Faits :
A.
La société Ethical Coffee Company SA est titulaire du brevet suisse CH 701 971 B1, dont la revendication principale (revendication 1) a la teneur suivante:
«Dispositif pour la préparation d'une boisson extraite à partir d'une capsule comprenant un support de capsule et une cage à capsule à l'intérieur de laquelle sont disposés au moins une entrée d'eau et des moyens de perçage de capsule, caractérisé par le fait que ladite cage est agencée de manière à déformer au moins partiellement toute capsule constituée d'un matériau déformable au contact d'eau chaude, qui est disposée dans la cage, de manière à ce que la capsule soit retenue dans la cage consécutivement à son contact avec de l'eau chaude.»
Le brevet expose divers modes de réalisation de l'invention. Selon la revendication 7, la paroi interne de la cage comprend un relief de type harpon.
B.
B.a. Le 30 janvier 2015, Ethical Coffee Company SA a saisi le Tribunal fédéral des brevets d'une demande dirigée contre Nestlé Nespresso SA, DKB Household Switzerland AG et Eugster/Frismag AG. Ces trois sociétés, selon les allégations de la demanderesse, produisent et/ou distribuent les machines à café Nespresso; la première produit et distribue les capsules à café Nespresso.
Les conclusions principales de la demande visaient à faire prononcer l'interdiction suivante à l'encontre des défenderesses:
« (...) cesser tout usage (notamment la fabrication, l'offre, la mise dans le commerce en Suisse, l'importation en Suisse ou l'exportation de Suisse, et l'utilisation à des fins publicitaires) de toute machine à café dont la cage est agencée de manière à déformer au moins partiellement toute capsule constituée d'un matériau déformable au contact d'eau chaude, qui est disposée dans la cage, de manière à ce que la capsule soit retenue dans la cage consécutivement à son contact avec de l'eau chaude et dont la paroi interne de la cage comprend un relief de type harpon, cela sous la menace des peines d'amende prévues par l'article 292 CP en cas d'insoumission à une décision de l'autorité.»
La demanderesse a en outre conclu à ce que les trois parties adverses soient condamnées à lui verser un million de francs, solidairement entre elles ou dans la mesure définie par le Tribunal. Enfin, elle a requis que le dispositif du jugement à intervenir soit publié dans divers journaux et sur différents sites Internet.
La demanderesse a notamment allégué que Nestlé Nespresso SA et ses partenaires ont apporté des modifications techniques successives aux machines à café Nespresso afin d'entraver l'utilisation des capsules à café produites par leurs concurrents; la demanderesse, qui produit des capsules se déformant au contact de l'eau chaude, a fait breveter une invention qui vise à décourager l'utilisation de telles capsules.
Les défenderesses ont déposé une réponse dans laquelle elles ont conclu à l'irrecevabilité de la demande, subsidiairement à son rejet. Elles ont invoqué la nullité du brevet en contestant notamment la validité d'un brevet de type « défensif», dont l'utilisation serait préjudiciable à l'activité commerciale de la demanderesse.
B.b Par décision du 12 juillet 2016, le Tribunal fédéral des brevets a rejeté la demande.
Pour faciliter la discussion, le Tribunal a numéroté de la façon suivante les divers éléments composant la revendication principale du brevet:
M1 Dispositif pour la préparation d'une boisson extraite à partir d'une capsule;
M2 comprenant un support de capsule;
M3 et une cage à capsule;
M4 à l'intérieur de laquelle sont disposés au moins une entrée d'eau et des moyens de perçage de capsule;
M5 caractérisé par le fait que ladite cage est agencée de manière à déformer au moins partiellement toute capsule constituée d'un matériau déformable au contact d'eau chaude, qui est disposée dans la cage;
M6 de manière à ce que la capsule soit retenue dans la cage consécutivement à son contact avec de l'eau chaude.
B.b.a Le Tribunal fédéral des brevets a tout d'abord rappelé que les conclusions d'une action en cessation de trouble devaient être formulées de manière à ce que la partie défenderesse et les autorités d'exécution comprennent quel comportement était proscrit. La description devait être suffisamment précise et concrète pour qu'un examen purement factuel permette de constater si le comportement prohibé était ou non réalisé; elle ne devait nécessiter aucune interprétation juridique.
