2014, Diversité des systèmes alimentaires et changements globaux, séminaire, Gilles Trystram

Quelles innova-ons en technologies alimentaires

20 ans d’innova-on nécessaire pour des produits eco-­‐innovants demain Gilles Trystram Professeur et directeur général AgroParisTech UMR 1145 Inra, AgroParisTech Ingénierie procédés Aliments

Président CST ACTIA Académie des Technologies

Avec l’aide de C. Bonazzi, H. De Vries et de nombreux autres Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Plan une vision de technologue: Technologie= le nom que prend la science quand elle s’occupe des produits et procédés des ac-vités humaines.

• Une analyse de la situaMon actuelle – Les challenges et leurs évoluMons: consommaMon, normes, crises, transiMons, marché mondial, les paradoxes – Comment les technologies ont répondu?

• Quelles évoluMons envisager ?

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En 20 ans une évolu-on des modes de consomma-on Economique Prix et valeur; RHF Démographique Alimenta-on “personnalisée” Technologique E-­‐commerce; “Clean label” The use and usefulness of carbon labelling food: a policy perspec5ve from a survey of UK supermarcket shoppers {Gadema &al, 2011, Food Policy} Enquête de 2009.

Idéologique Provenance

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Evolu-on du contexte

ce qui est acquit à un instant donné en cadre concurren-el devient un dû pour tous ensuite

Novel foods Paquet Hygiène Tracabilité

FDA

L’entreprise agro alimentaire au cœur la recherche d’un équilibre et d’une compéMMvité

ISO 14000 ISO 26000 ISO 9001 Acv …

Engagement, éthique, Responsabilité PNNS, PNA Charte d’engagement nutri-onnel Labels, ..

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Transi-on: alimentaire, nutri-onnelle Les transiMons nutriMonnelles sont les évoluMons des habitudes alimentaires qui accompagnent le développement économique « Tradi-onnelle » Local et saisonnier Monotone Naturel, brut, Végétal Fibres et anMoxydants Pénurie Santé Durabilité style de vie, acMvités, cout social, épidémiologie changée, .. d’après N Darmon

« Occidentale » Disponible Diversifié, palatable Industriel, ‘raffiné’, praMque Animal Gras, sucre, calories liquides Abondance EvoluMon Qualité QuanMté Excessive ?

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Une transi-on vers l’urbanisa-on dominante un mouvement avec des échanges mondialisés • Plus de la moiMé de la populaMon mondiale est aujourd’hui localisée dans une ville (+ des 2/3 en 2050 selon les NaMons Unis) • Près de 40% de la populaMon mondiale vit dans une aggloméraMon de plus d’1 million d’habitants.

• Le nombre d’aggloméraMons avec plus d’un million d’habitants a plus que doublé entre 1950 et 2007, passant de 181 à 414 aggloméraMons.

• Rythme d’urbanisaMon très élevé dans les pays d’Afrique et d’Asie ü Entre 1950-­‐2007, le poids de populaMon urbaine en Afrique a augmenté de 4,3 % par an en moyenne. ü Dhaka au Bangladesh, avec une populaMon d’environ 9 millions d’habitants, croît à un taux annuel de 5%, ce qui signifie + de 1000 personnes supplémentaires par jour

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Evolu-on globale des chaînes d’approvisionnement alimentaire Désormais Hier - approvisionnement local - peu d’intermédiaires - produits peu transformés - peu de flux et d’échanges

Conséquences ?

- échanges mondiaux et flux massifiés - internationalisation des échanges - diversification des circuits de distribution - nombreux acteurs intermédiaires - produits élaborés et variés - longueur des chaînes d’approvisionnement - généralisation du flux tendu - société de l’information - Spéculation

- crises, rappels de produits médiatisés - consommateur exigeant et méfiant - peu de temps pour un retrait de produits défectueux - impact d’un retrait plus étendu - importance de la vitesse d’échange d’informations entre acteurs - élévation du niveau d’exigence des drèglements/normes d’hygiène Chaire AlimentaMon u monde 2014 -­‐ 7 Trystram - etc.

