Les déchets agricoles - comme les feuilles de maïs, le tourteau de soja et la levure de brasserie usagée - sont réutilisés pour réduire le coût et l'impact de la production de viande cultivée. En utilisant ces sous-produits :
- Nutriments pour les milieux cellulaires: Les résidus de culture fournissent des sources de carbone et d'azote abordables, réduisant les coûts de production jusqu'à 75 %. Par exemple, le tourteau de soja est transformé en suppléments riches en protéines.
- Matériau de support: Les déchets fibreux comme les feuilles de maïs et les écorces de jacquier servent de structure pour la croissance des cellules musculaires, imitant la texture de la viande.
- Systèmes en boucle fermée: Les milieux usagés de la production de viande sont traités pour récupérer des nutriments comme l'azote, qui peuvent être utilisés comme engrais.
Cette approche soutient un système circulaire, transformant 3,8 milliards de tonnes de résidus de culture mondiaux en ressources précieuses.Des défis tels que la cohérence des nutriments et les risques de contamination subsistent, mais les innovations en matière de traitement et de surveillance ouvrent la voie à une production plus efficace.
Comment les déchets agricoles alimentent la production de viande cultivée : un système circulaire
Comment les déchets agricoles sont utilisés dans la production de viande cultivée
Les déchets agricoles jouent un rôle clé dans la production de viande cultivée en fournissant des nutriments pour les milieux cellulaires et en agissant comme échafaudage physique. Cette approche réduit non seulement les coûts, mais transforme également des matériaux qui autrement seraient gaspillés en ressources précieuses. Voici un aperçu de son double rôle.
Déchets agricoles dans les milieux cellulaires
Les milieux cellulaires nécessitent du carbone (provenant du glucose ou de l'amidon) et de l'azote (provenant des protéines et des acides aminés) pour soutenir la croissance cellulaire.Les ingrédients traditionnels pour ces nutriments peuvent être coûteux, mais les sous-produits agricoles offrent une alternative plus abordable. Par exemple, le tourteau de soja est transformé en hydrolysat de soja, un supplément riche en protéines, tandis que le maïs subit un broyage humide pour extraire l'amidon, qui est ensuite converti en glucose [5].
La levure de bière usagée (BSY) est une autre option prometteuse. Elle fournit des glucides, des protéines et des micronutriments essentiels à la croissance cellulaire [6]. En septembre 2025, des chercheurs de University College London ont collaboré avec Big Smoke Brewing Company à Esher pour collecter la BSY, qu'ils ont utilisée pour produire de la cellulose bactérienne. Ce matériau a atteint un taux d'attachement de 35,9 % ± 2,5 % pour les cellules fibroblastes L929 en 24 heures [6].
"L'incorporation des déchets de brasserie dans la chaîne d'approvisionnement CM valoriserait ce produit de déchet, tout en réduisant simultanément les coûts pour les brasseurs et en fournissant une matière première durable pour la production alimentaire."
- Christian Harrison, Département du vieillissement, rhumatologie et médecine régénérative, UCL [6]
L'utilisation de résidus alimentaires comme substrats peut réduire les coûts de production de 35 % à 75 % par rapport aux sources de protéines conventionnelles [7]. Cependant, la cohérence des nutriments reste un défi. Par exemple, les niveaux d'ammonium dans les déchets de brasserie peuvent varier considérablement, certaines lots contenant jusqu'à 25 fois plus que d'autres, ce qui impacte la prévisibilité de la croissance cellulaire [6].
Au-delà de la supplémentation en nutriments, les déchets agricoles aident également à créer le cadre structurel nécessaire à la croissance des cellules musculaires.
Déchets agricoles en tant que matériau d'échafaudage
L'échafaudage fournit le cadre tridimensionnel dont les cellules musculaires ont besoin pour croître et développer une texture similaire à celle de la viande conventionnelle. Divers sous-produits agricoles ont montré un potentiel dans ce rôle.
Les feuilles de maïs, avec leurs stries parallèles, imitent la structure du muscle squelettique et aident à aligner correctement les cellules. De même, les "chiffons" fibreux de l'écorce de jacquier offrent une texture adaptée à la viande structurée [1]. Les processus de décellularisation éliminent l'ADN végétal, le réduisant à des niveaux sûrs de 0,07 à 0,17 µg/g, tout en préservant la structure cellulosique de soutien [1].