En l'occurrence, le Tribunal a jugé que les conclusions de la demande répondaient à cette exigence, quand bien même elles reprenaient à la lettre certains pans (M5 et M6) de la revendication principale du brevet. L'autorité d'exécution pouvait facilement vérifier si la caractéristique M5 et le relief de type harpon étaient reproduits. Pour ce faire, il suffisait d'utiliser la machine à café avec un certain nombre de capsules de types différents, constituées d'un matériau déformable au contact de l'eau chaude, et de vérifier si l'on observait toujours des marques ou déformations dans les capsules après usage, marques et déformations qui seraient le fait des harpons. L'expression « toute capsule» signifiait toute capsule susceptible d'être utilisée dans la machine à café en cause de façon à permettre la préparation d'une boisson extraite (i.e un café), indépendamment de la question de savoir si une telle capsule était retenue dans la cage à capsule après l'extraction.
Concernant la caractéristique M6, il convenait d'utiliser la machine avec un certain nombre de capsules de types différents, constituées d'un matériau déformable au contact de l'eau chaude, et de vérifier si chaque capsule était retenue dans la cage. On pouvait s'arrêter au moment où une des capsules n'était pas retenue, ce qui signifiait que le dispositif litigieux ne tombait pas dans le champ de la conclusion. En revanche, s'il s'avérait après quelques dizaines d'essais que toutes les capsules avaient été retenues, on pouvait admettre que le dispositif reproduisait la caractéristique requise.
B.b.b Le Tribunal des brevets a ensuite examiné si le mode d'exécution des défenderesses correspondait à celui couvert par les conclusions. Il a constaté qu'en se déterminant sur les allégués de la réponse, la demanderesse avait admis avoir développé de nouvelles capsules qui n'étaient pas retenues dans les dispositifs des défenderesses. En outre, elle n'avait pas contesté les allégations des défenderesses selon lesquelles ses dispositifs ne retenaient pas toutes les capsules, à l'issue des tests effectués. Il était donc incontesté qu'il existait des capsules constituées d'un matériau déformable au contact d'eau chaude qui n'étaient pas retenues dans les dispositifs attaqués, et qui étaient susceptibles d'être utilisées dans ceux-ci de façon à permettre l'extraction d'une boisson. Il était d'autant plus clair que les dispositifs des défenderesses ne reproduisaient pas la forme d'exécution dont la demanderesse requérait l'interdiction que, dans ces machines à café, les cages n'étaient pas agencées de manière à déformer au moins partiellement toute capsule constituée d'un matériau déformable au contact d'eau chaude, qui était disposée dans la cage, de manière à ce que la capsule soit retenue dans la cage consécutivement à son contact avec de l'eau chaude. La demanderesse objectait vainement que la présence de harpons dans la cage suffisait pour retenir une contrefaçon; ce faisant, elle méconnaissait une caractéristique fonctionnelle qui limitait tant les conclusions que la revendication, à savoir qu'il était expressément requis que toute capsule soit déformée de manière à être retenue dans la cage consécutivement au contact avec de l'eau chaude. La demande devait donc être rejetée pour ce motif.
B.b.c Le Tribunal a enfin jugé que les conclusions allaient au-delà du champ de protection conféré par la revendication principale du brevet, ce qui constituait une autre raison de rejeter la demande. En effet, les conclusions ne reprenaient pas les caractéristiques M1, M2 et M4, et la demanderesse n'avait pas non plus allégué que les dispositifs des parties adverses reproduisaient ces caractéristiques. S'agissant de la caractéristique M4, il fallait en outre se demander comment il pouvait y avoir, à l'intérieur de la cage à capsule, une entrée d'eau et des moyens de percer les capsules, eu égard au fait que ces éléments n'apparaissaient pas dans la description du brevet.
C.
La demanderesse (ci-après: la recourante) a saisi le Tribunal fédéral d'un recours en matière civile contre la décision du 12 juillet 2016. A quelques mots près, elle a repris la conclusion en cessation formulée devant l'autorité précédente (supra let. Ba). Toutefois, l'expression « de manière à ce que la capsule soit retenue dans la cage... » est désormais remplacée par l'expression « de manière à ce que la capsule puisse être retenue dans la cage... ». La recourante a conclu pour le surplus au renvoi de la cause au Tribunal des brevets pour qu'il statue sur le préjudice subi.