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Evolu-on globale des chaînes d’approvisionnement alimentaire Désormais - échanges mondiaux et flux massifiés - internationalisation des échanges Hier - diversification des circuits de distribution - approvisionnement local - nombreux acteurs intermédiaires - peu d’intermédiaires - produits élaborés et variés - produits peu transformés - peu de flux et d’échanges Demain ? - longueur des chaînes d’approvisionnement - généralisation du flux tendu - société de l’information - Spéculation Conséquences ?

- crises, rappels de produits médiatisés - consommateur exigeant et méfiant - peu de temps pour un retrait de produits défectueux - impact d’un retrait plus étendu - importance de la vitesse d’échange d’informations entre acteurs - élévation du niveau d’exigence des drèglements/normes d’hygiène Chaire AlimentaMon u monde 2014 -­‐ 8 Trystram - etc.

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Une évolu-on pilotée par l’innova-on produits Nombreuses dimensions sur nouveaux produits

– Ergonomie des produits, apport services, individualisaMon, ..

– Un monde de contradic-ons • Des produits locaux de saison vs les produits toujours • Mode gastronomique vs de moins en moins de méMers de bouches • Durabilité vs le burger le produit le plus vendu au monde ou Nespresso

– La peur des produits et ses conséquences?

– L’utopie: le futur appar-ent au passé – L’effet « mode », le fuMle, le versaMle (ex: macarons, nouvelle cuisine et ses déclinaisons en produits ...)

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Une évolu-on pilotée par l’innova-on produits Nombreuses dimensions sur nouveaux produits

– Ergonomie des produits, apport services, individualisaMon, ..

– Un monde de contradic-ons • Des produits locaux de saison vs les produits toujours • Mode gastronomique vs de moins en moins de méMers de bouches • Durabilité vs le burger le produit le plus vendu au monde ou Nespresso

– La peur des produits et ses conséquences?

– L’utopie: le futur appar-ent au passé – L’effet « mode », le fuMle, le versaMle (ex: macarons, nouvelle cuisine et ses déclinaisons en produits ...)

Sous contraintes économiques, énergéMques, contextuelles, …

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Comment les technologies ont répondu et répondent à l’évolu-on des enjeux, des aeentes?

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Produc-on de masse

1950 1960

Diversifica-on retardée Développement

Ingrédients e t a ddi-fs

Complexité des

formula-ons

1970

1980

Emergence

Impact

Aliment

écologique

Santé

1990 2000 2010 Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Diversifica-on retardée Développement

Ingrédients e t a ddi-fs

Complexité des

formula-ons

Emergence

Produc-on

Impact

Aliment de masse

écologique

Santé

ReformulaMon

impact

NutriMon

Naturalité, t ypicité

AmélioraMon e t m aîtrise d es

propriétés s ensorielless

PréservaMon,

OpMmisaMon des iMnéraires

technologique:

sécurité sanitaire

sécurité sanitaire,

énergie, c ompéMMvité

Nouveaux P rocédés: m embranes, t raitement a sepMque,

extrusion, h autes p ressions, C hamps é lectriques ( pulsés o u

non), c hauffage O hmique, …

ProducMvité

ConMnuité d es p rocédés

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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IntroducMon de fibres, ..

Ajout de nutriment spécifique

Durabilité

RéducMon sucre, sel gras

AlimentaMon avec bénéfices santé Niches

Pas de percepMon de « gout » chimique Pas ou peu ingrédients et addiMfs

Fondamentaux de nutriMon

PréservaMon, sécurité sanitaire (biologique)

En concordance avec la réglementaMon

Sensoriel

Les leviers de la créa-on de la diversité de l’offre

Ajout de composés bio acMfs, de foncMons parMculières Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Une industrie en au moins deux ou trois étapes Complexité des procédés

PAI Ingrédients

Fabrication des aliments

Aliments Simples Ressource Agricole et Marine

Transformation Fonctions, Molécule pure

Produits élaborés Aliments élaborés

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L’industrie a construit une diversifica-on retardée Procédé Produit final

MP

Procédé Produit final

MP

Procédé MP

Produit final

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Diversifica-on retardée • Par recherche d’efficacité, de régularité l’industrie a introduit une réducMon de diversité (des MP) – Réduc-on graduelle de la diversité des MP (variété, condi-ons de culture, ..)

