Des scientifiques transforment des déchets plastiques en nourriture : la piste étonnante financée par la NASA
Et si une bouteille en plastique usagée pouvait un jour contribuer à nourrir des astronautes en route vers Mars ? L’idée ressemble à de la science-fiction, et pourtant des chercheurs américains travaillent déjà sur cette technologie. À la Southern Illinois University Carbondale, une équipe a mis au point un procédé capable de récupérer le carbone contenu dans certains plastiques et déchets végétaux, puis d’utiliser des levures modifiées comme de minuscules « usines biologiques » pour fabriquer des ingrédients alimentaires.
Le résultat porte un nom : µBites, prononcé « microbites ». Des petits biscuits riches en protéines ont même déjà été fabriqués à l’aide d’une imprimante alimentaire 3D. Le projet est notamment issu du Deep Space Food Challenge, soutenu par la NASA, avec l’objectif initial de trouver de nouvelles façons de nourrir les équipages lors de missions spatiales très longues.
Non, les scientifiques ne mettent pas du plastique dans un gâteau
C’est sans doute le point le plus important à comprendre.
Les chercheurs ne prennent évidemment pas une bouteille en PET, ne la réduisent pas en poudre pour l’incorporer directement à une pâte à biscuit. Le plastique n’est jamais consommé sous sa forme d’origine.
Le procédé commence par du PET, le polyéthylène téréphtalate utilisé notamment pour les bouteilles de boissons. Des déchets agricoles, comme des tiges et des feuilles de maïs, peuvent également être utilisés.
Ces matières passent par une technique appelée Oxidative Hydrothermal Dissolution, ou OHD. Le procédé utilise de l’eau et de l’oxygène soumis à une température et une pression élevées afin de casser les longues molécules constituant le plastique et la matière végétale.
À la sortie, on n’a donc plus une bouteille mais un mélange de molécules carbonées beaucoup plus simples pouvant être utilisées par des micro-organismes.
Autrement dit, le plastique sert essentiellement de réservoir de carbone.
Et c’est là que les levures entrent en scène.
Des levures transformées en véritables usines alimentaires
L’équipe dirigée par le chercheur Lahiru Jayakody utilise différentes levures, dont la célèbre Saccharomyces cerevisiae, la levure employée depuis des millénaires pour fabriquer du pain ou de la bière.
Mais certaines de ces levures ont été génétiquement modifiées ou sélectionnées afin d’utiliser les molécules provenant des déchets comme source de nourriture.
Elles absorbent ces composés carbonés et utilisent leur métabolisme pour construire de nouvelles molécules : protéines, lipides, acides organiques, vitamines ou molécules aromatiques.
C’est finalement assez proche de ce que font déjà de nombreuses fermentations industrielles. L’être humain utilise depuis longtemps des bactéries et des levures pour transformer des matières premières en aliments, médicaments ou molécules chimiques.
La grande différence est ici l’origine de la matière première : une partie du carbone peut provenir d’un déchet plastique.
Du PET pour produire… de la vitamine A
L’une des expériences les plus étonnantes concerne l’éthylène glycol, une molécule pouvant être récupérée après décomposition du PET.
Les chercheurs ont adapté une levure appelée Rhodosporidium toruloides pour qu’elle puisse mieux utiliser cette molécule et produire du bêta-carotène.
Or le bêta-carotène est un précurseur de la vitamine A, indispensable notamment à la vision et au fonctionnement du système immunitaire.
Une autre levure a été modifiée pour produire de la vanilline, la principale molécule responsable de l’arôme de vanille, à partir de composés issus de déchets végétaux.
On passe ainsi progressivement d’un simple système de production de protéines à une sorte de mini-industrie alimentaire biologique programmable.
Une levure pourrait produire les protéines, une autre certaines vitamines, une autre encore des graisses ou des arômes.
Et à la fin… une imprimante 3D fabrique le repas
Une fois les ingrédients produits par les micro-organismes récupérés, les chercheurs les mélangent actuellement à d’autres ingrédients classiques, notamment de l’amidon, des fibres et un édulcorant.
La préparation peut ensuite être introduite dans une imprimante alimentaire 3D.
Couche après couche, la machine donne au mélange une forme consommable. Les chercheurs ont ainsi fabriqué leurs premiers biscuits protéinés µBites.
À terme, l’ambition est encore plus radicale : faire produire par les micro-organismes une part croissante des ingrédients du produit final, y compris éventuellement certains sucres, fibres ou composants nécessaires à sa texture.