Les trois défenderesses (ci-après: les intimées) ont conclu au rejet du recours dans la mesure où il est recevable.
L'autorité précédente a renoncé à se déterminer.
Considérant en droit :
1.
1.1. La voie du recours en matière civile est ouverte sans égard à la valeur litigieuse à l'encontre de la décision finale rendue par le Tribunal fédéral des brevets (art. 74 al. 2 let. e, art. 75 al. 1 et art. 90 LTF).
1.2. A teneur de l'art. 99 al. 2 LTF, toute conclusion nouvelle est irrecevable. Le justiciable ne peut pas modifier l'objet du litige devant le Tribunal fédéral en demandant davantage ou autre chose que ce qu'il avait requis devant l'autorité précédente (arrêt 5A_761/2009 du 12 janvier 2010 consid. 2.2; BERNARD CORBOZ, in Commentaire de la LTF, 2 e éd. 2014, n os 29-32 ad art. 99 LTF).
En l'occurrence, la recourante a reformulé ses conclusions qui visent désormais un dispositif de machine à café impliquant que la capsule à café « puisse être retenue» dans la cage à capsule, tandis qu'auparavant il était question que la capsule «soit retenue» dans la cage. Selon la recourante, cette modification ne ferait qu'exprimer la manière dont doivent être interprétées les conclusions de la demande et la revendication principale du brevet. La recevabilité des conclusions est ainsi liée à l'objet même du litige, de sorte qu'il convient d'entrer en matière et de procéder à l'examen au fond (cf. arrêt 4A_248/2015 du 15 janvier 2016 consid. 2.3 et ATF 134 III 27 consid. 6.2.1).
1.3. Pour le surplus, la recourante s'est conformée à l'exigence d'attaquer chacune des motivations alternatives développées par l'autorité précédente (cf. ATF 133 IV 119 consid. 6.3; arrêt 4A_271/2016 du 16 janvier 2017 consid. 4.3).
2.
2.1. Le recours en matière civile peut être formé pour violation du droit fédéral (art. 95 let. a LTF). L'autorité de céans examine le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF), sous réserve des droits fondamentaux dont la violation doit être expressément dénoncée dans un grief dûment motivé (art. 106 al. 2 LTF et ATF 133 III 589 consid. 2). Eu égard, toutefois, à l'exigence de motivation qu'impose l'art. 42 al. 2 LTF sous peine d'irrecevabilité (art. 108 al. 1 let. b LTF), elle n'examine d'ordinaire que les griefs invoqués, sauf en cas d'erreurs juridiques manifestes (ATF 140 III 115 consid. 2 p. 116; 137 III 580 consid. 1.3).
2.2. Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Il ne peut rectifier ou compléter les constatations de l'autorité précédente que si elles sont manifestement inexactes ou découlent d'une violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF). «Manifestement inexactes» signifie ici «arbitraires» (ATF 140 III 115 consid. 2 p. 117; 135 III 397 consid. 1.5). La critique de l'état de fait retenu est soumise au principe strict de l'invocation énoncé par l'art. 106 al. 2 LTF (ATF 140 III 264 consid. 2.3 p. 266 et les références). La partie qui entend attaquer les faits constatés par l'autorité précédente doit expliquer clairement et de manière circonstanciée en quoi ces conditions seraient réalisées (ATF 140 III 16 consid. 1.3.1 p. 18 et les références).
3.
3.1. La recourante reproche au Tribunal des brevets d'avoir mal interprété la revendication du brevet et les conclusions de sa demande en considérant qu'elles visaient uniquement des dispositifs retenant systématiquement toute capsule en matériau déformable au contact de l'eau chaude. En réalité, seraient aussi concernés les dispositifs parvenant à retenir un nombre relativement élevé de ce genre de capsules.
3.2. Selon la loi fédérale sur les brevets d'invention, le brevet confère à son titulaire le droit d'interdire à des tiers d'utiliser l'invention à titre professionnel (art. 8 al. 1 LBI; RS 232.14). Le titulaire peut notamment demander la cessation d'une utilisation illicite de l'invention et la réparation du dommage causé par un tel acte (art. 66 let. a, art. 72 et 73 LBI).
