L’alimentation du futur

Comment la technologie transforme-t-elle nos systèmes alimentaires

L’approvisionnement en nourriture est souvent considéré comme acquis dans le monde développé, mais tout le monde ne peut pas se permettre d’être aussi complaisant.

L’éradication de la faim dans le monde a été annoncée comme un objectif majeur des Nations Unies (Objectif n°2) en 2015 dans le cadre de leur stratégie en faveur du développement durable, dans la perspective de 2030, mais quelques années plus tard, la réalité est toute autre.

Selon l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO[1]), plus de 720 millions de personnes ont souffert de la faim en 2020, la demande mondiale de denrées alimentaires continuant de croître malgré des rendements affectés par la COVID et les pressions environnementales croissantes.

En 2020, selon la FAO, 57 millions de personnes en Asie, 46 millions en Afrique et 14 millions en Amérique latine et dans les Caraïbes ont été touchées par la faim par rapport à 2019[2].

L’année 2022 a été marquée par une nouvelle dégradation des marchés alimentaires, la situation en Ukraine menaçant les récoltes dans une région connue pour être l’un des principaux « greniers à blé » du monde. La Banque mondiale prévoit une hausse catastrophique de 37 % des prix des denrées alimentaires, avec un nombre croissant de personnes contraintes à la pauvreté et à une nutrition restreinte.[3]

« En l’absence de mesures immédiates, il est clair qu’une crise alimentaire mondiale est imminente et pourrait avoir des répercussions à long terme sur des centaines de millions d’enfants et d’adultes », a averti le secrétaire général des Nations Unies, António Guterres, notant que le monde est au bord de la pire crise alimentaire depuis un demi-siècle.[4]

Du point de vue de la demande, il est peu probable que le problème s’atténue de sitôt.

La population mondiale devrait atteindre le chiffre sans précédent de 10 milliards d’habitants d’ici 2050, soit 2 milliards de plus que la population actuelle, tandis que la population de l’Afrique subsaharienne pourrait doubler au cours de cette période.[5]

Le potentiel de la crise climatique à exacerber la faim dans le monde est déjà évident. L’augmentation de l’acidité des océans tue les noix de Saint-Jacques et les huîtres, les cyclones et les sécheresses détruisent les cultures, tandis que les rizières sont inondées d’eau salée. Les recherches montrent que si les tendances actuelles se poursuivent, les rendements du maïs pourraient chuter de 28 % d’ici la fin du siècle, le blé de 22 %, le soja de 12 % et le riz de 11 %.[6]

Les solutions sont faciles à identifier, mais plutôt difficiles à mettre en œuvre.

Dans le cadre du système alimentaire mondial, nous avons besoin de plus de nourriture, d’une plus grande valeur nutritionnelle, produite de manière plus économique et efficace, et distribuée plus équitablement.

Les précédentes avancées en matière de production alimentaire ont pris la forme d’améliorations mécaniques des machines, puis d’évolutions génétiques de semences plus résistantes et d’engrais plus puissants. Alors que les développements se poursuivent dans ces domaines, les nouvelles technologies émergentes, souvent dans les domaines de la numérisation et de la connectivité, peuvent contribuer à une plus grande sécurité alimentaire.

Des données brutes à la robotique

Alors que les exploitations agricoles du monde entier subissent des épisodes météorologiques violents plus fréquents et que les conflits se multiplient dans les zones agricoles touchées par la pauvreté, la technologie s’avère être une arme essentielle dans la quête visant à encourager la résilience rurale et à optimiser les rendements nutritionnels.

Dans ce contexte, le Forum économique mondial a identifié plusieurs stratégies technologiques prometteuses à différents stades de développement.

À mesure que les économies émergentes accèdent aux réseaux mobiles, une nouvelle génération d’applications est déployée pour permettre aux agriculteurs d’enregistrer et de partager des données agricoles, de se synchroniser avec les marchés et d’accéder à des services financiers.[7] Tout cela génère une chaîne alimentaire plus efficace, de la plantation à la fertilisation, en passant par la récolte et la vente finale.

