Nourrir l'avenir : un aperçu de la technologie agroalimentaire

John Deere, une entreprise surtout connue pour la fabrication de tracteurs, se lance dans le secteur de l'intelligence artificielle. En 2017, John Deere Labs a acheté Blue River Technology pour 305 millions de dollars, une startup dotée d'une technologie de vision par ordinateur et d'apprentissage automatique capable d'identifier chaque plante individuelle d'une ferme. Cela signifie que les mauvaises herbes résistantes aux herbicides peuvent facilement être distinguées des plantes saines. Le résultat net? Les agriculteurs peuvent réduire l'utilisation de produits chimiques d'environ 95 % tout en améliorant les rendements, selon Blue River.

Alors que les facteurs environnementaux, sociaux et démographiques exercent une pression croissante sur les technologies traditionnelles de production agroalimentaire, les investisseurs et les entrepreneurs se tournent vers l'innovation.

Après avoir planté le décor dans Nourrir l'avenir : Un aperçu de l'industrie agroalimentaire, nous allons maintenant entrer plus en détail dans les technologies innovantes qui révolutionnent le secteur de la production alimentaire. Nous détaillons les nouvelles technologies prometteuses dans le domaine ainsi que les startups intéressantes les mettant en œuvre, telles que l'agriculture verticale, les protéines alternatives, l'agriculture de précision, la biotechnologie agricole et d'autres tendances futures intéressantes.

Agriculture verticale pour une production contrôlable et durable

L'agriculture verticale consiste à faire pousser des cultures en couches empilées verticalement. Ceci est rendu possible en utilisant des étagères de culture suspendues à un mur ou à une clôture et en mettant en œuvre des techniques hydroponiques pour nourrir les plantes.

Cette technique a un grand potentiel, car elle assure le contrôle de nombreuses variables de production. Cela réduit non seulement le nombre d'intrants consommés, mais permet également de contrôler les agents pathogènes des cultures et les insectes parasites. Cela permet des cycles de culture nettement plus courts et une production tout au long de l'année , ce qui donne la possibilité de :

• Réduire l'utilisation des terres pour l'agriculture
• Répondre efficacement aux tendances d'urbanisation, déplacer la récolte à l'intérieur de la ville
• Réduire le besoin de transporter des aliments par camion sur des centaines de kilomètres jusqu'au marché
• Maintenir la production quelle que soit la saison ou la météo
• Prévenir l'éventualité d' aléas liés au changement climatique

Ceci, combiné à l'économie significative en termes d'eau et d'intrants, sera un facteur clé pour réussir à faire face à la demande alimentaire croissante et pour le succès de l'industrie agroalimentaire.

Cependant, la mise à l'échelle de l'agriculture verticale pourrait poser des difficultés, principalement en raison de la forte consommation d'énergie que cette technique nécessite, ce qui a inévitablement un impact sur son empreinte carbone. Les agriculteurs verticaux sont prêts à utiliser des énergies renouvelables pour alimenter leurs opérations, mais l'industrie a encore un long chemin à parcourir.

La plupart des fermes verticales ont échoué car les coûts élevés de l'équipement robotique et de la lumière artificielle ont été perdus au profit de la technologie plus simple de la terre, des serres et du soleil. Mais le concept attire désormais une augmentation des investissements des entreprises, illustrée par des entreprises telles que Spread ou Plenty, une startup américaine soutenue par 200 millions de dollars d'investisseurs tels que Masayoshi Son de SoftBank et Jeff Bezos d'Amazon. Selon MarketsandMarkets, ce sous-segment du marché agroalimentaire est en croissance avec un TCAC de 24,8 %, et il devrait atteindre 5,8 milliards de dollars en 2022.

L'hydroponie et l'aéroponie sont les deux principales technologies appliquées dans ce domaine. La mise en œuvre de l'un des deux implique d'importantes économies de ressources et un bon équilibre entre l'utilisation de l'eau et les engrais/nutriments nécessaires.

Les appareils de climatisation seront le segment de matériel à la croissance la plus rapide sur ce marché, jouant un rôle crucial dans l'augmentation du rendement. Pour assurer un environnement de croissance protégé, plusieurs facteurs qui influencent le climat doivent être contrôlés à un niveau avancé.

Le marché de l'agriculture verticale en Asie-Pacifique devrait avoir la plus grande part d'ici 2022 par rapport aux autres régions.

Marché agricole vertical par région (millions $)

Il existe de nombreuses fermes au Japon, à Singapour, à Taïwan et dans d'autres pays technologiquement avancés qui stimulent déjà le marché dans la région. Les investissements ont considérablement augmenté, passant de 60 millions de dollars en 2015 et 2016 à 414 millions de dollars en 2017 et 2018.

