Les nouvelles technologies alimentaires : un moyen pour contribuer à nourrir une population croissante
La population mondiale devrait atteindre environ 10 milliards de personnes d'ici 20501, ce qui nous oblige à augmenter la production alimentaire. Mais le simple développement de l'agriculture n'est pas la réponse à ce défi, car nous n'avons pas assez de terres cultivables. Les nouvelles technologies alimentaires pourraient-elles fournir une source alimentaire alternative tout en améliorant la pérennité de la production alimentaire mondiale en termes d'impact climatique, d'utilisation des ressources et des terres et d'empreinte carbone globale ?
Nourrir une population en augmentation
Parmi les nombreux défis auxquels fait actuellement face le système alimentaire mondial, nourrir une population en croissance rapide est l'un des plus urgents. D'ici 2050, la population mondiale devrait avoir augmenté de plus de 25 % par rapport à son niveau de 2020, pour atteindre environ 10 milliards de personnes1, mais les systèmes alimentaires étant déjà responsables de plus d'un tiers des émissions de gaz à effet de serre2 et dépendants de pratiques industrielles et agricoles coûteuses en ressources, le développement de ces pratiques et la consommation de ressources au rythme actuel ne sont en aucun cas viables.
De plus, le manque de terres cultivables n'est que l'un des problèmes qui se posent. Une grande partie de cette croissance démographique se concentrera probablement en Afrique ainsi qu'en Asie du Sud et de l'Est, faisant ainsi de l'insécurité alimentaire et de l'accès des populations à une alimentation saine et nutritive des préoccupations croissantes. Tout comme l'appauvrissement continu de la biodiversité causé par la surexploitation de l'eau et des terres et par l'utilisation excessive de produits agrochimiques.
Comment les nouvelles technologies alimentaires répondent-elles à ces défis ?
Les nouvelles technologies alimentaires pourraient fournir une solution à ces problèmes. Le terme « nouveaux aliments » peut désigner tout un éventail de technologies de protéines alternatives, mais ici, nous faisons principalement référence à deux technologies basées sur la fermentation : la fermentation de la biomasse, au cours de laquelle des analogues des protéines conventionnelles, riches en nutriments, sont constitués de micro-organismes comme des champignons ; et la fermentation de précision, au cours de laquelle des micro-organismes sont utilisés comme « usines cellulaires » pour créer d'autres ingrédients fonctionnels.
En tant que moyen de produire ces protéines alternatives, ces deux méthodes présentent des avantages distincts par rapport aux pratiques agricoles actuelles, notamment une réduction significative de la superficie des terres nécessaires à la production3. Comparées aux protéines conventionnelles, ces protéines alternatives nécessitent moins de ressources pour produire des quantités équivalentes de nutriments et de calories, ce qui se traduit par une consommation réduite d'énergie et d'autres ressources naturelles tout au long de la chaîne de production3. Mais chacune de ces technologies présente également un ensemble spécifique de considérations à prendre en compte concernant leur impact respectif sur le climat et les implications de leur adoption à grande échelle.
Fermentation de la biomasse
En matière de développement durable de la fermentation de la biomasse, « L'industrie agroalimentaire n'en est qu'au début de la courbe d'apprentissage », indique Lilly Li, Responsable du développement durable chez Tetra Pak. « Et en fonction de ce vous produisez spécifiquement, le processus et, par conséquent, l'impact en termes d'eau, d'utilisation d'énergie et de déchets, peuvent varier. »
Les mycoprotéines (biomasse de protéine fongique) sont actuellement l'un des principaux ingrédients utilisés dans la production de substituts végétariens et végétaliens à l'aide de la fermentation de la biomasse. Des études préliminaires suggèrent que remplacer la viande dans les régimes alimentaires mondiaux par ces mycoprotéines pourrait avoir une incidence significative sur la déforestation et la production de CO2.
Source : Humpenöder, F. et al. Nature 605, 90–96 (2022).
De même, une analyse de l'impact environnemental des mycoprotéines (notamment les empreintes écologiques causées par les émissions de carbone, et l'utilisation de l'eau et des terres) par rapport à des produits comparables, tels que des protéines végétales et animales destinées à la consommation humaine, menée selon une approche d'analyse du cycle de vie, a donné des résultats tout aussi encourageants.
Leur principal avantage est lié à l'utilisation des terres. Comme le montre le diagramme suivant, les produits alimentaires produits de manière traditionnelle, comme la viande de bœuf hachée, les morceaux nobles de porc et le blanc de poulet, nécessitent beaucoup plus d'espace pour produire une quantité équivalente de protéines par rapport aux mycoprotéines (presque 80 fois plus efficaces comparées à la viande de bœuf hachée suédoise)5.
Sources : Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf ; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Rapport d'impact Mycorena 2022 ; J. Hadi, G. Brightwell - Foods, 2021
Les mycoprotéines utilisent également moins d'eau en termes de litres par kg nécessaires à l'obtention d'un produit protéiné fini (l/kg) : pour l'un des principaux producteurs de mycoprotéines, ce chiffre n'est que de 31 l/kg, ce qui en fait une production 62 % plus efficace que celle du tofu, 71 % plus efficace que celle de la graine de soja et 84 % plus efficace que celle de la viande hachée suédoise6.