L'invention est définie par les revendications du brevet, qui déterminent l'étendue de la protection conférée par le brevet (art. 51 al. 1 et 2 LBI), et partant les droits du titulaire du brevet au sens de l'art. 8 LBI (arrêt 4C.138/2004 du 1 er avril 2005 consid. 3.1, in sic! 2005 p. 663). La description et les dessins servent à interpréter les revendications (art. 51 al. 3 LBI).
Les revendications doivent être interprétées selon le principe de la confiance (ATF 122 III 81 consid. 4a p. 83 s.; 107 II 366 consid. 2 p. 369). La lettre même des revendications constitue le point de départ de l'interprétation (arrêt 4A_131/2016 du 3 octobre 2016 consid. 4.2.1). Les directives techniques qu'elles contiennent doivent être interprétées telles que l'homme du métier les comprend. Si le sens d'une expression ne peut être établi avec une certitude suffisante en consultant la littérature spécialisée, le tribunal doit s'adjoindre les services d'un expert dans la mesure où il est lui-même dépourvu de connaissances spéciales (ATF 132 III 83 consid. 3.4). La description et les dessins servent à l'interprétation, mais ils ne sauraient conduire à compléter les revendications. Le titulaire du brevet doit donc décrire précisément l'objet de l'invention dans les revendications; il supporte le risque d'une définition inexacte, incomplète ou contradictoire (ATF 95 II 364 consid. 4c).
3.3. Du point de vue de la recourante, il conviendrait d'interpréter ses conclusions à la lumière de ses allégations, et il ressortirait de celles-ci que le dispositif protégé n'a pas pour effet de retenir systématiquement toute capsule déformable au contact de l'eau chaude. L'expression générique «toute capsule» signifierait «une capsule de tout type», ou plus simplement «une capsule». La revendication devrait être interprétée selon le point de vue d'un homme du métier animé par la volonté de comprendre et d'éviter de cultiver des malentendus. Pour que la revendication revête le sens retenu par l'autorité précédente, il eût fallu utiliser l'expression «toutes les capsules».
3.4. La conclusion en cessation formulée dans la demande du 30 janvier 2015 reprend à la lettre certains pans de la revendication principale du brevet (M5 et M6) et la revendication 7. Comme les conclusions ne sauraient aller au-delà de la protection conférée par le brevet, qui découle elle-même des revendications, il convient en premier lieu d'interpréter les éléments litigieux M5 et M6 conformément aux principes qui viennent d'être rappelés (supra consid. 3.2).
Le litige porte sur le point de savoir si le dispositif décrit dans la revendication a pour effet d'entraîner la rétention de toute capsule introduite dans la cage à capsule, pour autant que la capsule soit en matériau déformable au contact de l'eau chaude. Le problème d'interprétation ne porte pas directement sur une question technique, comme le montre l'argumentation de la recourante qui se concentre sur le sens de l'expression générique « toute capsule». La recourante ne prétend du reste pas qu'il existerait un sens technique spécial qu'aurait méconnu le Tribunal fédéral des brevets, qui comptait parmi ses cinq juges trois diplômés des Ecoles polytechniques fédérales, dont un ingénieur diplômé en mécanique et docteur en sciences techniques. La recourante n'indique pas non plus quels éléments de la description ou des dessins permettraient d'asseoir l'interprétation qu'elle voudrait imposer. La cour de céans n'a dès lors pas à rechercher d'office de tels éléments, qui ne ressortent pas de la décision attaquée.
L'interprétation littérale qui se dégage objectivement des éléments M5-M6 et de la revendication 7 est la suivante: l'expression «toute capsule» désigne n'importe quelle capsule «constituée d'un matériau déformable au contact d'eau chaude», étant entendu que ladite capsule doit avoir une taille lui permettant d'être «disposée dans la cage» à capsule de la machine à café. L'agencement de la cage à capsule (en l'occurrence, «relief de type harpon») est tel qu'il entraîne une déformation au moins partielle de n'importe quelle capsule de ce genre, une fois mise au contact de l'eau chaude; cette déformation conduit elle-même à ce que la capsule soit retenue dans la cage. Comme l'a bien compris la recourante, qui propose désormais une autre formulation, l'expression «soit retenue» implique un résultat, et non une possible survenance du phénomène décrit. En bonne logique, l'agencement de la cage doit entraîner une déformation certaine, et non une éventuelle déformation.
Le Tribunal des brevets n'a donc pas enfreint les règles d'interprétation en considérant que le dispositif breveté implique que toute capsule dotée des caractéristiques précitées soit déformée, et partant retenue dans la cage à capsule après avoir été en contact avec de l'eau chaude.
