Ces entreprises créent de la nourriture à partir de rien
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Des cellules séchées, voilà ce qu'on mange au dîner. C'est du moins ce que veulent nous convaincre de nouvelles start-ups biotechnologiques, armées de bactéries consommatrices de carbone et de capitaux importants. Leurs affirmations semblent trop belles pour être vraies : elles affirment pouvoir fabriquer de la nourriture à partir de rien.
Mais c’est exactement ainsi que fonctionnent certaines bactéries vivant dans le sol . Dans la nature, ces microbes « autotrophes » survivent grâce à un régime alimentaire maigre composé d’oxygène, d’azote, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau puisés directement dans l’atmosphère. En laboratoire, ils font la même chose, en absorbant le carbone résiduel et en se reproduisant avec tant d’enthousiasme que leurs populations gonflent jusqu’à remplir d’énormes cuves de fermentation. Siphonnée et déshydratée, cette biomasse bactérienne devient une poudre riche en protéines, pleine de nutriments et essentiellement renouvelable à l’infini.
Lisa Dyson est la fondatrice de l’une de ces startups, Air Protein. Lorsqu’elle évoque l’inspiration de sa société, elle cite souvent les recherches de la NASA des années 1960. À l’époque, l’agence, espérant rassasier les astronautes lors de longs voyages dans l’espace, avait exploré l’idée de cultiver une cuisine bactérienne à bord avant de conclure, en fin de compte, que les astronautes pourraient ne pas trouver cela psychologiquement acceptable. « La Terre est en fait comme un vaisseau spatial », a expliqué Lisa Dyson lors d’une conférence TED en 2016. « Nous avons un espace limité et des ressources limitées, et sur Terre, nous devons vraiment trouver comment mieux recycler notre carbone. » Ces bactéries pourraient-elles être la solution ?"
Pour l’instant, la réponse est un « peut-être » certain. Quelque 25 entreprises du monde entier ont déjà relevé le défi, dans l’espoir de transformer le dioxyde de carbone abondant en « protéines aériennes » nutritives. L’objectif ultime des personnes qui travaillent dans ces entreprises est de concevoir une source alimentaire produisant beaucoup moins d’émissions que l’agriculture conventionnelle – peut-être même une source qui pourrait complètement bouleverser l’agriculture.
Pour y parvenir, elles devront surmonter des défis très réels. Elles devront augmenter la production de leurs protéines pour être compétitives sur le plan commercial, et le faire d’une manière qui ne crée pas plus d’émissions ou d’autres problèmes environnementaux. Plus difficile encore : elles devront surmonter le dégoût que les gens peuvent ressentir en envisageant un repas à base de bactéries.
Certaines de ces entreprises se concentrent sur les aliments industriels pour animaux, la farine de poisson et les aliments pour animaux de compagnie, des produits aux marges bénéficiaires plus faibles, mais aux consommateurs moins exigeants et aux obstacles réglementaires moins nombreux. Cependant, c’est dans l’alimentation humaine que se trouvent les véritables bénéfices et l’impact.
C’est pourquoi plusieurs entreprises, comme Air Protein de Lisa Dyson, se concentrent sur ce secteur. En 2023, Air Protein a ouvert sa première « ferme aérienne » à San Leandro, en Californie, un pôle de l’industrie de production alimentaire commerciale, et a annoncé un accord de développement stratégique avec l’un des plus grands négociants en matières premières agricoles au monde, ADM, pour collaborer à la recherche et au développement et construire une usine encore plus grande, à échelle commerciale. Le « poulet aérien » de l’entreprise (qui, soyons clairs, n’est pas du vrai poulet) fait lentement son chemin vers les rayons des épiceries et les tables à manger. Mais ce n’est qu’un début.
D’autres entreprises progressent également dans l’exploitation des bactéries pour transformer l’air en protéines – et un jour prochain, ces galettes de protéines microbiennes pourraient être aussi courantes que les hamburgers végétariens.
Une alternative aux protéines alternatives
L’argument environnemental en faveur des protéines microbiennes est assez clair : il s’agit d’un simple calcul entre les terres arables, l’énergie et le nombre de bouches à nourrir. La demande mondiale en protéines est déjà à un niveau record et, avec une population qui devrait atteindre 9,7 milliards d’habitants d’ici 2050, l’agriculture traditionnelle aura du mal à suivre, d’autant plus qu’elle doit lutter contre le changement climatique, la dégradation des sols et les maladies.
La croissance de la classe moyenne mondiale devrait entraîner une augmentation des niveaux de consommation de viande, mais la viande issue des élevages industriels est l’un des principaux facteurs d’émissions de gaz à effet de serre. Bien que les alternatives riches en protéines comme le soja soient beaucoup plus durables, la majeure partie du soja cultivé dans le monde est destinée à l’alimentation animale, et non à la consommation humaine.