– Contrôle de la variabilité des ingrédients et addi-fs – Recours aux ingrédients comme facteur de stabilisa-on de la diversité. (produc-vité)

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Matrice des systèmes alimentaires Principaux enjeux de l’alimenta-on durable dans le monde.

Source FondaMon D&N Carasso; Conseil scienMfique AlimentaMon Durable, 2013 Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Alimenta-on durable Enjeux sociaux

Enjeux économiques

ü Inégalités (Nord-­‐Suds, au N, aux S) ü JusMce, équité ü Maîtrise sociale des techniques (OGM, nanotechnologies) ü Respect de la diversité des cultures, de sa contribuMon à l’idenMté et au lien social ü Anxiété des mangeurs

ü Préserver l’efficacité et l’accès à l’alimentaMon ü Préserver l’emploi

Enjeux pour l’environnement ü ü ü ü

PolluMons (nappes, air, rivières) Emissions de GES (CO2, CH4, N2O) Biodiversité (source de maMères 1ères) Ressources : eau, sol, surfaces

Enjeux pour la santé ü Modes de vie et d’alimentaMon (malnutriMons par carence, obésité, cancers, allergies…) ü Qualité sanitaire des aliments (mycotoxines, pesMcides…) ü Immunité de la populaMon

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Le système Agro-­‐Industriel alimentaire a répondu aux enjeux depuis 20 ans • Au moins un Mers de l’énergie économisée (gagnée) • Selon les secteurs, des économies d’eau très significaMves • Une raMonalisaMon de l’usage des ma-ères premières, des recyclages, des réuMlisaMons (de l’idée du déchet au co-­‐ produit) • Un gain de temps de producMon significaMf avec des gains induits de producMvité forts • Le moteur a été surtout économique (indexaMon du coût de l’aliment sur l’énergie notamment) • Une maitrise de la sécurité sanitaire des aliments remarquable • Sans révoluMon technologique, mais dans une adaptaMon progressive, incrémentale Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Quelles évolu-ons envisager ?

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Vers l’éco concep-on et une alimenta-on durable?

1. Une évoluMon pilotée par les coûts: efficacité, efficience, impact écologique réduit 2. Une évoluMon pilotée par l’innovaMon produits 3. Une innovaMon pilotée par l’urbanisaMon, la relocalisaMon de la producMon et de la transformaMon 4. Une évoluMon globalement soutenable

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Innover pour accroitre l’efficience industrielle Filière alimentaire pérenne Une vision environnementale de l’éco conception La plus réaliste à court terme

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Une évolution pilotée par les coûts: efficacité, efficience, impact écologique réduit Épuisement progressif des potentiels d’évolution des procédés!

Nouvelles demandes (durable)!

Indexation du coût du produit sur l’énergie!

L’eau va devenir un problème également (-20% en 2030)!

Trouver des sources de valeur ajoutée!

"- soit par la R&D sur les procédés!

"- soit par une réingénierie durable!

Automatiser pour la régularité, l’efficience!

"- robotique et cobotique!

"- capteurs, Process Analytical Technology!

Vers une ingénierie durable!

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Génie des procédés: OpéraMons unitaires, automaMque, emballage, ..

Ingénierie des produits Chimie, science des polymères, RéacMonPhysico chimie, …

Valeur ajoutée

D’après Aguilerra, 2009

Technologies émergentes UHT LyophilisaMon CongélaMon Echangeur à plaques

FoncMonal foods Extrusion

StérilisaMon vapeur

Edulcorants AtomisaMon

1850

1900

1950 Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

2000 25

Évolu-on des technologies dans les IAA • Progrès général des techniques (1880-­‐1920)

– 1ères industries alimentaires (meunerie, conserverie, sucrerie, brasserie, fabricaMon de pâtes…) < développement du machinisme – RéfrigéraMon, convoyage mécanique

• MulMplicaMon des connaissances scienMfiques et technologiques (1920-­‐1970) – Nouveaux procédés, efficacité des opéraMons industrielles – InstrumentaMon scienMfique, compréhension des phénomènes chimiques et biologiques : recherche à guider les choix technologiques – ÉlaboraMon des nouveaux produits alimentaires, markeMng de la consommaMon de masse

• DiversificaMon des trajectoires technologiques et internaMonalisaMon (<70’s) – UMlisaMon massive des automaMsmes et de l’électronique – InnovaMons radicales : cracking du lait, lyophilisaMon du café, surgélaMon de la pâte à pain…

– Accès à un nombre croissant de maMères premières, ingrédients, PAI + emballages – DifférenMaMon des produits (stratégies de concurrence)

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Existant

Opéra-ons / Procédés

SéparaMons

Efficience AutomaMsaMon RoboMsaMon cinémaMque Recyclage Emballage

Changer la thermodynamique

Hautes pressions, CEP, Biotechnologies, ExtracMon,

Nouveau

..

