Les principaux projets de protéine in-vitro constituent jusqu’ici une alternative à l’élevage, mais pas à l’agriculture, en raison des besoins en sucre des cellules souches et des bactéries utilisées. C’était sans compter sur une poignée de start-up, qui proposent de rompre complètement ce lien avec l’agriculture, en recourant à des bactéries mangeuses de gaz (hydrogène, méthane, dioxyde de carbone). Conceptualisée lors de la conquête spatiale, la production de protéine par fermentation de gaz renaît depuis dix ans avec le soutien de gouvernements en quête d’autonomie alimentaire ou de sobriété climatique. Depuis 2024, la Chine dispose d’une usine de 20 000 tonnes alimentée en méthane. L’Arabie Saoudite en construit une de 300 000 tonnes, branchée sur ses réserves de gaz naturel – les deux visent le secteur de l’alimentation animale. La Finlande vient de financer la construction d’une usine à hydrogène vert, qui vise le marché de l’alimentation humaine.
La fin de l’agriculture est-elle pour demain ? Sera-t-elle remplacée par de petites usines ? Dans un contexte de dérive climatique, c’est le rêve de quelques d’ingénieurs, qui y voient une solution pour sanctuariser et décarboner une partie de la production alimentaire mondiale, tout en consommant moins d’eau et de foncier agricole face à une population croissante.
Ce remplacement a déjà commencé : avec l’hydroponie, une petite partie de la production de fruits et légumes est sortie de ce que l’on appelle, au sens strict, l’horticulture. Dans ces serres où la terre est remplacée par des « supports » comme la laine de roche, ce n’est plus le foncier agricole que l’on appelle depuis l’Antiquité l’hortus (jardin) qui est exploité, mais autre chose.
Peut-on en dire autant des steaks in-vitro et autres protéines laitières issues de fermentation ? Jusqu’ici non. Car les cellules souches et les bactéries utilisées consomment toujours du sucre, et donc des produits agricoles. Derrière le steak in-vitro, c’est surtout le projet de se passer des animaux d’élevage, et accessoirement du saltus (pâturages), que l’on retrouve, mais pas d’en finir avec l’agriculture.
C’était sans compter sur une poignée de start-up qui développent, depuis une dizaine d’années, une protéine en rupture complète avec l’agriculture, aussi bien les champs (ager) que les pâtures (saltus). Leur astuce : des bactéries mangeuses de gaz comme l’hydrogène, le méthane, ou encore le dioxyde de carbone.
D’apparence futuriste, ce concept n’est pas neuf. La première étude de référence remonte à 1964 : elle nous plonge dans la conquête spatiale. À cette période, des chercheurs américains se demandent comment rendre les astronautes plus autonomes. Certains vont accélérer l’avènement du photovoltaïque, du GPS, ou encore de l’aéroponie. De leur côté, John F. Foster et John H. Litchfield planchent sur un drôle de mélange.
Missionnés par la Nasa, ces deux biologistes de l’Ohio travaillent sur un scénario dans lequel des électrolyseurs seraient envoyés dans l’espace pour fournir de l’oxygène aux astronautes, comme c’est aujourd’hui le cas sur la Station spatiale internationale. Les deux compères ont une idée pour utiliser le surplus d’hydrogène de cette machine : le transformer en nourriture pour les astronautes.
Le projet est simple : faire consommer l’hydrogène par une bactérie, Hydrogenomonas, capable de le transformer en protéine consommable par des humains. Pour se développer, ce micro-organisme a aussi besoin de CO2 et de nutriments. Bingo : ils proposent de récupérer l’air et l’urée excrétés par les astronautes. Bon appétit.
La Nasa ne sera pas convaincue. Neil Armstrong et Buzz Aldrin mangeront plutôt de la nourriture lyophilisée. Mais l’idée fait son chemin en dehors de l’aérospatial. En cette période d’abondance d’hydrocarbures, le projet de produire des protéines sans intrants agricoles grâce à la fermentation prospère.