En revanche, les « cultures » bactériennes convertissent directement le dioxyde de carbone en protéines, selon un processus qui utilise beaucoup moins de terres et d’eau. Les « fermes » de protéines microbiennes pourraient fonctionner toute l’année partout où l’électricité renouvelable est bon marché, même dans des endroits comme le désert d’Atacama au Chili, où l’agriculture est quasiment impossible. Cela soulagerait les terres agricoles et nous donnerait peut-être même la possibilité de les rendre à l’état sauvage.
« Nous libérons la production alimentaire des contraintes de l’agriculture », explique Juha-Pekka Pitkänen, cofondateur et directeur technique de la start-up finlandaise Solar Foods, dans une récente vidéo d’entreprise. En avril 2024, Solar Foods a ouvert une usine de démonstration à Vantaa, à quelques minutes en train de l’aéroport d’Helsinki. C’est ici, dans l’usine 01, que l’entreprise espère produire suffisamment de poudre de protéine jaune verge d’or, Solein, pour prouver sa viabilité – environ 160 tonnes par an.
Comme Air Protein, Solar Foods commence son processus de production avec des bactéries oxydantes d’hydrogène naturelles qui métabolisent le dioxyde de carbone, comme le font les plantes. Dans des bioréacteurs stériles similaires aux cuves de fermentation utilisées dans l’industrie brassicole, les bactéries se développent dans l’eau avec un régime régulier de CO2 , d’hydrogène et de quelques nutriments supplémentaires, comme l’azote, le calcium, le phosphore et le potassium. En se multipliant, les bactéries épaississent l’eau en une bouillie, qui est continuellement siphonnée et déshydratée, créant une poudre riche en protéines qui peut être utilisée comme ingrédient dans des viandes alternatives, des produits laitiers et des collations.
« Nous libérons la production alimentaire des contraintes de l’agriculture. »
Juha-Pekka Pitkänen, Aliments solaires
Comme l’explique Juha-Pekka Pitkänen, son équipe de recherche au Centre de recherche technique VTT, propriété de l’État finlandais, savait que ces micro-organismes existaient dans la nature. Pour trouver un candidat viable, ils ont réduit les conditions naturelles dans lesquelles il pourrait être présent, puis, comme le font les Finlandais, ils ont enfilé des chaussures de randonnée et sont partis sur le terrain. « En Finlande, il n’est pas nécessaire d’aller très loin pour trouver la nature », dit-il en haussant les épaules. « On peut trouver quelque chose d’utile dans un fossé. »
Mais il ne s’agissait pas de n’importe quelle bactérie des fossés. Leur cible devait à la fois consommer du dioxyde de carbone et continuer à prospérer même après avoir été isolée de la communauté microbienne avec laquelle elle coexistait ou avec laquelle elle était en compétition dans la nature. « Nous cherchions un micro-organisme pacifiste », souligne Juha-Pekka Pitkänen. « C’est assez rare. » Dans une bactérie vivant dans les sols humides du genre Xanthobacter , ils ont trouvé leur pendant : un microbe non toxique, adapté au laboratoire et suffisamment appétissant pour se glisser dans une myriade de préparations alimentaires.
Lors de la fête annuelle de l’entreprise Solar Foods cette année, leur chef cuisinier a servi des lasagnes jaune vif faites avec Solein. Selon Juha-Pikka Pitkänen, cette poudre constitue une excellente farine pour les pâtes fraîches et fonctionne étonnamment bien comme substitut de crème dans la crème glacée. Elle est riche en caroténoïdes, ce qui lui donne un goût de « carotte », et elle est pleine de vitamine B12 et de fer biodisponible, ce qui la rend idéale pour les végétariens.
Mais ce produit n’est pas un substitut prêt à l’emploi au lait, aux œufs ou même à la viande. Il s’agit plutôt d’un ingrédient comme un autre, qui rivalise en termes de valeur nutritionnelle, de coût et de texture. Pitkänen m’a expliqué que le principal concurrent de l’entreprise n’est pas d’autres nouvelles protéines, mais la farine de soja.
« Au cours des dix dernières années, le paysage des protéines alternatives a radicalement changé », explique Hannah Lester, consultante en réglementation de l’industrie des nouveaux aliments basée dans l’UE. Les galettes de soja et les hamburgers aux haricots sont désormais omniprésents au point d’être dépassés ; les protéines alternatives de pointe d’aujourd’hui sont cultivées à partir de cellules animales et obtenues à partir de micro-organismes spécialement conçus à l’aide de techniques initialement développées pour produire des vaccins et d’autres produits pharmaceutiques.
