Brevet FR2933191A1 — publié le 20100101

La présente invention se situe dans le domaine de l'alimentation animale et, plus précisément, le domaine de l'alimentation des animaux destinés à la production de lait. Elle concerne plus particulièrement un procédé d'évaluation de la quantité de méthane produite par un ruminant laitier, ainsi qu'un procédé pour contrôler la quantité de méthane produite par un ruminant laitier. La digestion de la matière organique par les ruminants comporte une phase de fermentation microbienne dans le rumen. Au cours de celle-ci, les polyosides végétaux (tels que la cellulose, les hémicelluloses, les pectines et l'amidon) sont dégradés par les bactéries anaérobies qui vivent dans le rumen. Il y a alors production de différents acides gras volatils (AGV) (acétate, propionate et butyrate (par ordre d'importance)), de gaz carbonique (CO2) et d'hydrogène (H2). Le rumen étant un milieu anaérobie, la production d'énergie (ATP) se fait par � transfert d'hydrogène � L'hydrogène inhibe l'activité de la plupart des bactéries par différents mécanismes. L'hydrogène produit doit donc être éliminé du rumen pour favoriser une bonne digestion microbienne. La méthanogenèse, aboutissant à la formation de méthane (CH4) est la principale voie permettant cette élimination. Elle peut être symbolisée par la réaction suivante : [CO2 + 4 H2] = CH4 + 2H20 Cette transformation est assurée par des bactéries 25 méthanogènes qui vivent associées aux protozoaires (qui constituent la microfaune ruminale). Le méthane (CH4) est, avec le dioxyde de carbone (CO2), le protoxyde d'azote (N2O) et les trois carbures halogénés (chlorofluorocarbures CFC, hydrofluorocarbures HFC, perfluorocarbures PFC), l'un des principaux 30 gaz à effet de serre (GES). Sa contribution à l'effet de serre est très importante. En effet, une molécule de CH4 équivaut à 21 molécules de CO2, selon les tableaux d'équivalence officiels. Ces GES sont mis en cause dans les changements climatiques, 35 notamment dans le réchauffement climatique. Lutter contre ces changements est devenu, depuis le Sommet de la Terre, à Rio en 1992, un engagement international qui s'est traduit en 1997 par des engagements quantitatifs, lesquels ont été repris au travers du protocole de Kyoto. Le Conseil Européen s'est ainsi fixé l'objectif de réduire de 20% les émissions de GES d'ici 2020. En 2003, l'élevage engendrait 47,7 MtegCO2 (millions de tonnes équivalent CO2), dont 28,3 MtegCO2 sous forme de méthane provenant des fermentations digestives des ruminants (Leseur, 2006 ; Martin et al., 2006). Ces émissions de méthane représentent 26% des émissions du 10 secteur agricole et 5% des émissions françaises de GES (Leseur, 2006). Il apparaît donc nécessaire de réduire les émissions de méthane par les ruminants. Différentes solutions ont été proposées pour atteindre cet objectif. 15 La première consiste à limiter la consommation de produits issus de ruminants et notamment de produits laitiers, ce qui aurait pour effet de diminuer le nombre de ces ruminants laitiers, et donc fort logiquement les émissions de méthane. Mais les produits laitiers sont présents dans l'alimentation des 20 êtres humains depuis la nuit des temps. L'homme est connu pour être la seule espèce animale à consommer des produits laitiers après le sevrage. De plus, au plan nutritionnel, ces produits laitiers contiennent du calcium, des protéines et des lipides aux propriétés nutritionnelles très particulières, indissociables d'une alimentation équilibrée, à tous les stades de la vie. 25 Par ailleurs, l'augmentation de la population sur la planète semble difficilement compatible avec une réduction des effectifs d'animaux destinés à nourrir cette population en augmentation. Une autre solution consiste à modifier l'alimentation des ruminants laitiers (vaches, brebis, chèvres, etc...) en orientant les 30 mécanismes de la rumination de façon à produire moins de méthane. Différentes techniques ont été proposées