Usine sobre, usine sèche, Combinaison d’effets, ..

Thermomécanique Mécanique Nouveaux vecteurs Physiques Usine sèche

Combinaisons « Hurdle »

Une évolu-on pilotée par les coûts: efficacité, efficience, impact écologique réduit

Biotechnologies Génie de la réacMon

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Une évolu-on pilotée par les coûts: efficacité, efficience, impact écologique réduit • Sépara-on: extracMon, purificaMon: combinaison de techniques de micro, nano, Ultra filtraMon, osmose inverse...

• Traitements thermiques : couplage air chaud -­‐ microondes, hautes fréquences, Infrarouge, vapeur eau surchauffée, ...

• Thermomécaniques : combiner traitements thermiques et mécaniques • Génie biochimique : prétraitements enzymaMques avant cuisson des produits céréaliers, avant déshydrataMon… • Formula-on directe : déshydrataMon osmoMque, traitement de déshydrataMon par imprégnaMon, congélaMon par immersion…

• Stockage, emballage: revoir DLUO, durée de stockage au froid,

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Eco-­‐concep-on, l’approche ou-ls Impact2002+ ReCeiPe, CML, etc.

Méthodes ACV

Inventaires ACV

Impacts environnementaux

Base de données environnementale

Optimisation T (°C ) P(bar )

α, β, ε …

Ressources

Procédé Procédé i

…

Procédé i +1

émissions Utilités

Eau / Energie

fonctionnalités

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Innover pour accroitre la rentabilité, nouveaux produits, nouvelles fonctionnalités Filière rentable Une éco conception pour la durabilité économique et sociétale

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Sensa-ons nouvelles ou iden-ques sous contraintes nouvelles

Orienta-on Santé

Re formulaMon Re concepMon orientée nutriMon: énergie, composants sensibles: sucre, sel gras

NutriMon orientée santé, vectorisaMon de molécules

Produits sur mesure Niches FormulaMon

Nouvelles sensaMons et percepMons

Produits sur mesure Nouvelles Séniors maMères Jeunes premières Femmes, ados, algues, malades,…

Nouvelles insectes, .. maMères premières, Aliments subsMtuMon assemblés RTE (pret à manger) Services, praMcité, ..

Fait maison

Low Cost à haute VA

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Innova-on veut dire recherche, mais laquelle ?

Produit de grande consommation

Baisser le coût, réduire packaging, maîtriser ACV, Augmenter efficacité des opérations

Produits basés sur des Vitesse de développement, Poids de molécules la découverte (nécessite recherche), analyse chimique est une clé

Produits structurés

Rechercher la fonction, recette et formulation essentiel, rôle procédé méconnu Tendance majeure actuelle ou structure vise à traiter toutes les questions senso/nutrition

Enjeux productivité efficience Coût Poids fort de la recherche

Poids fort de l’Ingénierie

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Produc-on d’un steak au laboratoire… ?

ü Le premier steak arMficiel pèse 142 g et coûte... 250 000 euros (Mark Post , Univ.

Maastricht, NL, août 2013) ü Il a été créé in vitro (6 semaines) et il était composé de fibres musculaires obtenues à parMr de cellules souches de vache ü Ses concepteurs tablent sur une commercialisaMon dans un délai de dix à vingt ans…

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Orienta-on Santé

Sensa-ons nouvelles ou iden-ques

Nouvelles maMères premières Algues, insectes, protéines synthéMsées

Distribuer les molécules Vectoriser Molécules bioacMves Nanostructure à <<<<<< distribuer dans l’intesMn

Produits sur mesure Niches

Re -­‐FormulaMon Note à note Structure Engineering Micro et nano structure

Nouveaux ingrédients <<<<<<<

<

Recomposer les molécules

Bio -­‐ Chimie de l’Aliment Clean label

Génie de la RéacMon Génie enzymaMque Aliments composites Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Délocaliser, relocaliser production et transformation ?

