AUTEFEL

L’agriculture occidentale est caractérisée par une standardisation des pratiques autorisée par l’utilisation des intrants (engrais, phyto, etc.). A l’heure actuelle, une telle agriculture doit se remettre en cause et adopter un nouveau paradigme pour passer d’une maximisation des rendements à une maximisation de l’efficience avec laquelle ces intrants seront utilisés en synergie avec une utilisation durable des processus naturels et des fonctionnalités des écosystèmes. Cette adaptation pourra se baser sur le concept d’agriculture écologiquement intensive ; le but étant de nourrir une population mondiale en constante croissance. L’objectif du projet est d’explorer les voies d’amélioration de l’efficience d’utilisation des intrants dans les systèmes d’élevages bovins en limitant leurs pertes dans l’environnement et ce, à l’échelle du système « ferme ». Il faudra dès lors répondre à l’hypothèse suivante : « dans un système, si chaque partie, considérée individuellement, est optimisée de manière à opérer aussi efficacement que possible, le système dans sa globalité n’opèrera pas nécessairement au maximum de son efficacité (Ackoff, 1999 in Darnhofer et al., 2012) ». Dans ce cadre, l’analyse de l’efficience d’utilisation des éléments (N, C, P) sera entreprise à l’échelle de la vache laitière valorisant une ration à base d’herbe plus ou moins riche en légumineuses. Parallèlement des références seront développées pour modéliser, sur base de la composition des engrais de ferme et des conditions de stockage et d’épandage, les pertes d’éléments pouvant survenir lors du transfert du pool animal vers le pool végétal. Les résultats ainsi obtenus pourront alors être injectés dans un modèle permettant d’explorer l’impact de la conduite des systèmes d’élevages sur l’efficience d’utilisation des intrants et les performances technico-économiques attendues. Ce modèle, validé sur base des résultats obtenus lors du suivi de systèmes d’élevage contrastés tant laitier qu’allaitant, permettra de tester notre hypothèse de départ en recherchant, au sein de l’espace des combinaisons possibles des facteurs et modes de production, celles qui optimiseront les performances environnementales du système tout en maintenant ses performances économiques.

Contexte

L’agriculture est confrontée à des bouleversements majeurs de son cadre de production : changements climatiques avec une fréquence importante de phénomènes extrêmes (périodes sèches, excès de précipitations) ; occurrence potentielle de nouveaux parasites et de nouvelles maladies; volatilité des prix avec une tendance à la hausse des coûts des intrants ; soutien public de l’agriculture en hausse et conditionnalité de ces soutiens (en termes d’attentes sociétales, préservation de l’environnement,…).

Ces multiples défis questionnent le caractère soutenable et durable du mode de production actuel basé sur une maximisation des productions.  L’agriculture occidentale a en effet évolué vers une homogénéisation et une standardisation des pratiques permises par l’utilisation d’une quantité importante d’intrants (engrais, produits phyto et énergie).  Ce modèle, qui s’est fortement développé durant les cinquante dernières années, a permis de nourrir une population mondiale croissante en visant à maximiser des services écosystémiques dits d’approvisionnement (aliment, biomatériaux, …) et ce au détriment des services écosystémiques de régulations (impact sur la biodiversité et plus spécialement sur les espèces bénéfiques (polinisateurs, …), capacité à maintenir la qualité des eaux (eutrophisation des eaux de surface, pollution des eaux souterraines par les nitrates, par les pesticides …), des sols (sensibilité à l’érosion) et de l’air (gaz acidifiant,…)).

De cette prise de conscience, largement partagée par les citoyens (producteurs et/ou consommateurs), ont émergés les concepts d’agriculture écologiquement intensive (AEI), qui vise à maintenir de bons rendements, vu l’évolution attendue de la population mondiale, tout en se basant sur une utilisation durable des processus naturels et des fonctionnalités des écosystèmes (Bonny, 2011), ou d’agroécologie, qui promeut l’application de l’écologie à l’étude, la conception et la gestion des systèmes agroalimentaires (Francis et al., 2003), dépassant, dès lors, les frontières du système de production.

Objectifs

L’objectif général de ce projet est de tester l’hypothèse suivante : « dans un système, si chaque partie, considérée individuellement, est optimisée de manière à opérer aussi efficacement que possible, le système dans sa globalité n’opèrera pas nécessairement au maximum de son efficacité ». Le système considéré est le système d’élevage de ruminant en articulation avec les ressources fourragères présentes sur les exploitations et/ou importées.