pour atteindre cet objectif. La première consiste à augmenter la quantité de lait produit par vache (intensification de l'élevage). La deuxième prévoit de donner aux vaches des additifs toxiques pour les protozoaires et/ou pour les bactéries méthanogènes de façon à produire du lait en réduisant les quantités émises de méthane. Enfin, une troisième technique consiste à introduire dans l'alimentation des ruminants laitiers des sources de lipides végétaux riches en acides gras insaturés, préférentiellement de la famille Oméga 3 ou sous forme d'autres acides gras insaturés bien que leurs effets sur la méthanogénèse soient moins puissants (que ceux des acides gras Oméga 3). Ces acides gras sont toxiques pour les bactéries méthanogènes, directement ou via des effets toxiques sur les protozoaires qui vivent associés à ces bactéries méthanogènes. Mais ces différentes techniques ne sauraient présenter un véritable intérêt que si l'on disposait d'un procédé pratique et facile à mettre en oeuvre de la quantité de méthane produite par les ruminants. Or, une mesure des émissions de méthane n'est possible à ce jour que dans des stations expérimentales, et ceci de façon coûteuse et lourde. La présente invention vise à combler cette lacune. Ainsi, selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé d'évaluation de la quantité de méthane produite par un ruminant laitier, caractérisé par le fait qu'il comprend la détermination du rapport entre l'un des critères suivants : - la quantité d'acides gras avec 16 atomes de carbone, dite AGC16 ; - la quantité d'acides gras avec 16 atomes de carbone ou moins, dite AG C16 ; et la somme des acides gras totaux du lait, lesdits acides gras 30 étant ceux présents dans le lait produit par ledit ruminant. Ce procédé est facile à mettre en oeuvre puisque le présent demandeur a mis en avant le fait que la quantité de méthane produite est directement liée à la quantité d'acides gras dans le lait. Or, le dosage des acides gras du lait est une opération très largement mise en oeuvre 35 actuellement, qui ne requiert pas de moyens sophistiqués et/ou coûteux. Par ailleurs, selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé : - ladite quantité de méthane est également fonction de la production de lait dudit ruminant ; - ladite quantité de méthane est définie par la relation suivante : Quantité CH4 = (AG L'ALA est également présent dans certaines graines oléagineuses comme la graine de lin (de 45 à 70%), de chanvre (environ 15%), de colza ou de soja (environ 10%) L'apport d'ALA dans la ration des ruminants laitier modifie la population microbienne présente dans le rumen. Effectivement, l'ALA inhibe directement et indirectement les bactéries méthanogènes et modifie significativement les proportions d'AGV produits en baissant notamment les quantités d'acétate et de butyrate produites. Selon de nombreuses sources de la littérature scientifique, lorsqu'une source d'ALA est ajoutée dans la ration d'un ruminant, la production d'acide propionique (C3) augmente, et les proportions d'acides acétique (C2) et butyrique (C4) diminuent. Il apparaît donc que : - le rapport [(C2+C4) sur C3] est un très bon indice de la 15 production de méthane dans le rumen ; - l'apport d'ALA dans les régimes des ruminants laitiers a un effet linéaire sur le rapport (C2+C4)/C3 qui diminue régulièrement lorsque, toutes choses égales par ailleurs, la quantité d'ALA ingérée par le ruminant laitier augmente. 20 On notera toutefois que les sources d'ALA peuvent avoir des effets différents selon le lieu de digestion de cet ALA. Ainsi, les graines de lin crues ne réduiront que faiblement le rapport [(C2+C4)/C3)], alors que les graines de lin extrudées et les huiles de lin le réduiront fortement. 25 L'aptitude à modifier ce rapport [(C2+C4)/C3)] est donc liée à la quantité d'ALA dans le régime des animaux, mais aussi à la disponibilité de cet ALA dans le rumen. 