Le CapEx est élevé pour ces entreprises. Une entreprise agricole verticale à petite échelle et à faible technologie peut nécessiter environ 280 000 $ pour démarrer et jusqu'à 15 millions de dollars pour une usine de deuxième génération. Les usines les plus innovantes comprennent la gestion des données, l'automatisation de la gestion de l'usine, l'automatisation de la récolte et l'automatisation post-récolte. En moyenne, ce type de plante produit 55 fois plus de produits par unité que les fermes traditionnelles. De plus, l'innovation devrait réduire les dépenses d'exploitation : par exemple, augmenter l'efficacité des lumières LED utilisées dans cette technique.

Les principaux acteurs de ce marché sont AeroFarms, une entreprise américaine qui est dans le secteur depuis 15 ans et a levé 238 millions de dollars, et Plenty (États-Unis), qui a levé 226 millions de dollars.

Pour l'environnement européen, Infarm (Allemagne) est une société basée à Berlin qui a déjà levé environ 122 millions de dollars, Agricool (France) a levé 36 millions de dollars et se concentre principalement sur la production de fraises, Agrilution (Allemagne) a levé 4,6 millions de dollars, et Sfera Agricola (Italie) a levé 7,5 millions de dollars et réalise des revenus de 4,23 millions de dollars.

Utilisation croissante de protéines alternatives

Les chercheurs et les startups concentrent leurs efforts sur les protéines alternatives, car nourrir la population croissante avec de la viande de bétail deviendra très probablement assez difficile en raison de la croissance continue de la demande de viande.

En conséquence, 46% du total des produits agricoles sont actuellement utilisés uniquement pour nourrir le bétail. Les solutions pour augmenter l'efficacité de la production de viande conventionnelle ont été presque épuisées, et les poursuivre ne permettra pas de surmonter les défis agricoles et alimentaires mondiaux.

De nouveaux produits carnés et de nouveaux acteurs du marché évoluent ainsi. Au lieu d'améliorer la production de viande conventionnelle, plusieurs entreprises se concentrent sur l'invention de nouveaux produits pour remplacer la viande conventionnelle . Certains des domaines les plus prometteurs sont la viande à base d'insectes, les nouveaux substituts de viande végétaliens et la viande de culture .

La viande à base d'insectes est fabriquée à partir de protéines provenant principalement de grillons et de vers de farine. Cette tendance présente certains avantages, comme la conversion supérieure de l'énergie et des protéines par rapport à la viande traditionnelle. La nourriture pour insectes a un plus grand potentiel pour nourrir le bétail plutôt que les humains en raison de ses différences de goût et de texture par rapport à la viande traditionnelle et de la perception négative des consommateurs des insectes comme nourriture dans la grande majorité des pays occidentaux.

Prévisions du marché mondial de la viande

Les deux tendances les plus intéressantes pourraient être le nouveau substitut de viande végétalien et la viande cultivée. Le premier ne nécessite pas d'ingrédients d'origine animale et son profil sensoriel se rapproche beaucoup plus de la viande que le substitut végétalien/végétarien traditionnel. La principale raison en est un processus de production sophistiqué qui utilise de l'hémoglobine et des liants extraits par fermentation des plantes. Les startups dans ce domaine (par exemple, Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) ont collecté plus de 900 millions de dollars de financement jusqu'en 2018, et les produits sont déjà disponibles à la fois dans les supermarchés et les restaurants.

La viande cultivée représente une alternative à la viande qui est créée par une croissance cellulaire exponentielle dans des bioréacteurs. La culture de la viande représentera la plus grande opportunité même si elle est dans un état de développement médiocre en raison du coût important qui lui est associé.

Le processus commence lorsqu'une cellule est extraite d'un animal vivant et cultivée en laboratoire pour établir de façon permanente une culture (appelée lignée cellulaire). Les cellules peuvent provenir de diverses sources : biopsies d'animaux vivants, morceaux de viande fraîche ou banques de cellules. Les lignées cellulaires peuvent être basées soit sur des cellules primaires, soit sur des cellules souches . Une fois qu'une bonne lignée cellulaire a été sélectionnée, un échantillon est introduit dans un bioréacteur où les cellules prolifèrent de façon exponentielle et peuvent être récoltées. Le résultat est une viande presque impossible à distinguer de la viande animale. Aucun produit commercial n'est encore vendu , même si cette technique a le potentiel de perturber l'industrie mondiale de la viande de plusieurs milliards de dollars.

Les tendances les plus potentiellement perturbatrices pourraient être les nouvelles viandes végétaliennes et de culture, qui vont atteindre respectivement 25 % et 35 % de la valeur du marché mondial en 2040 grâce à leur fort potentiel commercial motivé par leur grande similitude avec la vraie viande. Cela les rend attrayants pour le capital-risque. En particulier, la viande de culture gagnera à long terme, mais de nouveaux substituts de viande végétalienne seront essentiels dans la phase de transition.

