Impression 3D de denrées alimentaires

Expert·e·s: Johannes Burkard (ETH Zürich)

Des aliments imprimés en 3D sont déjà proposés à la vente et dans certains restaurants. Recourir à l’impression 3D avec des denrées alimentaires permet non seulement de réaliser des formes complexes à des fins décoratives, mais aussi d’élaborer des recettes adaptables à des besoins alimentaires spécifiques. Cette technologie est en outre porteuse d’espoir pour la valorisation de déchets de grande qualité issus de la production classique de denrées alimentaires. Actuellement, l’impression d’aliments en 3D n’a encore qu’une pertinence limitée pour la production de masse.

Définition

Cela fait longtemps que l’impression 3D ne se limite plus aux matières synthétiques; les denrées alimentaires sont elles aussi de plus en plus produites couche par couche, c’est-à-dire par fabrication additive. Généralement, l’imprimante extrude la denrée alimentaire sous forme d’intrant pâteux au moyen d’une buse déplaçable en trois dimensions. Les étapes du processus sont les mêmes que pour une impression 3D industrielle: modèle 3D numérique, puis réalisation par couches jusqu’à l’obtention du produit fini.

Les propriétés très différentes des denrées alimentaires constituent un défi majeur pour l’impression 3D. Les matériaux tels que le chocolat, la purée de pommes de terre ou le fromage sont considérés comme imprimables à l’état natif, car contrairement à de la viande ou au brocoli, ils peuvent être utilisés comme masse imprimable sans processus de préparation. Une autre catégorie englobe les nouvelles denrées alimentaires qui utilisent les dérivés de bactéries, d’insectes ou de champignons afin de fabriquer de savoureux produits.

Opportunités

Actuellement, cette technologie est surtout utilisée commercialement à des fins décoratives. Elle sert entre autres à réaliser des objets comestibles en 3D à partir de chocolat tempéré ou à faire fondre et solidifier des sucres pour créer des formes complexes et filigranées. Inspirées du concept de conditionnement plat imaginé par IKEA pour emballer ses meubles, des pâtes alimentaires ont été produites en deux dimensions et de manière compacte pour ne devenir tridimensionnelles qu’une fois plongées dans l’eau bouillante. Une approche qui permet d’économiser sur les frais de transport, comme avec les emballages de meubles IKEA. Barilla a par ailleurs développé une imprimante 3D qui permet aux chef·fe·s de cuisines et aux artistes de l’alimentation de réaliser des formes de pâtes personnalisées. Certaines entreprises, notamment en Israël, ont expérimenté l’impression de substituts de poisson et de viande. En outre, des études pilotes ont vu le jour dans le but d’imprimer des denrées alimentaires destinées aux enfants, notamment des fruits et légumes, afin de les rendre attractifs sur le plan visuel et de la texture. Il est ainsi possible d’agrémenter une assiette avec un papillon aux couleurs vives composé de plusieurs sortes de légumes.

À l’avenir, l’aspect de la personnalisation devrait davantage être mis en avant. Sur le plan du goût et de la consistance, les denrées alimentaires imprimées en 3D sont traitées de sorte à créer, à partir de la même matière première, une diversité de produits adaptés aux besoins de différents groupes de population. Parmi les bénéficiaires, on retrouve entre autres les hôpitaux et les centres de santé. De telles denrées présentent un intérêt non seulement pour les personnes âgées, mais aussi pour les patient·e·s présentant des problèmes de déglutition pour des raisons médicales. La recherche fondamentale s’efforce de résoudre la question de la teneur en graisses, en sel et en sucre des denrées alimentaires sans pertes sensorielles. Grâce à l’impression 3D, la perception peut être influencée de manière ciblée si bien que de nouvelles formulations réduites en sucre peuvent être ressenties de manière identique.