3- Influence du ratio [(C2+C4)/C3)1 sur la composition du lait Les AGV (C2, C3, ou C4) produits par le rumen diffusent au 30 travers des parois de celui-ci, ou passent plus loin la barrière intestinale et se retrouvent dans les liquides circulants. L'acide propionique (C3) est utilisé comme � glucoformateur � et contribue à la production laitière comme précurseur du lactose. Au contraire, les acides acétique (C2) et butyrique (C4) sont 35 utilisés par les mécanismes de synthèse de novo pour produire les acides gras saturés de 2 à 16 atomes de carbone du lait. En effet, cette synthèse, qui se produit dans les cellules épithéliales mammaires, utilise l'acetyl coA, un composé issu de C2 et/ou C4 pour ces synthèses de C14 :0 et de C16 :0. Ces 2 acides gras sont ensuite � raccourcis � (beta-oxydation peroxisomale) pour produire les acides gras à chaîne courte et moyenne du lait. Ces acides gras peuvent ensuite être éventuellement désaturés en acides gras mono-insaturés par l'action d'une désaturase mammaire. 4- Modèle théorique La quantité de CH4 produite par litre de lait tient donc compte 10 de : a) la production laitière par an de l'animal. Plus une vache laitière (par exemple) produit de lait, et plus la production de méthane par litre de lait diminue. Ainsi, certains auteurs proposent l'équation suivante : Quantité de méthane produite (en kg par vache et par an) = 55,7 + 0,0098 * (production laitière , en kg par an et par animal). b) la composition de la ration et notamment la quantité d'ALA disponible dans le rumen. c) le ratio (C2+C4)/C3 dans le rumen de ces animaux. Ce ratio d'AGV se lit avec une causalité biologique forte dans la composition du lait, sous la forme du ratio entre : i. la somme des AG du lait à 16 ou moins de 16 atomes de Carbone et 25 ii. la somme de tous les AG du lait La quantité de CH4 produite par femelle laitière peut donc se calculer en fonction de la production laitière (en kg de lait par an par animal) et de la composition du lait en AG de cet animal. Il apparaît donc que l'homme de l'art peut ainsi disposer d'un 30 outil précis pour évaluer la production de méthane des animaux laitiers, en fonction de leur niveau de production (facilement mesurable) et de la composition du lait (facilement mesurable). Cette mesure indirecte mais précise de la production de méthane pourra permettre d'orienter les systèmes de rationnement des 35 animaux ruminants laitiers, de façon à réduire leur contribution à l'effet de serre et permettra de mesurer rapidement les effets de ces modifications. 15 20 5- Essais et interprétation des résultats De nombreux essais sont disponibles dans la bibliographie générale, qui décrivent les effets d'un apport d'une source d'ALA alimentaire (sous forme de lin le plus souvent) sur la production de méthane des vaches, chèvres ou autres femelles de ruminant laitier D'autres essais sont disponibles, qui décrivent les effets de ces mêmes sources d'ALA sous forme de lin sur la composition en acides gras (AG) du lait. Le rapprochement et la synthèse de ces résultats a été mis en 10 oeuvre pour valider le modèle théorique. Ces résultats sont présentés dans le Tableau 1 ci-après. On s'est ici intéressé à la mesure de la production de CH4 par litre de lait en fonction : - de la production de lait (kg / animal /an) ; 15 - du rapport entre les AG du lait avec 16 atomes de carbone ou moins en % des AG totaux. Nous aurions bien entendu pu choisir d'autres AG ou d'autres sommes ou ratio d'AG pour illustrer les effets de la synthèse de-novo d'AG saturés dans la mamelle, à partir du C2 produit dans le rumen avec émission 20 de CH4. Toutefois, la somme des AG saturés avec 16 ou moins d'atomes de carbone est particulièrement représentative de cette synthèse de-novo à partir du C2. Mais la lecture des acides gras en C16 ou de la somme des AG à 12, 14, 16 atomes de C, voire le ratio entre C16 et la 25 somme des AG saturés seraient également des critères pertinents. Cette compilation de résultats a été réalisée à partir notamment d'essais