Les nouvelles entreprises de substituts de viande végétaliens les plus avancées sont basées aux États-Unis. Beyond Meat et Impossible Foods sont parmi les plus célèbres et ont déjà récolté plusieurs centaines de millions de dollars.

Impossible Foods a levé 300 millions de dollars dans la série E en 2019, portant la valeur totale des capitaux propres à 700 millions de dollars. Les investisseurs comprennent des noms aussi importants que Bill Gates, GV (anciennement Google Ventures), UBS et Sailing Capital. Beyond Meat est déjà devenu public.

Source : CrunchBase.

Ces entreprises se rapprochent le plus de la commercialisation de leurs produits. Le marché des alternatives aux aliments et boissons à base de plantes devrait atteindre 80,43 milliards de dollars d'ici 2024, avec une croissance à un TCAC de 13,82 % au cours de la période de prévision de 2019 à 2024.

Les plus grandes entreprises de viande de culture sont situées aux États-Unis. Memphis Meats, basée à San Francisco, a levé 161 millions de dollars pour construire une usine pilote de viande cellulaire. Ce cycle d'investissement augmente de plus de huit fois les fonds totaux de l'entreprise californienne de viande cellulaire. Les investisseurs incluent Tyson Food, Richard Branson et Bill Gates.

Les investisseurs ont investi plus de 16 milliards de dollars dans des entreprises américaines de viande végétale et cellulaire au cours des 10 dernières années, soit 13 milliards de dollars rien qu'en 2017 et 2018, selon deux rapports publiés par The Good Food Institute en 2019.

L'agriculture de précision devient grand public

Au cours des deux dernières décennies, l'agriculture de précision a réussi à passer d'un sujet de recherche universitaire à une pratique hautement bénéfique dans le domaine de l'agriculture. D'ici la fin de 2030, l'agriculture de précision est en passe de devenir l'une des tendances les plus influentes de l'agriculture.

Marché de l'agriculture de précision - Taux de croissance par région (2021-2024)

L'agriculture de précision est un concept de gestion agricole basé sur l'observation, la mesure et la réponse à la variabilité inter et intra-champ des cultures dans le but de définir un système d'aide à la décision (DSS) pour optimiser les rendements des intrants tout en préservant les ressources.

Les investissements dans l'agriculture de précision ont atteint 661 millions de dollars sur 96 transactions en 2015, soit une augmentation de 140 % par rapport à 2014, selon AgFunder. Cependant, l'agriculture de précision a connu une baisse de 405 millions de dollars en 2016, principalement en raison de la baisse des dépenses en drones. Il est possible d'identifier trois grandes orientations de l'agriculture de précision qui guideront l'avenir de ce secteur : imagerie et capteurs , robotique et automatisation , et numérisation et big data .

L'imagerie et les capteurs concernent les pratiques de surveillance des performances sur le terrain, de surveillance des sols et d'ordinateurs sur le terrain ou de fonctionnement en temps réel grâce à l'utilisation de satellites, d'images de drones et de capteurs de conditions de culture, dans le but de fournir un système qui aide à surveiller et à automatiser les entrées.

La robotique et l'automatisation font référence à des technologies telles que la vision artificielle, la détection aérienne et l'intelligence artificielle.

La numérisation et les mégadonnées utilisent des cartes de terrain, la réalité augmentée et des plates-formes de données ouvertes pour atteindre des analyses avancées et la conception de machines intelligentes vers des services d'intelligence d'affaires.

Le marché devrait croître à un TCAC de 12,8 % pour atteindre 5,5 milliards de dollars d'ici 2021. Actuellement, la zone EMEA domine le marché (41 %), suivie de l'APAC (32 %) et des Amériques (27 %). Bayer a constitué une équipe de plus de 400 professionnels et investi 1,25 milliard de dollars pour stimuler le développement d'offres numériques pour les agriculteurs.

L'agriculture de précision est un domaine surpeuplé en raison de son potentiel élevé. Nourrir le monde et gagner un revenu en le faisant est très motivant pour de nombreux joueurs différents. Des entreprises comme John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble et Topcon se concentrent également sur ce domaine, ainsi qu'un grand nombre de startups, notamment :

La biotechnologie agricole transforme l'entreprise agricole

Un autre créneau en forte croissance qui utilise un nombre important d'innovations technologiques concerne la biotechnologie agricole, qui comprend tous les outils et processus biologiques ou chimiques utilisés dans la ferme et également dans les processus post-ferme. Cette catégorie comprend différents types de technologies et de sciences, notamment la génétique , l'élevage , la recherche sur le microbiome , la chimie de synthèse et la santé animale .

