Le méthane, un gaz à effet de serre

Le méthane, un gaz à effet de serre

Méthodes alternatives

Les mesures in vitro

Les techniques de simulation du rumen et de production de gaz in vitro (RUSITEC (rumen simulation technique) et IVGPT (in vitro gas production technique)) peuvent permettre de mesurer des quantités de méthane produites selon plusieurs « alimentations » utilisées. En effet, divers aliments ou mélanges sont associés avec du « jus de rumen » récolté sur des bovins donneurs, dans des conditions parfaitement contrôlées (température à 39°C, pH, apport en minéraux indispensables, etc.), et les concentrations en gaz sont mesurées après des durées données. Dans le même temps, il est possible d’observer la dégradation de l’aliment, pour déterminer si une réduction de production de méthane correspond à une dégradation plus ou moins forte de celui-ci.
Ces techniques présentent de multiples avantages (Storm et al., 2012). Il est possible de réaliser plusieurs centaines d’incubations en même temps, ce qui permet d’avoir suffisamment de données pour que les résultats soient significatifs. De plus, les expériences durant généralement 1 à 4 semaines, de nombreux aliments et additifs peuvent être testés en assez peu de temps et pour un coût modéré. Les conditions environnementales sont parfaitement contrôlées, et il est possible de passer outre la variation interindividuelle des animaux en utilisant le même jus de rumen pour tous les tests effectués et en comparant les résultats obtenus. De préférence, ce jus de rumen est un mélange de plusieurs donneurs afin de favoriser la présence d’un maximum de micro-organismes différents.En revanche, ces méthodes présentent des inconvénients (Storm et al., 2012) :
 Elles nécessitent des « vaches hublots » pour aller chercher le jus de rumen directement dans le réservoir gastrique (Photographie 4). De façon alternative, il est possible de réaliser une intubation endo-oesophagienne afin de pomper le liquide, ou de le prélever sur des animaux abattus.

 Si certaines études (Bhatta et al., 2006) montrent une bonne concordance entre les résultats in vitro et ceux mesurés en chambre respiratoire ou par technique SF6, d’autres rapportent que ce n’est pas toujours le cas (Klevenhusen et al., 2011).  Avec ces techniques, seule la fermentation microbienne est analysée. Les interactions pouvant se produire dans un animal entier, influant sur la digestibilité et les émissions, ne sont ici pas prises en compte. De plus, en comparaison avec des conditions in vivo, le faciès microbien peut évoluer différemment au cours du temps.  Le temps d’adaptation des micro-organismes au nouvel aliment distribué n’est pas pris en compte de la même manière que lorsque les expériences se font sur animal entier. En effet, avant le prélèvement, les animaux et donc les microorganismes reçoivent généralement une ration standardisée. Après le prélèvement, c’est l’aliment testé qui va être donné à la flore du jus de rumen. Or, les micro-organismes mettent 2 à 4 semaines pour s’adapter à la nouvelle source alimentaire (Williams et al., 2009).  Ces techniques ne permettent pas de comparer les animaux entre eux.Finalement, ces techniques sont très utiles en première approche avant d’effectuer des expérimentations sur animal entier.

Modèles d’estimation de la production de méthane

Pour prédire les émissions nationales ou internationales de méthane par les ruminants, et donc connaitre leur impact sur le réchauffement climatique, il n’est pas possible de mesurer chaque animal. Il a donc été nécessaire de passer par des modèles reposant sur les moyennes d’émissions en fonction des caractéristiques des animaux (poids, type de production…), de l’alimentation utilisée (énergie, nutriments…) et de la prise alimentaire (en matière sèche = MS). Ces modèles découlent généralement de mesures effectuées sur des individus en chambre respiratoire ou par les techniques SF6 ou CO2.Ces modèles n’ont pas pour principal objectif de repérer quelle technique permet de diminuer les émissions de méthane, mais plutôt de comparer des zones géographiques entre elles sur leur implication dans les émissions totales de GES, sachant qu’il est impossible de mesurer tous les animaux d’un pays ni même d’une région pour des raisons de temps et de coût évidentes. Ainsi, ils ne permettent généralement pas de proposer des solutions de mitigation des émissions, mais plutôt de savoir éventuellement où il serait le plus urgent d’en proposer (bien que certains modèles soient occasionnellement exploités comme paramètres « proxy » pour la recherche de leviers d’action (Pickering et al., 2015a, et de Haas et al., 2011)). Le but de ce travail étant avant tout de décrire la place de la génétique pour la mitigation des émissions de méthane, nous ne verrons que succinctement en quoi ces modèles consistent.
Sauf indication contraire, les informations reposent là encore sur la publication de Storm et al.,