On pourrait alors imaginer une machine dans laquelle entreraient différents déchets organiques ou carbonés et dont sortiraient, après plusieurs étapes de transformation, des ingrédients servant à préparer un véritable repas.
Pourquoi la NASA s’intéresse-t-elle à cette technologie ?
Sur Terre, transporter quelques tonnes supplémentaires de nourriture n’est généralement pas un problème majeur.
Dans l’espace, c’est une autre histoire.
Une mission vers Mars pourrait durer plusieurs années et il serait extrêmement compliqué d’emporter toute la nourriture nécessaire aux astronautes. Il faut également tenir compte de la dégradation progressive de certaines vitamines pendant un stockage prolongé.
La NASA développe donc depuis plusieurs années le concept de biomanufacturing spatial : transporter des micro-organismes plutôt que d’énormes stocks de produits finis et leur faire fabriquer certains nutriments lorsqu’ils deviennent nécessaires. Ses expériences BioNutrients utilisent déjà des levures génétiquement modifiées pour produire notamment du bêta-carotène et de la zéaxanthine.
Une future base lunaire ou martienne pourrait ainsi fonctionner beaucoup plus comme un écosystème fermé : les déchets produits par l’équipage seraient récupérés, transformés et réutilisés pour fabriquer de nouvelles ressources.
La nourriture serait alors une pièce de cette immense boucle de recyclage.
Et sur Terre ?
C’est peut-être finalement ici que cette technologie pourrait avoir les conséquences les plus importantes.
Notre civilisation produit simultanément d’immenses quantités de déchets plastiques tout en devant nourrir une population mondiale de plusieurs milliards de personnes.
Si une partie du carbone aujourd’hui considéré comme un déchet pouvait être récupérée pour fabriquer des protéines ou d’autres molécules utiles, le plastique ne serait plus uniquement un matériau à recycler : il pourrait devenir une matière première pour la biotechnologie.
On pourrait imaginer de petites unités de production installées dans des régions isolées, sur des navires, dans des bases polaires ou encore dans des zones frappées par une catastrophe naturelle.
Les chercheurs évoquent d’ailleurs des applications dans des environnements où l’approvisionnement alimentaire est difficile, allant des zones sinistrées jusqu’aux sous-marins, à la Lune ou à Mars.
Mais nous sommes encore loin de manger nos bouteilles
Il serait cependant prématuré d’imaginer nos bouteilles d’eau transformées demain en biscuits dans la cuisine.
Les prototypes µBites sont encore expérimentaux. Les chercheurs indiquent disposer de données encourageantes concernant leur sécurité, mais les véritables tests de dégustation nécessitent encore une autorisation institutionnelle. Jusqu’à présent, les participants ont notamment évalué leur odeur.
Il faudra également démontrer que le procédé fonctionne à grande échelle, contrôler extrêmement précisément les éventuels contaminants provenant des déchets plastiques, garantir une qualité alimentaire constante et évaluer le bilan énergétique de l’ensemble du processus.
L’étape initiale utilisant températures et pressions élevées devra notamment être suffisamment efficace pour que le procédé ait un véritable intérêt environnemental.
Et puis il restera un obstacle qui n’a rien de scientifique : convaincre les consommateurs.
Entre « protéine produite par fermentation » et « biscuit provenant d’une bouteille en plastique », la perception n’est évidemment pas la même, même si chimiquement la bouteille d’origine a disparu depuis longtemps.
Vers une nouvelle définition du recyclage ?
C’est probablement là que µBites devient particulièrement intéressant.
Pendant des décennies, recycler un objet signifiait essentiellement utiliser sa matière pour fabriquer un autre objet : une bouteille devenait une nouvelle bouteille, un emballage devenait une fibre textile.
Les biotechnologies pourraient aller beaucoup plus loin.
Elles permettraient de démonter complètement la matière jusqu’à ses briques moléculaires, puis de demander à des micro-organismes de reconstruire quelque chose n’ayant presque plus aucun rapport avec l’objet d’origine.
Une bouteille pourrait fournir du carbone à une levure. Cette levure pourrait fabriquer une vitamine. Cette vitamine pourrait entrer dans la composition d’un repas imprimé en 3D destiné à un astronaute à plusieurs dizaines de millions de kilomètres de la Terre.
Dit comme cela, le projet ressemble presque à une forme d’alchimie moderne.
Mais contrairement à l’alchimie, les premiers biscuits existent déjà.
Adaptation Terra Projects
Sources principales : American Chemical Society, Southern Illinois University Carbondale et NASA.
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