La génétique implique des processus qui permettent le transfert de caractéristiques utiles d'une plante à une autre par la manipulation directe du matériel génétique d'un organisme.

La sélection est la science qui consiste à modifier les caractéristiques des plantes pour produire les caractéristiques souhaitées.

La recherche sur le microbiome consiste à générer des informations précieuses sur la biologie des communautés microbiennes et leur impact sur leur environnement et leurs hôtes.

La chimie de synthèse est un domaine de recherche émergent visant à créer de nouveaux composants, dispositifs et systèmes biologiques, ou à reconcevoir des systèmes déjà présents dans la nature.

La santé animale comprend les technologies qui améliorent la qualité des aliments pour animaux, la performance des animaux et/ou la santé animale, ainsi que les technologies qui créent de nouveaux aliments pour animaux qui servent de source alimentaire primaire ou secondaire.

Le marché mondial de la biotechnologie agricole devrait atteindre 33,8 milliards de dollars d'ici 2024, avec une croissance à un TCAC de 10,9 % (2019-2024). L'Amérique du Nord est le plus grand marché de la biotechnologie agricole en raison de la plus grande acceptation des OGM.

Le marché du génie génétique connaît une croissance rapide et peut avoir des impacts positifs sur l'environnement - les cultures OGM exigent moins de produits chimiques, de terres et de machines, ce qui contribue à réduire la pollution de l'environnement et les émissions de GES. De plus, cette science se concentre principalement sur la création de nouvelles semences et plantes capables de résister aux herbicides, aux insectes et aux virus pendant leur croissance - tolérantes aux stress environnementaux (par exemple, sécheresse, inondation) et avec des avantages nutritionnels supplémentaires et un goût amélioré.

Il y a aussi quelques inconvénients au génie génétique. Généralement, les agents pathogènes sont capables de s'adapter à de nouveaux profils génétiques, par conséquent, il peut y avoir des effets secondaires négatifs inattendus (par exemple, les plantes résistantes à la sécheresse peuvent être moins tolérantes à la lumière directe du soleil).

De plus, l'utilisation du droit d'auteur et des brevets pour protéger les Droits de Propriété Intellectuelle (DPI) est un atout majeur dans ce domaine, caractérisé par un faible coût d'imitation.

Certaines des startups et PME actives dans la biotechnologie agricole sont :

Autres tendances intéressantes pour l'avenir

Historiquement, l'agriculture a connu une série de révolutions qui ont porté l'efficacité, le rendement et la rentabilité à des niveaux inimaginables auparavant. Les prévisions du marché pour la prochaine décennie suggèrent une révolution numérique qui aura probablement un impact sur tous les aspects de la chaîne alimentaire agricole.

Du point de vue climatique, il est de plus en plus nécessaire de déterminer comment produire autant de nourriture que possible avec la même quantité de terres cultivées (sinon moins). Cependant, comme indiqué précédemment, le changement climatique n'est pas le seul facteur menaçant l'industrie alimentaire dans les prochaines années ; il y aura également une demande croissante de solutions technologiques appliquées à l'agriculture .

Auparavant, nous avons discuté de l'importance future de la viande cultivée, du CRISPR et de l'édition du génome, de l'agriculture de précision et de l'agriculture verticale. Mais ce ne sont pas les seules technologies disponibles étudiées par les chercheurs. Un large éventail de solutions est exploré pour faire face à la fois aux défis alimentaires liés au changement climatique et à l'expansion de la demande alimentaire. Voici quelques exemples :

• Utiliser des composés qui empêchent les engrais de convertir les microbes du sol en protoxyde d'azote , un gaz à effet de serre très puissant.
• Développer des variétés de cultures qui absorbent plus d'azote .
• Réduire l'empreinte carbone du bétail en le nourrissant différemment, avec des algues par exemple.
• Adopter l'agriculture du désert et l'agriculture d'eau de mer . En raison du manque croissant de ressources, le monde doit transformer le désert et la mer en installations de production alimentaire.
• Application de l'impression 3D à la production alimentaire . Les experts pensent que les imprimantes utilisant des hydrocolloïdes pourraient être utilisées pour remplacer les ingrédients de base des aliments par des énergies renouvelables comme les algues, les lentilles d'eau et l'herbe. Maintenant, certains scientifiques expérimentent des algues en remplacement des protéines animales.

Malheureusement, beaucoup de ces technologies agroalimentaires ne reçoivent pas encore le nombre d'investissements nécessaires pour être mises en œuvre efficacement ; néanmoins, ce domaine se fait connaître très rapidement, et les investissements se multiplient en conséquence.

Lisez la partie I de cette série : Nourrir l'avenir : Un aperçu de l'industrie agroalimentaire.