Nouveaux aliments : vers le point de bascule
21 juillet 2025
Produits de mer cultivés de type sauvage. (Photo : Arye Elfenbein/ CC BY)
Si les protéines alternatives s'annoncent prometteuses, leur production reste coûteuse. La réponse la plus fréquente est que la montée en échelle résoudra ce problème. Mais si au lieu de juste grandir en taille, la solution passait par l'amélioration ? Des processus à haut rendement plus efficaces à la valorisation de la chaleur fatale, les ingénieurs sont en train de remodeler la façon dont nous cultivons nos aliments.
Avec toute l'attention dont ont fait l'objet la viande de culture et la fermentation de précision ces dernières années, la vraie transformation commence maintenant. Les ingénieurs, et pas seulement les entrepreneurs, font avancer le processus et nous amènent à la phase suivante : la montée en échelle de la production des nouveaux aliments s'appuie sur de meilleurs bioréacteurs, des lignes de cellules plus stables et des systèmes énergétiques plus intelligents. Nous passons de la nouveauté absolue à la consolidation, et ce, encore plus rapidement, car la configuration du process en elle-même devient le levier.
Nouveaux aliments chez GEA
Derrière la production d'aliments se trouvent les systèmes qui la font fonctionner, de la manipulation hygiénique et/ou aseptique au séchage, en passant par le mélange, la fermentation, la clarification et la concentration. GEA est une des rares entreprises à couvrir l'ensemble de cette chaîne de process. Aujourd'hui, ces compétences contribuent à accélérer le passage aux protéines alternatives. Au lieu de construire des systèmes entièrement nouveaux, de nombreux producteurs de nouveaux aliments adaptent les infrastructures et technologies existantes. Le rôle de GEA est de rendre cette transition plus rapide, plus propre et plus efficace.
En 2022, GEA a créé une branche d'activité dédiée qui se consacre aux nouveaux aliments et englobe la fermentation de précision et de la biomasse, la viande cultivée, les produits à base de plantes et la nourriture à base d'insectes. Son objectif : aider les producteurs à transformer les concepts initiaux en processus évolutifs et stables.
Morten Holm Christensen (Responsable Applications pour les biotechnologies, GEA) et Tatjana Krampitz (Responsable Gestion des technologies Nouveaux aliments, GEA) parlent des processus de fermentation de gaz avec le Dr. Juha-Pekka Pitkänen, (Co-fondateur et Directeur de la technologie, Solar Foods).
Un autre exemple est celui de Solar Foods, qui produit la Solein, une protéine microbienne fabriquée en utilisant de l'air et de l'électricité renouvelable. Cette entreprise est parvenue à gérer avec succès le passage à l'échelle industrielle de sa production par fermentation gazeuse unique, avec le soutien des équipes de GEA pour la conception du procédé et l'intégration des technologies en aval.
De meilleurs bioréacteurs : la perfusion, une révolution
À l'heure où les entreprises travaillent pour faire monter en échelle la production de viande cultivée, un défi reste central : comment augmenter le rendement des cellules tout en assurant la stabilité et la rentabilité des procédés ? Le fonctionnement des bioréacteurs est au cœur de cette équation.
Chez GEA, une équipe d'ingénieurs pilote le progrès dans le domaine des procédés utilisant la perfusion, une solution qui remplace les méthodes par lots et fed-batch, et permet des densités cellulaires et une productivité plus élevées, ainsi qu'une collecte de cellules continue. « Nos études et modèles montrent que la perfusion est la voie à suivre pour atteindre la capacité de production recherchée », dit Tatjana Krampitz, Responsable Gestion des technologies au sein de l'unité Nouveaux aliments de GEA. « Pour parvenir à une exploitation en continu, nous combinons un contrôle de procédés intelligent avec des performances de perfusion optimales, qui permettent des stratégies de collecte (partielle ou continue) et d'alimentation bien synchronisées ».Ces éléments ont amené GEA à lancer une plateforme de perfusion d'entrée de gamme pour les projets pilotes aseptiques en 2024, comprenant le bioréacteur Axenic P et le séparateur à usage unique Kytero. Cette combinaison unique permet une culture de cellules à haute densité, tandis que la centrifugeuse simplifie la récolte des cellules en continu et réduit les efforts de nettoyage et de stérilisation.