Comment ce partage de données pourrait-il prendre forme ? Cela existe déjà, bien qu’à échelle embryonnaire.

En Afrique, par exemple, les cultivateurs égyptiens, éthiopiens et soudanais reçoivent déjà des données météorologiques en temps réel afin de garder une longueur d’avance sur les fluctuations du climat. En Asie, les éleveurs mongols sont alertés de l’apparition de maladies afin de préserver la santé de leurs troupeaux. Et dans tout l’hémisphère sud, les agriculteurs rejoignent de plus en plus les réseaux de SMS offrant des conseils sur les nouvelles cultures à planter et les techniques à privilégier[8].

Cette connectivité révolutionnaire permet aux agriculteurs de coordonner la logistique des transports, d’échanger des biens périssables comme des aliments pour animaux, de se procurer des semences et des engrais pour les récoltes, et d’optimiser la taille des troupeaux en fonction des conditions environnementales futures.

L’évolution technologique de l’agriculture va au-delà du simple partage des données et de la connectivité ultra-rapide.

« L’intelligence artificielle, l’analytique, les capteurs connectés et d’autres technologies émergentes pourraient accroître davantage les rendements, améliorer l’utilisation de l’eau et d’autres intrants, et renforcer la durabilité et la résilience dans la culture et l’élevage », prédisent les chercheurs du cabinet de conseil mondial McKinsey.[9]

Les machines nouvelle génération pourraient avoir un impact radical sur la culture alimentaire dans toute une série de domaines :

• Utilisation des drones en agriculture : la surveillance par drone et l’analyse des images à distance, associées à la surveillance par capteurs sur le terrain, permettront de gérer les zones arables à grande échelle, en déclenchant des interventions automatiques pour augmenter les rendements et réduire l’impact des risques courants, comme les parasites.
• Surveillance intelligente du bétail: les données des capteurs corporels et la technologie de suivi des mouvements permettront de réduire les maladies dans les troupeaux tout en concevant des combinaisons personnalisées d’aliments et de médicaments pour optimiser la croissance.
• Machines agricoles autonomes: à l’avenir, les cultures comme les animaux bénéficieront d’interventions ciblées effectuées par des machines et des robots autonomes, dont les décisions seront déterminées par une combinaison de données issues de capteurs, d’informations GPS et d’analyses d’images avancées.
• Gestion intelligente des bâtiments et des équipements: des programmes de maintenance optimisés et des ajustements environnementaux en temps réel amélioreront les performances et prolongeront la durée de vie des infrastructures et des machines agricoles coûteuses.

Plusieurs entreprises dans le monde ont déjà fait progresser leurs technologies au-delà du stade de la preuve de concept.[10]

En Suisse, par exemple, ecoRobotix développe des robots de désherbage autonomes qui peuvent potentiellement réduire de 95 % la quantité d’engrais et de pesticides requis sur les terres, tout en réduisant les coûts de production de plus de 40 %. Gamaya conçoit des drones équipés de caméras hyperspectrales pour faciliter l’agronomie numérique. SenseFly fabrique également des drones, mais pour collecter des données géospatiales afin d’affiner les stratégies agricoles. Cleangreens, quant à elle, fabrique des systèmes aéroponiques mobiles permettant de produire des cultures plus économiques et plus écologiques.

Une réflexion innovante pourrait également être utile dans d’autres domaines, moins évidents. Un emballage qui combat les bactéries grâce à un revêtement spécial de nanoparticules est en cours de développement.[11] Cela pourrait non seulement prolonger la durée de conservation des produits qu’il contient, mais aussi contribuer à lutter contre le fléau du gaspillage alimentaire, responsable du gâchis annuel de 40 % des aliments aux États-Unis.[12]

Un coup de pouce à l’évolution

L’édition génomique (groupe de technologies permettant aux scientifiques d’ajouter, de supprimer ou de modifier l’ADN d’un organisme) est déjà utilisée pour produire des cultures plus résistantes et plus nutritives.

