteur. Il est clair que les stratégies de déploiement des technologies �doivent intégrer ces dif férents aspects. 10

Technologies clés 2020

INTÉGRER PLEINEMENT LA TRANSFORMATION DE LA SOCIÉTÉ

PAR LE NUMÉRIQUE

Au-delà des progrès qu'on a pu constater par exemple dans le domaine des maté riaux ou de l'énergie, cette cinquième édition est marquée bien entendu par la transformation de la société par le numérique, qui s'est for tement ampliée ces der- nières années. Le numérique a à l'évidence un impact fort sur les technologies dans tous les domaines. Ainsi de nombreuses technologies transversales retenues dans ce rapport sont liées d'une façon ou d'une autre au numérique ; c'est par exemple le cas des technologies des capteurs, de la cobotique, des objets connec tés ou du traitement des données.

Le numérique amène

aussi à s'interroger sur l'impact qu'il peut avoir sur le business model de tous les secteurs. Le cas d'Uber est symbolique de cette ré volution : cette start-up américaine, fondée en 2009, menace après 6 années d'existence le sec- teur traditionnel des taxis dans de nombreux pays. L 'approche des nouveaux acteurs consiste à mettre en relation des fournisseurs dispersés et des clients via des pla teformes informatiques de services et produits accessibles en ligne ou grâce à des applications pour smartphone. Ainsi les particuliers ont la possibilité de partager leur véhicule pour du co-voiturage (Blablacar), de louer leur logem ent (Airbnb) ; ils deviennent de fait les partenaires de ces nouveaux entrants, bousculant les modèles

économiques classiques.

Cette "

désintermédiation » (suppression des intermédiair es traditionnels) provo quée par le numérique impacte aussi la plupart des secteurs indust riels traditionnels. C'est le cas par exemple du secteur automobile. Il est signicatif que deux cham pions du numérique aient lancé leur concept car ; la Google Car et plus récemment l'Apple Car. Ainsi en réponse à ces initiatives, la stratégie des construc teurs automo biles vise maintenant le développement du véhicule autonome et du véhicule inter- connecté à côté du véhicule économe. Hier conçue au tour d'un moteur, demain la voiture sera conçue autour d'un système d'exploitation. Apple et G oogle sont bien entendu déjà sur les rangs. Tous les secteurs d'activité sont potentiellement impactés par le numérique, tant pour la production de biens que de services. Il convient de revisiter les business model dans ce contexte et d'analyser en quoi le s technologies clés présentées dans ce rapport peuvent offrir des opportunités de développement. Non seulement le numérique transforme des métiers, mais il peut au ssi contribuer à créer de véritables monopoles mondiaux en permettant dans des sect eurs tradition nels, l'arrivée de nouveaux entrants (Google dans le domaine de l a publicité, Apple dans le secteur des smartphones). C'est le concept de GAFA (Google/Amazon/Face book/Apple).

VISER UN BUSINESS MODEL À L'INTERNATIONAL

Les auteurs du rapport insistent à juste raison dans leur analyse sur une vision internationale. En effet les technologies n'ont pas de frontière et nos entreprises doivent intégrer cette dimension mondiale des marchés. Le succès d'une innova tion réside dans une combinaison d'approches Technology push et Market driven. Trop souvent nos entreprises se focalisent sur la seule approche scientique et technologique et passent à côté de marchés porteurs pour avoir considéré tardive ment les enjeux de marché. Il faut se rappeler qu'une innovation est une invention qui rencontre son marché. La technologie doit attirer des investisseurs pour la mettre en oeuvre et des clients pour l'utiliser. Dans ce contexte, il est indispensable

Technologies clés 2020

11 de considérer dès les premières phases du développement la chaîne de valeur et d'élaborer un business model. Cette vision internationale du déploiement des technologies conduit à accorder une priorité à celles dans lesquelles nos entreprises disposent d'avantages compétitifs tant au niveau technologique que commercial. La qualité de la recherche réalisée en France et l'implantation mondiale de certains de nos champions indust�riels sont des atouts à valoriser. PRENDRE EN COMPTE LA CONTRIBUTION DE LA TECHNOLOGIE

À LA CRÉATION DE VALEUR

Ce rapport devrait contribuer à réconcilier nos concitoyens avec l�a technologie. En effet, les liens entre technologies, innovation, croissance et emploi sont com plexes. Certains de nos concitoyens perçoivent l'introduction de nouvelles techno logies dans l'ensemble des fonctions de l'entreprise comme destructrice d'un grand nombre de postes de travail. Les nombreuses tâches exécutées par des robots sur les lignes de production ou par des logiciels illustrent cette perception alors même

qu'elles peuvent réduire la pénibilité ou la répétitivité de certaines tâches�, améliorant

ainsi la valeur ajoutée du poste de travail. D'autres pensent que les effets de l'inno vation sont très différents selon la période considéréequotesdbs_dbs13.pdfusesText_19