Les « agriculteurs moléculaires » cultivent des champs de soja rose vif dont la composition génétique a été modifiée de manière à ce qu’ils contiennent des protéines identiques à celles produites par les porcs. « Nous en arrivons vraiment au point où les entreprises utilisent la technologie la plus incroyable pour produire des aliments », dit-elle.
Un processus de fermentation sous un autre nom
L’espace occupé par Air Protein et Solar Foods est si nouveau que le langage n’est pas encore tout à fait cohérent autour de lui. Certains dans l’industrie des protéines alternatives l’appellent de manière évocatrice « agriculture cellulaire », mais on l’appelle aussi « fermentation gazeuse », mettant l’accent sur le processus, et « fermentation de biomasse », mettant l’accent sur le produit final.
Ces termes sont distincts de la « fermentation de précision », qui fait référence à un autre bioprocessus en vogue qui utilise des levures génétiquement modifiées, d’autres champignons et des bactéries pour produire des protéines impossibles à distinguer de leurs homologues d’origine animale. La fermentation de précision n’est pas une technique nouvelle : la Food and Drug Administration américaine a approuvé son utilisation pour produire de l’insuline en 1982, et 80 % de la présure utilisée dans le fromage est désormais fabriquée de cette manière, évitant ainsi la nécessité de récolter les enzymes de la paroi de l’estomac des veaux.
Au lieu de forcer les micro-organismes à produire les protéines animales que nous connaissons déjà, des entreprises comme Air Protein et Solar Foods proposent de sauter l’étape intermédiaire et de manger simplement les microbes eux-mêmes, séchés en poudre. La biomasse microbienne produite grâce à ces nouvelles technologies de fermentation est fibreuse, riche en vitamines et polyvalente. Plus important encore, ces bactéries mangent du carbone, nécessitent très peu de terre et d’eau et n’ont pas besoin d’engrais dérivés de combustibles fossiles. Selon une analyse du cycle de vie réalisée par l’Université d’Helsinki et l’Institut des ressources naturelles de Finlande, la production de protéines microbiennes est entre 53 % et 100 % plus efficace que celle de protéines animales.
Bien sûr, la fourchette est large. Le mix énergétique finlandais privilégie les énergies renouvelables comme l’hydroélectricité et l’éolien. Dans un pays plus dépendant des combustibles fossiles, l’impact environnemental de la production de Solein, ou de toute autre protéine microbienne, pourrait être bien plus élevé. Cultiver des microbes en masse signifie créer les conditions parfaites pour qu’ils prospèrent – et, comme pour tout processus de production industrielle, cela nécessite des usines, des équipements et de l’électricité pour faire fonctionner l’ensemble du système. Cela nécessite également un approvisionnement généreux en éléments comme le dioxyde de carbone et l’hydrogène.
La quasi-totalité de l’hydrogène produit par l’homme, élément clé de l’alimentation bactérienne, provient de la production de combustibles fossiles, et l’hydrogène « vert », utilisé par Solar Foods dans son usine de démonstration, est issu de l’électrolyse à énergie renouvelable pour séparer l’eau, un procédé encore peu courant.
Selon David Tze, PDG de la société de protéines microbiennes NovoNutrients, qui s’efforce actuellement de se diversifier en passant de la farine de poisson industrielle à l’alimentation humaine, le segment de l’industrie des protéines microbiennes alimenté par l’hydrogène est susceptible de s’implanter là où l’hydrogène est le moins cher.
Les sources de carbone utilisées pour cette technologie sont également variées. Si une entreprise souhaite utiliser le carbone résiduel capturé, elle devra nouer des relations avec les industries pour relier ses usines de protéines à ces sources. Une autre alternative, l’approvisionnement en carbone extrait de l’atmosphère par capture directe dans l’air, ou DAC, est encore nouvelle, énergivore et coûteuse.
Pour l’instant, Air Protein utilise le même dioxyde de carbone disponible dans le commerce que celui utilisé dans l’eau gazeuse, et tandis que Solar Foods utilise le DAC pour environ 15 % du carbone dont elle a besoin dans son usine de démonstration, le reste provient du commerce. Les deux entreprises espèrent ajuster leurs sources de carbone à mesure qu’elles se développent et que le DAC devient plus disponible dans le commerce.
