Rapport Wohlers 2022 sur le marché de l'impression 3D

Le cabinet de conseil Wohlers Associates a publié la 27e édition de son rapport annuel sur le marché de l'impression 3D. Après un net ralentissement dû à la crise sanitaire, ce marché retrouve en 2021 sa croissance (+19,5 %), sans atteindre son niveau d’avant pandémie. Pour la première fois, les ventes de poudre polymère utilisée pour les impressions personnalisées et la production en série ont dépassé les poudres photopolymères dédiées au prototypage industriel.

Sources : 3Dnatives, Manufacturing Engineering

Domaines d'application et perspectives de l'impression alimentaire en 3D

L'impression alimentaire en 3 dimensions est une technique de fabrication additive permettant d'obtenir des produits personnalisables (aspect, composition), à partir d'ingrédients (chocolat, fromage, sucre, etc.), d'additifs ou de préparations à base de viandes, fruits, légumes, etc. Un article publié en octobre 2021, dans Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, passe en revue les études récentes sur la mise en œuvre de cette technologie, dans plusieurs domaines d'application (figure ci-dessous) : nutrition personnalisée, santé, alimentation au cours des missions spatiales, etc.

Chronologie des principales avancées technologiques de l'impression alimentaire tridimensionnelle

Source : Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety

Pour la chaîne d'approvisionnement, l'impression alimentaire en 3D peut réduire les coûts liés à la préparation des aliments et à leur transport. Cette technologie permettrait aussi de diminuer le gaspillage alimentaire en offrant la possibilité, notamment, d'utiliser comme ingrédients des éléments inexploités par ailleurs (ex. résidus de céréales, de viande, de produits laitiers, de fruits et de légumes). En matière de santé publique, l'enrichissement en nutriments des aliments imprimés ouvre, selon les auteurs, des perspectives pour lutter contre la malnutrition. De plus, l'impression permet l'amélioration esthétique des produits basés sur des ingrédients hautement nutritifs (insectes, algues, etc.), ce qui les rendrait plus acceptables par le consommateur. Elle peut également répondre à des enjeux d'alimentation personnalisée, en concevant des aliments spécifiquement adaptés aux besoins nutritionnels et de santé d'un individu ou d'une population spécifique (problèmes digestifs, allergies ou intolérances). Par ailleurs, des expérimentations de cette technologie sont en cours dans le cadre de missions spatiales de longue durée, pour lesquelles ses intérêts sont multiples : personnalisation du régime alimentaire des astronautes, augmentation de la variété de nourriture, prolongation de la durée de conservation des denrées, amélioration des propriétés organoleptiques des aliments, etc.

L'intégration d'une quatrième dimension, temporelle, élargit encore le champ des possibles, l'aliment pouvant se modifier après son impression. Il s'agit d'imprimer des aliments en 3D dont les propriétés (saveur, forme, couleur, composition nutritionnelle) sont sensibles à des stimuli (lumière, température, pH, humidité, etc.). Les pistes d'application sont multiples : changement des propriétés des aliments lors de la consommation, allongement de la durée de conservation, facilitation du stockage et de la distribution grâce à une compatibilité avec des emballages plats, etc. Enfin, l'auteur souligne les écarts de développement et d'adoption de cette technologie selon les régions du monde, en raison de son coût, de sa haute technicité et d'une acceptabilité différente de ces nouveaux aliments.

Jérôme Lerbourg, Centre d'études et de prospective

Source : Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety

Viande in vitro et impression 3-D de bœuf wagyu par une équipe japonaise

Paru dans Nature communications, un article relate l’assemblage sous forme de « steak », par une équipe de chercheurs de l’université d’Osaka, de différents types de cellules cultivées in vitro de bœuf wagyu (myocites, adipocytes, capillaires). Le procédé recourt à une impression 3-D intégrant un « bain » de gel tendineux (tendon-gel integrated bioprinting), mais les fibres obtenues ont ensuite été assemblées manuellement. Reproduire la structure persillée du bœuf japonais constitue en soi une performance. L’article livre à ce sujet d’intéressants aperçus sur les méthodes et les échelles de réalisation aujourd’hui accessibles : l'obtention d'un « steak » de 5 mm de diamètre et de 10 mm de long a nécessité la construction « de 72 fibres comprenant 42 muscles, 28 tissus adipeux et 2 capillaires sanguins ».