3.5. Ledit Tribunal a par ailleurs retenu les faits suivants:
- il existe des capsules constituées d'un matériau déformable au contact d'eau chaude qui ne sont pas retenues dans les dispositifs des intimées;
- dans les machines à café des intimées, les cages ne sont pas agencées de manière à déformer au moins partiellement toute capsule constituée d'un matériau déformable au contact d'eau chaude, qui est disposée dans la cage, de manière à ce que la capsule soit retenue dans la cage consécutivement à son contact avec de l'eau chaude.
La recourante ne formule pas de critique recevable contre ces constatations (cf. supra consid. 2.2). Elle objecte qu'il ne s'agit pas de savoir si les dispositifs des intimées sont de bonne ou mauvaise facture. La seule question pertinente serait de déterminer si ces dispositifs utilisent ou non l'invention brevetée; or, la décision attaquée ne trancherait pas cette question.
Le Tribunal des brevets est arrivé à la conclusion que les dispositifs des intimées ne reproduisent pas la forme d'exécution dont la recourante demande l'interdiction. Le Tribunal a tiré argument du fait que les dispositifs mis en cause n'atteignent pas le résultat décrit dans la revendication et les conclusions, à savoir que toute capsule déformable au contact de l'eau chaude n'est pas systématiquement retenue dans la cage à capsule. Le Tribunal a relevé à juste titre qu'il s'agissait là d'une caractéristique fonctionnelle limitant la revendication comme les conclusions. Il a ajouté que dans les machines à café litigieuses, les cages à capsule ne sont pas agencées de manière à déformer au moins partiellement toute capsule en matériau déformable, de façon à ce que la capsule soit retenue dans la cage. En d'autres termes, c'est en raison de l'aménagement de la cage que l'effet recherché - déformation de la capsule telle que cette dernière se trouve retenue dans la cage - n'est pas atteint. La recourante ne démontre pas en quoi cette constatation serait arbitraire ou établie en violation du droit fédéral. Elle n'indique pas davantage quels éléments permettraient d'établir que l'agencement utilisé contrefait ou imite l'agencement breveté. Il ne suffit pas de citer des allégations selon lesquelles les cages à capsule des machines Nespresso commercialisées depuis mars 2011 comprennent cinq ou six harpons, ni d'affirmer qu'il «ressort de la procédure de première instance et même de leur aveu» que les machines à café des intimées comportent des harpons sur les parois internes de la cage à capsule. Encore faudrait-il savoir précisément quel dispositif est utilisé par les défenderesses et quel dispositif est révélé dans le brevet, afin de les comparer. Or, la recourante ne dit mot à ce sujet et ne démontre pas en quoi l'état de fait pourrait être complété (supra consid. 2.2).
En bref, sur la base de l'état de fait qui lie la cour de céans, il n'était pas contraire au droit fédéral de conclure que les dispositifs des intimées ne reproduisent pas la forme d'exécution découlant des conclusions, et partant des revendications 1 et 7 du brevet.
Ces considérations suffisent à entraîner le rejet de l'action, sans qu'il soit nécessaire d'interpréter les conclusions de la demande; encore une fois, celles-ci ne sauraient aller au-delà du champ de protection du brevet, sous peine d'être rejetées. Il est également superflu d'examiner l'argumentation alternative développée dans l'arrêt attaqué.
4.
En définitive, le recours doit être rejeté. La recourante supportera les frais de la présente procédure (art. 66 al. 1 LTF), fixés à 17'000 fr. en tenant compte du fait particulier qu'il n'a pas été nécessaire de se prononcer sur tous les griefs du recours, et que les moyens traités ne présentaient pas de difficultés particulières. Les intimées, qui ont dû se déterminer sur tous les points, ont le droit à de pleins dépens, arrêtés à 22'000 fr. (art. 68 al. 1 et 2 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 17'000 fr., sont mis à la charge de la recourante.
3.
La recourante versera aux intimées, créancières solidaires, une indemnité de 22'000 fr. à titre de dépens.
4.
Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties, au Tribunal fédéral des brevets et à l'Institut Fédéral de la Propriété Intellectuelle.
Lausanne, le 7 avril 2017
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: Kiss
La Greffière: Monti