Le glycérol en alimentation des ruminants

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1 Comité National des Coproduits Rédaction : Benoît Rouillé LE GLYCEROL Juillet 2010 Le glycérol en alimentation des ruminants Définition Le glycérol est un coproduit de la fabrication industrielle de biodiesel à partir d oléagineux comme le colza et le tournesol, mais aussi de la production de savons. Ce liquide visqueux naturel de goût sucré est autorisé en alimentation animale comme additif (E422). Le terme «glycérine» est souvent utilisé mais la dénomination de «glycérol» sera souvent utilisée pour la suite. L Afssa a émis un avis favorable pour l utilisation de glycérine en alimentation animale, à condition qu elle titre «au minimum à 80 % de glycérol et au maximum à 0,5 % de méthanol» et «dans la mesure où elle n excède pas 10 % d un aliment complémentaire standardisé à 88 % de matière sèche» (Afssa, 2007). Le développement des énergies renouvelables dans l Union Européenne et en particulier en France entraîne une forte augmentation de la production de biodiesel. Pour atteindre les objectifs, la France devra en produire 2,62 millions de tonnes en Cette filière génère également deux types de coproduits : Le tourteau de colza, déjà bien connu et utilisé en alimentation animale. Le glycérol, peu connu et dont l utilisation possible en alimentation animale suscite l intérêt. Cette fiche a pour but de synthétiser les informations disponibles relatives à l utilisation du glycérol dans l alimentation des ruminants. 1. Processus amenant à la production de glycérol Le glycérol peut être obtenu selon deux processus principaux : la saponification des corps gras ou la trans-estérification d huiles végétales. La réaction de saponification est une réaction qui permet de produire du savon et du glycérol à partir de corps gras et de soude. Le glycérol issu de la saponification est très pur (plus de 99 %) et de ce fait, est majoritairement utilisé pour des applications pharmaceutiques et cosmétiques. La filière de production de biodiesel à partir d oléagineux (colza notamment) permet aussi d obtenir du glycérol en fin de process. Il est le résultat de la trans-estérification d huiles végétales, réaction entre l huile végétale et le méthanol. Les volumes de glycérol obtenus dans cette filière sont en constante augmentation du fait de la politique européenne et nationale très volontaire pour le développement des agrocarburants dits de première génération. 1

2 Figure 1 : Schéma simplifié de la fabrication des principaux agrocarburants (Rouillé et al., 2008) La fabrication de biodiesel (voie de droite sur le schéma) nécessite plusieurs étapes. Les graines oléagineuses subissent plusieurs opérations pour obtenir de l huile végétale : une trituration, une estérification et enfin une purification. Cette dernière étape va en partie influencer la qualité finale du biodiesel mais aussi du glycérol. L huile ainsi obtenue est ensuite mélangée à du méthanol pour produire une réaction de trans-estérification. Cette réaction permet la production d un côté du produit recherché (le biodiesel) et de l autre du coproduit (la glycérine). En terme de rendement, on obtient 100 kg de glycérine par tonne d huile estérifiée. Contrairement au glycérol produit par les industries chimiques, le coproduit des agrocarburants n est pur qu à %. 2. Composition chimique du glycérol La formule chimique du glycérol pur est C 3 H 8 O 3. Toutefois, la composition chimique de la glycérine varie en fonction du procédé de fabrication du biodiesel. Ainsi, les impuretés et les contaminants éventuels comme le méthanol, divers sels ou le chlorure de potassium peuvent s y trouver avec des teneurs variables dans le produit final. Trois qualités différentes de glycérine sont répertoriées : faible, moyenne et haute. On parle malgré tout de façon usuelle de glycérol. 2

3 Tableau 1 : composition chimique (g/kg) du glycérol en fonction de la pureté (Schröder et Südekum, 1999) Pureté du glycérol Faible Moyenne Haute Eau Composition de la matière sèche Glycérol Extrait d éther 7,1 4,4 n.a. P 10,5 23,6 n.a. K 22,0 23,3 n.a. Na 1,1 0,9 n.a. Pb (mg/kg) 3 2 n.a. Méthanol 267 0,4 n.a. n.a. : non analysé Le glycérol peut représenter de 63 à 99 % du produit total, ce qui influencera l utilisation de ce coproduit. Les fortes variations de composition de ce coproduit sont également liées aux teneurs en eau, phosphore et méthanol. La composition chimique globale dépend beaucoup du processus de production et en partie des conditions de stockage. La teneur en méthanol varie de 0 à environ 25 %. Cette teneur est déterminante pour une utilisation en alimentation animale car elle ne doit pas dépasser 0,5 % pour que le glycérol puisse être distribué sans risque aux animaux d élevage. Seules les catégories «moyenne» et «haute» pureté peuvent être utilisées pour nourrir les animaux d élevage. Les teneurs en phosphore et potassium sont, en règle générale, comprises entre 1 et 2 % de la matière sèche. Le sodium est présent à raison de 1 % de la MS. A ces teneurs, ces éléments n ont que peu d impact sur leur utilisation possible par les ruminants. Il est extrêmement important de bien caractériser le produit disponible pour savoir quel usage en faire par la suite. 3. Valeur alimentaire du glycérol Le glycérol est un additif utilisé pour sa teneur en énergie avant tout. Il possède des propriétés proches de celles de la mélasse (solubilité, vitesse de dégradation). Le glycérol pur a une valeur de 9,5 MJ d énergie nette de lactation/kg soit 1,35 UFL/kg MS. Selon sa pureté, le glycérol provenant de la filière des agrocarburants (à 80 % de glycérol ou plus) a une valeur énergétique de 1,1 à 1,15 UFL/kg de produit. Le glycérol est plus riche en énergie comparativement à de la mélasse, souvent utilisée pour apporter de l énergie rapidement disponible (0,91 UFL/kg de MS pour la mélasse de canne et 1,03 UFL/kg de MS pour la mélasse de betterave ; source Comité National des Coproduits). Le glycérol constituerait donc une source d énergie rapidement métabolisable de tout premier plan. 3