Le modèle IPCC

Ce modèle de l’IPCC (Intergovernemental Panel on Climate Change, soit le GIEC en français) est celui considéré comme standard, et est occasionnellement utilisé comme paramètre « proxy ». En fonction de la qualité des données fournies par le pays, des méthodes de calculs différentes sont utilisées. « Tier 1 » est la méthode la plus simple, « Tier 2 » et « Tier 3 » sont plus complexes et dépendent de l’apport de multiples informations précises.
Tier 1 considère simplement qu’à partir de l’énergie brute ingérée, 6,5% va être perdue sous forme de méthane, hormis en élevage à alimentation intensive (plus de 90% de concentrés), dans lesquels seulement 3% est perdue. Ainsi, à partir du nombre de bovins allaitants dans le pays et de leur quantité d’ingestion quotidienne en énergie, nous estimons la part d’émissions de GES due à ce type d’élevage puisque nous connaissons l’énergie contenue dans un poids donné de méthane :
Méthane (kg/j) = EBI (MJ/d) × 0,065/55.65
Avec EBI = énergie brute ingérée, et avec 55,65 correspondant à l’énergie en MJ contenue dans 1kg de méthane.
En revanche, pour le modèle le plus complexe, Tier 3, il est par exemple nécessaire de savoir quelle est la digestibilité et quels sont les nutriments présents dans l’aliment, ou encore quelle est la production de l’animal, puisque tout cela va influer sur le pourcentage d’énergie perdue sous forme de méthane. Tier 2 est un modèle intermédiaire entre Tier 1 et Tier 3.

Les autres modèles

Une très grande diversité de modèles a été proposée pour les bovins, s’appuyant parfois sur des éléments extrêmement variables d’un modèle à l’autre. Par exemple :
 Dans l’étude d’Ellis et al. (2007), méthane (MJ/j) = 0.14 × fourrage (%) + 8.6  Dans l’étude de Yan et al. (2006), méthane (L/j) = 0.34 × PC (kg) + 19.7 × MS (kg/j) + 12  Dans l’étude de Kirchgessner et al. (1994), méthane (g/j) = 63 + 79 × FB + 10 × ENA + 26 × PB – 212 × MGB (kg/j)  Etc. Avec PC = poids corporel, MS = matière sèche, FB = fibres brutes, ENA = extrait non azoté, PB = protéines brutes et MGB = matière grasse brute. Nous remarquons bien ici que ces modèles s’appuient sur des éléments différents. Quand certains utilisent simplement la proportion de fourrage dans la ration (Ellis et al., 2007), d’autres nécessitent de connaitre le poids de l’animal et la quantité de matière sèche contenue dans l’aliment (Yan et al., 2006), voire sa composition précise (Kirchgessner et al., 1994). Les unités d’expression de l’émission de méthane ne sont pas non plus les mêmes. Enfin, selon Sejian et al. (2011), il serait possible d’incorporer des informations sur le climat et la gestion de troupeau dans les équations.
Les études sur la précision de chacun de ces modèles ne sont pas encore suffisamment fiables, puisque d’une publication à l’autre les résultats peuvent varier. Il semblerait que la plupart ne soient pas adaptés pour tous les régimes, impliquant d’utiliser le bon modèle selon l’alimentation distribuée (Herd et al., 2014). Ils permettent tout de même une estimation globale des émissions et, lorsqu’ils tiennent compte de la prise alimentaire de chaque animal, ils sont parfois utilisés pour évaluer les émissions individuelles.

