La « tomate noire », ou l’histoire d’une utopie scientifique

La mélanine est un pigment naturel jouant un rôle clé dans la protection de la peau contre les rayonnements UV. À partir des années 1980, elle devient un objet d’innovation pour l’industrie cosmétique et biotechnologique, qui explore ses applications comme agent de protection et de biomimétisme.

Ainsi, à la fin du XXe siècle, l’amincissement de la couche d’ozone a suscité une utopie technologique singulière : ériger la mélanine en « bouclier » biologique global, capable de prolonger à l’échelle de la biosphère sa fonction cutanée naturelle. Dans ce cadre, plusieurs voies d’innovation, génétique, polymérique et fermentaire, ont été explorées entre 1985 et 2000, avant de muter vers des applications plus ciblées au cours des décennies suivantes. Retraçons la saga de cette « mélanine bio », en analysant les stratégies des firmes pionnières, les brevets fondateurs et les raisons de l’abandon progressif du rêve d’un « écran planétaire » au profit d’usages biomimétiques et nanotechnologiques contemporains.

Introduction : de la menace ozone à l’utopie de la mélanine ?  

La découverte officielle du trou dans la couche d’ozone en 1985 a ouvert une période de remise en cause des chlorofluorocarbures (CFC), tant dans les systèmes réfrigérants que dans les aérosols, et plus largement une sensibilité nouvelle au lien entre industrie, climat et santé cutanée. Dans ce contexte alarmiste, la mélanine – polymère phénolique capable d’absorber jusqu’à 99% du spectre UV – a été requalifiée, de simple pigment biologique, en « matériau stratégique de survie planétaire ». L’idée de produire de la mélanine en grandes quantités s’est imposée alors même que les ressources naturelles de ce polymère restaient limitées et difficiles à exploiter industriellement. Par extension, l’utilisation de pigments mélaniques comme filtres solaires « naturels » est apparue comme une conséquence logique, la mélanine étant déjà le filtre endogène de la peau et présentant un spectre d’absorption quasi universel, couvrant UVA, UVB et jusqu’aux UVC.

Deux propriétés clés expliquaient cet engouement : d’une part, une « protection totale » théorique, la mélanine absorbant des longueurs d’onde que les filtres classiques laissaient partiellement passer ; d’autre part, une remarquable stabilité photophysique, la transformation de l’énergie lumineuse incidente en chaleur inoffensive se faisant sans photodégradation notable. Sur cette base s’est construit un programme de « solutionnisme biologique » visant à transposer, amplifier ou détourner la fonction protectrice de la mélanine via trois grandes approches : l’ingénierie génétique végétale, la formulation polymérique topique et la bio‑fermentation microbienne.

L’ingénierie génétique végétale : la tomate comme bioréacteur à ciel ouvert 

La technologie mise en œuvre reposait sur l’utilisation de vecteurs viraux de type Geneware® pour exprimer transitoirement la tyrosinase dans les tissus végétaux, induisant une accumulation de mélanine dite « végétale ». Ces travaux ont été cristallisés par un brevet pivot décrivant des méthodes de production de mélanines et de précurseurs mélaniques dans les plantes, sur la base de constructions génétiques et de protocoles de culture adaptés. L’objectif poursuivi était double :

• D’une part, extraire la mélanine pour l’utiliser comme filtre solaire cosmétique plus biodisponible que les formes animales ou synthétiques ;
• D’autre part, explorer l’idée d’une photoprotection systémique via la consommation alimentaire de ces fruits enrichis.

Au-delà du récit de « super‑tomates » antioxydantes et photoprotectrices, cette approche répondait à trois promesses : générer des antioxydants puissants contre les radicaux libres, offrir une protection UV naturelle et améliorer la résistance de la plante aux stress radiatifs. Dans la pratique, le projet est demeuré au stade de preuve de concept, en butte à la fois aux controverses sociétales sur les OGM, aux coûts de déploiement agronomique et aux difficultés d’extraction et de standardisation d’un pigment fortement agrégé. L’utopie d’un bouclier agrobiologique à base de tomates mélanisées a ainsi été freinée moins par la faisabilité scientifique que par un faisceau de contraintes réglementaires, économiques et symboliques.

L’approche polymérique : Melasyn® et la « seconde peau » de nylon.

En parallèle des manipulations génétiques, une autre filière s’est attachée à résoudre un obstacle plus discret mais tout aussi déterminant : l’informulable de la mélanine, pigment agrégé, fortement coloré et peu compatible avec les textures cosmétiques classiques. Advanced Polymer Systems, Inc. (Redwood City, CA) a donc développé une réponse originale en encapsulant la mélanine dans des micro‑éponges polymériques, commercialisées sous la spécialité Melasyn®.  Le principe reposait sur le Système Microsponge®, c’est‑à‑dire des microsphères poreuses de Nylon‑12 ou de polyméthacrylate dans lesquelles la mélanine, produite par voie biotechnologique, était piégée. L’encapsulation avait plusieurs fonctions : disperser la mélanine de manière homogène dans une base crème, limiter sa tendance à l’agrégation, atténuer sa coloration intrinsèque et maintenir le pigment à la surface de la peau, mimant ainsi le comportement de la mélanine naturelle confinée à la couche cornée. Le brevet pivot US Patent 5,047,249 (Method for protecting skin from ultraviolet radiation), déposé en 1990, formalise cette approche d’enrobage polymérique d’un agent photoprotecteur à large spectre afin d’obtenir une barrière topique stable et non pénétrante.