4 4. Qualité sanitaire du glycérol Afin de préciser les effets sanitaires du glycérol, des tests ont été réalisés sur des granulés contenant des matières premières usuelles (tourteaux, céréales, etc.) additionnées de 5, 10 ou 15 % MS de glycérol dans la composition finale (Südekum, 2007). Différentes puretés de glycérol ont été étudiées (basse, moyenne et haute), ainsi que plusieurs conditions de stockage (15 C + 60 % d humidité versus 20 C + 70 % d humidité). Le résultat principal est que le glycérol permet de maintenir la qualité sanitaire des granulés, quelle que soit sa concentration. Tout d abord, les différents facteurs étudiés n ont pas modifié de façon significative la composition chimique des concentrés. La contamination fongique a été évaluée à partir d un indicateur, l ergostérol. Les résultats montrent que le glycérol, à différentes puretés, permet de conserver la bonne qualité fongique car la charge en champignons reste limitée. La qualité physique des granulés est considérée comme très bonne jusqu à une incorporation de 15 % de glycérol. On constate que l apport de ce coproduit permet une meilleure tenue des granulés. Mais au-delà la friabilité des granulés augmente. En plus de l aspect nutritif, le glycérol peut donc aider à stabiliser la qualité sanitaire des aliments granulés destinés aux animaux d élevage, sans dégrader leur qualité physique. 5. Le glycérol dans l alimentation des ruminants Chez les ruminants, le glycérol est produit naturellement par la fermentation ruminale des lipides ingérés. Le glycérol est alors dégradé en acide propionique. Il est probable que le glycérol provenant de l alimentation est digéré de la même façon que le glycérol endogène issu des fermentations du rumen. Des études confirment que l apport de glycérol dans la ration réduit le rapport entre l acide acétique et l acide propionique (Khalili et al., 1997 ; Schröder et Südekum, 1999 ; Defrain et al., 2004). De ce fait, le glycérol dans la ration est une source d énergie parfaitement adaptée aux ruminants. Depuis de nombreuses années, le glycérol a été utilisé pour traiter les cétoses chez la vache laitière pour son effet glucoformateur. De ce fait, il est utilisé pour cet objectif nutritionnel particulier dans la période de la 3 ème à la 6 ème semaine de lactation. Plus récemment, Defrain et al. (2004) ont distribué du glycérol avant et après vêlage en mélange dans une ration complète. Cet apport entraîne une baisse de l ingestion dans la période qui précède le vêlage et cela augmente donc le risque de cétose pour les animaux de ce lot. Une baisse de lait sur les 21 premiers jours de lactation est constatée pour les lots ayant reçus du glycérol (430 ou 860 g/vl/j) mais la différence par rapport au témoin n est pas significative, elle traduit juste une tendance. Il semble que ces différences puissent être, en partie au moins, imputées à la qualité des fourrages distribués à chaque lot. Un essai sur des vaches hautes productrices en début de lactation consommant une ration complète (voir tableau 2) montre que l apport de glycérol (500 g/vl/j) augmente 4