Afin d’atteindre cet objectif général, les objectifs opérationnels suivants seront poursuivis :

1)         Etude du système d’élevage, de son fonctionnement et des flux associés afin d’en définir l’efficience technico-économique et environnementale et de comparer des scénarios de conduite contrastés cherchant à maximiser l’efficience des composantes du système, d’une part, et l’efficience globale du système, d’autre part.

2)         Acquisition de références relatives aux leviers permettant (1) d’améliorer l’efficience de l’utilisation des éléments (C, N) par les ruminants (vache laitière) et (2) de réduire les pertes lors du transfert, du recyclage des éléments de la composante animale à la composante végétale, c'est-à-dire lors de la valorisation des engrais de ferme. Une attention particulière sera apportée aux systèmes qui cherchent à optimiser la valorisation des légumineuses.

3)         Validation des hypothèses sur base des résultats de suivis de deux systèmes allaitants et de deux systèmes laitiers contrastés.  L’un visera à maximiser la production et sera fortement dépendant d’intrants, alors que le second cherchera un plus haut niveau d’autonomie.

Description des tâches

Pour répondre à ces objectifs, le projet s’articulera autour de différents Work Package (WP) qui s’étaleront sur une période de 3 ans :

WP1 : Coordination

WP2 : Utilisation des nutriments par les bovins laitiers : valorisation de l’azote soluble des fourrages herbagers

WP3 : Caractériser les flux d’éléments entre le troupeau bovin et les composantes végétales du système

WP4 : Suivi des performances de systèmes d’élevage contrastés visant à maximiser soit l’autonomie, en se basant sur les légumineuses comme moteur du système, soit la productivité et ce tant en production allaitante que laitière

WP5 – Dissémination des résultats et communication

Résultats attendus

Dans le cadre de l’utilisation de nutriments par les bovins laitiers, il s’agira de tirer le meilleur profit de l’azote soluble des produits herbagers en agissant dès le processus d’ensilage.  Pour valoriser au mieux l’herbe conservée dans la ration des ruminants, la première question à se poser est sans doute de savoir quelle herbe produire ; la seconde est de déterminer comment la conserver au mieux pour garantir sa valeur alimentaire.  Sur base de ces considérations, la valorisation des cultures intermédiaires en tant que fourrages conservés sera étudiée et une revue complète de la bibliographique des molécules pressenties pour leur actions sur une meilleure utilisation de l’azote soluble de l’herbe sera réalisée.  L’incidence d’additifs d’ensilage sera étudiée, aux niveaux de la fermentation de l’herbe et de la digestion dans le rumen de l’animal. L’effet recherché est une diminution de la solubilisation de l’azote pendant l’ensilage et une protection des protéines contre l’hydrolyse dans le rumen. Cela permettrait d’obtenir une meilleure efficience d’utilisation de l’azote par la vache laitière grâce à l’augmentation de la proportion de protéines digestibles dans l’intestin. Cette hypothèse sera étudiée grâce aux bilans azotés complets et, en parallèle, la recherche d’un indicateur de l’efficience d’utilisation de l’azote des ruminants sera lancée. L’incidence de la stratégie d’alimentation sur la perte de C au travers les émissions de CH4 sera également mesurée.

La caractérisation des flux d’éléments entre le troupeau bovin et les composantes végétales du système permettront d’étudier les transferts des éléments de l’animal vers le végétal avec une attention particulière pour l’efficience avec laquelle ce transfert a lieu.  Dans un cadre d’autonomie au sens large, les fèces et urines générées lors des essais zootechniques contrastés doivent permettre de représenter/d’accentuer la diversité des lisiers généralement émis à partir d’une alimentation à base d’herbe.  L’impact de la composition de ces lisiers sur les pertes potentiellement attendues durant les phases de stockage-épandage, c'est-à-dire lors du transfert des éléments du maillon animal vers le maillon végétal, sera analysé.  Les interactions avec les conditions climatiques seront également envisagées (essais en grandeurs réelles // essai en chambres contrôlées).

Les performances de systèmes d’élevage contrastés visant à maximiser soit l’autonomie, en se basant sur les légumineuses comme moteur du système, soit la productivité et ce tant en production allaitante qu’en production laitière sera finalement décortiquée.

