La valorisation des protéagineux dans l alimentation du bétail

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1 Un certain nombre de fourrages dont le maïs, les betteraves, les céréales, nécessitent une complémentation azotée. Le soja est de loin la source protéique la plus utilisée. En 1973, l embargo sur le soja pose le problème de la dépendance de l Europe vis-à-vis d autres pays pour son autonomie en protéines. Quelles sont actuellement outre l azote non protéique, les alternatives au soja dans l alimentation des diverses espèces animales (ruminants, porcs, volailles)? La valorisation des protéagineux dans l alimentation du bétail Eric Froidmont 1, Pascal Leterme 2 1 CRA-W, Département Productions et Nutrition animales, 8 rue de Liroux, 5030 Gembloux 2 Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon, Unité de Zootechnie, Marcy l Etoile, France 1. L Europe face à son approvisionnement en protéines Dès 1962, la Communauté Economique Européenne a décidé de favoriser la production céréalière au détriment des oléoprotégineux avec la mise en place de la PAC. Cette décision a eu des répercussions dès 1973, lorsque les Etats-Unis ont imposé un embargo à l Europe sur le soja en raison de conditions climatiques désastreuses. Les Européens ont alors perçu leur trop grande dépendance vis-à-vis de l extérieur pour couvrir leurs besoins en protéines végétales, destinées principalement à l alimentation animale. En 1978, l Union Européenne (UE) a donc décidé de subventionner la production de protéagineux, tels le pois et la féverole. Les premières années, il a fallu régler de nombreux problèmes phytotechniques. Il fallait développer et multiplier des variétés productives, savoir comment combattre les maladies et comment récolter les graines. Au milieu des années 80, le taux d autosuffisance en protéines végétales de l UE a dépassé le seuil de 40%. Cependant, en 1992, suite aux négociations de l Uruguay Round, l UE était contrainte de limiter sa superficie emblavée en oléoprotéagineux alors que les accords de Berlin en 1999 ramenaient progressivement les primes à l hectare des oléagineux au niveau d aide des céréales. Ces éléments ont fait qu à la fin des années 90, la production de protéagineux en Europe n avait toujours pas eu l essor escompté. Les farines de viande et de poisson étaient par contre largement utilisées dans l alimentation du bétail. En 2000, l apparition de l ESB (Encéphalopathie Spongiforme Bovine) et l interdiction d incorporer ces farines dans les aliments, ont à nouveau révélé le déficit en protéines végétales de l UE. En 2002, l Europe ne produisait en effet que t de protéines végétales alors que les quantités utilisées dans l alimentation animale dépassaient t, impliquant des importations massives de tourteau de soja ( t). En plus des risques liés à un approvisionnement irrégulier, cette situation a des répercussions sur les plans sociétal (une large proportion de ce soja est issue de cultures génétiquement modifiées), 1

2 sanitaire (l utilisation de denrées provenant d outre atlantique complique la traçabilité complète des productions animales) et économique (l Europe reste dépendante des marchés américains). L agriculture européenne d aujourd hui a donc été largement façonnée par cette suite d évènements et de décisions politiques. Elle se caractérise par une importation de plus de 75% des besoins en protéines végétales (soit l équivalent de 15 millions d hectares), une exportation de céréales et de viandes blanches, une spécialisation extrême des exploitations avec une large proportion de terres en situation de monoculture, des problèmes environnementaux de plus en plus préoccupants et, au final, un nombre de paysans en constante diminution. Le développement d un plan pour une plus large autonomie en protéines végétales, au moins à l échelle régionale, devient une nécessité. Il serait sans doute d autant plus bénéfique qu il soit envisagé dans une volonté de désintensification des productions animales en impliquant notamment de nouveaux échanges entre pays et une révision des systèmes de production. 