Les cultures oléagineuses et horticoles de base sont améliorées (avec une efficacité bien supérieure à celle de la sélection traditionnelle) grâce à des outils comme les méganucléases, les nucléases à doigts de zinc, les nucléases effectrices de type activateur de transcription et les systèmes de courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées (CRISPR).[13] Ces dernières années, le système CRISPR s’est révélé particulièrement polyvalent et rentable.

Ensemble, ces technologies peuvent non seulement accroître la quantité d’aliments qui atterrissent dans les assiettes du monde entier, mais aussi améliorer leur valeur nutritionnelle, booster la résistance aux maladies et contrer les allergènes. En exerçant un meilleur contrôle sur les biomes des sols et des plantes (c.-à-d., micro-traitements), nous pouvons transformer la production alimentaire tout en réduisant la dépendance à l’égard des produits chimiques contestables sur le plan environnemental.[14]

Les progrès de la biotechnologie agricole commencent à mettre en lumière les microbes, et plus particulièrement la façon dont certains types de bactéries, de champignons et d’algues peuvent être utilisés pour manipuler le microbiome, ou environnement de culture.

Il a déjà été démontré que les microbes peuvent transformer l’azote de l’air en nitrates solubles servant d’engrais naturels. Les traitements de semences qui en résultent permettent de produire des cultures capables de résister à des climats peu cléments ou à des conditions plus arides, avec des avantages évidents pour une production durable.

Les études se poursuivent, mais à un rythme accéléré grâce à l’essor des technologies de « séquençage rapide ». Parmi les nouvelles pistes d’exploration figurent les biomes synthétiques, les nouveaux diagnostics et biomarqueurs permettant de réguler la santé des sols et des ressources en eau, ainsi que l’amélioration de la structure des sols et de la disponibilité des nutriments.

S’agissant d’une technologie en évolution, des recherches supplémentaires sont encore nécessaires pour améliorer notre analyse des conditions écologiques et pour comprendre les mécanismes de communication moléculaire des microbes et des plantes.  Le soutien au niveau gouvernemental est toutefois prometteur : le Forum international sur la bioéconomie de la Commission européenne promeut les microbiomes pour la sécurité alimentaire et nutritionnelle, tandis que l’initiative nationale sur les microbiomes lancée en 2016 aux États-Unis stimule l’innovation dans les technologies des cultures et des sols.

Viandes élevées en laboratoire : un changement de culture

Les protéines sont un élément clé de tous les régimes alimentaires humains. Responsables de la croissance et du développement, elles sont vitales pour la capacité du corps à construire et à réparer les tissus. La viande animale a toujours été l’une de nos principales sources de protéines, mais elle est devenue un sujet de controverse à mesure que son empreinte écologique est devenue plus évidente.

Des recherches ont montré que les émissions de méthane, un sous-produit inévitable de la production animale, sont jusqu’à 34 fois plus nocives pour l’environnement que le dioxyde de carbone.[15] La viande de bœuf est le principal coupable, puisque 100 g de protéines génèrent environ 50 kg de gaz à effet de serre. Selon certaines estimations, les émissions totales du bétail mondial s’élèvent à 7,1 gigatonnes d’équivalent CO₂ par an, soit 14,5 % de toutes les émissions anthropiques de gaz à effet de serre.^[16]

Les sources alternatives de protéines gagnent en popularité, notamment les protéines végétales (soja, pois, colza), les insectes (grillons, sauterelles et vers de farine pour l’industrie alimentaire) et les mycoprotéines (biomasse fongique). Cependant, la pression démographique risquant de s’accentuer au cours des prochaines décennies, une grande partie des investissements se concentre actuellement sur les viandes de culture ou cultivées en laboratoire.[17]

La viande cultivée est en développement depuis 2013, année de sortie du premier hamburger au monde cultivé en laboratoire. En 2020, le nombre d’investissements et d’opérations dans la recherche sur la viande cultivée a atteint le chiffre record de 49, totalisant quelque 366 millions USD en valeur ; contre seulement six opérations totalisant 6 millions USD en valeur en 2016.[18]

La viande cultivée en laboratoire, en termes simples, utilise des techniques avancées de culture tissulaire pour reproduire des cellules animales in vitro à partir d’un stock parental, créant ainsi des réserves théoriquement infinies de tissu musculaire ayant une valeur protéique identique.