Sur le plan de la communication scientifique, Melasyn® a bénéficié d’une mise en scène spectaculaire. Une infographie de Scientific American – reprise en France dans Science & Vie au début des années 1990 – figurait les microsphères comme un « tapis » d’éponges noires comblant les trous de la stratosphère. La métaphore centrale assimilait l’ozone, qui absorbe les UV en haute atmosphère, et la mélanine encapsulée, censée absorber les UV à la surface de la peau ou des feuilles. Si l’on ne pouvait refermer immédiatement le trou d’ozone, on pouvait, symboliquement, recouvrir la biosphère d’une « seconde peau » de mélanine. Cette narration, croisant imagerie planétaire et innovation cosmétique, a durablement installé l’idée d’un écran biologique portable, mais sans déboucher sur une adoption massive dans les gammes solaires de grande diffusion.

La fermentation microbienne : vers une mélanine de haute pureté 

Une troisième voie, plus industrielle et moins dépendante des surfaces agricoles, a exploré la production de mélanine par fermentation microbienne. Des entreprises telles que Genzyme Corporation et Diversa (aujourd’hui intégrée à BASF) ont développé des procédés utilisant des micro‑organismes recombinants – Streptomyces ou Aspergillus – cultivés en fermenteurs pour générer un pigment de haute pureté. Le brevet EP 0547065 décrit un « Process for the production of melanin by fermentation », fondé sur l’optimisation des milieux de culture, des conditions de fermentation et parfois sur des modifications génétiques des souches afin d’augmenter les rendements.

Cette production fermentaire ciblait prioritairement des applications médicales plutôt que cosmétiques : pansements et dispositifs de protection pour les patients atteints de Xeroderma pigmentosum, pathologie caractérisée par une hypersensibilité aux UV.

En cosmétique, l’intégration de mélanine fongique s’est heurtée à deux obstacles majeurs : la persistance d’odeurs « terreuses » ou « levurées » jugées incompatibles avec l’univers du soin de luxe, et la solubilité extrêmement faible d’un pigment conçu, par nature, pour résister à la dégradation chimique et radiative. La difficulté d’obtenir des formulations lisses, agréables et suffisamment transparentes a contribué à limiter ces projets à des démonstrateurs ou à des niches dermatologiques.

Retour d’expérience : Le projet Solabia de Chanel

Au cours de cette période, nous avons lancé, avec Chanel, un programme de recherche visant à développer une mélanine biosynthétique en partenariat avec Solabia par le biais de Bioeurope en 1992 et 1993 dans le cadre d’un groupe de projet s’appuyant sur le renfort d’une stagiaire de la Faculté de Pharmacie de Paris:

« La méthode choisie reposait sur la fermentation utilisant des micro-organismes spécialisés.
Après avoir établi les conditions de fermentation, un ensemble mélanique non défini a été
obtenu, permettant le démarrage de l’étude. La mélanine Bio Europe issue du champignon Aureobasidium pullulans (Deuteromycètes) a été évaluée comme agent potentiel de photo-protection topique. La matière première se caractérise par une matière sèche de 96%, une matière organique de 99,71% de la matière sèche, une matière minérale de 0,29%, une teneur en protéines de 8,8%, en acides aminés libres de 0,157% et en acides aminés totaux d’environ 10%.

La granulométrie initiale de la mélanine (réf. 920310) la rendait impropre à un usage direct en formulation, ce qui a justifié la mise en œuvre d’un broyage humide sur broyeur à microbilles Dynomill DL Pilot permettant d’obtenir une suspension homogène. Une première formulation liquide (« lait de mélanine ») a été préparée avec 11% de mélanine, puis intégrée dans des émulsions test à 0,5%, 2% et 5% de mélanine. Toutes les émulsions se sont révélées stables à la centrifugation (24 h) et à l’étuve (50 °C, 3 jours).

Les indices de protection solaire (SPF) obtenus sont restés faibles et non significativement supérieurs au placebo (SPF de l’ordre de 1,4 à 2,0 dans la première série). Une deuxième série d’émulsions, avec ajustement du pH (environ 4,2 à 5,6), a conduit à des SPF compris approximativement entre 1,4 et 2,8, sans démonstration de relation claire dose–effet.

Dans les conditions galéniques explorées, la mélanine fongique testée présente une capacité photoprotectrice limitée, vraisemblablement dominée par un simple « effet noir » (absorption optique due à la couleur) plutôt que par un véritable filtrage efficace du rayonnement UV.