Résultats obtenus

WP2 : Utilisation des nutriments par les bovins laitiers : valorisation de l’azote soluble des fourrages herbagers

Le travail a été scindé en trois parties qui se succèdent de manière logique dans le temps. La première a étudié l’effet d’additifs sur les paramètres de fermentation de l’ensilage de fourrage riche en azote. Après plusieurs mises au point techniques, une première expérience, réalisée en mai 2016, a testé 7 additifs sur des ensilages de ray-grass à différents niveaux de fertilisation. Les ensilages ont fermenté pendant 30 jours dans des micro-silos (Figure 1), type cubis, mis sous vide. Si les additifs n’ont pas montré d’effet sur le pH, certains ont permis de réduire significativement l’ammoniac présent dans l’ensilage (-16 à -18%). A l’automne 2016, une seconde expérience a mis en évidence un effet similaire sur des ensilages de ray-grass mélangé à du trèfle violet, en proportions croissantes. Dans les deux cas, les additifs provoquent une réduction de l’ammoniac plus importante lorsque le fourrage est plus riche en azote (fertilisation ou présence importante de légumineuse).

La seconde partie de ce travail a été d’estimer la dégradabilité des protéines des ensilages réalisés avec les additifs. Deux méthodes in vitro ont été utilisées : une méthode enzymatique (Aufrère et Cartailler, 1988) et un rumen artificiel (ANKOM Daisy). Les résultats sont encourageants, tant les tanins de chêne que les tanins de châtaignier permettent de réduire la degradabilité in vitro des protéines (entre -7 et -15%). Le tanin de chêne étant moins étudié jusqu'à présent, il a été choisi pour mener l'essai in vivo. Un fourrage riche en légumineuses, conservé avec du tanin de chêne, a été distribué à des vaches laitières en production. Par comparaison au témoin, les vaches consommant du tanin de chêne ont significativement excrété moins d'azote urinaire et plus d'azote fécal. Malgré cette observation en faveur de l'environnement, l'efficience de l'utilisation de l'azote par la vache n'a pas été affectée par le tanin et la production de lait est restée égale.

En parallèle, un état des lieux de la qualité des ensilages d’intercultures en Wallonie a été réalisé. Au cours de trois campagnes (2015-2018), plus de 100 ensilages ont été prélevés en ferme et analysés en termes de composition et de valeurs alimentaires. Les résultats indiquent que les intercultures peuvent constituer un fourrage d’appoint de bonne qualité, surtout en tant que complément protéique grâce à la présence de légumineuses/protéagineux (en moyenne 800 VEM et 50g DVE/kg MS). La très grande diversité des mélanges et des pratiques de récolte/conservation observée n'a pas permis de déterminer un mélange ou une pratique meilleure que les autres.

WP3 : Caractériser les flux d’éléments entre le troupeau bovin et les composantes végétales du système

L’optimisation de l’efficience des systèmes d’élevage et la réduction de leurs impacts sur l’environnement nécessite le suivi des flux en éléments et des émissions liquides et gazeuses vers l’environnement. Dans le cadre de ce projet, ces aspects sont abordés finement au niveau des bovins et de leurs déjections en étable et au pâturage. Pour ce faire du matériel et des compétences ont été acquises ou sont en développement.

Ainsi, des systèmes de mesure individuels d’émission de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2) par les animaux lors de leur respiration et de leur éructation ont été acquis en septembre 2016. Ces appareils nommés Greenfeed sont utilisés pour suivre les émissions des animaux au pâturage et en étable. Lorsque la tête de l'animal est proche du Greenfeed, les gaz émis par l'animal sont aspirés et les flux de CO2 et de CH4 sont mesurés. Idéalement, l'animal doit rester présent plusieurs minutes pour permettre une précision acceptable. Ces émissions sont couplées à des mesures de gains de poids des animaux, des mesures phytotechniques en prairies, des suivis précis de l’alimentation en étable. Ainsi en prairies, la qualité et la disponibilité du fourrage sont caractérisées deux fois par semaine, chaque jour à l’étable. De l’ensemble de ces mesures on peut, par exemple, étudier les relations existant entre la digestibilité du fourrage et les émissions de CO2 et de CH4 par les animaux.

En étable, parallèlement aux systèmes de mesure d’émissions de gaz par les Greenfeed, des auges individuelles permettent la quantification quotidienne des ingestions à l’échelle de l’animal. Un exemple de suivi des émissions gazeuses par Greenfeed en étable est repris à la figure 4. Il montre l’évolution quotidienne moyenne à l’échelle du troupeau (16 animaux) des émissions de CH4 entérique. Celle-ci est typique d’une alimentation une fois par jour des animaux. Un pic d’émission est observé après la mise à disposition des aliments vers 10h00 du matin.

