conséquences des nouveaux «systèmes d’unités … · 1 / le contexte de la formu-lation 1.1 /...

Les nouvelles tables multi-espèceséditées conjointement par l’INRA etl’AFZ en 2004 apportent de nombreuxéléments nouveaux dans le domaine del’alimentation phosphorée des animauxd’élevage. La teneur en phosphore totaldes matières premières a été réactuali-sée en fonction des données récentes decomposition, en y associant une infor-mation en terme de variabilité, et lesvaleurs d’activité phytasique ont étéprésentées pour les principaux alimentsqui contiennent des phytases végétales(Tran et Sauvant 2004, Tran et Skiba2005). De plus, pour chaque espèce,divers paramètres permettant de tenircompte de l’efficacité d’utilisation duphosphore par les animaux ont été pro-posés conduisant à de nouveaux«systèmes d’unités phosphore» : lephosphore absorbé chez les ruminants(Sauvant et al 2004), le phosphoredigestible chez le porc (Noblet et al2004) et le phosphore disponible chezles volailles (Lessire 2004).

Actuellement, dans la majorité dessituations, la conception des régimespour animaux par optimisation faitappel à la programmation linéaire,basée sur la méthode du simplex(Dantzig 1966), afin de rechercher laformule unitaire à moindre coût.D’autres approches par programmationlinéaire peuvent être mises en œuvredans l’industrie de l’alimentation ani-male, par exemple, la formulation glo-bale de plusieurs mélanges au niveaud’un ou de plusieurs sites de production(associant des contraintes de fabrica-tion et/ou de distribution-commerciali-sation des produits) et basée, par exem-ple, sur la maximisation de la marge del’usine ou de l’entreprise. Des métho-des mathématiques plus sophistiquéespeuvent également être utiliséescomme la programmation en nombresentiers, où les activités ne peuvent

prendre que des valeurs entières, la pro-grammation quadratique, qui permet deprendre en compte des relations nonlinéaires entre les différentes activités,ou la programmation dynamique, quiintègre une dimension temporelle(Faure 1971, Boussard et Daudin1988). Cependant, ces méthodes, peuutilisées sur le terrain en alimentationanimale, restent plutôt du domaine desétudes et de la recherche ou sont pluscouramment mises en œuvre dans lessecteurs de l’économie, du manage-ment ou de la logistique.

L’objectif de ce texte est d’analyserl’incidence de l’introduction de cesnouvelles connaissances en matièred’alimentation phosphorée dans la for-mulation des régimes pour animaux.Cependant, plutôt que de balayer danscette étude l’ensemble des espèces pourlesquelles de nouveaux systèmes«phosphore» ont été proposés (Meschyet Ramirez-Perez 2005, Jondreville etDourmad 2005, Lescoat et al 2005), ilnous a paru plus opportun de se focali-ser sur un seul exemple, afin d’étudierde façon plus approfondie comment cesnouvelles données pouvaient être inté-grées dans un processus de formulationpar programmation linéaire et d’enmesurer les conséquences. Nous avonsdonc choisi d’étudier la formulationunitaire d’un aliment pour porc, espèceoù les concepts nous ont paru les plusdéveloppés et les connaissances lesplus complètes, aussi bien en termes decomposition des matières premières oud’efficacité de leur valorisation par lesanimaux que d’évaluation de leursbesoins. Un exemple de formule pourporc charcutier en phase de croissancea donc servi de support à cette étude,dont les principaux axes sont : (1) lacomparaison de la nouvelle approcheINRA-AFZ 2004 à l’ancien systèmeINRA 1989, (2) l’incidence de la prise

en compte des phytases végétales desmatières premières et de l’utilisationdes phytases microbiennes, qui peuventnon seulement avoir une influence nonlinéaire sur la libération du phosphoredigestible mais également interagirentre elles, et (3) les modalités de miseen œuvre et les conséquences d’unelimitation des rejets de phosphore.

1 / Le contexte de la formu-lation

1.1 / Les principes généraux dela formulation

La formulation d’aliments ou de régi-mes à moindre coût s’appuie sur la pro-grammation linéaire, outil d’optimisa-tion par résolution d’inéquationslinéaires.

Pour chaque caractéristique nutri-tionnelle ou alimentaire (i), les matièrespremières disponibles (j) sont affectéesde valeurs individuelles (aij) qui repré-sentent leur densité nutritionnelle et quisont regroupées dans la matrice descoefficients techniques.