Table des matières

Liste des enseignants
Dédicaces – Jury
Remerciements
Table des illustrations
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des protographies
Glossaire des unités et abréviations
Introduction
Partie I : Etude bibliographique
Chapitre 1 : Impact et origines des émissions entériques de méthane
I. Le méthane, un gaz à effet de serre
1) Les gaz à effet de serre et leurs conséquences
2) Rôle du méthane dans le réchauffement climatique dû à l’homme
II. Place de l’élevage bovin allaitant dans les émissions de méthane
1) Résumé des principales sources de production de méthane
2) Impact de l’élevage bovin allaitant
III. Origines des émissions de méthane par la fermentation entérique des ruminants
1) Production du méthane
a) Production dans le rumen
b) Production dans le gros intestin
c) Conséquences de cette production de méthane pour l’animal
2) Transfert du méthane dans l’organisme
3) Emissions du méthane
IV. Bilan de l’impact sur l’effet de serre des bovins de races allaitantes et de leurs émissions entériques de méthane
Chapitre 2 : Mitigation des émissions entériques de méthane : étude des solutions envisagées
I. Organisation du cheptel bovin allaitant : exemple de la France
1) Elevages (hors taureaux de reproduction)
2) Entreprises de sélection (et taureaux de reproduction en élevages)
II. Quantifier les émissions de méthane par les bovins de races allaitantes
1) Contexte
2) Mesures effectuées sur les animaux
a) Mesures en groupe
b) Mesures individuelles
i. Mesures directes sur le long terme
 Les chambres respiratoires
 La technique par traceur SF6
ii. Mesures directes à court terme
 Le GreenFeed
 La technique CO2
iii. Mesures directes moins recommandées et/ou moins utilisées pour le moment
iv. Mesures de paramètres associés
v. Conclusion sur les mesures individuelles d’émissions de méthane
3) Méthodes alternatives
a) Les mesures in vitro
b) Modèles d’estimation de la production de méthane
i. Le modèle IPCC
ii. Les autres modèles
4) Synthèse des moyens existants
5) Optimisation des méthodes existantes
III. Solutions pour la mitigation
1) Contexte
2) Les solutions ne faisant pas appel à la génétique sur le caractère « méthane »
a) Distribution et composition de la ration
i. Distribution de la ration
ii. Quantité distribuée et teneur en matière organique digestible
iii. Proportion et nature des concentrés
iv. Nature et qualité du fourrage
v. Utilisation de lipides insaturés
vi. Apport azoté
vii. Utilisation d’algues
b) Additifs et biotechnologies
i. Extraits de plantes
 Saponines
 Tanins
 Huiles essentielles
ii. Composés chimiques
 Nitrates et Sulfates
 Acides organiques
 Composés inhibiteurs de la méthanogenèse
 Antibiotiques ionophores
iii. Biotechnologies
 Probiotiques
 Vaccins et anticorps
 Autres biotechnologies envisagées, mais très peu exploitables pour l’instant
c) Améliorer la productivité des élevages
i. Augmenter le niveau de production pendant les « temps productifs »
ii. Réduire la durée des « temps improductifs »
 Les reproducteurs
 Les génisses de renouvellement
iii. Maintenir les animaux à leur potentiel
d) Bilan
3) Apport de la sélection génétique sur le caractère « méthane »
a) Rappels et état des lieux
b) Outils de sélection des reproducteurs
i. Performances mesurées directement sur les animaux et/ou sur leurs apparentés
ii. Paramètres « proxy »
iii. La génomique
 Quelques rappels de génomique
 Méthodologie d’application la génomique au cas des émissions de méthane
 Premiers résultats disponibles
 Perspectives d’avenir
c) Bilan sur l’utilisation du caractère « méthane » pour la mitigation des émissions entériques de méthane
4) Adaptation des leviers d’actions aux situations locales et au contexte international
5) Bilan général sur la place de la génétique animale parmi les solutions envisagées pour la mitigation des émissions entériques de méthane par les bovins allaitants
Partie II : Etude expérimentale
Expérimentation de la possibilité de sélectionner les bovins charolais sur le caractère « méthane » à l’aide de mesures effectuées par des GreenFeed
I. Intérêts, objectifs et description de l’expérience
1) Sélectionner, à terme, des bovins français faiblement émetteurs de méthane
a) La France, 9ème producteur mondial de viande bovine
b) La Charolaise : première race allaitante française
2) Réduire les coûts de mesure et augmenter rapidement la quantité d’informations disponibles mondialement
a) Le projet BVE3 : pour un élevage « Bovin-Viande Economiquement et Ecologiquement Efficace »
b) Apport de nouvelles données dans le cadre d’un programme international
II. Matériels et méthodes
1) Les bovins charolais utilisés
a) Les taurillons
b) Les génisses
2) Les mesures
a) Poids et ingestion
b) Les GreenFeed
c) Mesures complémentaires : temps de rumination, capacité à digérer la MO et « épaisseur de gras »
3) Utilisation du logiciel SAS et exploitation des mesures
a) Calculs des valeurs corrigées des paramètres d’efficacité économique et des paramètres « proxy »
b) Calcul des consommations résiduelles
c) Calcul des moyennes d’émissions corrigées de méthane
d) Calculs des corrélations entre paramètres
e) Calcul des répétabilités
III. Résultats, interprétations et discussion chez les taurillons
1) Résultats concernant les émissions de méthane
a) Effets « lot », « heure », « période de visite »
b) Variabilités interindividuelles
c) Corrélations avec les paramètres d’efficacité économique
d) Répétabilités
2) Interprétations des résultats présentés et discussion
IV. Résultats, interprétations et discussion chez les génisses
1) Résultats
a) Illustration des effets « lot », « heure » et « période de visite » sur les émissions de méthane
b) Variabilités interindividuelles des émissions
c) Corrélations des émissions avec les paramètres d’efficacité économique
d) Corrélations des émissions avec les potentiels paramètres « proxy »
e) Répétabilités
f) Corrélations entre mesures sur 4 semaines et mesures sur 8 semaines
2) Interprétations des résultats présentés et discussion
V. Discussion générale et perspectives suite à cette expérience Conclusion
Agrément scientifique
Bibliographie
Webographie

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