Prendre en compte 70 % d’urbains Repenser le lieu pertinent de la transformation Une vision système Une filière aussi « sociale » ?

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ProducMon Agricole

Construc-on Aliment

Déconstruc-on Aliment

Cerveau Séparer Extraire fracMonner

Formuler UMliser Transformer usage assembler

Bouche Tube digesMf

Déstructurer

Restructurer Reverse Engineering

Corps humain

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ProducMon Agricole

Construc-on Aliment

Déconstruc-on Aliment

Cerveau Bouche Tube digesMf Déstructurer Modèle de diversificaMon retardée

Restructurer Reverse Engineering

Corps humain

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ProducMon Agricole

Construc-on Aliment

Déconstruc-on Aliment

Cerveau Bouche Tube digesMf Déstructurer Modèle de diversificaMon dès la producMon agricole primaire

Restructurer Reverse Engineering

Corps humain

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ProducMon Agricole

Construc-on Aliment

Déconstruc-on Aliment

Cerveau Bouche Tube digesMf Déstructurer Modèle de diversificaMon par l’usage

Restructurer Reverse Engineering

Corps humain

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ProducMon Délocalisa Agricole -on possible Scale Down Séparer Extraire fracMonner

Délocalisa-on Délocalisa-on possible possible Scale Down Construc-on Procédé dans Aliment Co développement

l’emballage

Cerveau Formuler UMliser Transformer usage assembler

Bouche Tube digesMf

Déstructurer

Restructurer

PotenMel internet 4.0 Imprimante 3D, services, ..

Corps humain Déconstruc-on Aliment

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Diversifier par l’usage Déplacer la valeur ajoutée vers le consommateur, la RHF, la cuisine

• Technologies domesMque – Du laboratoire à la cuisine: cuisine moléculaire, note à note, ..

– Fait maison: ex SIAL 2014 – Co développement équipemenMer producteur – 3D printer • Technologie arMsanale

– PAI, Ingrédients, addiMfs, auxiliaires technologiques et adaptaMon des technologies

• Technologie RHF

– ÉvoluMon technologique – Food trucks, nouvelle distribuMon, environnements spécialisés (médicaux, sporMfs, communautaires, ..), puissance du service apporté, ..

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PAI Ingrédients

Complexité des procédés

Fabrication des aliments

Aliments Simples Ressource Agricole et Marine

Transformation Fonctions, Molécule pure

Produits élaborés Aliments élaborés

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Est il (encore) juste de penser filière alimentaire?

Vers une vision soutenabilité globale

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Une évolu-on globalement soutenable Autres industries

Énergie PAI Ingrédients

Agriculture

Algues

Insectes

…

MaMères premières

Produits élaborés

Transformation

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Economie circulaire Autres industries

Chimie du C renouvelable Énergie PAI Ingrédients

Agriculture

Algues

Insectes

…

MaMères premières

Bio-économie,

chimie des

matériaux, CO2, biotechnologies

..

Produits élaborés

Transformation

Chaine de valeur qui implique de penser alimentaire et non alimentaire Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Conclusion (1/2) • AlimentaMon durable ou système alimentaire durable? « L’ensemble des ac5vités qui concourent à la fonc5on alimenta5on dans une société donnée ».

– D’un système alimentaire essenMellement Agro-­‐industriel vers la cohabitaMon de plusieurs systèmes alimentaires – Raisonner cycle et non plus chaine ou filière • Vers les industries de l’alimenta-on (et non plus les IAA) Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Conclusion (2/2) • Fragmenta-on des demandes de consommateurs, résilience, réacMvité, adaptaMon, souplesse – Les procédés sont au cœur des réponses à apporter – Penser des ruptures: ingénierie reverse, analyse foncMonnelle, vers l’écologie industrielle…

• Le durable ne pré existe pas: – Il s’imagine – il se calcule: éco concep-on des aliments:

– Eco trophélia – Vers une ingénierie durable • Les IAA sont face à une transiMon majeure • Importance de la recherche de fond et technologique Chaire AlimentaMon du monde 2014 -­‐ Trystram

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Merci de votre aeen-on

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