2. Le pois protéagineux en tant qu alternative au tourteau de soja Un des problèmes majeurs rencontrés pour le pois était le fait que les plantes s affaissaient avant la récolte, ce qui rendait très difficile la récolte mécanique. L apparition de variétés «afila», constituées essentiellement de vrilles et permettant un port érigé de la plante, a permis de résoudre ce problème. La production s est vraiment développée au milieu des années 80. Les producteurs d aliments pour animaux se sont également interrogés sur les qualités des protéagineux européens et sur les taux d incorporation à appliquer, compte tenu de leur valeur alimentaire et de la présence possible de facteurs antinutritionnels, de l équilibre en acides aminés, du goût, etc. L Unité de Zootechnie de la FUSAGx a entrepris une série d études pour répondre à ces questions, grâce à l appui financier du Ministère fédéral de l Agriculture (ex-irsia) Pas de substances antinutritionnelles dans le pois Le premier problème abordé était celui des facteurs antinutritionnels présents dans les graines de pois. En effet, les fabricants craignaient que toutes les variétés ne contiennent des quantités élevées de substances antinutritionnelles, en l occurrence des «inhibiteurs protéolytiques». Ce sont des substances qui se lient aux enzymes digestives du pancréas (trypsine et chymotrypsine) et perturbent la digestion des protéines. Les travaux réalisés à Gembloux ont permis de montrer que, en réalité, seules certaines variétés contiennent des quantités suffisamment élevées pour affecter les animaux. Ce sont les variétés d hiver utilisées dans le Sud Ouest de la France, certaines variétés anglaises sélectionnées à partir de la variété Maro (variété de conserverie), et toutes les variétés obtenues à partir de cellesci (Leterme et al, 1990a, 1992). Ces données ont servi, pendant plusieurs années, de référence à la filière pois européenne Le pois, source de protéines et d énergie Le groupe de recherche s est également penché sur la composition chimique et la valeur alimentaire du pois chez le porc et a montré que le pois a une valeur énergétique comparable à celle des céréales (Leterme et al, 1989). Mais c est surtout la qualité des protéines qui a fait l objet d attentions: les protéines de pois sont déficientes en acides aminés soufrés (méthionine et cystéine) et en tryptophane et ce déficit a pour origine les 2

3 protéines de réserve (Leterme et al, 1990b). Par ailleurs, la digestibilité des acides aminés, mesurée à l extrémité de l intestin grêle, est relativement faible si on la compare à celle des protéines d autres aliments (Leterme et al, 1990c) La digestion des protéines est affectée par les fibres Avec des collègues français et allemands, le groupe a ensuite cherché à comprendre l origine de la faible digestibilité des protéines. Celle-ci ne semblait pas due aux propriétés des protéines ou de la graine de pois elle-même puisque les valeurs de digestibilité estimées en laboratoire («in vitro») étaient élevées. Des essais complexes, subventionnés par l IRSIA et l UE, ont été menés afin de faire la distinction entre les protéines alimentaires (provenant du pois) présentes dans l intestin et les protéines d origine endogène (provenant des sécrétions digestives ou de l intestin). La technique utilisée fait appel à un isotope stable de l azote, l azote-15 (ou 15 N). Grâce à cette technique, nous avons été en mesure de confirmer la digestibilité élevée des protéines du pois (> 90 %) et de montrer que la présence du pois dans l intestin provoque une perte élevée de protéines endogènes (> 50 % de l excrétion totale de protéines ; Leterme et al, 1996a, b, 1998a). Il restait alors à découvrir la cause de cette perte importante de protéines provenant de l animal. La responsabilité des substances antinutritionnelles avait été écartée auparavant. Grâce à des fractions purifiées de fibres cotylédonaires et tégumentaires du pois, fournies par la société Provital de Warcoing, nous avons été en mesure de montrer que ce sont les fibres cotylédonaires de la graine de pois qui sont responsables de cet effet sur l intestin et les pertes de protéines animales. Ces fibres se gorgent d eau et prennent un volume très important dans l intestin, ce qui cause à la fois une production plus importante de sécrétions et une moindre réabsorption des protéines