Les efforts de R&D de GEA dans le domaine des nouveaux aliments sont également à l'origine de progrès sur le triple plan du contrôle des procédés (par exemple, l'amélioration du mélange), de l'apprentissage automatique (pour améliorer les rendements grâce à une planification et une programmation efficaces) et du rendement opérationnel (en réduisant les temps d'arrêt et en assurant la disponibilité des milieux de production).
Nouveaux aliments
Les centres tech de GEA soutiennent la montée en échelle de la production de protéines alternatives
Sur ces sites, les entreprises de la food-tech peuvent tester et perfectionner les procédés de fermentation et de culture cellulaire dans des conditions industrielles, avant d'investir dans une infrastructure à grande échelle.
Être efficace n'est pas qu'une question de production, cela veut dire construire des systèmes qui fonctionnent dès le début de manière plus intelligente.
Tatjana Krampitz
Responsable Gestion des technologies Nouveaux aliments, GEA
Les procédés circulaires dans le domaine des nouveaux aliments sont la prochaine innovation
Grâce à ses compétences en ingénierie qui couvrent toute la chaîne de production, GEA apporte un point de vue holistique dans le secteur des nouveaux aliments. L'entreprise ne se limite pas à revoir la façon dont sont produits les aliments : elle met les producteurs au défi de (re)structurer leur production dans une double optique d'efficacité à long terme et de durabilité.
Cette démarche holistique exploite les connaissances poussées de GEA dans les domaines du chauffage, de la réfrigération, du biotraitement et de l'optimisation. Au lieu de voir la montée en échelle comme la solution par défaut, GEA aide les sociétés de production alimentaire et des biotechnologies à concevoir des usines plus intelligentes, construites pour maximiser le rendement énergétique, la circularité et les performances réelles.Être efficace n'est pas qu'une question de production », dit Tatjana Krampitz. « Cela veut dire construire des systèmes qui fonctionnent dès le début de manière plus intelligente grâce à la récupération de l'énergie, à l'automatisation et à des plateformes flexibles qui s'adaptent à l'évolution du marché. Cela signifie aussi utiliser les ressources de manière avisée, sans compromettre la qualité ou le rendement.
Solutions d'ingénierie holistique
Une production alimentaire respectueuse du climat
Voici un autre exemple de décarbonation dans le monde des boissons : en 2026, un producteur de boissons majeur créera son premier brassin dans ce qui va devenir la première brasserie carbo-neutre d'Europe, qui sera par ailleurs alimentée par des systèmes énergétiques circulaires de GEA. En dépit des fortes demandes de chauffage et de refroidissement du brassage, les pompes à chaleur GEA et les systèmes de recompression mécanique de vapeur utilisent jusqu'à 90 % de la chaleur fatale provenant de la réfrigération et de l'ébullition du moût.
Si nous pouvons amener les brasseries à zéro émission nette, nous pouvons aussi le faire pour la fermentation de précision.
Adam Mincher
Directeur technique Ingénierie pour la bière et les boissons alcoolisées, GEA
Appliquer la logique des brasseries aux nouveaux aliments
Pour Adam Mincher, Directeur technique Ingénierie pour la bière et les boissons alcoolisées chez GEA, la même logique peut être appliquée aux protéines alternatives. « Les nouveaux aliments offrent une alternative à ce que de nombreuses personnes considèrent comme une agriculture industrielle insoutenable », dit-il. « Mais il y a encore des questions sans réponse concernant l'ampleur de leurs avantages pour le climat, en particulier compte-tenu de l'énergie nécessaire pour faire tourner ces installations. Si nous les concevons pour qu'elles soient auto-suffisantes en énergie et circulaires dès le début, il devient possible d'atteindre un niveau d'efficacité inédit. Si nous pouvons amener les brasseries à atteindre zéro émission nette, nous pouvons faire la même chose pour la fermentation de précision.
Il ajoute que, contrairement aux brasseries, les systèmes de production de nouveaux aliments fonctionnent souvent avec une charge énergétique plus régulière, ce qui les rend encore plus adaptés à la récupération de chaleur.
Repenser l'échelle : pourquoi le process l'emporte sur la taille
Pour les ingénieurs de GEA, l'objectif n'est pas seulement de réduire l'empreinte carbone des aliments, ils veulent aussi que la fabrication des produits alimentaires se rapproche toujours plus de la logique de la nature. Comme l'explique Morten Holm Christensen, Responsable Applications pour les biotechnologies : « Le métabolisme microbien fabrique le produit, mais il relâche aussi de l'eau et du CO2, qui peuvent tous deux être captés et réutilisés. On pourrait croire que c'est de la science fiction, mais c'est exactement de cette façon que la nature a toujours fonctionné. »
Il y a quelques années à peine, l'engouement suscité par les protéines alternatives s'est concentré sur la montée en échelle, il fallait passer des expériences en laboratoire à la production industrielle. L'échelle compte encore. Mais aujourd'hui, de nombreux spécialistes sont d'avis que l'efficacité du procédé pourrait compter davantage : une exploitation en continu, une utilisation intelligente de l'énergie et une meilleure conception des bioréacteurs se révèlent plus puissants que le seul facteur taille.