Les modalités de fonctionnement du GreenFeed induisent un suivi peu contraignant mais relativement peu intensif des émissions gazeuses entériques car dépendant de la volonté de l’animal à se présenter à la machine. Par ailleurs, il est nécessaire, dans un but d’approcher les systèmes dans leur globalité, de suivre les émissions à partir des fumiers produits. Dans ce cadre, quatre chambres de mesure expérimentales à flux d’air contrôlé sont utilisées. Celles-ci sont en cours d’optimisation via l’acquisition de nouveau matériel de mesure de concentrations en gaz. Le principe repose sur le calcul d’un bilan (sortie moins entrée). Plusieurs animaux sont logés dans ces chambres pour une durée de l’ordre du mois, période au cours de laquelle les fumiers, classiquement accumulés sous les animaux, l’alimentation et la paille pour la litière des animaux, sont précisément mesurés à l’échelle du lot. Dans ces conditions, les mesures d’émissions gazeuses incluent les émissions par les animaux mais également celles des fumiers produits. Ce dispositif expérimental permet d’étudier les émissions de composés azotés tels que le NH3 et le N2O à partir des fumiers. On peut observer les mêmes dynamiques d’émissions de CH4 que lors des mesures d’émissions en étable, à savoir l'augmentation soudaine, vers 10h, de la concentration en méthane dans l’air sortant des chambres juste après le nourrissage par rapport à la concentration dans l’air ambiant. Les émissions calculées à partir de ces concentrations et des flux d’air sont nettement plus précises car elles reposent sur des mesures d’émission à chaque heure lors des jours de mesure. L’émission par les matières organiques (fumiers) sont également estimées lorsque l’on retire les animaux.

Lorsque les animaux quittent les chambres de mesures à flux contrôlés, les fumiers sont évacués et stockés individuellement sur des petites aires de stockage (11m²) dédiées à la réalisation de bilans et aux mesures d’émissions gazeuses. Pour les mesures d’émissions gazeuses, le même principe est utilisé qu’en étable si ce n’est que les systèmes permettant de gérer les flux d’air sont amovibles et ne sont posés que lors des jours de mesure d‘émission à partir des tas de fumiers. Les bilans sont réalisés à partir de la quantification des émissions mais également des écoulements de jus qui sont collectés individuellement.

WP4 : Suivi des performances de systèmes d’élevage contrastés visant à maximiser soit l’autonomie, en se basant sur les légumineuses comme moteur du système, soit la productivité et ce tant en production allaitante que laitière

En systèmes allaitant, depuis novembre 2016 différentes modalités d’engraissement de bovins mâles en agriculture biologique sont testées. Ainsi, en trois répétitions dans le temps, des lots de deux animaux de race Blanc Bleu mixte ou Limousin, castrés ou non sont suivis pour leurs performances zootechniques et leur efficience environnementale. Les essais sont menés à la fois au pâturage, où les animaux reçoivent tous la même ration, et en étable où les taureaux et les bœuf reçoivent des alimentations contrastées, correspondant à leur besoin pour un objectif de croissance déterminé. Grâce aux méthodes et au matériel développés dans le cadre du WP3, il a à titre d’exemple, on a pu observer une variation temporelle des émissions de NH3 en étable et au stockage lors de la première répétition de l’essai et un impact de la qualité des matières organiques produites sur ces émissions. L’objectif final est de comparer par modélisation (ACV) les modalités à l’échelle des systèmes et donc de définir le système de production le plus adéquat. Ces modélisations reposeront sur des valeurs mesurées sur le site expérimental pour les points clés de performances ou d’impact environnemental. .

Par ailleurs, au cours de l’automne et de l’hiver 2018, l’efficacité de l’additif identifié comme le plus prometteur du WP2 sera testé sur un groupe d’individus de bovins femelles en phase d’engraissement avec suivi des performances zootechniques et des émissions gazeuses. Cela afin de vérifier qu’une optimisation potentielle de la nutrition azoté par l’ajout de l’additif testé ne se répercute pas négativement ailleurs dans le cycle de production (ex : émissions de méthane entérique).

 

Contribution

Unité 6 : Unité Nutrition animale et Durabilité

En étudiant des thématiques telles que la valorisation des protéagineux dont le lupin, la production de lait sur différents type de couverts prairiaux, la substitution du tourteau de soja par des sources de protéines locales, le traitement des matières premières pour optimiser leur valeur nutritionnelle (degré de mouture, chauffage…) et le recours aux additifs (acides aminés, enzymes), l’Unité 6 a développé une bonne expertise en alimentation protéique des animaux de rente au cours de ces dix dernières années.  Elle est en mesure d’effectuer des bilans azotés complets au niveau de l’individu, comme le nécessite l’étude de ces thématiques.  Elle a aussi acquis la possibilité de mesurer les émissions de CH4 au niveau individuel, grâce à la méthode SF6 apprise à l’INRA.  Elle maîtrise par conséquent les techniques et dispose du matériel (étable expérimentale, nombreuses prairies de composition végétale multiple (association ou pure), appareil de récolte de l’herbe pour l’affouragement en vert…) nécessaires à la mise en œuvre des recherches proposées.