En mai 2023, des chercheurs de l'Université nationale de Singapour, dirigés par Dejian Huang, ont extrait des protéines telles que la zéine, l'hordeine et la sécaline à partir de farine de maïs usagée et de grains de brasserie. Celles-ci ont été utilisées pour créer des encres comestibles pour l'impression 3D d'échafaudages.Les échafaudages imprimés ont ensuite été utilisés pour cultiver de la viande de porc, répliquant avec succès l'apparence et la texture des découpes traditionnelles [9].
"Des échafaudages en protéines végétales imprimés en 3D pourraient offrir de nouvelles [opportunités] pour développer de la viande à base de cellules avec une apparence de vraie viande... ils fournissent un matériau comestible et rentable pour remplacer les protéines d'origine animale coûteuses."
- Dejian Huang, Département des sciences alimentaires & Technologie, Université nationale de Singapour [9]
Ces échafaudages, avec leur haute porosité, permettent un flux de nutriments efficace et une migration cellulaire. En réutilisant les résidus agricoles de cette manière, ces innovations contribuent à une économie circulaire dans la production de viande cultivée, en donnant une nouvelle valeur à ce qui serait autrement jeté.
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Bénéfices environnementaux et économiques
La réutilisation des déchets agricoles dans la production de viande cultivée offre des avantages mesurables tant pour l'environnement que pour l'économie.
Soutenir une économie circulaire
L'intégration des sous-produits agricoles dans la chaîne d'approvisionnement de la viande cultivée crée un système en boucle fermée, en accord avec l'Objectif de Développement Durable 12 des Nations Unies sur la consommation et la production responsables. Cette approche permet aux producteurs de récupérer des nutriments précieux et de les retourner aux terres agricoles qui ont initialement fourni les matières premières de maïs et de soja [5].
Passer à la viande cultivée pourrait entraîner d'énormes gains environnementaux d'ici 2050. Les projections suggèrent une réduction de 52 % des émissions annuelles de gaz à effet de serre, une diminution de 83 % de l'utilisation des terres (libérant 9,6 millions de km²) et une baisse de 53 % de la demande mondiale en phosphore [10].
La récupération de l'azote joue un rôle central dans ce modèle durable. Par exemple, dans l'Iowa, où le fumier animal fournit actuellement 30 % des besoins en azote des terres agricoles, une installation de viande cultivée produisant 400 000 kg par an a généré 36 tonnes de déchets azotés - suffisamment pour fertiliser 543 hectares de maïs [5]. Étant donné que les coûts des engrais azotés varient de 0,80 £ à 2,40 £ par kg, ces nutriments récupérés bénéficient non seulement à l'environnement mais représentent également une opportunité de revenus potentiels [5].
« La gestion de l'azote sera un aspect clé de la durabilité dans la production de viande cultivée, tout comme dans les systèmes de viande conventionnels. »
- Gabrielle M. Myers, Chercheuse, Université d'État de l'Iowa [5]
Ces efficacités environnementales se traduisent également par des économies de coûts notables.
Comparaisons de coûts avec la viande conventionnelle
Au-delà de la durabilité, l'utilisation des déchets agricoles réduit considérablement les coûts de production de la viande cultivée. Les milieux de culture cellulaire, la plus grande dépense dans la production de viande cultivée, deviennent plus abordables lorsque des résidus alimentaires sont utilisés comme substrats [5].
L'efficacité de l'utilisation des terres est un autre avantage majeur. Alors que la production de viande de boeuf nécessite entre 15 et 429 m² par kg annuellement, la production de viande cultivée n'a besoin que de 0,2 à 5,5 m² par kg [5]. Cette réduction drastique des besoins en espace réduit directement les coûts d'infrastructure et d'exploitation.
Les systèmes de microalgues améliorent encore l'efficacité. Yuki Hanyu, PDG d'IntegriCulture Inc., explique, "Du point de vue de l'efficacité énergétique, la conversion de l'énergie à chaque étape du processus est 10 fois plus efficace lorsque vous utilisez des microalgues par rapport aux céréales" [4]. Entre 2020 et 2024, IntegriCulture a collaboré avec l'Université Médicale des Femmes de Tokyo pour développer un système de culture cellulaire circulaire utilisant des microalgues pour traiter les milieux usés. Ce système a réussi à éliminer jusqu'à 80 % de l'ammoniac et 16 % du phosphore [4].