Même si les bactéries étaient nourries avec un régime composé uniquement de carbone capturé, elles ne l’élimineraient pas définitivement de l’atmosphère, puisque nous libérons du carbone lorsque nous digérons les aliments. Pourtant, explique David Tze, « nous donnons une seconde vie au CO2 et lui permettons d’ajouter beaucoup plus de valeur positive à l’économie. »
Plus important encore, les produits à base de bactéries réduisent considérablement l’empreinte carbone des protéines. Selon une étude de 2016 du World Resources Institute, la production d’une seule tonne de bœuf génère environ 2 400 tonnes d’émissions de gaz à effet de serre. Pour les sources de protéines d’origine végétale, comme les légumineuses, ce chiffre est bien inférieur à 300, mais pour les protéines microbiennes, il pourrait finalement être à un seul chiffre.
« Si quelqu’un peut manger une bouchée de notre produit au lieu d’une bouchée de n’importe quoi d’autre », précise David Tze, « cela pourrait faire une différence d’un ou trois ordres de grandeur. »
Bien entendu, rien de tout cela ne fonctionnera si les protéines microbiennes restent une industrie de niche ou si le produit est trop cher pour le consommateur moyen. Même en fonctionnant à pleine capacité, l'usine de démonstration de Solar Foods ne peut produire que suffisamment de protéines pour fournir à toute la population finlandaise un repas par an. D'un point de vue commercial, Juha-Pikka Pitkänen estime que c'est une bonne nouvelle : il y a beaucoup de place pour se développer. Mais si elles espèrent faire une brèche dans la durabilité à long terme de nos systèmes alimentaires, des entreprises comme Solar Foods et Air Protein devront elles aussi accroître considérablement leurs capacités. Il reste à voir si elles seront en mesure de relever ce défi et si les consommateurs seront prêts.
Même si le processus (la fermentation) et le matériau (les micro-organismes vivants) sont aussi naturels que le monde et aussi vieux que le temps, l’idée de mélanger l’air et les microbes pour préparer un repas paraîtra à beaucoup de gens incroyablement étrange. La nourriture est culturelle, après tout, et surtout aux États-Unis, les protéines sont une question politique. Dans ses interviews, Lisa Dyson s’efforce de qualifier de « cultures » les bactéries à l’origine du processus d’Air Protein, soulignant le lien avec les aliments fermentés traditionnels comme le yaourt, la bière ou le miso. Sur le site Web de Solar Foods, des personnes chics boivent des smoothies jaunes Solein à des tables nordiques de bon goût. Aucune bactérie n’est représentée.
Solar Foods attend toujours l’approbation finale des autorités de régulation de l’UE et des États-Unis, mais Solein est déjà en vente à Singapour, où il est utilisé dans la fabrication de glaces au chocolat et de barres de céréales à la fraise et à la noisette. Si les Singapouriens n’aiment pas manger de bactéries en poudre, ils n’en font pas grand cas. En matière de biotechnologie alimentaire, les pays les plus progressistes au monde sont ceux qui ont le moins de terres arables. Singapour, qui importe presque tout, espère couvrir 30 % de ses propres besoins nutritionnels d’ici 2030.
Israël, un pays semi-aride au territoire limité, a investi massivement dans la bioproduction, tout comme les Pays-Bas, où les terres agricoles ont été fortement épuisées par les engrais chimiques. Mais même dans les pays moins contraints, « l’agriculture est à genoux à cause du changement climatique », explique Hannah Lester, l’expert en réglementation. « À un moment donné, malheureusement, nous ne serons plus en mesure de produire de la nourriture de manière traditionnelle. Nous avons besoin d’alternatives. Nous avons besoin du soutien du gouvernement. Nous avons besoin d’un changement fondamental de politique dans la façon dont nous finançons l’alimentation. »
Ce sentiment semble trouver un écho aux États-Unis. En septembre 2022, le président Joe Biden a signé un décret visant à faire progresser la biofabrication en élargissant la formation, en simplifiant la réglementation et en renforçant les investissements fédéraux dans la recherche et le développement en biotechnologie, citant spécifiquement « l’augmentation de la production durable de biomasse » comme objectif clé.
En 2021, la Defense Advanced Research Projects Agency a lancé le programme Cornucopia, demandant à quatre équipes de recherche – dont l’une comprend la société de Dyson, Air Protein – de créer un système de nutrition complet, suffisamment petit pour tenir dans un Humvee, capable de récolter l’azote et le carbone de l’air et de les utiliser pour produire des rations microbiennes sous forme de shakes, de barres, de gels et de viande séchée. Les protéines microbiennes ne seront peut-être jamais déployées lors de voyages spatiaux au long cours comme le rêve la NASA, mais il semble que le gouvernement parie qu’elles pourraient nous maintenir en vie sur le vaisseau spatial Terre – c’est-à-dire si l’équipage ne les rejette pas catégoriquement.