Dans les années soixante-soixante-dix, des projets de fermenteurs de produits pétrosourcés de toutes sortes fleurissent partout dans le monde. En France, BP ira jusqu’à construire une usine de « steaks de pétrole » près de Martigues, pour concurrencer les tourteaux de soja dans l’alimentation animale.
Mais elle ne fera pas long feu. Sous l’effet des crises pétrolières successives, ces travaux, et particulièrement ceux basés sur la fermentation du gaz, menés par le japonais Ajinomoto par exemple, s’éteindront rapidement.
De nouveaux besoins
Ce n’est qu’un demi-siècle plus tard que les protéines issues de fermentation du gaz réapparaissent, dans un contexte politique nouveau : après un essor démographique faramineux qui l’a rendu importateur de denrées alimentaires, la Chine mise beaucoup sur la recherche pour recouvrer son autonomie (voir dans ce dossier).
Depuis les années 2010, la Chine dépense davantage d’argent que les États-Unis pour les activités de R & D appliquées à l’agriculture et à l’agroalimentaire. Et les techniques de fermentation font partie de ses grands axes de recherche.
L’Europe court, quant à elle, derrière ses objectifs climatiques, et finance des recherches permettant de limiter les émissions de CO2, industrielles ou liées à la déforestation. « Nos recherches sont soutenues par des financements de l’Agence nationale de la recherche et l’Union européenne », constate Stéphane Guillouet, spécialiste de la fermentation des gaz à l’Insa de Toulouse.
Le secteur reste toutefois confidentiel. Moins d’une dizaine de start-up travaillent dans les protéines issues de fermentation de gaz depuis dix ans. Calysta (Californie), Circe (Autriche), Solmeyea (Grèce), Air Protein (Californie), Solar Foods (Finlande), Aerbio (Pays-Bas), Unibio (Danemark). Deux ont déjà mis la clé sous la porte (Arkeon, NovoNutrients), et l’un des leaders, Calysta, vient de fermer ses bureaux de R & D en Californie et à Londres.
« C’est un domaine tout petit, observe Anthony Bresin, ancien directeur de la R & D d’ARD (groupe Vivescia), aujourd’hui consultant dans le secteur de la fermentation industrielle. Faire des protéines à partir de sucre, c’est déjà économiquement difficile, mais avec les gaz, on ajoute une couche de difficulté ».
Méthane, hydrogène, monoxyde de carbone
Sur le papier, le process industriel semble accessible : « Des bactéries nagent dans une phase liquide composée notamment d’eau et de nutriments, dans laquelle les gaz sont envoyés sous pression », résume Stéphane Guillouet. Les bactéries contiennent jusqu’à 70 % de protéine, que l’on sépare et sèche sous forme de poudre.
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« Ce sont des technologies anciennes, qui n’ont pas beaucoup évolué. Les défis sont plutôt d’ordre industriel, dans la gestion de grandes masses », estime Anthony Bresin. Cela est particulièrement vrai en Europe, où les restrictions d’usage des OGM pèsent sur les recherches. « Technologiquement parlant, nous avançons, grâce au séquençage, mais pas aussi vite qu’espéré », confirme Juha-Pekka Pitkänen, responsable scientifique de Solar Foods.
La technologie progresse tout de même : après les preuves de concept, les sites pilotes, de premières usines de production de protéines issues de fermentation gazeuse (hydrogène, méthane, dioxyde de carbone) voient le jour depuis deux ans, pour les marchés de l’alimentation humaine et animale. Trois projets sont particulièrement en avance.
Centaines de milliers de tonnes
En joint-venture avec les Français d’Adisseo (filiale du groupe chinois Sinachem), les Californiens de Calysta exploitent depuis 2024 une usine de transformation du méthane en Chine. D’une capacité de 20 000 tonnes de protéine, elle approvisionne le marché de l’alimentation animale, y compris l’Europe. Bien sûr, sa taille reste dérisoire : la Chine importe chaque année environ 100 Mt de soja, soit 60 % du commerce mondial.