Cependant, les coûts de gestion des nutriments restent un obstacle. Le traitement de l'azote dans les milieux usés coûte actuellement environ 1,96 £ par kg, tandis que le traitement des déchets carbonés coûte environ 0,32 £ par kg. Ces dépenses sont plus élevées que la gestion conventionnelle du fumier d'élevage en raison de la nature diluée des milieux usés et de la nécessité d'une infrastructure de traitement supplémentaire [5].
Défis et recherches futures
Surmonter les obstacles techniques et économiques est essentiel pour faire progresser le modèle d'économie circulaire discuté précédemment. Bien que le concept ait un grand potentiel, des obstacles majeurs se dressent encore sur la voie de son échelle commerciale. Ces défis soulignent la nécessité d'améliorer les méthodes de traitement et les outils d'assurance qualité robustes.
Variabilité et risques de contamination
L'un des plus grands problèmes est l'incohérence. Les flux de déchets provenant de différents bioprocédés varient considérablement en composition. Par exemple, en mai 2024, des chercheurs de University College Dublin et BiOrbic ont étudié des milieux usés provenant de cellules d'ovaire de hamster chinois et du champignon Trametes versicolor comme matières premières potentielles. Ils ont trouvé que les déchets fongiques étaient très acides, avec un pH de 5.5, et contenant 56 mM d'acide lactique, ce qui a inhibé la croissance de la culture secondaire jusqu'à ce que le pH soit ajusté [3].
Les milieux de culture usés accumulent souvent des substances nocives comme l'ammoniac et le lactate, qui doivent être éliminées [2]. De même, les déchets agricoles peuvent transporter des protéines de cellules hôtes, des métabolites résiduels ou des antimicrobiens qui peuvent entraver la croissance des cellules animales [3]. À mesure que la production augmente et que les intrants de déchets deviennent plus diversifiés, le maintien de conditions stériles devient de plus en plus difficile [11].
"Maintenir les réacteurs à la température appropriée, nettoyer, mélanger, filtrer les produits de déchets et stériliser nécessitera probablement des apports énergétiques directs beaucoup plus élevés pour le système que ceux requis dans la production de viande conventionnelle."
- Gabrielle M. Myers et al., Frontières en Nutrition [5]
Exigences de Traitement et Économiques
Transformer des flux de déchets variables en matières premières cohérentes et fiables nécessite des techniques de traitement avancées. Des approches comme l'ozonation, les traitements thermiques par micro-ondes et le traitement à haute pression peuvent décomposer les parois cellulaires, améliorer la solubilité des nutriments et minimiser les risques de contamination [13]. Les méthodes de filtration par membrane, telles que l'ultrafiltration et la nanofiltration, ont atteint jusqu'à 90 % de récupération de protéines à partir de flux de déchets comme le lactosérum [13].
L'intelligence artificielle s'avère également être un outil précieux. Par exemple, les Réseaux de Neurones Convolutionnels Profonds associés à l'Optimisation par Essaim de Particules ont atteint 100 % de précision dans l'identification des matériaux gâtés, aidant à prévenir la contamination croisée dans la chaîne d'approvisionnement [12]. Des capteurs en temps réel qui surveillent le pH, les niveaux d'oxygène et les métabolites microbiens peuvent détecter la contamination tôt, réduisant le risque de perdre des lots de production entiers [14].
Un autre besoin urgent est l'amélioration de la récupération des nutriments à partir des milieux usés. La recherche sur les traitements des eaux usées a montré des promesses, certaines méthodes récupérant jusqu'à 75 % de l'azote dans des flux concentrés, réduisant le coût de l'application sur le terrain [5]. De plus, passer de composants de milieu de qualité pharmaceutique à des composants de qualité alimentaire - tels que les acides aminés et le glucose - offre un moyen pratique de réduire les coûts de production tout en maintenant les normes de sécurité [8].
Répondre à ces exigences de traitement et économiques est crucial pour libérer tout le potentiel des principes de l'économie circulaire dans la production de viande cultivée.
Conclusion
Les déchets agricoles offrent une solution pratique à deux des plus grands défis de la viande cultivée : les coûts de production élevés et son empreinte environnementale. En remplaçant des intrants coûteux comme le glucose à base de céréales et le sérum de veau fœtal par des résidus de culture et des milieux usés, les producteurs peuvent réduire considérablement les dépenses. Par exemple, l'utilisation de milieux usés comme engrais coûte seulement 0,22 à 0,25 £ par kilogramme de viande cultivée, contre 0,67 £ pour le traitement des eaux usées traditionnel [5]. Cet avantage de coût met en évidence le potentiel d'un modèle de production circulaire pour transformer l'industrie.
