Microeconomie de l Innovation

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Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Microéconomie de l’Innovation Sylvain Béal, Université de Nice Sophia Antipolis beals@gredeg.cnrs.fr http://hp.gredeg.cnrs.fr/beals/ Master II de Sciences Economiques version : 22 janvier 2009
Introduction générale
I Recherche et Développement 1 Course à l’innovation 1.1 Le cadre modèle. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Equilibres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Optimum social. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Vitesse de découverte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Coopération en R&D et concurrence 2.1 Le cadre du modèle. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 2.2 L’équilibre parfait en sous-jeux. . . . . . . .. . . . . . . . . . 2.3 Résolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Coopération. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Les brevets 3.1 Définition et problématique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Cadre du modèle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Durée optimale du brevet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II Adoption d’une Technologie et Effets de Réseau 4 Externalités de réseau 4.1 Adoption d’un service de communication. . . . . . . . . . . . . 4.2 Standardisation ou variété. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 4.3 Optimum social et standardisation. . . . . . .. . . . . . . . .
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5 Evolution vs optimisation 5.1 La paradigme évolutionniste. . . . 5.2 Un exemple : DSK vs QWERTY. 5.3 Le statut d’un modèle darwinien en 5.4 La dynamique du réplicateur. . . .
Bibliographie
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Introduction générale
La question de la production de l’innovation et de sa diffusion est sans aucun doute un enjeu économique. Sur le plan macroéconomique, tout d’abord, puisque des grappes d’innovations peuvent être à l’origine de cycles économiques ou de régimes intertemporels de croissance. Les modèles de croissance endogène avec microéconomie de l’innovation constituent un bon exemple des effets de l’intro-duction des innovations au niveau microéconomique sur le taux de croissance de l’économie. Dans cet esprit, le modèle de Grossman et Helpman (1991) décrit la manière dont les investissements de R&D engagés par les firmes affectent les fonctions objectifs à la fois des firmes et des consommateurs. D’un côté, l’intro-duction d’une nouvelle variété d’un bien se traduit pour la firme par un pouvoir de monopole. D’un autre côté, l’accroissement de la variété accroît l’utilité ins-tantanée des consommateurs. Cependant, pour obtenir un pouvoir de monopole les firmes doivent engager préalablement des efforts de R&D, qui lui permet-tront de mettre au point une découverte, une innovation. De plus, pour que cette découverte lui procure une position de monopole, il est nécessaire qu’elle soit protégée par un brevet qui lui assure l’exploitation exclusive de ce nouveau produit. Cette position de monopole est fonction de la durée de vie du brevet. Pour ce qui concerne les consommateurs, l’allocation optimale de leur budget déterminent le montant de consommation de chacun des biens différenciés et par reflète le taux d’adoption de l’innovation dans l’économie.
Dans ce cours, on se focalisera uniquement sur les déterminants microécono-miques de l’innovation sans nous occuper de ses effets sur les taux de croissance de l’économie, le chômage, ou quelque autre variable macroéconomique. Le cours sera divisé en deux grandes parties. La première concernera la production de l’in-novation par les firmes. La seconde partie concerne le processus d’adoption de l’innovation par les consommateurs.
La première partie est divisée en trois sections.
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La section 1 présente un modèle de course à l’innovation. Lorsque les firmes s’engagent dans un programme de R&D, le retour sur investissement est aléa-toire. La raison est que la découverte de l’innovation est par nature incertaine et chaque firme peut être devancée par un concurrent, auquel cas, il n’y a par de retour sur l’investissement de R&D. Sachant cela, les firmes vont-elles investir ? Si tel est le cas, quel est le profit qu’elles peuvent espérer ? Combien de temps faut-il attendre avant qu’une innovation soit découverte ? Le montant des inves-tissements engagés est-il optimal d’un point de vue social ?
Dans la section 2, on présente un modèle où les firmes se font concurrence dans le secteur de la R&D puis sur un marché de bien final. Ici, on supposera que, en moyenne, l’investissement dans le secteur de la R&D est profitable, dans le sens où il induit une baisse du coût marginal de production dans le secteur du bien final. Cependant, investir dans un laboratoire de R&D est coûteux. Outre l’investissement en matériel, il existe des coûts de fonctionnement (sa-laires, entretien des locaux, sécurité,. . .) et ceux-ci croissent rapidement avec la taille du laboratoire. De plus, l’investissement en R&D profite en partie à la firme concurrente. En fait, il est rare qu’une découverte soit gardée secrète, tout simplement parce que les chercheurs peuvent changer de laboratoire en proposant leurs services au concurrent, ou parce que la publication des résultats d’un groupe de chercheurs est déjà une information exploitable, ou encore parce que la diffusion sur le marché du produit révèle tout simplement les secrets. Les firmes ont-elles intérêt à investir de grosses sommes dans la R&D sachant qu’une partie de leur résultat profite au concurrent et qu’un laboratoire fonctionne sous des rendements décroissants ? Quelle quantité de bien final vont-elles offrir sur le marché ? Dans quelle mesure leur profit dépend de leurs efforts de R&D ? Ont-elles intérêt à coopérer dans la phase de R&D pour partager les coûts de financement du laboratoire et éviter la diffusion des informations ?