Pékin n’est pas seule à nourrir des ambitions d’autonomie alimentaire grâce à la fermentation du gaz. En Arabie saoudite, les Danois d’Unibio sont en train de construire une usine de 300 000 tonnes, rapporte le média américain Agfunder. Pour comparaison, la grande usine Saipol du Mériot produit environ 550 000 tonnes de tourteaux par an.
Dans ces deux projets, la matière première est le méthane. En Arabie saoudie, le partenaire d’Unibio est le groupe Siig, l’un des plus gros producteurs de gaz naturel au monde.
Enfin la start-up finlandaise Solar Foods vient d’obtenir plus de 70 millions d’euros de subventions et prêts publics de son gouvernement pour construire sa première usine de production (3 200 tonnes) d’ici 2028. Le projet ne se distingue pas seulement par sa petite taille : il est basé sur l’hydrogène et vise l’alimentation humaine (compléments pour sportifs).
L’ambition finlandaise
Ces projets fonctionnent aujourd’hui aux énergies fossiles. Mais les Chinois et les Finlandais prévoient de s’approvionner en gaz décarbonés. « Notre raison d’être, c’est de se passer des énergies fossiles », explique Juha-Pekka Pitkänen, responsable scientifique de Solar Foods. Leur usine doit permettre la production d’hydrogène sur place par électrolyse, le procédé sous-jacent de la filière des engrais décarbonés.
Et à terme, les Finlandais veulent également décarboner l’urée qu’ils utilisent comme nutriment azoté, et qui provient pour l’heure de l’industrie gazière fossile. Si ce procédé voit le jour, il sera coûteux, c’est un des écueils de cette technologie : « Nous sommes très dépendants des coûts de l’électricité, mais en Finlande, nous disposons de l’électricité la moins chère d’Europe », explique l’ingénieur.
Difficile de trouver des chiffres fiables sur les coûts de production et la consommation de ressources : « La fermentation de gaz n’est pas 100 % écologique, admet la chercheuse Nathalie Gorret, spécialiste de la fermentation des gaz au Toulouse biotechnology institute. La fermentation nécessite de l’eau et de l’énergie. Les besoins en eau restent inférieurs à l’agriculture et l’élevage, et il est possible d’en recycler une grande partie ».
Concernant l’eau, Anthony Bresin, spécialiste des fermenteurs industriels relativise : « La fermentation ce sont de grandes quantités d’eau, et croire que ces systèmes fonctionnent en circuit fermé est un mythe, l’eau peut être utilisée plusieurs fois, mais pas indéfiniment. »
Les barrières à franchir
Les experts interrogés s’accordent sur la lenteur attendue du développement de cette technologie : « Elle restera marginale par rapport à la taille du marché de la protéine destinée à l’alimentation humaine », estime Anthony Bresin. « On ne va pas remplacer l’agriculture, convient Nathalie Gorret. C’est la contrainte climatique et la croissance démographique qui feront que nous aurons besoin de ces protéines alternatives. Et il faut les développer pour être prêts quand nous en aurons besoin. »
La réglementation sanitaire est l’une des autres limites de cette technologie. « Les deux principales barrières à l’adoption de cette technologie sont la régulation et l’acceptabilité du consommateur, estime Margarita Bernal-Cabas, microbiologiste à l’université de Gröningen. Les coûts de production, en particulier ceux de l’électricité renouvelable sont encore importants, mais la réglementation est le principal goulot d’étranglement. »
Comme la viande in-vitro, la protéine de Solar Foods a obtenu un feu vert sanitaire de Singapour et aux États-Unis, où elle est déjà commercialisée, mais pas encore en Europe ou en Chine. Le dossier d’autorisation en Europe a été déposé il y a cinq ans. Une réponse est attendue cette année. « Notre principal problème c’est le temps, car notre activité est très gourmande en capital et nous travaillons avec des investisseurs », explique Juha-Pekka Pitkänen.
Et les comportements alimentaires changent, eux, assez lentement, notamment quand il s’agit de faire des efforts.
MR