Les avantages environnementaux sont tout aussi frappants. La production de viande cultivée utilise aussi peu que 0,2 à 5,5 mètres carrés de terre par kilogramme, une fraction des 15 à 429 mètres carrés nécessaires pour le bétail conventionnel [5]. Cette efficacité est en grande partie due à l'approche circulaire, où les nutriments des milieux usés sont recyclés dans l'agriculture, comblant ainsi le fossé entre la production alimentaire et l'agriculture. Des recherches d'IntegriCulture soutiennent davantage cela, montrant que les systèmes à base de microalgues sont jusqu'à 10 fois plus efficaces en énergie que les méthodes à base de céréales [4].
Le modèle d'économie circulaire s'attaque aux déchets à chaque étape. Avec 3,8 milliards de tonnes métriques de résidus de culture produits dans le monde chaque année [1], ce qui était autrefois un défi d'élimination peut désormais servir de ressource précieuse pour le soutien et la croissance cellulaire dans la production de viande cultivée.
Pour les consommateurs, ces avancées rapprochent la viande cultivée de l'atteinte de la parité des prix avec la viande conventionnelle tout en soutenant des pratiques agricoles régénératrices.Cette technologie prouve que les déchets ne sont pas des déchets - c'est une ressource prête à alimenter un cycle de production plus efficace et durable.
FAQs
Comment l'utilisation des déchets agricoles rend-elle la viande cultivée plus abordable ?
Les déchets agricoles peuvent jouer un rôle clé dans la réduction des coûts de production de la viande cultivée en agissant comme une ressource abordable et réutilisable. Par exemple, des matériaux comme les milieux de culture usagés et les sous-produits cellulaires peuvent être transformés en engrais ou d'autres intrants précieux. Cela réduit non seulement les dépenses en ressources, mais diminue également les coûts de gestion des déchets.
En intégrant ces pratiques, les producteurs contribuent à une économie circulaire, améliorant l'efficacité de la production de viande cultivée tout en réduisant son impact environnemental. Cette méthode soutient les efforts pour construire un système alimentaire plus durable et conscient des ressources.
Quels défis sont associés à l'utilisation des déchets agricoles dans la production de viande cultivée ?
L'utilisation des déchets agricoles dans la production de viande cultivée présente son lot de défis. Un obstacle majeur réside dans la recherche de manières rentables et efficaces de transformer les déchets en matériaux riches en nutriments nécessaires à la croissance cellulaire. Actuellement, de nombreux processus dépendent fortement d'ingrédients coûteux ou d'origine animale, ce qui complique l'intégration des déchets dans le cycle de production.
Un autre défi significatif est l'augmentation de la production. Les bioréacteurs doivent gérer de grands volumes de cellules tout en maintenant leur santé et en garantissant une qualité constante dans le produit final. Cette tâche devient encore plus délicate lors de l'introduction de matériaux dérivés des déchets agricoles.De plus, les déchets agricoles doivent répondre à des normes strictes de sécurité, nutritionnelles et réglementaires avant de pouvoir être utilisés, ce qui ajoute une complexité supplémentaire au processus.
Cela dit, la recherche continue et les avancées dans le domaine ouvrent des possibilités pour des méthodes plus durables et circulaires dans la production de viande cultivée. Les déchets agricoles pourraient éventuellement jouer un rôle clé dans la redéfinition de notre approche des systèmes alimentaires à l'avenir.
Comment la production de viande cultivée bénéficie-t-elle à l'environnement grâce à l'économie circulaire ?
L'économie circulaire dans la production de viande cultivée joue un rôle clé dans la réduction des déchets et la conservation des ressources. En réutilisant des matériaux qui seraient autrement jetés, elle contribue à minimiser l'impact environnemental. Par exemple, les sous-produits et déchets agricoles, comme les milieux épuisés et les débris cellulaires, peuvent être transformés en engrais, réduisant ainsi les déchets et créant des résultats utiles.
La production de viande cultivée est également beaucoup plus efficace que l'agriculture traditionnelle. Elle utilise jusqu'à 95 % de terres en moins, 78 % d'eau en moins, et produit jusqu'à 92 % d'émissions de gaz à effet de serre en moins par rapport à l'élevage de bétail conventionnel. Cette méthode non seulement conserve des ressources essentielles mais contribue également à réduire les émissions, ce qui en fait un pas vers un système alimentaire plus durable et respectueux de l'environnement.
