Quand le vivant devient industrie : le jackpot ou le chaos ?

L’essor des alter­na­tives aux pro­téines ani­males, la mul­ti­pli­ca­tion des start-ups qui exploitent la fer­men­ta­tion de pré­ci­sion¹ pour pro­duire des ingré­dients iden­tiques à ceux d’origine ani­male et la crois­sance des pro­jets de bio­raf­fi­ne­ries locales témoignent d’un mou­ve­ment de trans­for­ma­tion tan­gible dans les filières biotechnologiques.

Les res­sources consa­crées à l’innovation dans la fer­men­ta­tion et la bio-pré­ser­va­tion ont aug­men­té en 2024, avec des appels à pro­jets et des inves­tis­se­ments publics-pri­vés qui mettent l’accent sur des pro­cé­dés indus­triels plus effi­caces et durables². Paral­lè­le­ment, des revues spé­cia­li­sées observent que les tech­niques de fer­men­ta­tion dites « de pré­ci­sion » sont en train de révo­lu­tion­ner la pro­duc­tion d’ingrédients ali­men­taires et de se posi­tion­ner comme un vec­teur d’innovation capable de trans­for­mer le sec­teur agroa­li­men­taire dans les années à venir³.

Appa­rue au début des années 2000, la bio­lo­gie de syn­thèse désigne une ingé­nie­rie ration­nelle des sys­tèmes bio­lo­giques qui va au-delà de l’optimisation incré­men­tale des bio­tech­no­lo­gies clas­siques. Elle s’appuie sur des prin­cipes d’ingénierie, de nor­ma­li­sa­tion, de modu­la­ri­té et de sépa­ra­tion des phases de concep­tion et de fabri­ca­tion, ren­dus pos­sibles par des avan­cées telles que le séquen­çage mas­sif de l’ADN, sa syn­thèse auto­ma­ti­sée, la modé­li­sa­tion numé­rique, l’intelligence arti­fi­cielle et la robo­ti­sa­tion des laboratoires.

L’objectif est de construire des orga­nismes ou des modules bio­lo­giques qui rem­plissent des fonc­tions déter­mi­nées de manière pré­vi­sible, ouvrant la voie à de nou­velles matières pre­mières issues de la bio­masse, à des uni­tés de pro­duc­tion basées sur des bio­réac­teurs et à des chaînes de valeur réor­ga­ni­sées autour du vivant plu­tôt que des res­sources fos­siles⁴.

Fran­çois Kepes s’inscrit depuis plus de vingt ans au cœur de ces trans­for­ma­tions. Bio­lo­giste cel­lu­laire et bio­tech­no­logue, membre de l’Académie des tech­no­lo­gies et de l’Académie d’agriculture de France, il a contri­bué à struc­tu­rer le champ de la bio­lo­gie des sys­tèmes et de syn­thèse en France et en Europe. Ses tra­vaux portent notam­ment sur la modé­li­sa­tion des sys­tèmes bio­lo­giques com­plexes et sur l’ingénierie du vivant. Il a notam­ment publié en 2011 l’ouvrage La Bio­lo­gie de syn­thèse plus forte que la nature ?, dans lequel il ana­lyse les fon­de­ments scien­ti­fiques, les ambi­tions tech­no­lo­giques et les impli­ca­tions indus­trielles de cette dis­ci­pline. Il a éga­le­ment signé plu­sieurs tra­vaux sur les dimen­sions scien­ti­fiques et éco­no­miques de l’ingénierie du vivant⁵, élu­ci­dant les condi­tions de son déploie­ment à grande échelle.

La bio­lo­gie de syn­thèse est l’ingénierie ration­nelle de la bio­lo­gie. L’ambition de ce domaine, qui a émer­gé en 2004, est de conce­voir ration­nel­le­ment et de construire de manière stan­dar­di­sée de nou­veaux sys­tèmes ins­pi­rés par la bio­lo­gie ou fon­dés sur ses com­po­sants. Construire un sys­tème bio­lo­gique qui fonc­tionne comme pré­vu est une manière de s’assurer que l’on a com­pris les phé­no­mènes sous-jacents. En ce sens, la bio­lo­gie de syn­thèse per­met de faire pro­gres­ser les connais­sances sur le monde vivant. Cepen­dant l’ingénierie y tient une place domi­nante et touche à la san­té, l’environnement, l’énergie et les matériaux.

Un spectre aus­si large d’applications nous indique que la bio­lo­gie de syn­thèse ne consiste pas en une col­lec­tion limi­tée de solu­tions indus­trielles, mais plu­tôt en un ample socle métho­do­lo­gique et scien­ti­fique. Ce socle s’appuie sur des prin­cipes d’ingénierie qui per­mettent de « pro­gram­mer » le vivant : nor­ma­li­sa­tion, modu­la­ri­té ou décou­plage entre concep­tion et fabri­ca­tion. La logique conven­tion­nelle d’optimisation incré­men­tale cède le pas à la concep­tion ration­nelle. Les moteurs de cette rup­ture dans les tech­no­lo­gies du vivant sont le pas­sage à grande échelle de la lec­ture et l’écriture d’ADN, la modé­li­sa­tion mathé­ma­tique et la simu­la­tion numé­rique, l’intelligence arti­fi­cielle, et la robo­ti­sa­tion des labo­ra­toires de bio­lo­gie. Comme pour les révo­lu­tions indus­trielles du pas­sé, au-delà du gain de pro­duc­ti­vi­té, on observe un chan­ge­ment de para­digme : de nou­velles matières pre­mières (bio­masse), de nou­velles usines (bio­réac­teurs), et de nou­velles chaînes de valeur. 