sécrétées (Leterme et al, 1996b, 1998b, Leterme et Théwis, 2004). Cet effet des fibres sur les pertes endogènes a ensuite été confirmé avec l orge (Leterme et al, 2000) 2.4. Vers un nouveau système de formulation des aliments Les travaux réalisés sur la digestibilité réelle des protéines du pois et sur les pertes endogènes, ont remis en question le principe même de la formulation des aliments concentrés en alimentation animale. Cette formulation est basée sur l hypothèse que les fractions digestibles de chaque matière première dans le régime s additionnent. En d autres termes, qu elles sont «additives». En collaboration avec nos collègues de Rennes et de Rostock, nous avons montré qu en fait, seules les protéines alimentaires digestibles le sont alors que les pertes endogènes ne le sont pas (Dehareng et al, 2001). Ceci réfute donc le principe de base de la formulation alimentaire. Cependant, nos travaux ont été arrêtés et d autres seront nécessaires pour développer un système qui prenne en compte l importance des pertes endogènes sur l utilisation faite par l animal des protéines alimentaires. A notre connaissance, aucun laboratoire dans le monde ne se penche sur ce problème à l heure actuelle. 3

4 3. Le lupin en tant qu alternative au tourteau de soja Quatre années d essais au CRA-W ont permis de cerner les possibilités phytotechniques du lupin. La plante est un modèle cultural : excellente tête de rotation, bon maintien de la structure du sol et enrichissement modéré en azote en fin de saison, ce qui pose peu de problèmes de lessivage hivernal. Actuellement, comme pour les autres légumineuses à graines, la rentabilité reste faible dans le contexte européen actuel (soja bon marché et prix faible des engrais azotés), ce qui plaide pour une consommation en circuit court. Toutefois, ce contexte ne devrait pas durer. L augmentation de la demande en soja suite à l expansion des élevages en Asie et à l apparition de l ESB ainsi que l accroissement du prix de l énergie devrait permettre une meilleure rentabilité de ces cultures. Il faut dès maintenant se préparer à une telle éventualité, à l image de l Australie qui ne cultivait quasiment pas de lupin il y a 10 ans et qui en compte maintenant ha. Auparavant, le lupin était délaissé par les fabricants d aliments pour bétail en raison de sa haute teneur en alcaloïdes qui sont néfastes pour les animaux. La sélection variétale a toutefois permis de créer des variétés dites douces, ne contenant quasiment plus d alcaloïdes comparativement aux anciennes variétés (dites amères ). Des variétés d hiver apparaissent également sur le marché et devraient assurer des rendements plus réguliers aux producteurs à l avenir. Parmi les protéagineux cultivables dans nos régions, la graine de lupin contient plus de protéines (36%) que celles du pois protéagineux (24%) ou de la féverole (29%). Elle est par ailleurs beaucoup moins riche en amidon et apporte une grande partie de l énergie sous la forme de lipides, ce qui est un avantage tant dans l alimentation des monogastriques (diversification de l apport énergétique) que des ruminants (limite des risques d acidose dans le rumen). C est pourquoi le Département Productions et Nutrition animales du CRA-W a réalisé plusieurs expériences (Froidmont et Bartiaux-Thill, 2004b) afin d estimer la valeur nutritionnelle des variétés actuelles du lupin grâce au soutien financier de la Région Wallonne Le lupin : une protéine de qualité pour les ruminants Valorisation de la graine Que ce soit chez la vache laitière (Froidmont et Bartiaux-Thill, 2003 et 2004a) ou le taurillon Blanc Bleu Belge culard (BBBc - Froidmont et al., 2003a), les protéines fournies par la graine de lupin sont aussi bien valorisées que celles du tourteau de soja. Il est toutefois important de distribuer le lupin sous une forme de farine grossièrement moulue afin d éviter une dégradabilité trop importante de ses protéines dans le rumen et assurer de ce fait un apport suffisant de protéines alimentaires digestibles. Chez la vache laitière, le lupin ne doit pas être apporté en quantité supérieure à 6 kg/j/vache au risque de voir chuter le taux butyreux du lait en raison d un excès de certains acides gras alimentaires. Chez le taurillon BBBc, un taux d incorporation de 35% ne pose pas de problème d appétence. A l avenir, les recherches devront permettre de déterminer le mode de présentation qui soit optimal pour la valorisation des graines et assure une rentabilité maximale Valorisation de la plante L ensilage de maïs est bien souvent le principal fourrage de la ration des vaches laitières. Cet ensilage est riche en énergie mais déficitaire en protéines. La plante de lupin est par contre riche en protéines mais, comme toutes les légumineuses, peut difficilement s ensiler 4