Sources : Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf ; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Rapport d'impact Mycorena 2022 ; J. Hadi, G. Brightwell - Foods, 2021
Globalement, cela signifie que l'empreinte carbone totale (définie comme la totalité des gaz à effet de serre émis par les divers processus nécessaires à la production du produit protéiné fini, « du berceau au portail de traitement ») des mycoprotéines est nettement inférieure : à peine 0,79 kg éq. CO2/kg pour l'un des principaux producteurs de mycoprotéines. Cela représente une réduction de 82 % par rapport à du blanc de poulet, de 92 % par rapport à un morceau noble de porc et de 98 % par rapport à de la viande de bœuf hachée suédoise7.
Sources : Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf ; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Rapport d'impact Mycorena 2022 ; J. Hadi, G. Brightwell - Foods, 2021
Fermentation de précision
D'après Ashish Acharya, responsable des technologies alimentaires chez Tetra Pak, la fermentation de précision comporte deux volets distincts, qui doivent être examinés séparément : son utilisation pour les biomatériaux et dans l'industrie biopharmaceutique, et son utilisation pour la création de nouveaux composants alimentaires. « La fermentation de précision n'est pas une nouveauté : elle est utilisée depuis de nombreuses années, voire même plusieurs décennies, pour la production ou la récolte de composants rares ou complexes qui, autrement, consommeraient des quantités de ressources énormes ou seraient impossibles à obtenir naturellement », explique-t-il. On peut citer comme exemples de nombreux ingrédients différents et produits nutritionnels tels que la chymosine, un composant essentiel de la présure, utilisée dans la production de fromage, et certains oligosaccharides que l'on trouve dans le lait maternel humain, qui est un élément essentiel de l'alimentation infantile.
« Certains de ces processus de fermentation nécessitent beaucoup d'eau et d'énergie, mais la production naturelle à grande échelle de certaines substances, comme les oligosaccharides, n'est tout simplement pas possible. Bien évidemment, nous pouvons chercher des moyens de recycler la chaleur ou de purifier les eaux usées, et déployer certaines de nos technologies avancées pour améliorer l'efficacité du processus, mais actuellement, il n'existe pas d'alternatives de production pour ces composants. »
Toutefois, la fermentation de précision prend une importance croissante, notamment sur le plan du développement durable, en ce qui concerne la production de lait et de protéines animales. « Si l'on considère l'impact croissant des pratiques agricoles industrielles sur la déforestation ou sur les émissions de gaz à effet de serre, la fermentation de précision peut contribuer à résoudre certains de ces problèmes », explique Ashish Acharya. « Prenez les protéines du lait, par exemple. À l'avenir, grâce aux progrès de la fermentation de précision, il n'y aura plus besoin d'autant de vaches, ce qui signifie qu'il n'y aura pas non plus besoin d'autant de terres, d'eau, d'aliments pour ces animaux, ni même de terres pour cultiver ces aliments. Cela permettrait également de réduire les émissions de méthane, un gaz à effet de serre à l'impact 25 fois plus élevé que celui du CO2, produites par le bétail8. »
Cela vaut également pour le bœuf, un produit qui, explique Ashish Acharya, « est considéré comme ayant l'impact négatif le plus important en termes de changement climatique9 », et pour d'autres protéines animales. L'utilisation à grande échelle de la fermentation de la biomasse et de la fermentation de précision nous permettrait de réduire de manière significative certains aspects importants en matière d'impact climatique de la chaîne de production : la déforestation, l'eau pour les animaux et les terres nécessaires au pâturage et à la culture de leur nourriture.
Gérer les déchets et les sous-produits
Cependant, les fermentations de précision et de la biomasse produisent des déchets et des sous-produits, deux facteurs qui doivent être pris en compte lors de l'évaluation de l'impact climatique global du processus. « Cela produit une quantité importante de gaz, tout comme la fermentation de la biomasse », indique Ashish Acharya. « Dans la plupart des cas, il s'agit de CO2, mais cela peut aussi être d'autres gaz, en fonction du composé produit, du type de fermentation et du type de micro-organisme utilisé. » À l'avenir, grâce aux avancées de la biotechnologie, ces gaz pourront peut-être être purifiés ou réinjectés dans la boucle comme source de matière première carbonée. De nombreuses recherches sont actuellement en cours dans ce domaine10.
Il y a ensuite le problème des micro-organismes utilisés et de la façon dont ces déchets sont traités. La fermentation de précision implique de modifier le génome des microbes utilisés, par conséquent, la gestion des déchets produits est strictement encadrée du point de vue réglementaire.
« Actuellement, les producteurs procèdent à ce qu'on appelle la destruction des organismes génétiquement modifiés. » « On ajoute de l'hydroxyde de sodium concentré et on augmente le pH à une valeur supérieure à 11, ce qui neutralise et dénature/défragmente tout l'ADN. » En fonction du niveau de confinement spécifique des OGM, les déchets sont traités différemment, mais l'objectif final est le même : empêcher la diffusion de matériel génétique actif dans l'environnement11.