Sur un plan plus technique, tout commence par le prélèvement de cellules musculaires sur des animaux par biopsie pour les isoler et les cultiver en laboratoire. Ces cellules sont ensuite cultivées dans des bioréacteurs (les cellules elles-mêmes sont suspendues dans un réseau de fibres) où elles baignent dans un mélange spécial de nutriments qui sert de milieu de croissance. Elles sont enfin transformées en un type de tissu comprenant du muscle, de la graisse et d’autres produits digestibles, prêts à être transformés en produits finis comme la viande hachée ou les hamburgers.[19]

Il s’agit d’un secteur en croissance à plus d’un titre.

Actuellement, plus de 60 startups dans le monde se consacrent au perfectionnement des techniques de production de viande en laboratoire. Une grande partie de cette recherche vise à concevoir les milieux de croissance les plus efficaces, à partir d’éléments constitutifs tels que les sels, les sucres, les micronutriments et les acides aminés. Les milieux de culture coûtent actuellement des centaines de dollars par litre. Ils devront atteindre un prix proche d’un dollar par litre pour être réellement évolutifs.

Alors qu’il reste de nombreux défis à relever pour concevoir une filière alimentaire adaptée à l’avenir, la pression s’accentue sur les gouvernements et le secteur privé afin qu’ils réalisent dès aujourd’hui des investissements judicieux.

Secteurs public et privé partagent un objectif commun

Je suis extrêmement fier que le laboratoire Abdul Latif Jameel des systèmes d’eau et d’alimentation (J-WAFS), cofondé en 2014 par Community Jameel et le Massachusetts Institute of Technology où il est basé, contribue à soutenir la recherche révolutionnaire dans la technologie alimentaire en vue de nourrir la planète de manière plus équitable et durable.

Plusieurs de ses projets de recherche en cours démontrent l’ampleur de cette mission vitale, dont les suivants :

• Déclencher des variations génétiques chez les plantes cultivées en modifiant le nombre de copies de gènes et en activant l’ADN mobile, afin d’identifier les variantes plus résistantes aux chocs thermiques ou à une salinité accrue.^[20]
• Détecter les agents pathogènes d’origine alimentaire sur les sites de transformation avant que les aliments contaminés ne parviennent aux consommateurs, ce qui permet de réduire les rappels de produits alimentaires et les épidémies.^[21]
• Répondre à la demande croissante de fruits de mer riches en protéines en améliorant les performances des vaccins en aquaculture.^[22]
• Utiliser des technologies hybrides de refroidissement par évaporation et rayonnement pour prolonger la durée de conservation des aliments dans les zones hors réseau.^[23]
• Convertir les déchets de l’industrie laitière en ingrédients pour l’alimentation humaine et animale grâce à l’ingénierie métabolique.^[24]
• Développer des capteurs spectroscopiques pour permettre une gestion efficace des cultures pour les petits exploitants agricoles en réduisant l’utilisation d’engrais azotés tout en préservant les rendements des cultures.^[25]

Je suis également ravi que la Jameel Investment Management Company (JIMCO), par le biais de son Fonds d’actifs stratégiques, contribue à soutenir les programmes de technologie alimentaire et d’agriculture durable à travers le monde.

Pourtant, les laboratoires de recherche et les investisseurs privés ne peuvent assurer seuls la sécurité alimentaire. Les gouvernements du monde entier peuvent contribuer à ouvrir la voie vers un avenir de nutrition universelle en posant sans délai les bases de recherches et d’investissements prudents.

Les experts en la matière suggèrent une série de stratégies complémentaires.