La conception du mélange, c’est-à-dire la recherche des taux d’incorpora-tion des matières premières (Xj, en %),se fait en général sur la base d’unecomposition centésimale, imposant laprise en compte d’une contrainte de«poids» :

ΣXj = 100 quand les Xj sont exprimés en %

Les niveaux d’incorporation desmatières premières peuvent éventuelle-ment être limités au sein du régime pardes valeurs minimales (bminXj) oumaximales (bmaxXj).

INRA Productions Animales, Juillet 2005

INRA Prod. Anim.,2005, 18 (3), 209-228

P. CHAPOUTOT1, F. PRESSENDA2

1 Institut National Agronomique Paris-Grignon, Département des Sciences Animales,F-75231 Paris Cedex 05

2 CEREOPA (Centre d’Etude et de Recherche sur l’Economie et l’Organisation des Productions Animales), Institut National Agronomique Paris-Grignon, F-75231 Paris Cedex 05

Courriel : [email protected]

Conséquences des nouveaux«systèmes d’unités phosphore»sur la formulation des régimes

Par ailleurs, pour chaque critèrenutritionnel ou alimentaire, l’alimentou le régime à formuler est caractérisépar des contraintes de minimum ou demaximum (bi) à respecter :

Σ (aij x Xj) ≤ et/ou ≥ bi

En outre, les matières premières sontassorties d’une composante écono-mique, leur prix (cj), qui représente lescoefficients de la fonction économique(Z) à optimiser :

Z = Σ (cj x Xj)

La résolution d’un tel système d’iné-quations, formalisé dans la figure 1,conduit à une infinité de solutions tech-niques, parmi lesquelles la fonctiond’optimisation choisit celle, l’optimum,qui correspond au minimum de prix dumélange.

Au-delà de la simple interprétationdes caractéristiques de l’optimum parl’analyse primale (taux d’incorporationdes matières premières, caractéristiquesnutritionnelles et prix du mélange), l’a-nalyse duale de la solution génère uncertain nombre d’informations intéres-santes pour le formulateur, en particu-lier le coût marginal des contraintes(Ui), qui représente la variation de prix

du mélange (Z) associée à la variationd’une unité de la contrainte (i), maisaussi les prix d’intérêt des matières pre-mières, les plages d’invariance desniveaux d’incorporation des matièrespremières et des coûts marginaux descontraintes.

1.2 / Le contexte techniqueLe type de formule mis en œuvre et

servant de support à cette étude cor-respond à un aliment composé pourporc charcutier en phase de croissan-ce.

De façon à simplifier le modèle, seu-les les principales contraintes de compo-sition et de valeurs nutritionnelles ontété retenues (tableau 1). Leurs valeurs(bi) sont celles proposées par leCEREOPA dans son modèle «Pros-pective Aliment» (CEREOPA 2004).Elles ont été maintenues constantes dansl’ensemble des situations étudiées. Laliste des matières premières utilisées estdonnée dans le tableau 2. Leurs valeursaij sont issues des tables INRA-AFZ(2004). Les limites d’incorporation utili-sées sont celles classiquement observéessur le terrain dans les formules «porccharcutier» (CEREOPA 2004).

En ce qui concerne le phosphore (P),dans le cas de l’étude de formulationselon les normes INRA (1989), lesbesoins des animaux, exprimés enphosphore total (Ptot), sont calculésselon la méthode factorielle en tenantcompte, d’une part, des dépenses decroissance et des pertes endogènesfécales et urinaires, et, d’autre part, del’hypothèse d’une digestibilité réellemoyenne du P des matières premièresde 50 %. La valeur retenue du besoinminimum en Ptot est de 6 g/kg (Guégenet Perez 1981).

Pour l’étude selon les normes INRA-AFZ 2004, les besoins en P digestibleapparent (Pdig) sont calculés à partirdes dépenses de croissance en intégrantles pertes endogènes urinaires seule-ment (Jondreville et Dourmad 2005).La valeur retenue pour le besoin mini-mum Pdig est de 2,5 g/kg (Castaing etal 2003, Jongbloed et al 1999). Danscette situation, selon les phases de l’étude, la teneur en P total soit a étélaissée libre, soit a été contrainte à unmaximum de 4,8 g/kg d’après les nor-mes CORPEN (2003).

Les valeurs des matières premièressont exprimées en termes de teneurs en

210 / P. CHAPOUTOT, F. PRESSENDA


Figure 1. Écriture matricielle et algébrique d’un modèle de formulation.