L’optimisation de la granulométrie et de la forme galénique, notamment via des procédés de mécanofusion, pourrait être nécessaire pour améliorer son potentiel de photoprotection. »

Compte tenu d’autres difficultés, niveau de pureté et contamination résiduelle très élevée et variable, s’ajoutant aux très faibles performances du pigment dans les applications attendues, le projet ne fut pas poursuivi.

Mutation et déclin de l’utopie 

Au tournant des années 2000, plusieurs facteurs convergents ont conduit à un repli de l’ambition initiale de « bouclier planétaire » au profit d’applications plus discrètes. Sur le plan industriel, de grands groupes comme L’Oréal ou Chanel (projet avec Solabia via Bioeurope) ont déposé des brevets portant sur des dérivés de mélanine et des systèmes d’encapsulation inspirés des travaux de Biosource et d’APS, mais ces technologies sont restées marginales dans les solaires de plage, trouvant éventuellement place dans des mascaras, BB creams ou des fonds de teint protecteurs. Parallèlement, de nouvelles start‑ups se sont intéressées à des mélanines produites par fermentation fongique et encapsulées dans des matrices biodégradables (cellulose, liposomes) plutôt que dans du nylon, dans une logique de cosmétique « sans microplastiques » ; là encore, la plupart de ces projets n’ont pas dépassé le stade de preuve de concept.

Trois types de barrières expliquent cet échec relatif à atteindre le marché de masse. D’abord, une barrière esthétique : produire un niveau de mélanine suffisant pour une photoprotection élevée impliquait inévitablement un produit à la teinte brun‑noir marquée, difficilement compatible avec les attentes de transparence ou de discrétion chromatique recherchées par les utilisateurs.

Ensuite, une barrière économique : les coûts de production d’un complexe mélanine‑nylon ou d’une mélanine ultrapure restaient supérieurs d’un ordre de grandeur à ceux des filtres minéraux ou organiques classiques.

Enfin, une barrière réglementaire et sociétale : durcissement des règles encadrant les allégations santé des cosmétiques, rejet des OGM dans l’alimentation, interrogations environnementales sur les polymères non biodégradables. Dans le même temps, l’industrie solaire parvenait à stabiliser des filtres chimiques à large spectre, transparents et bon marché, rendant la mélanine technologiquement séduisante mais économiquement et sensoriellement « inutilement complexe ».

De la photoprotection cutanée à la radioprotection spatiale : héritage et perspectives 

L’un des héritages les plus inattendus de cette saga est venu du champ de la radiobiologie, avec la découverte, à la fin des années 1990, de champignons mélanisés colonisant l’intérieur du réacteur de Tchernobyl. Ces organismes semblent utiliser la mélanine non seulement comme écran protecteur, mais également comme système de « radiosynthèse », convertissant une partie de l’énergie des radiations gamma en énergie métabolique. Ce déplacement conceptuel – de l’écran solaire à la radioprotection médicale et spatiale – a ouvert de nouvelles perspectives pour l’utilisation de mélanines fongiques dans la protection des patients en radiothérapie ou des astronautes exposés à des flux ionisants intenses.

En 2026, l’héritage des travaux de Biosource Technologies, Advanced Polymer Systems, Genzyme ou Diversa se manifeste moins dans les rayons de solaires grand public que dans des programmes de recherche sur les nanomélanines biomimétiques. Ces architectures, inspirées des systèmes d’encapsulation des années 1990 mais miniaturisées à l’échelle nanométrique et associées à des matrices biodégradables, visent désormais la protection de dispositifs bio‑électroniques sensibles, la modulation de réponses oxydatives ou la régénération tissulaire plutôt que la substitution de la couche d’ozone. La mélanine est ainsi passée du statut d’icône d’un « biomimétisme pur » – la tomate, le nylon, le pigment comme remparts planétaires – à celui de matériau intelligent, intégré dans des dispositifs sophistiqués où sa polyvalence redox, sa capacité d’absorption large et sa résilience structurale trouvent des applications plus réalistes, mais moins spectaculaires.

En retraçant la trajectoire de cette utopie techno‑écologique, de la tomate noire aux champignons de Tchernobyl, cette saga de la mélanine bio éclaire les tensions récurrentes entre imaginaire scientifique global, faisabilité techno‑économique et acceptabilité sociétale. Elle montre comment des innovations initialement pensées pour « boucher le trou d’ozone » finissent, par mutations successives, par alimenter des champs aussi éloignés que la radioprotection spatiale ou l’ingénierie des matériaux bioélectroniques.

Suite au prochain épisode, car il y eu une ou plutôt des suites !

Jean Claude LE JOLIFF, fondateur de la Cosmétothèque

Relue par Florent YVERGNAUX, directeur scientifique à Solabia, Marie-Alexandrine BOLZINGER Professeure à la faculté de pharmacie de Lyon, et Olivier THIERRY, Chef de projet chez Chanel. Merci à eux.