« Les OGM à niveau de confinement faible peuvent être détruites par désinfection chimique et/ou traitement thermique », explique Christina Schornack, spécialiste de la sécurité des équipements chez Tetra Pak. « C'est le niveau de confinement qui détermine les exigences de la procédure de gestion12 : cela permet de protéger les personnes qui travaillent en contact avec des pathogènes, l'ensemble de la population et l'environnement, notamment en ce qui concerne le traitement des déchets. »
Lilly Li ajoute : « Les déchets contenant des OGM nécessitent une évaluation du cycle de vie à grande échelle, notamment en ce qui concerne les risques potentiels de toxicité qu'ils font encourir aux écosystèmes et aux humains. » Le recyclage ou la réutilisation de ce flux de déchets fait également l'objet d'études, explique Lilly Li, particulièrement dans le cadre de la fermentation de la biomasse. « Le potentiel de réutilisation et de récupération d'une quantité substantielle d'eau issue des flux de déchets de la fermentation de la biomasse est très important », indique-t-elle. « Dans les années à venir, nous attendons davantage de résultats de la recherche et du développement en matière d'intégration des concepts de circularité dans la conception des processus. »
On dispose actuellement de très peu de données sur les comparaisons directes entre les produits fabriqués de manière traditionnelle et ceux incorporant des protéines issues de la fermentation de précision. « Ce type de production d'ingrédients en est encore à ses débuts, mais il se développera rapidement », assure Ashish Acharya. « Il existe des évaluations du cycle de vie du processus utilisé pour produire des composants individuels, comme la protéine du lait, mais celle-ci n'est qu'un seul composé du produit final, il ne s'agit pas de l'ensemble des composants du lait produits par une fermentation de précision. »
Mais pour Ashish Acharya, le potentiel de la fermentation de précision, mais aussi de la biomasse, est évident. « Les possibilités sont innombrables, notamment en matière de création d'aliments fonctionnels, pour la fabrication de protéines de qualité nutritionnelle supérieure et l'élimination des allergies aux protéines », explique-t-il. « Par rapport au rendement actuel du composant de la protéine que l'on peut produire par temps et par volume, nous serons en mesure d'augmenter l'efficacité du processus de fermentation, et donc le rendement, par cinq ou six. L'augmentation de l'échelle à des niveaux commerciaux se produira alors simultanément. Cela changera la donne. »
Liens associés
Note de bas de page :
- Source : https://sdg.iisd.org/news/world-population-to-reach-9-9-billion-by-2050/
- Source : https://www.unido.org/stories/new-research-shows-food-system-responsible-third-global-anthropogenic-emissions
- Source : https://gfi.org/blog/regenerative-agriculture-and-alternative-proteins/
- Source : Humpenöder, F. et al. Nature 605, 90–96 (2022).
- L'empreinte au sol se concentre sur la zone physique nécessaire à la production du produit fini. Pour les produits carnés, cela concerne principalement les terres sur lesquelles le bétail est élevé (la superficie sur laquelle le bétail doit vivre) et celles utilisées pour produire la nourriture consommée par le bétail. L'empreinte au sol est exprimée en termes de mètres carrés par kg de produit fini sous forme de protéines ou de protéines contenues dans les aliments (m2a/kg).
Sources pour les données : Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Rapport d'impact Mycorena 2022 ; J. Hadi, G. Brightwell - Foods, 2021 - La quantité totale d'eau utilisée pendant les processus nécessaires à la production du produit fini. Cela comprend l'eau consommée par les animaux (l'eau que le bétail boit), l'eau utilisée pour produire la nourriture du bétail et pour les cultures, ainsi que l'eau consommée au cours du processus. L'empreinte hydrique est exprimée en litres par kg de produit protéiné fini (L/kg).
Sources pour les données : Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Rapport d'impact Mycorena 2022 ; J. Hadi, G. Brightwell - Foods, 2021 - L'unité de mesure est l'équivalent dioxyde de carbone (CO2e). Le CO2e est l'unité de référence pour l'évaluation du potentiel de réchauffement climatique de plusieurs gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone et le méthane. L'empreinte carbone est exprimée en termes de kg de produit fini sous forme de protéines ou contenant des protéines (kg CO2e/kg).
Sources pour les données : Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Rapport d'impact Mycorena 2022 ; J. Hadi, G. Brightwell - Foods, 2021 - Source : https://www.epa.gov/gmi/importance-methane#:~:text=Methane%20is%20more%20than%2025,due%20to%20human%2Drelated%20activities
- Source : https://www.nature.com/articles/s43016-021-00358-x
- Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816692200057X
- Source : The Alkaline Denaturation of DNA, J. Biophys, nov. 1969 ; 9(11) : 1281–1311.
- Référence à la DIRECTIVE 2009/41/CE DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL du 6 mai 2009 relative à l'utilisation confinée de micro-organismes génétiquement modifiés