5 seule pour des raisons de conservation. L association de ces deux plantes dans un même ensilage a permis d obtenir un fourrage se conservant facilement et plus riche en protéines que l ensilage de maïs traditionnel. Comparativement à l ensilage de maïs, il a permis de réaliser des économies considérables de concentré protéique (500 g/j/vache), susceptibles de réduire le coût de l alimentation des vaches sans affecter leur production laitière (Froidmont et al., 2004a) Le lupin peut aussi être envisagé pour nourrir le porc La haute teneur en galactosides des graines de lupin est responsable de leur mauvaise valorisation par le porc en croissance engraissement (Froidmont et al., 2003b). Les galactosides (raffinose, stachiose, verbascose) sont des hydrates de carbone indigestibles qui perturbent la digestion des nutriments. Ils sont fermentés à la fin de l intestin grêle et dans le colon, ce qui peut par ailleurs provoquer des problèmes de diarrhée. Deux essais menés au CRA-W ont permis de montrer que l ajout de galactosidase à l aliment permet d accroître la valorisation du lupin à un niveau équivalent à celle du tourteau de soja. En présence de cette enzyme, il semble également que les lupins blancs (Lupinus albus) permettent de meilleures performances que les bleus (Lupinus angustifolius). A l avenir, les recherches porteront sur l application de diverses technologies permettant de limiter l effet néfaste de ces molécules sans devoir avoir recours à la galactosidase, trop coûteuse Peut-il nourrir le poulet? Un essai réalisé en collaboration avec l unité de Zootechnie de la FUSAGx (Froidmont et al., 2004b) a permis de montrer que le lupin ne peut substituer que partiellement le tourteau de soja en alimentation aviaire. Les raisons restent obscures mais il semble que les fibres solubles, en particulier les pectines, soient en partie responsables. La présence d autres facteurs antinutritionnels spécifiques à la volaille ne sont pas non plus à exclure. A l avenir, les recherches devront cibler les variétés les plus adaptées à cette espèce animale et envisager l utilisation d un complément enzymatique à large spectre, spécifique aux constituants du lupin. 4. Conclusions L Europe peut réduire son déficit en protéines végétales si elle encourage la production et l utilisation de ses propres protéagineux car il est prouvé que ces derniers sont de bons aliments pour le bétail. Les filières de qualité différenciée sont demandeuses d une plus grande production qui permettrait de garantir une alimentation non OGM et une traçabilité sans faille des aliments pour bétail. A l échelle environnementale, la production de nos propres sources de protéines est importante pour diminuer l importation de matières azotées et l utilisation d engrais. Une réelle prise de conscience des enjeux par les décideurs politiques ou un retournement dans la situation économique actuelle seront toutefois nécessaires pour promouvoir davantage la culture des protéagineux dans un plus grand nombre d exploitations. 5

