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L’intensification et la concentration de l’élevage porcin dans certaines régions, comme la Bretagne, a entraîné des problèmes environnementaux. Les éléments nutritifs rejetés (N, P, Cu, K,…) par l’animal dans l‘environnement impactent la qualité du sol, de l’eau et de l’air. En raison de leur faible taux d’absorption par le porc, le cuivre (Cu) et le zinc (Zn) sont des oligo-éléments concernés par ce risque environnemental.

Pourquoi ajouter du cuivre et du zinc à l’alimentation des porcs ?

Le Cu et le Zn sont des minéraux considérés comme essentiels pour le bon fonctionnement du métabolisme porcin (expression des gènes, transport du fer, protection contre le stress oxydatif…) (Suttle, 2010). Ils sont ajoutés en supplémentation dans l’alimentation des porcs afin de satisfaire leurs besoins, qui sont estimés à 5-6 ppm pour le Cu et à environ 50 ppm pour le Zn (NRC, 2012). L’objectif est également de contrer certains effets antagonistes apportés par d’autres éléments (phytates, calcium…), qui diminuent la biodisponibilité du Cu et du Zn pour le porc, et donc leur absorption (Jondreville et. al, 2002 ; Revy et al., 2003).

Quelles sont les conséquences sur l’environnement ?

Une grande partie du Cu et du Zn ingérés se retrouvent dans les effluents porcins, de 80 à 90%, et les lisiers bruts peuvent contenir jusqu’à 1000 mg/kg MS de Cu et jusqu’à 2000 mg/kg MS de Zn (Dourmad et al., 2002 ; Jondreville et al., 2002). L’épandage direct des effluents est la pratique la plus courante de gestion de ces déchets. L’augmentation de Cu et Zn dans le sol, suite à cela, peut entrainer des baisses de rendement à l’hectare sur certaines cultures, comme les légumineuses ou les céréales à paille (Hartman 1978 ; Mc Grath, 1980). De même, l’excès de Zn impacte négativement la composition et l’activité microbienne du sol (Mc Grath et al, 1995). Différentes stratégies existent afin de réduire l’accumulation dans les sols du Cu et du Zn issus de l’épandage des effluents porcins, dont la réduction de ces éléments dans l’aliment, afin de réduire leur excrétion. La réglementation a déjà évolué depuis ces dernières années pour aller vers cet objectif (EU 2016/1095, EU 2018/1039). Des efforts sont encore possibles pour réduire les teneurs en Cu et Zn de l’aliment. Le traitement des effluents (valorisation énergétique et agronomique) présente un grand intérêt pour apporter de la valeur ajoutée aux systèmes d’élevage et peut consister en une autre stratégie. Cependant, peu d’études ont porté sur le devenir du Cu et du Zn contenus dans le lisier de porcs après différents traitements.

Objectifs de la thèse

L’objectif principal de cette thèse est de caractériser les flux de Cu et de Zn à une échelle globale aliment-déjection-sol et d’identifier des leviers d’action à mettre en œuvre pour réduire l’impact environnemental de ces éléments.
La première étape de cette thèse consiste en la réalisation d’une étude bibliographique et en la création d’une base de données qualifiant ces flux de Cu et de Zn, en prenant en compte différents types de traitements des effluents (raclage en V, séparation de phase, méthanisation, compostage…) avant retour au sol des effluents porcins. Elle sera construite à l’aide de la bibliographie et d’analyses réalisées sur des échantillons collectés auprès de la Cooperl sur leurs filières de gestion des effluents.
Cette base de données sera utilisée pour la deuxième étape et permettra de construire un modèle de prédiction des flux de Cu et de Zn à l’échelle aliment-déjection-sol en prenant en compte la composition des aliments et les modalités de collecte et de gestion des effluents.
La dernière étape est la réalisation d’expérimentations afin de tester différentes stratégies alimentaires innovantes identifiées à l’aide du modèle. Des essais zootechniques, pour évaluer les performances des animaux, et des essais de digestibilité, pour quantifier les teneurs en Cu et Zn des effluents, seront réalisées. L’UR Opaale appuiera l’analyse des produits issus des traitements.

Ces différentes données nous permettront de piloter les flux d’éléments dès l’alimentation des porcs et d’assurer une valorisation optimale des effluents d’élevage pour apporter de la valeur ajoutée aux effluents tout en limitant les pertes vers l’environnement.

Emma Gourlez travaille sur ce sujet de thèse depuis octobre 2020 pour une durée de 3 ans, dans le cadre d’une thèse cifre financée par Animine et du projet Recuiz, en partenariat avec la Cooperl. Elle est encadrée par Francine De Quelen et Jean-Yves Dourmad dans l’équipe Sysporc, Fabrice Béline de l’UR Opaale et Alessandra Monteiro chez Animine.

Références

• Commission Implementing Regulation (EU) 2016/1095 du 6 juillet 2016.
• Commission Implementing Regulation (EU) 2018/1039 du 23 juillet 2018.
• Jean-Yves Dourmad, Candido Pomar, D. Masse. Modélisation du flux de composés à risque pour l'environnement dans un élevage porcin. 34. pp.183-194. Journées de la Recherche Porcine, Feb 2002, Paris, France. ⟨hal-02826461⟩
• Hartmans J., 1978. Identifying the priority contaminants toxicological aspects of animal effluents. In : Animal and Human Health Hazards associated with the utilization of animal efflents, Kelly W.R. (Ed). EEC Publication, Dublin, Ireland, 35-56.
• Catherine Jondreville, P.S. Revy, Anne Jaffrézic, Jean-Yves Dourmad. Le cuivre dans l'alimentation du porc : oligoélément essentiel, facteur de croissance et risque potentiel pour l'homme et l'environnement. Productions animales, Institut National de la Recherche Agronomique, 2002, 15 (4), pp.247-265. (DOI)
• McGrath M.C, 1980. Implications of applying copper rich pig slurry to grassland; effects on plant and soil. In : Copper in animal wastes ans sewage sludge, : L'Hermite P., Dehandtschutter J. (Ed). Proc. EEC Workshop, INRA Publisher, Bordeaux, France, 144-153. (DOI)
• McGrath S.P., Chaudri A.M., Giller K.E., 1995. Long term effects of metals in sewage sludge on soils, microorganisms and plants. Journal of Industrial  Microbiology, 14, 94-104. (DOI)
• National Research Council (NRC), 2012. Nutrient Requirement of Swine. The National Academies Press, Washington D.C., USA.
• P.S. Revy, Catherine Jondreville, Jean-Yves Dourmad, Yves Nys. Le zinc dans l'alimentation du porc : oligo-élément essentiel et risque potentiel pour l'environnement. Productions animales, Institut National de la Recherche Agronomique, 2003, 16 (1), pp.3-18. (DOI)
• Suttle N.F., 2010. Mineral nutrition of livestock, 4th Edition. Cabi, Oxfordshire, United Kingdom, 579p.

Contact

Emma Gourlez : emma.gourlez[at]inrae.fr (doctorante)
Fabrice Béline : fabrice.beline[at]inrae.fr (directeur de thèse)
Francine De Quelen : francine.dequelen[at]inrae.fr (co-directrice de thèse)
Jean-Yves Dourmad : jean-yves.dourmad[at]inrae.fr (co-directeur de thèse)
Alessandra Monteiro : amonteiro[at]animine.eu (encadrante Animine)