Réduire la production de méthane dans le rumen pour améliorer l'efficacité alimentaire et contrer les changements climatiques

Changement climatique

Le changement climatique est le problème environnemental majeur de notre époque. La grande majorité des climatologues s'entendent pour dire que la concentration accrue de «gaz à effet de serre»(GES) dans l'atmosphère terrestre est responsable de l'augmentation de la température mondiale depuis le début des années 1900. Les principaux GES sont le dioxyde de carbone, le méthane et l'oxyde nitreux. Ces gaz réchauffent l'atmosphère en piégeant l'énergie que la terre émet et qui serait normalement dissipée dans l'espace. Les scientifiques sont convaincus que les activités de l'homme comptent pour une grande partie des émissions supplémentaires de GES, et que leur production annuelle doit être réduite pour éviter des changements catastrophiques à notre environnement. Au Canada, les émissions du secteur agricole représentent 8,3% des émissionsi totales de GES d'origine humaine.

Pourquoi le méthane provenant du bétail est-il important?

Bien que le dioxyde de carbone (CO2) soit le principal GES, le méthane (CH4) est beaucoup plus puissant, avec un potentiel de réchauffement planétaire 30 fois plus élevé par gramme que le CO2. Au Canada, le bétail contribue à environ 70 % des émissions totales de méthane, dont la grande partie provient du rumen. Cela représente environ 40 % des émissions totales de GES1 d'origine agricole. Ainsi, même une réduction modeste du taux de production de méthane par le bétail aurait un effet important et positif.

Comment les bovins produisent-ils du méthane?

Les bovins et autres ruminants ont une capacité bien développée à utiliser les régimes riches en fibres, grâce aux microbes symbiotiques présents dans leur rumen. Les êtres humains tirent avantage des bovins de boucherie, du fait qu'ils jouent un rôle essentiel dans la conversion d'aliments à teneur élevée en fibre comme le foin (qui seraient autrement inutilisables par l'homme et les autres animaux monogastriques) en grandes quantités de protéines animales de qualité élevée. Comme une grande partie des terres utilisées pour nourrir les bovins de boucherie ne conviennent pas à la production de céréales ou d'oléagineux, la quantité que les bovins consomment représente peu de ce qui pourrait être utilisée directement par les humains. Les bovins sont cependant une source importante d'émission de méthane. Une grande partie du méthane que l'animal exhale est un sous-produit de la digestion microbienne dans le rumen. Une source d'émissions de méthane beaucoup plus faible provient de la décomposition du fumier.

Réduire le méthane produit dans le rumen

Le méthane est non seulement mauvais sur le plan environnemental, mais il représente une perte de 3 % à 10 % de l'énergie (le CH4 est le principal constituant du gaz naturel) générée par le processus de digestion. Réduire les émissions de méthane provenant du rumen ne réduirait pas seulement les émissions de GES, mais pourrait également se traduire par une utilisation accrue de l'énergie alimentaire par l'animal. Donc, les stratégies visant à réduire les émissions de méthane ont aussi la possibilité de réduire les coûts d'alimentation.

Diverses voies sont explorées dans le but de réduire la quantité de méthane produite dans le rumen: additifs alimentaires, rajustement de la quantité et de la qualité des fourrages servis et modification des populations microbiennes du rumen. Cependant, à mesure que les microbes du rumen s'adaptent aux nouvelles conditions, plusieurs des effets bénéfiques constatés s'amenuisent. D'autres méthodes utilisées font appel à des composés qui sont eux-mêmes nocifs pour l'environnement, alors que certains des composés efficaces ont un impact négatif sur la productivité.

À l'Université de l'état de Pennsylvanie, une expérience récente menée par Alexander Hristov et ses collaborateursii a permis d'examiner l'utilisation d'un nouvel inhibiteur de méthane, le 3­nitrooxypropanol (3-NOP), chez des vaches laitières holstein en lactation. Les rations alimentaires servies étaient constituées d'ensilage de maïs et d'ensilage de luzerne. Les 48 vaches ont été affectées à l'un des quatre groupes suivants : 1= témoin (0 mg/kg); 2= faible dose (40 mg/kg); 3= dose moyenne (60 mg/kg); et 4= dose élevée (80 mg/kg). Du propylène glycol a été utilisé comme support pour le 3-NOP et tous les groupes ont reçu la même quantité de glycol.