L’effet de rup­ture pro­duc­tive découle des trois points mis en exergue ci-des­sus : géné­ri­ci­té, pro­gram­ma­bi­li­té du vivant et chan­ge­ment de paradigme.

La pro­gram­ma­tion du vivant déplace la créa­tion de valeur vers l’amont dans les chaînes de valeur : la concep­tion des orga­nismes pro­duc­teurs devient le nœud de la com­pé­ti­ti­vi­té, plus que la trans­for­ma­tion des matières. Par exemple dans l’agroalimentaire, des entre­prises comme Impos­sible Foods uti­lisent des levures modi­fiées en appli­quant les prin­cipes de la bio­lo­gie de syn­thèse pour pro­duire de l’hème (molé­cule don­nant cou­leur et goût à la viande). Cela réduit for­te­ment l’empreinte envi­ron­ne­men­tale liée à l’élevage d’animaux.
Ce dépla­ce­ment du point de créa­tion de valeur s’accompagne d’une verticalisation.

Pour cap­ter une grande part de la valeur, les com­pa­gnies doivent maî­tri­ser la concep­tion des souches pro­duc­trices, la fer­men­ta­tion à l’échelle indus­trielle et la mise sur le mar­ché. C’est pour­quoi les géants de la chi­mie et de l’énergie inves­tissent mas­si­ve­ment dans ces tech­no­lo­gies pour ne pas être déclas­sés. Néan­moins, cette tran­si­tion auto­rise aus­si les ini­tia­tives locales, cen­trées par exemple autour de bio­raf­fi­ne­ries locales uti­li­sant des micro-orga­nismes pour valo­ri­ser des déchets pro­duits dans une région donnée.

Mal­gré leur rela­tive jeu­nesse, cer­taines pla­te­formes de bio­lo­gie de syn­thèse rap­pellent les géants du numé­rique. En effet, elles cen­tra­lisent des don­nées et des équi­pe­ments impres­sion­nants. Par exemple, Twist Bios­cience a rapi­de­ment acquis un rôle clé d’ordre mon­dial dans le domaine de la syn­thèse d’ADN.

Avec un modèle d’affaires très dif­fé­rent, Gink­go Bio­works pro­pose une « usine à cel­lules » où, sans infra­struc­ture propre, ses clients peuvent conce­voir et fabri­quer des souches de micro-orga­nismes sur mesure. Cette concen­tra­tion dans de grandes pla­te­formes s’explique par les coûts éle­vés de R&D et la néces­si­té d’accéder à des bases de don­nées en crois­sance rapide.

Tou­te­fois, à la dif­fé­rence des pro­ces­sus cal­cu­la­toires, ceux de la bio­lo­gie de syn­thèse dépendent mas­si­ve­ment de la matière. En effet, la pro­duc­tion de bio­mo­lé­cules néces­site de la logis­tique, de la sur­face, des fer­men­teurs et des sources de car­bone typi­que­ment issues de la bio­masse. Cela per­met des modèles hybrides, où des pla­te­formes glo­bales coexistent avec des acteurs locaux spé­cia­li­sés dans la pro­duc­tion ou l’adaptation à des mar­chés de niche.

L’industrialisation du vivant déplace l’enjeu de sou­ve­rai­ne­té vers deux types d’actifs, maté­riels (par exemple, pla­te­formes robo­ti­sées et énormes bio­réac­teurs, col­lec­tions de souches et bio-banques) et imma­té­riels (séquences géné­tiques bre­ve­tées, bases de don­nées bio­lo­giques, algo­rithmes de concep­tion). La gou­ver­nance des actifs imma­té­riels lève des enjeux de pro­prié­té intel­lec­tuelle, de sécu­ri­té et de par­tage. Celle des actifs maté­riels lève des enjeux indus­triels du même niveau que ceux des bat­te­ries. La valeur sera cap­tée là où est la capa­ci­té de pro­duc­tion, ce qui n’est pas néces­sai­re­ment là où se trouve la recherche de qualité.

Sur le plan scien­ti­fique, les démons­tra­teurs convainquent géné­ra­le­ment de la per­ti­nence et de la fai­sa­bi­li­té de leurs objec­tifs, qu’il s’agisse par exemple de la valo­ri­sa­tion de déchets agri­coles, de la fixa­tion de dioxyde de car­bone ou de la pro­duc­tion de molé­cules bio­sour­cées. Sur le plan éco­no­mique, il convient de prendre en compte l’ensemble du cycle de vie des pro­cé­dés. Les para­mètres cri­tiques sont la consom­ma­tion d’énergie, la dis­po­ni­bi­li­té fiable de bio­masse, les ren­de­ments en pro­duit final et la sta­bi­li­té géné­tique des souches productrices.

L’empreinte envi­ron­ne­men­tale de la bio­lo­gie de syn­thèse en tant que telle n’a pas fait l’objet d’études appro­fon­dies, même s’il est géné­ra­le­ment admis que ses déchets sont com­pos­tables et que l’eau consom­mée est retrou­vée en fin de cycle. À ces ver­rous tech­no­lo­giques, s’ajoutent des pro­blé­ma­tiques externes comme la régle­men­ta­tion, l’acceptabilité sociale ou les prix du car­bone et de l’énergie.

Aicha Fall