Tableau 1. Principales caractéristiques nutritionnelles (autres que phosphore) utiliséeset niveaux de contraintes retenus pour l'aliment «porc croissance».

Pour les contraintes «Phosphore total» et «Phosphore digestible» : voir dans le texte.

phosphore total (Ptot) et en phosphoredigestible apparent (Pdig). La teneur enP digestible des matières premières,sans tenir compte de leur activité phy-tasique, Pdig(-), est calculée à partir desteneurs en Ptot et de la digestibilitéapparente du P (dP) :

Pdig(-)j = Ptotj x dP

Les nouvelles tables INRA-AFZ2004 permettent de prendre en comptela présence de phytases végétales dansles matières premières. L’activité phy-tasique des matières premières, lors-qu’elles n’ont pas subi de traitementthermique, a pour conséquence la libé-ration d’une partie de leur P phytique.Cette fraction libérée devient alorsdigestible et augmente d’autant lateneur en P digestible des aliments.Ces phytases sont considérées commetotalement inactivées par la chaleur,notamment dans le cas de la granula-tion (Pointillart 1994).

L’effet de ces phytases végétales peutêtre intégré grâce à deux nouveaux cri-tères disponibles dans les tables INRA-AFZ 2004 pour chaque matière premiè-re : l’activité phytasique (ActPhyj) etla digestibilité du P (dPphyj) qui tientcompte des phytases de la matière pre-mière j. La teneur en P digestible desmatières premières qui intègre cetteactivité phytasique, Pdig(+)j, peut doncêtre calculée selon la formule suivante :

Pdig(+)j = Ptotj x dPphyj

L’augmentation (∆Pdigendo)j de lateneur en P digestible des matières pre-mières varie d’un aliment à l’autre. Unevaleur moyenne, ∆Pdigendo, peut cepen-dant être retenue autour de 0,4 g Pdig /500 UI d’activité phytasique (Jon-dreville et Dourmad, 2005). Ainsi, lateneur en Pdig des matières premièrespeut aussi être calculée sur la base deleur activité phytasique individuelle : PdigActPhyj = Pdig(-)j + ∆Pdigendo x ActPhyj

Cela conduit, pour la majorité des ali-ments, à des valeurs sensiblement iden-tiques à celles calculées à partir desvaleurs de digestibilité (dPphy).Cependant pour quelques aliments lesdifférences sont plus sensibles. Eneffet, par rapport aux valeursPdigActPhyj, les valeurs Pdig(+)j sontlégèrement sous-estimées dans le casdu pois (5 %) et de l’orge (9 %), maissont au contraire surestimées pour leblé (+ 8 %) et surtout le son de blé(+ 21 %).

Par ailleurs, l’activité phytasique desmatières premières peut être considérée

comme additive (Zimmerman et al2003). Il est donc intéressant de pou-voir valoriser cette caractéristique dansune approche de formulation. Ainsi, cemême principe d’accroissement desteneurs en P digestible par les phytasesvégétales peut être appliqué dans le casdes mélanges n’ayant pas subi de traite-ment thermique, par exemple présentéssous forme de farine, en cumulant l’ac-tivité phytasique de toutes les matièrespremières. La teneur en Pdig du mélan-ge peut donc être calculée de la façonsuivante :

PdigActPhy = Σ (PdigActPhyj x Xj)soit : PdigActPhy = Σ [Pdig(-)j x Xj]+ ∆Pdigendo x Σ [ActPhyj x Xj]

Il nous a donc paru pertinent de testercet effet cumulatif de l’activité phyta-sique des diverses matières premièreset d’appliquer cette action au P phy-tique de l’ensemble du mélange, plutôtque de raisonner individuellement surchaque matière première. De plus, celapermet de prendre en compte un éven-tuel effet non linéaire de ces phytases.

Une comparaison de ces deux appro-ches, PdigActPhy versus Pdig(+), a étéfaite de façon systématique sur l’en-

semble des contextes économiques trai-tés dans cette étude. Les résultats de cesdeux simulations sont très voisins. Parconséquent, seuls ceux issus de l’ap-proche «cumulative» seront présentésplus loin dans le texte.

Les phytases exogènes, d’originemicrobienne, appartiennent à la familledes 3-phytases ou des 6-phytases. Ellessont incorporées dans les formules pourcompléter l’action des phytases végéta-les lorsqu’elles sont encore actives(mélange en farine) ou se substituer àelles quand elles ont été dénaturées parles traitements thermiques (alimentgranulé) ou que l’aliment est constituéde matières premières qui en sontdépourvues. Elles permettent alors devaloriser une fraction du P phytiquedes matières premières et d’augmenterainsi la teneur en P digestible desmélanges.