présentant d'une part des profils d'AG de lait, d'autre part de mesures de méthane produit par litre de lait dans des essais utilisant comme source d'ALA des graines de lin extrudées, avec des vaches à différents 30 niveaux de production. Tableau 1 Production de méthane par litre de lait en fonction de la production laitière par animal et du profil d'AG du lait dans une plage donnée de profil d'AG.du lait AG/PL 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 70 23,7 20,9 19,1 17,8 16,8 16,0 15,4 14,9 14,4 14,1 13,8 68 23,0 20,3 18,5 17,2 16,3 15,5 14,9 14,4 14,0 13,7 13,4 66 22,4 19,7 18,0 16,7 15,8 15,1 14,5 14,0 13,6 13,3 13,0 64 21,7 19,1 17,4 16,2 15,3 14,6 14,1 13,6 13,2 12,9 12,6 62 21,0 18,5 16,9 15,7 14,8 14,2 13,6 13,2 12,8 12,5 12,2 60 20,3 17,9 16,4 15,2 14,4 13,7 13,2 12,7 12,4 12,1 11,8 58 19,7 17,4 15,8 14,7 13,9 13,2 12,7 12,3 12,0 11,7 11,4 56 19,0 16,8 15,3 14,2 13,4 12,8 12,3 11,9 11,6 11,3 11,0 54 18,3 16,2 14,7 13,7 12,9 12,3 11,9 11,5 11,1 10,9 10,6 52 17,6 15,6 14,2 13,2 12,5 11,9 11,4 11,0 10,7 10,5 10,2 50 16,9 15,0 13,6 12,7 12,0 11,4 11,0 10,6 10,3 10,1 9,8 48 16,3 14,4 13,1 12,2 11,5 11,0 10,5 10,2 9,9 9,7 9,4 46 15,6 13,8 12,5 11,7 11,0 10,5 10,1 9,8 9,5 9,3 9,1 44 14,9 13,2 12,0 11,2 10,5 10,1 9,7 9,3 9,1 8,9 8,7 42 14,2 12,6 11,5 10,7 10,1 9,6 9,2 8,9 8,7 8,5 8,3 NB : Volontairement, cette plage de profil d'AG du lait a été limitée à la plage où les AG avec 16 ou moins atomes de carbone constituent de 70 à 42 % des AG du lait. Non que le modèle biologique ou que l'équation 10 qui en découle soit limitée à cette plage, mais parce que au-delà des limites de cette plage, la composition des laits ainsi produits peut être considérée comme d'une part nutritionnellement douteuse, et d'autre part incompatible avec les moyens mis en oeuvre pour obtenir ces laits et définis plus haut. Dans ce tableau : PL (horizontalement) = production de lait 15 (Kg/animal/an) et AG = [AG Tableau 3 Essais 1 2 3 4 5 6 Prod lait 6000 6000 7000 7000 7000 6000 AG >=C16 61 42 66 64 56 42 CH4 en q/1 lait 16,8 11,8 17,2 16,2 13,8 10,9 "Prédiction" en g/1 Selon tableau 16,4 11,5 17,2 16,2 14,2 11,5 1 Selon tableau 16,4 11,5 17,2 15,7 14,2 11,5 2 Le présent demandeur a déduit de ces essais, que la quantité 5 de méthane peut être définie par la relation suivante : Quantité CH4 = (AG REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation de la quantité de méthane produite par un ruminant laitier, caractérisé par le fait qu'il comprend la détermination du rapport entre la quantité d'acides gras avec 16 atomes de carbone ou moins, dite AG 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que a et b valent respectivement 11.368 et -0,4274. 3. Procédé pour diminuer et contrôler la quantité de méthane produite par un ruminant laitier, caractérisé par le fait qu'il consiste à lui fournir une ration alimentaire qui répond à au moins l'un des critères suivants : a) elle exclut toute matière grasse d'origine animale ; b) elle limite l'apport exogène d'huile végétale contenant plus de 30% d'AG saturés, en l'état, saponifiée ou hydrogénée, à au plus 15 grammes / animal et par 100 kg de poids vif ; c) elle contient au moins une source lipidique riche en acide alpha-linolénique oméga 3 (ALA), c'est-à-dire dont plus de 30 % des AG totaux est sous forme d'AG oméga 3 ; et à contrôler ladite quantité en mettant en oeuvre le procédé 30 selon l'une des revendications 1 ou 2. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on fournit une ration qui répond cumulativement auxdits trois critères. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que l'on utilise une source lipidique riche en ALA sous forme de fourrage pâturé ou conservé, notamment fané, ensilé, enrubanné, ou déshydraté, ou de graines oléagineuses notamment de graines en l'état, crues ou cuites, riches en ALA ou de tourteaux gras de ces mêmes graines oléagineuses. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ladite source inclut du lin.