Les données recueillies au cours des 12 semaines de l'essai incluaient les mesures de productivité typiques comme la consommation alimentaire, la production de lait, le taux de gras du lait, l'efficacité alimentaire et le poids corporel. Des échantillons de gaz respiratoires ont été prélevés à intervalles de 2 à 4 semaines à des fins d'analyse de méthane, de dioxyde de carbone et d'hydrogène1. Les émissions de méthane ont été considérablement réduites avec l'ajout de 3-NOP dans l'alimentation (figure 1). En comparaison avec le groupe témoin, l'ajout de 40 mg/j, 60 mg/j et 80 mg/j de 3-NOP dans l'alimentation a réduit les émissions de méthane de 25 %, 31 % et 32 % respectivement. Le 3-NOP n'a pas eu d'impact sur les émissions de dioxyde de carbone.

Figure 1. Émission de méthane de la respiration des vaches laitières qui ont reçu des rations incluant des teneurs de 3-nitrooxypropanol

Émission de méthane de la respiration des vaches laitières qui ont reçu des rations incluant des teneurs de 3-nitrooxypropanol.

Quelques résultats de productivité sont présentés au tableau 1. Aucune différence significative pour la consommation de matière sèche, le lait corrigé pour l'énergie, le taux de gras du lait ou le taux de protéine vraie du lait. Cependant, les groupes 3-NOP ont démontré un changement de poids corporel plus grand que le groupe témoin, en engendrant un gain de poids moyen 80 % plus rapidement pendant l'essai de 12 semaines.

Tableau 1. Effet du 3-nitrooxypropanol sur les mesures de productivité des vaches laitières

Mesure
Ration
Probabilité d'un effet*
Groupetémoin
3-NOP
faible
3-NOP
moyen
3-NOP
élevé
Groupe témoin vs groupes traités1
Effet linéaire2
Consommationde matière sèche (kg/j)
28,0
28,0
27,7
27,5
>,10
>,10
Lait corrigé pour l'énergie (kg/j)
44,9
45,2
46,2
43,9
>,10
>,10
Gras du lait (%)
4,08
3,98
4,02
4,25
>,10
>,10
Protéine vraie du lait (%)
3,06
3,14
3,12
3,13
,07
>,10
Changement de poids (g/j)
210
353
451
330
,05
,09

* seules les valeurs de probabilité ≤ 0,10 sont montrées
1 comparaison entre le groupe témoin et l'effet réuni des groupes traités
2 effet de la teneur en 3-NOP de la ration alimentaire sur les mesures. (P. ex. Est-ce que la consommation de matière sèche varie avec la quantité de 3-NOP dans l'alimentation d'une manière linéaire (droite)?

Le futur

Bien que la recherche avec le 3-nitrooxypropanol soit à un stade très précoce, elle semble assurément prometteuse comme moyen pouvant être utilisé pour réduire les émissions de méthane par les bovins. Quoique cette première expérience ait été menée sur des vaches laitières, le fonctionnement du rumen chez les vaches de boucherie est assez similaire. Un aspect encourageant pour l'industrie de la viande est le gain de poids des vaches qui s'est jumelé à la réduction des émissions de CH4. Cela indique que les microbes du rumen ont réussi à capter une petite partie de l'énergie qui aurait été perdue en émissions de méthane et à retenir cette énergie pour la vache. Bien que le processus de gain de poids des vaches en lactation soit quelque peu différent de celui des bovins en croissance, il semble qu'il serait possible que le 3-NOP puisse avoir un effet positif similaire.

Même si le rumen doit recevoir le 3-NOP sur une base quotidienne, son intégration dans une ration de croissance devrait être assez facile quand un mélange de concentrés est servi. Pour les animaux nourris uniquement de fourrages stockés ou au pâturage, le 3-NOP pourrait être ajouté au sel ou aux minéraux, ou encore sous la forme d'un bolus à libération lente dans le rumen.

De nombreux autres essais sont nécessaires pour vérifier ces résultats et pour expérimenter l'additif sur un plus grand éventail d'animaux et de conditions d'élevage. La sécurité des animaux et de l'homme devra également être évaluée avant que le 3-NOP puisse être envisagé pour la certification comme produit commercial. Mais cette expérience montre que cet additif a un potentiel, et qu'il est possible de réduire les émissions de méthane chez les ruminants avec un effet minimal sur le rendement.

1La mesure pour l'hydrogène est liée au mode d'action du 3-NOP.

iRapport d'inventaire national 1990-2013: Sources et puits de gaz à effet de serre au Canada - Sommaire
https://www.ec.gc.ca/ges-ghg/default.asp?lang=Fr&n=5B59470C-1&offset=4&toc=show
iiHristov, AN et al (2015). An inhibitor persistently decreased enteric methane emission from dairy cows with no negative effect on milk production. PNAS 112 (34): 10663-10668.


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