Il convient aux législateurs de s’unir aux scientifiques et aux investisseurs pour développer les technologies alimentaires et surmonter les obstacles tels que les intérêts particuliers, le manque de capital-risque, l’insuffisance des infrastructures et les contraintes réglementaires.[26]

Dans le même temps, il convient de mettre davantage l’accent sur le potentiel de la « connectivité » pour révolutionner l’agriculture et la technologie alimentaire. Même aux États-Unis, généralement considérés comme des pionniers en matière de connectivité, seul un quart des exploitations utilisent actuellement le partage des données. Alors que les prix du matériel et des logiciels chutent constamment, les technologies de l’Internet des objets (IdO) offrent une surveillance avancée des cultures et du bétail qui pourrait fournir un retour sur investissement dès la première année.[27]

Toutefois, l’optimisation des futures récoltes implique l’adoption généralisée d’applications analytiques de nouvelle génération, qui à leur tour nécessiteront le type de connectivité à faible latence et bande passante élevée que seules les technologies de pointe comme les réseaux LPWAN, 5G et les satellites LEO peuvent offrir.

Le déploiement de la technologie pour transformer nos systèmes alimentaires est une mission qui s’étend du champ au laboratoire. Investir maintenant dans les bonnes technologies empêchera la société de payer un prix beaucoup plus élevé plus tard, lorsque l’urgence pourrait nous forcer la main.

Pour des millions de personnes dans le monde, la sécurité alimentaire est intimement liée à certains de nos autres grands défis : la santé humaine, la durabilité environnementale, la résilience économique et la pression démographique. Il est du devoir des secteurs public et privé de saisir les opportunités inestimables offertes par la technologie pour transformer nos systèmes alimentaires mondiaux, avec la même vigueur et la même coordination que celles que nous consacrons déjà à la révolution de nos systèmes énergétiques dans le monde entier.

[1] https://www.fao.org/state-of-food-security-nutrition

[2] https://www.fao.org/state-of-food-security-nutrition

[3] https://www.worldbank.org/en/topic/agriculture/brief/food-security-update

[4] https://www.theguardian.com/society/2020/jun/09/world-faces-worst-food-crisis-50-years-un-coronavirus

[5] https://institute.global/policy/technology-feed-world

[6] https://www.theguardian.com/environment/2022/apr/22/climate-food-biodiversity-five-charts

[7] https://www.weforum.org/agenda/2018/03/food-security-s-social-network

[8] https://www.weforum.org/agenda/2018/03/food-security-s-social-network

[9] https://www.mckinsey.com/industries/agriculture/our-insights/agricultures-connected-future-how-technology-can-yield-new-growth

[10] https://www.lombardodier.com/contents/corporate-news/responsible-capital/2021/january/how-technology-is-changing-the-f.html

[11] https://www.israel21c.org/killer-paper-for-germ-free-food-packaging/

[12] https://www.forbes.com/sites/nicolemartin1/2019/04/29/how-technology-is-transforming-the-food-industry/?sh=7050b49f20a3

[13] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.577313/full

[14] https://institute.global/policy/technology-feed-world

[15] ^{https://unece.org/challenge}

[16] ^{https://www.fao.org/news/story/en/item/197623/icode/}

[17] https://www.mckinsey.com/industries/agriculture/our-insights/alternative-proteins-the-race-for-market-share-is-on

[18] https://institute.global/policy/protein-problem-how-scaling-alternative-proteins-can-help-people-and-planet

[19] https://www.newscientist.com/article/mg24032080-400-accelerating-the-cultured-meat-revolution/

[20] https://jwafs.mit.edu/projects/2021/new-approach-enhance-genetic-diversity-improve-crop-breeding

[21] https://jwafs.mit.edu/projects/2021/site-analysis-foodborne-pathogens-using-density-shift-immunomagnetic-separation-and

[22] https://jwafs.mit.edu/projects/2021/precise-fish-vaccine-injection-using-silk-based-biomaterials

[23] https://jwafs.mit.edu/projects/2021/hybrid-evaporative-and-radiative-cooling-passive-low-cost-high-performance-solution

[24] https://jwafs.mit.edu/projects/2021/converting-dairy-industry-waste-food-and-feed-ingredients

[25] https://jwafs.mit.edu/projects/2021/accurate-optical-sensing-efficient-fertilizer-use-and-increased-yield-small-farms

[26] https://institute.global/policy/technology-feed-world

[27] https://www.mckinsey.com/industries/agriculture/our-insights/agricultures-connected-future-how-technology-can-yield-new-growth