Collaborateurs scientifiques :

Eric Froidmont

Sophie Herremans

Sophie Mathieux

 

Unité 7 : Unité Mode d’élevage, bien être et qualité

Deux des objectifs de l’unité 7 sont d’une part d’expérimenter de nouveaux modes de conduite des troupeaux, utiliser au mieux la biodiversité fonctionnelle afin de diversifier les productions et préconiser les races animales en adéquation avec le mode de conduite et d’autre part d’optimiser la gestion des troupeaux via des actes techniques adéquats, des outils d'aide à la décision et l'évaluation des facteurs de risque.  A ce titre l’unité 7 a développé une expertise dans les domaines de l'élevage du jeune bovin laitier  la mise en place et le suivi de systèmes laitiers et viandeux innovants et contrastés ; la réalisation de l’analyse détaillée de la spéculation laitière wallonne vu sous l’angle du temps de travail (projet DURALAIT, en cours).

Au travers de ces projets et programme de recherches, l’unité 7 a également acquis une bonne expertise de la conduite des systèmes d’élevage, et de la gestion des prairies.

Collaborateurs scientifiques :

Virginie Decruyenaere

 

Unité 11 : Unité Systèmes agraires, Territoire et Technologies de l’Information

Au niveau de l’U11, différentes expertises seront mobilisées tant au niveau de l’analyse des systèmes d’élevage, de la conception de modèles ‘systèmes’ et d’outils d’aide à la décision que du suivi des flux de éléments dans les engrais de ferme et les agro-écosystèmes prairiaux avec une attention pour l’analyse des moyens permettant d’approcher ces flux.

Collaborateurs scientifiques :

Michaël Mathot

Alexandre Mertens

Sylvain Hennart

Didier Stilmant

 

Unité 14 : Technologies de la transformation des produits

Le laboratoire d’analyses chimiques de l’Unité 14 du CRAW s’est spécialisé dans le support analytique aux autres Unités.  Il collabore de ce fait dans de nombreux projets pour lesquels des analyses de routine (dosage d’azote, matière sèche, analyse de la matière grasse) ou des développements voir des transferts analytiques (méthane, profils acides, analyses élémentaires) sont demandés.

Collaborateurs scientifiques :

Jean Michel Romnée

Coordinateur hors CRA-W

Dr Yves Beckers, Professeur à l’Unité de Zootechnie de Gembloux AgroBioTech (ULg) Dr Richard Lambert, professeur à l’Université catholique de Louvain (UCL - ELIA) et directeur du Centre de Michamps

Financement

  • CRA-W - apport loi Moerman

Equipe

Publications

Herremans, S. , Férard, A. , Wyss, U. & Maxin, G. (2018). Les cultures dérobées : des fourrages de qualité nutritive intéressante. Fourrages, 233: 39-46. Herremans, S. , Decruyenaere, V. , Beckers, Y. & Froidmont, E. (2019). Behavior of tannin-protein complexes in ruminant digestive tract: influence of pH on protein precipitation capacity of oak or chestnut tannins. Poster in: 70th Annual Meeting of the European Federation of Animal Science (EAAP), Gent, 26-30/08/2019. Herremans, S. , Decruyenaere, V. , Beckers, Y. & Froidmont, E. (2019). Silage additives to reduce protein degradation during ensiling and evaluation of in vitro ruminal nitrogen degradability. Grass and Forage Science, 74: 86-96. Herremans, S. , Decruyenaere, V. , Beckers, Y. & Froidmont, E. (2019). Oak or chestnut tannin dose responses on silage pH, proteolysis and in?vitro digestibility in laboratory-scale silos. Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement, 23: (2), 59-62. Herremans, S. , Decruyenaere, V. , Beckers, Y. & Froidmont, E. (2017). Innovative silage additives to reduce proteolysis in the silo. Poster in: "19th Symposium of the European Grassland Federation", Alghero, Italie, 10/05/17. Herremans, S. , Mathieux, S. , Decruyenaere, V. & Froidmont, E. (2016). Que vaut un ensilage de CIPAN fourragère ? Poster in: Journée "Agronomie des couverts végétaux dans le contexte des grandes cultures biologiques", Rhisnes, 04/11/16. Herremans, S. , Decruyenaere, V. , Beckers, Y. & Froidmont, E. (2017). Comparison of two laboratory-scale ensiling methods to assess effect of reducing sugars. Poster in: 22nd National Symposium for Applied Biological Sciences, Leuven, 7/02/17.
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