Vers l'alimentation de précision en production porcine: première étape de modélisation des apports optimaux de phosphore et calcium chez le porc en croissance

par Marion Lautrou

Projet de thèse en Sciences animales

Sous la direction de Marie-Pierre Létourneau montminy et de Philippe Schmidely.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec l'Université Laval , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....) , en partenariat avec MoSAR - Modélisation Systémique Appliquée aux Ruminants - UMR AgroParisTech/iNRA MoSAR (laboratoire) et de AgroParisTech (France) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-01-2018 .


  • Résumé

    Contexte : Les préoccupations environnementales et les législations sur la production porcine ont exercé une énorme pression pour réduire l'excrétion de certains nutriments, en particulier le phosphore (P). Le fumier de porc est un engrais précieux et peut être utilisé pour réduire l'utilisation d'engrais minéraux et améliorer la stabilité structurelle et la biodiversité du sol. Cependant, lorsque l'épandage du lisier dépasse la capacité de recyclage des terres agricoles et de l'environnement naturel, des impacts négatifs sur le sol se produisent, notamment les cours d'eau qui subissent une eutrophisation, ce qui fait mauvaise presse aux productions animales. En effet, le P est considéré comme le facteur limitant la croissance des algues bleues-vertes dans l'eau douce et a été ciblé par de nombreuses législations environnementales dans le monde entier. L'apport alimentaire qui n'est pas absorbé ou retenu par l'animal est excrété dans les fèces et l'urine, respectivement. Les scientifiques doivent relever le défi de faire un régime approprié en P et calcium (Ca) pour maximiser les performances et la santé de l'animal tout en assurant l'acceptabilité environnementale et sociale et la rentabilité de la production. Pour nourrir les porcs en fonction de leurs besoins, il est d'abord nécessaire de définir les besoins de l'animal à nourrir. Cependant, les animaux d'un troupeau diffèrent les uns des autres en termes d'âge, de poids, d'appétit, de potentiel de production et peuvent donc avoir des besoins nutritionnels différents. De plus, les besoins évoluent durant la période de croissance (NRC, 2012). De telles variations ne sont pas prises en compte dans les systèmes d'alimentation en phase conventionnels, de sorte que les nutriments sont fournis à des niveaux qui dépassent largement les besoins d'une grande partie du troupeau. Le but des techniques d'alimentation de précision est d'aborder cette variabilité en fournissant la bonne quantité d'aliments avec la bonne composition au bon moment pour chaque porc individuel dans le troupeau (Pomar et al., 2009). L'optimisation de l'utilisation de P par les porcs nécessite un système de formulation de P efficace. Compte tenu de la complexité de la réponse de l'animal au P, un modèle mécaniste incluant de multiples processus biologiques intégrés dans des équations mathématiques a été développé (Létourneau-Montminy et al., 2015). L'alimentation de précision est un concept nutritionnel et une méthode numérique qui permet l'adaptation quotidienne du régime alimentaire aux besoins exacts de chaque porc au sein d'un troupeau en utilisant deux aliments tout au long de la période de croissance ont été développés. En utilisant cette approche, il a été estimé que les coûts d'alimentation pourraient être réduits de plus de 10% et que l'excrétion d'azote peut être réduite de plus de 38% par rapport à un système conventionnel triphasé (Pomar et al., 2009). L'excrétion du phosphore peut également être réduite à des niveaux proches de ceux de l'azote, mais cela nécessite d'autres recherches avant de pouvoir être mis en œuvre dans les fermes. Méthodologie : Le projet de recherche actuel est intégré dans un vaste programme de recherche ayant pour objectif général d'améliorer notre compréhension du métabolisme P et Ca afin d'optimiser l'utilisation chez les porcs, plus précisément pour mieux estimer les teneurs en Ca et P dans les régimes alimentaires pour prédire avec précision les besoins. L'objectif est d'améliorer nos connaissances sur le métabolisme du P et du Ca chez les porcs en croissance. La première étape consistera à adapter le modèle actuel (Létourneau-Montminy et al., 2015) à l'alimentation de précision en produisant des données manquantes et à les intégrer dans le modèle. Deuxièmement, une expérience sera effectuée pour comprendre les mécanismes qui sous-tendent les effets du P, du Ca et de leur interaction sur l'alimentation et le gain de poids ; déterminer les niveaux d'alimentation requis pour l'expression complète du potentiel génétique des animaux en termes de muscle et la croissance osseuse chez les porcs en croissance. Troisièmement, le modèle sera modifié en fonction des résultats obtenus.

  • Titre traduit

    Toward precision feeding in pig production : first step of modeling optimal phosphorus and calcium dietary levels


  • Résumé

    Context: Environmental concerns and legislations in swine production has put tremendous pressure to reduce mineral excretion, especially phosphorus (P). Pig manure is a valuable fertilizer and may be used to reduce the use of mineral fertilizers and to improve soil structural stability and biodiversity. However, when slurry spreading exceeds the recycling capacity of the farmland and the surrounding natural environment, negative impacts on soil occurs, the air is fouled, and waterways undergo eutrophication, resulting in bad press for the livestock industry. Indeed, P is considered to be the growth limiting factor for blue-green algae in fresh water and has been targeted by many environmental legislations worldwide. The dietary supply which is not absorbed or retained in the animal body is excreted in feces and urine, respectively. Scientists have to face the challenge of making an appropriate P/Ca diet to maximize performance and health of animal while ensuring the environmental and social acceptability and profitability of production. To feed the pigs according to their requirements, it is first necessary to define the needs of animal that is to be fed. However, animals within a herd differ from each other in terms of age, weight, appetite, production potential and may therefore have different nutrient requirements. In addition, requirements evolve during the growth period (NRC, 2012). Such variations are not considered in conventional phase-feeding systems, such that nutrients are provided at levels that greatly exceed the requirements for a large portion of the herd. The aim of precision feeding techniques is to address this variability by providing the right amount of feed with the right composition at the right time to each individual pig in the herd (Pomar et al., 2009). Optimizing P use by pigs needs an efficient P formulation systems. Given the complexity of the animal response to P, a mechanistic model that encompass multiple biological processes integrated into mathematical equations has been developed (Létourneau-Montminy et al., 2015). This nutritional concept and a numerical method that allows daily tailoring of diet to the exact requirements of each pig within a herd using two feeds throughout the growth period have been developed. Using this approach, it has been estimated that feeding costs could be reduced by more than 10% and nitrogen excretion can be reduced by more than 38% compared to a conventional three-phase system (Pomar et al., 2009). Phosphorus excretion can also be reduced at levels near to those of N, but this requires further research before it can be implemented on the farms. Methodology: The current research project is integrated in a large research program with the general objective of improving our understanding of P and Ca metabolism in order to optimize utilization in pigs, more precisely to better estimate Ca and P allowances in diets formulated for precision feeding. The objective is to functionalize our knowledge of the basis of P and Ca metabolism in growing pigs. The program will be oriented to adapt the current model to precision feeding while generating critical missing data and integrate them into the model. More precisely, the first step will be the adaptation of the model to develop a first version of real-time P and Ca model for precision feeding. Second, an experiment will be performed to understand the mechanisms underlying the effects of dietary P, Ca and their interaction on feed intake and body weight gain; determine feed levels required for full expression of animal genetic potential in terms of muscle and bone growth in growing pigs. Third, the model will be modify according to the results obtained.