La production de denrées alimentaires génère des déchets. L’impression 3D permet de les valoriser en nouveaux produits attrayants sur le plan gustatif et prêts à être consommés. De nouvelles expérimentations utilisent le surimi provenant de déchets de poissons pour non seulement imprimer des morceaux de similicrabe, mais aussi pour réaliser de nouvelles formulations et formes comestibles. Cette valorisation des résidus peut contribuer à améliorer le bilan carbone réputé mauvais de l’industrie alimentaire et simplifier l’alimentation dans l’espace: les excréments et l’urine des humains pourront à l’avenir rentrer dans un processus cyclique et servir p. ex. de milieu nutritif pour des algues ou des lentilles d’eau qui, grâce à l’impression 3D, constitueront une source de nourriture de grande valeur pour les astronautes et permettront l’organisation de missions de longue durée. Aussi la NASA soutient-elle les innovations dans le domaine de l’impression 3D de denrées alimentaires en vue de missions de longue durée. Les enjeux sont multiples: assurer l’approvisionnement en nourriture, élaborer toute une série de denrées alimentaires à partir d’ingrédients stockables et minimiser les déchets et les temps de préparation pour les équipages.

L’intérêt porté à l’impression 3D de denrées alimentaires est grand et le développement industriel est essentiellement assuré par des start-ups, même si certaines grandes entreprises sont actives dans le domaine. Les entreprises expérimentent cette technologie, sont à la recherche de nouveaux champs d’activité ainsi que d’atouts distinctifs. Elles y voient une opportunité d’attirer l’attention d’une nouvelle clientèle potentielle avec des produits innovants.

Enjeux

Les différentes propriétés chimiques et physiques des denrées alimentaires font qu’elles ne conviennent pas toutes à l’impression 3D dans leur état natif. De plus, elles doivent pouvoir conserver leur forme et leur aspect pendant les autres étapes de la préparation, comme la cuisson, sans perdre leurs précieuses substances ou leur consistance. Mieux comprendre la complexité et les propriétés des technologies grâce à la recherche en vue d’une utilisation optimale constitue donc un enjeu majeur. Il convient entre autres de comprendre l’interaction entre l’imprimabilité, les possibilités d’utilisation et le traitement ultérieur. Il est par ailleurs nécessaire, à l’instar de toutes les applications de fabrication additive, de trouver le point d’équilibre entre le temps de fabrication et la qualité d’impression, afin de déterminer le rendement et le prix.

La nature sert de modèle pour les essais visant à produire des substituts de viande et à imiter la structure fibreuse typique de la musculature par impression 3D. Mais c’est un défi majeur, surtout pour la viande rouge. Bien que certaines start-ups impriment déjà des steaks à partir de protéines, de graisse et de sang, d’autres développements sont nécessaires pour reproduire la texture complexe par fabrication additive. C’est indispensable si l’on souhaite que le steak imprimé puisse rivaliser avec l’original sur le plan gustatif.

Comme l’alimentation revêt une composante socioculturelle forte, cette technologie doit aussi être acceptée par les consommateur·trice·s pour s’imposer. Une certaine aversion est déjà apparue pour les produits nouveaux par le passé: plus la transformation industrielle et technologique d’un produit est contenue, plus la clientèle a tendance à l’apprécier.

Domaines d’application pour les PME

Cette technologie regorge d’opportunités: de la personnalisation des aliments dans le domaine de la santé jusqu’à l’imitation de la viande ou du poisson en passant par la création de nouvelles structures pour les denrées alimentaires. Mais la maturité technologique et le scepticisme des consommateur·trice·s, ainsi que l’absence d’attrait économique qui en découle, font que l’impression 3D de denrées alimentaires reste à l’heure actuelle principalement cantonnée au niveau de la recherche et des start-ups. En y associant l’intelligence artificielle, les obstacles technologiques pourraient cependant être surmontés dans un avenir proche. L’impression 3D de denrées alimentaires pourrait alors faire son entrée dans les PME pour donner naissance à de nouvelles catégories de produits, accroître la flexibilité de la production et modifier les habitudes de consommation.

Un exemple d’application concret se trouve dans l’article Du chocolat sorti tout droit de l’imprimante.

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