Dans la section 3, on présente un modèle qui permet de déterminer la durée de vie optimale des brevets. La durée de vie des brevets est déterminée par un planificateur. Celui-ci a pour objectif de maximiser le bien-être social, c’est-à-dire la somme du surplus des consommateurs et du profit de l’innovateur. Ainsi, il doit tenir compte du fait que le bien-être social dépend de l’incitation qu’il donne aux firmes pour innover. D’un côté, si la durée de vie du brevet est trop courte, une firme peut calculer que la protection dont elle bénéficie n’est pas suffisante pour couvrir des investissements importants en R&D. Dans ce cas, de
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faibles montants sont investis, et les innovations induites sont à faible contenu technologique. Le profit de la firme n’augmente pas fortement et le bien-être social s’en ressent. D’un autre côté, si la durée de vie légale du brevet est trop importante, la position de monopole de l’innovateur pénalise lourdement les consommateurs, et le bien-être social s’en ressent aussi. Sous quelles conditions une durée de vie finie du brevet maximise le bien-être social ? Autrement dit, quels sont les paramètres qui entrent en jeu pour déterminer si une innovation doit rester exclusive ou non ?
Le seconde partie est divisée en deux sections. Dans ces deux sections on s’intéresse à la diffusion de technologies qui présentent une caractéristique par-ticulière. L’utilité que retirent les consommateurs d’une technologie dépend du nombre d’adopteurs : plus une technologie est répandue dans la population, plus son utilité augmente. On dit que ces technologies sont sujettes à des externalités de réseau. C’est le cas, par exemple, pour les technologies de communication (e-mail, fax, réseau téléphonique. . .).
Dans la section 1, on présente un modèle dans lequel un monopoleur in-troduit sur le marché une technologie sujette à des externalités de réseau. Les consommateurs ont des préférences différentes pour cette technologie : certains souhaitent a priori ne pas l’adopter, d’autres sont a priori prêts à l’essayer. Cependant, leur fonction d’utilité dépend négativement du prix d’abonnement proposé par le monopoleur et positivement du nombre d’adopteurs. De cette manière, un consommateur a priori pas très favorable à l’abonnement peut être incité à s’abonner si le prix de l’abonnement est faible. Quel prix d’abonnement va fixer le monopoleur pour maximiser son profit ? A ce prix, est-ce que l’en-semble du marché est couvert ? Ensuite, on présente un modèle proche du précédent, à ceci près que deux tech-nologies sujettes à externalités de réseau sont en concurrence sur un marché. Pensez à Mac/PC (avant l’introduction des logiciels de compatibilité !) Sous quelle condition une technologie emporte la totalité du marché ? Existe-t-il des situations d’équilibre économique où les technologies coexistent ? Ces équilibres maximisent-ils le bien-être social ?
Dans la section 2, on propose un paradigme alternatif pour expliquer l’émer-gence des situations d’équilibre. Jusqu’à présent, c’est-à-dire depuis que vous suivez des cours à l’Université, nous avons fait l’hypothèse que les agents éco-nomiques étaient parfaitement rationnels : ils étaient capables de calculer la
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solution optimale d’un problème de maximisation. Dans cette dernière section, on supposera que les agents ont une rationalité bornée : ils ont de la difficulté à acquérir des informations, les traiter, former des anticipations correctes et choi-sir les moyens optimaux pour atteindre leur fin. On supposera qu’ils s’adaptent par essai-erreur. Ce processus d’adaptation génère une dynamique sociale. On essaiera de justifier le fait que cette dynamique puisse mimer un processus de sélection naturelle de type darwinien. On substituera donc au paradigme ratio-naliste un paradigme évolutionniste. Sur les bases du modèle de concurrence technologique de la section précédente, nous déterminerons les conditions sous lesquelles un processus darwinien conduit à la solution optimale que l’on aurait obtenue si l’on avait supposé des utilisateurs parfaitement rationnels.
Première
Recherche
et
partie
Développ
ement
Chapitre 1
Course à l’innovation
La vitesse d’apparition d’une innovation joue un grand rôle sur les marchés. En étant la première à innover, une firme peut obtenir deux types d’avantage sur ses concurrents. Tout d’abord, elle peut obtenir un brevet qui lui donne l’ex-ploitation exclusive d’une technologie ou d’un produit. Ainsi, elle sera la seule à bénéficier, sur la durée du brevet, des baisses de coûts de production liée de cette exploitation. Ensuite, l’innovation peut avoir un effet psychologique sur les consommateurs qui, souvent, l’associe à la qualité de la firme.
