Ce projet s'intéresse à l'innovation dans le secteur des semences de grandes cultures, dans un contexte où il est souhaitable de diversifier la production agricole. Il est aujourd'hui bien reconnu que la diversification des cultures est un levier important pour réussir à désintensifier l'agriculture (i.e. limiter l'usage d'engrais et de pesticides) tout en maintenant un niveau de productivité suffisant. Le succès de cette stratégie dépend, entre autres, de l'effort de recherche réalisé sur chaque espèce. Or, l'agronomie moderne constate sur ce point que le progrès génétique sur les cultures de diversification (ex : pois protéagineux, lupin) est inférieur à celui observé sur les cultures majeures, ce qui constitue un frein important à la diversification.Cette thèse en économie a pour objectif de comprendre les déterminants des investissements en R&D du secteur des semences, et plus particulièrement l'arbitrage entre les investissements réalisés sur les différentes cultures. La littérature en économie industrielle considère quatre déterminants incitant les firmes à investir en R&D : la taille de marché, la concurrence, la capacité d'appropriation et les opportunités technologiques. Nous analysons ici comment ces quatre déterminants sont susceptibles de mener à la création de "marchés orphelins", avec une vue particulière sur le comportement des firmes multi-produits et des coopératives.Cette thèse s'articule autour de 4 chapitres : le chapitre 1 étudie les stratégies en gamme de produits des firmes à travers une analyse empirique du marché français sur les trois années 2001, 2006 et 2011, le chapitre 2 est une modélisation micro-économique du comportement d'une firme, celle-ci pouvant décider d'investir ou non sur deux produits différents, le chapitre 3 se veut une présentation de certains systèmes alternatifs au financement de la R&D, constatés dans différents pays et connues pour leur succès, enfin, le chapitre 4 compare les incitations à l'innovation dans les marchés orphelins lorsque l'offreur est soit une firme maximisant son profit soit une coopérative. / This project focuses on innovation in the seed industry, in a context where it is desirable to diversify agricultural production. It is now well recognized that crop diversification is an important leverage for successfully deintensifying agriculture (i.e. limiting the use of fertilizers and pesticides) while maintaining a sufficient level of productivity. The success of this strategy depends, among other things, on the research effort carried out on each species. However, modern agronomy notes on this point that genetic progress on diversification crops (e.g. protein peas, lupins) is lower than that observed on major crops, which constitutes a major brake on diversification.The aim of this thesis in economics is to understand the drivers of R&D investments in the seed sector, and more particularly the arbitrage between investments made on different crops. The literature in industrial organization considers four determinants that encourage firms to invest in R&D: market size, competition, ownership capacity and technological opportunities. We analyse here how these four determinants are likely to lead to the creation of "orphan markets", with a particular focus on the behaviour of multi-product firms and cooperatives.This thesis is structured around 4 chapters: Chapter 1 examines strategiesin product range of firms through an empirical analysis of the French marketover the three years 2001, 2006 and 2011. Chapter 2 is a modelization ofthe economic behaviour of a firm, which may decide to invest or not on two different products. Chapter 3 presents some of the alternative systems to R&D funding that have been found in different countries and are known to be successful. Finally, Chapter 4 compares incentives for innovation in orphan markets when the supplier is either a profit maximizing firm or a cooperative.