Vue d’ensemble du procédé

Source : Nature communications

Lecture : a) structure d’une tranche de bœuf wagyu (« steak ») ; b) schéma de construction du prototype à partir de cultures de cellules in vitro. Sigles : FACS - fluorescence activated cell sorting ; SVF - stromal vascular fraction ; bSCs - bovine satellite cells ; bADSCs - bovine adipose-derived stem cells.

Source : Nature Communications

Analyse de 100 innovations de rupture et enjeux pour l'Union européenne

La Commission européenne a publié, en mai 2019, un rapport passant en revue 100 innovations technologiques et sociales de rupture, qui pourraient dans le futur créer de la valeur et répondre aux besoins sociétaux. Après des vagues de sélection successives, les auteurs ont soumis les innovations identifiées à différentes procédures d'évaluation, notamment par la consultation d'experts et l'analyse des publications et brevets associés. Pour chaque item, le degré actuel de maturité, le positionnement de l'Europe et la probabilité d'un usage significatif dans une vingtaine d'années (2038) ont été travaillés.

Ce rapport apporte des éléments intéressants, tant par le panorama riche qu'il donne des innovations clés actuelles, que par l'état des lieux des avancées récentes et des perspectives à plus long terme. Les domaines agricoles et alimentaires sont concernés à plusieurs titres : production agricole automatisée et confinée (indoor), capteurs biodégradables (potentiellement utilisables en traçabilité alimentaire), communication végétale (travaux actuels sur les relations avec les parasites, l'utilisation des plantes comme capteurs ou l'élaboration de robots hybrides), édition et contrôle de l'expression de gènes, ou encore recherches sur le microbiome. Les auteurs ont également identifié l'impression 3D d'aliments, les bioplastiques, la capture et le stockage de carbone, la récupération et le recyclage de nutriments (phosphore par exemple) dans les eaux usées, ou encore la photosynthèse artificielle. Au chapitre des innovations sociales, sont notamment retenus la « quantification personnelle » (quantified self) et les réseaux alimentaires de proximité (systèmes locaux, permaculture, etc.). Par ailleurs, les auteurs détaillent 22 enjeux autour desquels des réseaux mondiaux d'acteurs se structureraient à l'horizon 2038 : solutions énergétiques durables, stockage du carbone, alimentation durable, etc.

Évaluation des innovations selon le degré de maturité actuel, la position européenne et l'utilisation potentielle d'ici 2038

Source : Commission européenne (extrait CEP)

Ce document revêt un intérêt particulier pour le pilotage des politiques de recherche et d'innovation, comme pour les politiques industrielles et de développement local. Il est ainsi accompagné de recommandations résultant de l'analyse des forces et faiblesses de l'Union européenne pour chaque innovation. 45 sont essentielles, du fait de leur potentiel de développement rapide et un usage projeté comme important d'ici 20 ans : à titre d'exemple, citons les fermes urbaines sur lesquelles le positionnement européen est actuellement jugé faible.

Julia Gassie, Centre d'études et de prospective

Source : Commission européenne

L'impression 3-D alimentaire : état des lieux et perspectives

Plusieurs revues ont récemment dressé un état des lieux de l'impression 3-D alimentaire. À partir du dessin en deux dimensions d'un objet, un dispositif comparable aux imprimantes à jet, piloté par un ordinateur, ajoute couche sur couche du matériau alimentaire, différents procédés permettant d'aboutir à une construction solide en trois dimensions.

Dans le Journal of Food Engineering, des chercheurs australiens classent ces techniques en fonction des matériaux utilisés :

- liquides (pâtes, fromage fondu, etc.), avec processus d'extrusion : les nutriments et matériaux de construction, placés dans des douilles, sont « imprimés » par un système de piston ;

- poudres (sucre, cacao, etc.), avec des solutions utilisant notamment la chaleur (d'un laser dans le procédé SLS, selective laser sintering), pour fusionner des zones précises des couches de poudre ;

- cellules vivantes, avec le bio-printing, procédé développé à l’origine pour l’ingénierie tissulaire.

Dans un autre état des lieux, des scientifiques américains soulignent que la fabrication additive est « un champ naissant, à la recherche de son utilité ». Enfin, des chercheurs de Singapour confirment que « les applications sont encore primitives, avec des structures internes simples ou des textures monotones ».