Les nouveaux aliments ont besoin de plus que juste de l'acier. Ils ont besoin de systèmes plus intelligents.
Morten Holm Christensen
Responsable Applications pour les biotechnologies, GEA
Une analyse récente de McKinsey plaide en faveur de ce changement de paradigme. Selon les conclusions de cette étude, perfectionner le process peut améliorer davantage le coût des produits vendus en tant qu'ingrédients fermentés que la seule montée en échelle, et ce, à hauteur de jusqu'à 60 %. Doubler l'échelle d'une installation peut réduire les coûts unitaires de 20 à 50 %, tandis qu'améliorer les paramètres de process tels que la concentration des produits, les performances de fermentation et la stabilité des souches, peut réduire les coûts unitaires de jusqu'à 60 %.
Pour la fermentation de précision, M. H: Christensen indique trois domaines dans lesquels des procédés plus intelligents sont essentiels :
(Photo : Solar Foods)
- Rendement des cellules souches : les microbes sont exploités pour fournir plus de produit avec moins de ressources et des cycles plus courts. Pouvoir accéder à de l'équipement de fermentation avancé à l'échelle pilote permet aux développeurs de souches de micro-organismes de concevoir des microbes optimisés pour la production à grande échelle, en abaissant le risque d'inefficacités pendant la montée en échelle.
- Stabilité des souches de micro-organismes : les dernières avancées dans le domaine des technologies de production de protéines recombinantes améliorent la résistance aux mutations, assurant des performances stables durant les longs cycles de fermentation. Avec des souches stables et la juste conception aseptique, l'exploitation en continu devient possible. Ce passage de l'exploitation par lots à celle en continu est une des manières les plus efficaces d'augmenter la capacité des systèmes de bioréaction.
- Performances de bioréacteurs : avec la montée en échelle, le transfert d'oxygène, les propriétés de mélange et la contrainte de cisaillement deviennent plus difficiles à gérer. Aujourd'hui peu d'entreprises opèrent au-delà de la zone de confort de 100 mètres cubes, même si quelques systèmes qui tournent à 400 mètres cubes sont cependant déjà en service.
Un bioréacteur ou 25 000 vaches
Les performances allant s'améliorant sur ces trois axes, la productivité pourrait croître de manière exponentielle. « Aujourd'hui, un bioréacteur de grandes dimensions pourrait remplacer 2500 vaches laitières, si l'on considère la capacité de production de protéines. Mais si l'ingénierie des souches, la stabilité et la technologie des bioréacteurs progressent en parallèle comme nous le prévoyons, ces synergies pourraient permettre à ce même réacteur de remplacer 25 000 vaches. »
Ce qui alimente l'optimisme de M. H. Christensen est que bonne partie de l'infrastructure nécessaire pour la fermentation de précision à l'échelle commerciale est déjà en place. « Que ce soit pour la préparation des milieux, la stérilisation, la séparation, la filtration, la purification, le séchage par atomisation ou la manipulation des poudres, la gamme de GEA couvre déjà tout le nécessaire, en particulier en aval », explique-t-il. « Sans compter que les bioréacteurs sont des producteurs nets de chaleur. Ajoutez des systèmes de récupération d'énergie GEA et vous avez une solution encore plus intéressante. »
Le point de bascule approche
La technologie, l'économie et l'urgence sociale s'alignent. Pour M. H. Christensen, les nouveaux aliments se rapprochent d'un point de bascule, qui devrait, une fois atteint, permettre au secteur de passer à la puissance supérieure. « Les derniers goulots d'étranglement sont en train de disparaître. Les entreprises qui contrôlent des souches de production robustes partiront en pole. Surtout celles qui ont des souches stables, prêtes pour la montée en échelle, car elles auront une longueur d'avance. »
Son message ne parle pas de précautions. C'est désormais une simple question de timing. « Le train des nouveaux aliments n'a pas encore quitté la gare. Mais quand il le fera, il le fera vite. »
