L'évolution du concept de sécurité alimentaire et celui de sécurisation alimentaire soulignent la "multidimensionnalité" des enjeux alimentaires (quantité, qualité, accessibilité, identité, stabilité, etc.). Elle implique de renforcer les capacités d'innovation des populations confrontées à l'insécurité alimentaire. L'objectif est d'analyser comment le concept de système d'innovation structure différentes trajectoires d'innovation pour la sécurité alimentaire des pays en développement. La méthode mobilise d'abord une revue de la littérature sur l'application de ce concept dans le secteur agricole et alimentaire (SIA). Elle teste ensuite son utilisation dans deux études de cas. Un premier type de trajectoires productivistes pose pour hypothèses que la sécurité alimentaire impose d'abord d'accroitre les disponibilités et que cet accroissement implique la mobilisation d'intrants industriels. Ce type de trajectoires relancées par la crise financière de 2008 est renouvelé par les potentialités des biotechnologies. Elle conserve une conception linéaire de l'innovation. Elle rencontre des limites liées à ses externalités environnementales et sociales, mais également pour la sécurité alimentaire, notamment dans les Pays Moins Avancés (PMA) en transition démographique. Le deuxième type de trajectoires partant d'une posture multidimensionnelle et de la notion de sécurisation alimentaire propose d'innover pour une transition écologique de la fonction de production dans le secteur alimentaire. Elle se fonde sur la valorisation des ressources locales. Elle implique un changement de modèle d'innovation que nous illustrons par deux études de cas sur le plantain au Cameroun et l'igname en Haïti. Les résultats confirment le succès d'une démarche de co-construction de l'innovation. Le renforcement des capacités d'innovation locales permet de réaliser les potentialités des agro-systèmes pour la sécurité alimentaire.