Les trois articles convergent cependant sur l'intérêt de ces nouvelles techniques en matière de personnalisation et de production en petites séries, à la demande – une justification classique du recours à l'impression 3-D. Ils évoquent également les impacts possibles de ces innovations, qui cherchent à concentrer la production en une seule étape, sur l'organisation des filières. Mais les défis techniques, notamment le débit des imprimantes (30 minutes pour imprimer un cookie) et l’étape de la cuisson (une différence avec l’impression 3-D industrielle, qui livre des produits finis), restent nombreux avant que cette innovation ne prenne place dans l'alimentation de tous les jours.

Florent Bidaud, Centre d'études et de prospective

Sources : Journal of Food Engineering, Trends in Food Science & Technology, Procedia Manufacturing

Innovations technologiques et performance industrielle globale : avis du CESE sur l’impression 3D

Le Conseil économique, social et environnemental (CESE) a adopté fin mars un avis sur l’impression 3D. Mise au point il y a une trentaine d’années, cette technologie (ou « fabrication additive »), a vu récemment ses applications croître fortement, et le secteur alimentaire est identifié parmi les secteurs en pointe pour son utilisation, par les professionnels comme par les particuliers. Plusieurs projets sont ainsi listés : Barilla et la possibilité de choisir la forme et la composition des pâtes, un procédé d’impression de viande artificielle aux États-Unis (Modern Meadow), l’imprimante Foodini de Natural Machines nécessitant le développement de « capsules » d’ingrédients frais prêts à l’emploi, etc.

Plusieurs atouts pour l’impression 3D sont identifiés : impression d’objets personnalisés, raccourcissement potentiel des distances et délais entre conception, production et consommation des produits, optimisation de l’utilisation des ressources (matières premières, énergie). L’entrée de nouveaux acteurs dans les chaînes de production, de nouvelles organisations du travail et une nouvelle donne sociétale sont également mises en exergue. S’appuyant sur une analyse du contexte international et des atouts français, les préconisations du CESE incitent à « créer un ‘’écosystème’’ favorable » au développement de cette innovation technologique.

Source : CESE

 

Technologies clés : plusieurs prévisions

Depuis le début de l’année 2015, plusieurs organismes ont publié des analyses de technologies clés pour le futur. En janvier, le service de la recherche du Parlement européen identifiait, dans son rapport Ten technologies which could change our lives – Potential impacts and policy implications, dix tendances correspondant aux intérêts des acteurs européens (impression 3D, drones, systèmes aquaponiques, etc.) et détaillait, pour chacune d’elles, des éléments descriptifs ainsi qu’une analyse des enjeux législatifs.

Dans le cas des systèmes aquaponiques (culture de végétaux en « symbiose » avec l’élevage de poissons) se pose, pour le législateur européen, la question de l’intérêt d’une réglementation spécifique ou du caractère suffisant des dispositions sur l’alimentation. La réglementation d’autres produits ou technologies en lien avec l’aquaponie est également à prendre en compte, et les auteurs citent l’utilisation potentielle de l’ingénierie génétique pour améliorer les rendements de ces systèmes. Par ailleurs, ce sujet émergent pourrait être un point focal de recherche pour certains États membres, avec l’attribution de financements nationaux importants. In fine, politiques et réglementations devraient évoluer en fonction de la place occupée par les systèmes aquaponiques dans la société, et en particulier de leur implantation en zones urbaines ou rurales, sachant qu’ils auront certainement un impact sur les politiques infra-européennes d’aménagement urbain.

Parmi les autres publications, la MIT Technology Review liste 10 technologies de rupture pour les années à venir, que leur application soit rapide ou plus différée. Est notamment identifiée la modification génétique du riz, annoncée en décembre 2014 par un consortium international de 12 équipes de recherche, et permettant de rendre la photosynthèse plus efficace. L’utilisation de nouvelles méthodes génomiques, avec des déclinaisons potentielles pour d’autres espèces (blé, pomme de terre, soja, etc.) est identifiée comme un enjeu important par le Massachusetts Institute of Technology, avec en perspective l’amélioration de près de 50 % des rendements et une réduction des besoins en eau et en fertilisants.

Enfin, Deloitte a publié ses prévisions de tendances industrielles clés pour les secteurs des technologies, des médias et des télécommunications, et ce pour les 12 à 18 mois à venir. Sont notamment identifiés les drones (développement limité par les enjeux sociétaux et réglementaires, malgré un nombre d’unités non militaires qui devrait dépasser le million dans le monde) et l’impression 3D (utilisation clé pour les entreprises, mais pas pour un usage privé).

Julia Gassie, Centre d’études et de prospective

Sources : Parlement européen, MIT, Deloitte