6 5. Références bibliographiques Dehareng D., Leterme P., Peyronnet C., Cherriere K., Hess V., Thibault J.N., Krawinkel B., Souffrant W.B., Thewis A., Seve B. (2001) Additivity of ileal endogenous losses and real digestibilities of amino acids determined by means of the 15N-labelled diet technique in growing pigs fed various feedstuffs. In: Lindberg J., Ogle B. (eds) Digestive Physiology in Pigs. CABI Publishing, Wallingford, U.K., pp Froidmont E., Bartiaux-Thill N. (2003). Utilisation du lupin et du pois en substitution partielle du tourteau de soja dans l alimentation des vaches laitières hautes productrices. Fourrages 174 : Froidmont E., Bartiaux-Thill N., Delbouille L., Frand X. (2003a). Influence de la substitution totale de tourteau de soja par des graines de lupin ou de pois sur la rétention azotée et les paramètres digestifs chez le taurillon Blanc Bleu Belge culard. Journées Rencontres Recherches Ruminants, 10 : 395. Paris, France. Froidmont E., Schoeling O., Deliège F., Wathelet B., Wavreille J., Bartiaux-Thill N. (2003b). Influence de la substitution du tourteau de soja par des graines de lupin, avec ou sans complément d α-galactosidase, sur la digestibilité des régimes et la rétention azotée du porc en croissance. Journées Recherches Porcines, 35 : Paris, France. Froidmont E., Bartiaux-Thill N. (2004a). Suitability of lupine and pea seeds as a substitute for soybean meal in high-producing dairy cow feed. Anim. Research, 6 (in press). Froidmont E., Bartiaux-Thill N. (2004b). Utilization of lupin (Lupinus albus, var. Arès) seeds in animal diets: synthetic report. 5th European Conference on Grain Legumes & 2nd International Conference on Legume Genomics and Genetics, 40-41, Dijon, France. Froidmont E., Delbouille L., Romnée JM, Bartiaux-Thill N. (2004a). Mixing lupin to maize silage : towards a better nutritional value of crude forage for dairy cow feeding. Workshop AEP Grain Legumes and the environment: how to assess benefits and impacts? November 2004, Zurich, Switzerland. Froidmont E., Beckers Y., Dehareng F., Théwis A., Bartiaux-Thill N. (2004b). Lupin seed as a substitute to soybean meal in broiler chicken feeding: incorporation level and enzyme preparation effects on performances, digestibility and meat composition. 55th annual meeting of the EAAP, 138. Bled, Slovenia. Leterme P., Cors F., Beckers Y., Théwis A. (1989) Composition chimique et valeur alimentaire du pois protéagineux chez le porc en croissance. Revue de l'agriculture 42 (4), Leterme P., Beckers Y., Théwis A. (1990a) Trypsin inhibitors in peas: varietal effect and influence on crude protein digestibility by growing pigs. Animal Feed Science and Technology 29, Leterme P., Monmart T., Baudart E. (1990b) Amino acid composition of pea (Pisum sativum) proteins and protein profile of pea flour. Journal of the Science of Food and Agriculture 53 (1), Leterme P., Théwis A., Beckers Y., Baudart E. (1990c) Apparent and true ileal digestibility of amino acids and nitrogen balance measured in pigs with ileo-rectal anastomosis or T-cannulas, given a diet containing peas. Journal of the Science of Food and Agriculture 52 (4), Leterme P., Monmart T., Théwis A. (1992) Varietal distribution of the trypsin inhibitor activity in peas (Pisum sativum) Animal Feed Science and Technology 37 (3-4), Leterme P., Théwis A., François E., P. van Leeuwen, B. Wathelet, J. Huisman (1996a) The use of 15Nlabeled dietary proteins for determining true ileal amino acid digestibilities is limited by their rapid recycling in the endogenous secretions of pigs. Journal of Nutrition 126, Leterme P., van Leeuwen P., Théwis A., Huisman J. (1996b) Chemical composition of pea inner fibre isolates and their effect on the endogenous digestive secretions in pigs. Journal of the Science of Food and Agriculture 72,

7 Leterme P., Monmart T., Morandi P., Théwis A. (1996c) Oral and parenteral N nutrition vs N-free nutrition on the ileal endogenous losses and the molecular weight distribution of the nitrogenous compounds in the ileal digesta of pigs. Journal of the Science of Food and Agriculture 71, Leterme P, Sève B, Théwis A (1998a) The current 15N-leucine technique is not suitable for quantitative measurements of ileal endogenous amino acid flows in pigs. Journal of Nutrition 128, Leterme P., Froidmont E., Rossi F., Théwis A. (1998b) The high water-holding capacity of pea fibers affects the ileal flow of endogenous acids in pigs. Journal of Agricultural and Food Chemistry 46, Leterme P., Souffrant W.-B., Théwis A. (2000) Effect of barley fibres and barley intake on the ileal endogenous N losses in piglets. Journal of Cereal Science 31 (3), Leterme P., Théwis A. (2004) Effect of pig bodyweight on ileal amino acid endogenous losses after ingestion of a protein-free diet enriched in pea inner fibre isolates. Reproduction, Nutrition, Development 44,