Sachant que ces avantages sont souvent décisifs, les firmes n’hésitent pas à investir dans le secteur de R&D. Seulement, la caractéristique de la R&D est l’incertitude du résultat, et arriver second dans la course à l’innovation n’a pas d’intérêt. Dans cette section, on présente un modèle où deux firmes sont engagées dans une course à l’innovation. Ce modèle permettra de répondre à trois questions : 1. Quelles sont les motivations des firmes et les conséquences des efforts des firmes en R&D sur leurs profits ? 2. Est-ce que le niveau d’investissement des firmes en R&D est socialement optimal ? 3. A quelle date peut-on espérer découvrir la nouvelle technologie ?
1.1 Le cadre modèle
Considérons deux firmes, indicées par la lettrei(i= 1,2), potentiellement engagées dans une course à l’innovation pour la découverte d’une technologie ou d’un produit. La valeur associée à la découverte de cette innovation est no-téev >0. Cela peut correspondre à la valeur actualisée des bénéfices que la
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Chapitre 1 - Course à l’innovation
firme retirerait de l’avantage concurrentiel induit par cette découverte. Chaque firme a le choix entre deux actions possibles : investir une sommes >0dans un laboratoire de R&ne pas prendre le risque de cet investissement.D ou bien L’ensemble des actions pour chaque firme est doncA={0, s}.
Le résultat de cet investissement est par nature incertain. La probabilité que la firme découvre la technologie estp(0,1). Cette probabilité est indépendante et identiquement distribuée entre les deux firmes.
Pour l’instant, on fait l’hypothèse que cette course à l’innovation se déroule sur une seule période. Les firmes font leur choix d’investissement au début de cette période sans se concerter. A l’issue de la période, on liste les résultats. Si les deux firmes découvrent la technologie, elles se partagent les bénéfices associés, soitv/2. Si les deux firmes échouent ou n’investissent pas, elles n’obtiennent bien évidemment rien. Si une seule firme découvre la technologie, elle encaisse la valeurv.
1.2 Equilibres Chaque firme a pour objectif de maximiser ses profits. La difficulté est que, d’une part, le résultat de l’investissement est incertain, et, d’autre part, que le profit espéré dépend du choix et du succès du concurrent. En prenant en compte ces éléments, chacune des firmes doit faire en sorte de maximiser ses profits es-pérés. Il faut donc distinguer trois situations. Aucune des deux firmes n’investit dans la R&D : le profil de stratégies est(0,0). Une seule des deux firmes a choisi d’investir : les profils sont(s,0)ou(0, s). Les deux firmes sont engagées dans la course à l’innovation : le profil est(s, s). On noteE[πi(x, y)], le profit espéré de la firmei(i= 1,2) lorsque le profil(x, y)A×A, avecxle choix de la firmeietycelui de la firme¬ietπi(.). la fonction de profit de la firmei. Le choix optimal de chaque firme dépend à la fois du choix du concurrent et des paramètresv,setpdu modèle. On distingue deux situations.
La firmeianticipe que son concurrent n’investit pas. Avant de prendre une décision, la firme détermine sous quelle condition elle aura avantage à investir la sommes >0dans la R&D anticipant que son concurrent n’investit pas cette somme. Si elle décide de ne pas investir, son profit est nul,
1.2 Equilibres
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c’est-à-direEi(0,0)] =πi(0,0) = 0le cas contraire, son profit dépend. Dans de la réussite de la R&D. Elle obtiendra πi(s,0) =(vssilétaveétilibaborpenucbibaroepunecav1pp Son profit espéré est donc E[πi(s,0)] = (vs)ps(1p) =vps Une firme décide d’investir la sommes >0dans la R&D si son profit espéré est supérieur ou égal au profit qu’elle obtiendrait sans investir, c’est-à-dire si E[πi(s,0)]0⇐⇒ps/v En somme, la stratégie optimale de la firme lorsqu’elle sait que sa concurrente n’investit pas est (0ssisip<s/vps/vs < v La firmeianticipe un investissementsdu concurrent Si elle n’investit pas, son paiement est bien sûr nul. Dans le cas contraire, la firme fait face à une double incertitude. 1. Uneincertitude technologique: est-ce qu’elle va réussir à découvrir la nouvelle technologique ? 2. Uneincertitude de marché: est-ce que son concurrent va également réussir à découvrir la nouvelle technologie ? Avant de prendre une décision définitive, chaque firme détermine sous quelle condition, elle aura intérêt à investir anticipant que le concurrent investit. La distribution jointe des probabilités de réussite est résumée dans le tableau suivant 2 découvre 2 ne découvre pas 1 découvrep2p(1p) 1 ne découvre pasp(1p) (1p)2 Le profit d’une firmei(i= 1,2)est savec une probabilité(1p)2+ (1p)p= 1p πi(s, s) =v/2savec une probabilitép2 vsavec une probabilitép(1p)
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