5 l ingestion, la production laitière et le taux protéique. De plus, cela permet de réduire la perte d état. Tableau 2 : effet sur les performances zootechniques de l apport de glycérol dans une ration complète distribuée à des vaches laitières hautes productrices (Bodarski et al., 2005) Moyenne sur 10 semaines de lactation Témoin g/vl/j g/vl/j Lait brut (kg/j) 32,1 36,8 36,1 Taux protéique (g/kg) 31,3 32,3 34,8 Ingestion (kg MS/j) 19,9 21,5 21,8 Ces différentes études menées sur des vaches laitières aboutissent à des conclusions parfois divergentes sur les effets de l apport de glycérol directement dans la ration. En résumé des données bibliographiques, à partir d essais de courte durée sur bovins, un apport de 500 à 850 g de glycérol pur /jour/animal sur des vaches laitières à différents stades et différents régimes n engendre pas de modifications d'ingestion, de production de lait, de TB et de TP. 6. Disponibilités futures et prix du glycérol L objectif français est d atteindre un taux d incorporation des agrocarburants dans les carburants d origine fossile de 7 % en 2010, ce qui est supérieur à la volonté de tous les autres pays européens engagés dans cette démarche. Il s agit donc de multiplier par 3,2 la production de bioéthanol et par 3,5 celle de biodiesel entre 2006 et Les productions de biodiesel et de bioéthanol devraient respectivement atteindre 2,62 millions de tonnes et tonnes pour respecter ces objectifs. Si les objectifs sont respectés, la disponibilité en glycérol pourrait être de l ordre de tonnes en 2010, tandis que 2,5 à 3,4 millions de tonnes de tourteaux de colza seraient également produits (Rouillé et al., 2008). Sachant que tout le glycérol ne sera pas destiné à l alimentation animale, et que l effectif de vaches laitières est estimé à 3,7 millions de têtes pour 2010, il paraît raisonnable d estimer que ces animaux pourraient consommer ce coproduit disponible sans trop de difficultés (en moyenne 7 kg par vache et par an). De plus, ce coproduit peut être utilisé par les volailles et les porcs. Toutefois, l écoulement du glycérol en alimentation animale, comme pour les autres coproduits des agrocarburants, dans des conditions techniques et économiques acceptables dépendra de facteurs multiples : De la composition du glycérol, de la valeur nutritionnelle, de la digestibilité donc de la meilleure connaissance possible du produit. De l évolution du marché des aliments composés. Du potentiel de fabrication d aliments à la ferme. De la qualité sanitaire. PROLEA indique que le prix (mai-juin 2009) du glycérol varie entre 120 et 180 euros/tonne ce qui permet son utilisation en alimentation animale. On note cependant que son utilisation par les fabricants d aliments du bétail est extrêmement dépendante de la fluctuation des prix : de 100 à plus de 800 euros/tonne sur les derniers mois! 5

6 7. Recommandations La glycérine à plus de 80 % de glycérol peut être utilisée en alimentation des vaches laitières et des autres ruminants (Afssa, 2007). Pour les vaches laitières, la dose maximale recommandée est de 100 g de glycérol / kg d aliment concentré, pour une ration qui contient 50 % de concentrés. Un apport de glycérol ne présente donc aucun risque dans les bornes fixées par l Afssa. Le glycérol est un aliment très énergétique, qui joue aussi dans les aliments composés un rôle d'agent conservateur et de facteur d appétence. Pour des raisons de tenue des granulés, les fabricants d aliments du bétail recommandent de ne pas incorporer plus de 8 % de glycérol afin de ne pas accroître le risque de friabilité. De façon pratique, pour une vache laitière qui ingère environ 20 kg de MS / jour, cela signifie que l apport maximal doit être de 1 kg de glycérol/vl/jour, soit 1,25 kg de glycérine à plus de 80 % de glycérol. Bien que les performances zootechniques semblent favorables à l utilisation du glycérol dans les rations, les effets doivent encore être précisés, en particulier lors d utilisation sur une longue période. 8. Conclusion Le glycérol est un coproduit de la fabrication du biodiesel mais il n est pas encore très utilisé en alimentation animale. Cela est en grande partie dû à une demande sur d autres marchés. Cette situation pourrait changer avec l augmentation importante de la production d agrocarburants. Le glycérol contient beaucoup d énergie qui peut être valorisée par les ruminants. Les résultats sur les performances zootechniques doivent encore être précisés. De plus, il semble que l apport de ce coproduit dans l alimentation des vaches laitières pourrait permettre de diminuer les émissions de méthane par les animaux. Pour en savoir plus : Visitez notre rubrique «Les coproduits pour l alimentation des ruminants» Références bibliographiques Afssa, Avis de l Agence française de sécurité sanitaire des aliments sur l innocuité de la glycérine utilisée en tant que matière première en alimentation animale pour toutes espèces. Saisine n 2007-SA-0013, 4 pages. Bodarski R., Wertelecki T., Bommer F., Gosiewski S., The change of metabolic status abd lactation performance in dairy cows under feeding TMR with glycerine (glycerol) supplement at periparturient period. Electronic journal of Polish agricultural universities, 8, issue 4. Defrain J.M., Hippen A.R., Kalscheur K.F., Jardon P.W., Feeding glycerol to transition dairy cows : effects on blood metabolites and lactation performances. Journal of dairy science, 87, Khalili H., Varvikko T., Toivonen V., Hissa K., Suvitie M., The effects of added glycerol or unprotected free fatty acids or combinaison of the two on silage intake, milk production, rumen fermentation and diet digestibility in cows given grass silage based diets. Agricutural Food Science, 6,

7 Rouillé B., Brunschwig P., Le Gall A., Evaluation des consommations globales de concentrés par les vaches laitières et disponibilités possibles en coproduits d agrocarburants. CR Collection Résultats, 46 pages. Schröder A., Südekum K.H., Glycerol as a by-product of biodiesel production in diets for ruminants. Rapeseed congress, paper n 241, Canberra, Australia. Südekum K.H, Utilisation du glycérol en alimentation animale. Journée AFTAA, Les corpoduits des biocarburants. 7