Les phytases disponibles sur le mar-ché présentent divers niveaux d’activi-té phytasique (par exemple 2 000,5 000, 10 000 UI/g) et se présententsous forme pulvérulente, liquide ougranulée. Comme celles présentes dansles matières premières, les phytasesexogènes sont sensibles à la chaleur.

Conséquences des nouveaux «systèmes d’unités phosphore» sur la formulation des régimes / 211


Tableau 2. Liste des matières premières utilisées et limites particulières d'incorporationdans l'aliment «porc croissance».

Pour les matières premières non mentionnées, aucune limite mini ou maxi ne sont imposées.

Les pertes d’activité phytasique peu-vent atteindre 30-50 % lors des traite-ments thermiques (< 70-90°C) asso-ciés au processus de granulation. Cespertes sont, en général, compensées parsurdosage. Certaines phytases, granu-lées ou protégées par encapsulation,peuvent supporter la granulation. Lesformes liquides peuvent être utiliséesen pulvérisation (spray) après l’étapede granulation-refroidissement. Leurspréconisations d’emploi dans les ali-ments composés varient selon les pro-duits et les types d’animaux entre 300et 1 500 UI d’activité phytasique sup-plémentaire apportée par kg de mélan-ge (BASF 2005, Cromwell 2005).

L’efficacité de la valorisation du Pphytique par les phytases microbiennes(3-phytases) représente, selon lesauteurs, de 1,5 à 2,5 fois celle des phy-tases des matières premières (Eeckhoutet De Paepe 1992, Weremko et al 1997,Zimmermann et al 2002). Dans la suitede l’étude, l’activité des phytases exo-gènes a été basée sur une efficacitélinéaire double par rapport à celle desphytases végétales (Jondreville etDourmad 2005), soit ∆Pdigexo =+ 0,8 g Pdig / 500 UI d’activitéphytasique exogène. Une approche nonlinéaire de cette action sera égalementproposée au paragraphe 7.

1.3 / Le contexte économiquePour que les conclusions de cette

étude puissent avoir une portée suffi-samment générale, une large plage decontextes économiques a été analysée.En effet, plus d’une centaine deconjonctures mensuelles de prix desmatières premières (moyennes des prixdes matières premières rendues régionBretagne) ont été testées, depuis juillet1995 jusqu’en décembre 2003(CEREOPA 2004).

Une analyse en composantes princi-pales a été réalisée sur ce jeu de don-nées pour en dégager les principalestendances. L’axe N° 1 (46 % de ladispersion totale), axe de taille, discri-mine les contextes de prix élevés ou baspour l’ensemble des matières premiè-res. L’axe N° 2 (23 %) hiérarchise lesconjonctures selon le rapport de prixentre les matières premières riches enprotéines (tourteau de soja essentielle-ment, mais aussi de colza et tournesol,ainsi que le pois) et les céréales, maïsnotamment. Les axes N° 3 (15 %) etN° 4 (5 %) sont dus principalementaux variations de prix respectivementdes matières premières riches en huile(huile de soja et graine de colza) et duphosphate bicalcique. Cette analyse

permet ainsi d’isoler certaines situa-tions extrêmes avec un faible rapport deprix tourteaux/céréales dans un contex-te de prix élevés (1er semestre 96, fin2003), moyens (2e semestre 95) ou bas(fin 98 à été 99), ou encore avec un rap-port de prix tourteaux/céréales élevédans une conjoncture de prix élevés (1er

semestre 97) ou faibles (2e semestre2002, 1er semestre 2003). La figure 2retrace ces variations de prix (en €/t)pour les principales matières premièresutilisées dans ce modèle.

1.4 / La démarche d’analyseLes divers contextes techniques ont

fait l’objet de simulations exploratoiressur l’ensemble des conjonctures avecune application automatisée dévelop-pée sous Microsoft® Excel par leCEREOPA (ARIANE : outil d’optimi-sation de formules alimentaires intégrédans le modèle «Prospective Aliment»,CEREOPA 2004) qui utilise le Solveurde Microsoft® Excel pour la résolutionde systèmes d’inéquations par pro-grammation linéaire basée sur laméthode du simplex.

Le recueil de l’ensemble des résultatsissus des analyses primales et dualesdes optimisations a permis, après traite-ments statistiques, de tirer quelques loisgénérales sur les principaux critèresrelatifs à l’optimisation de l’alimenta-tion phosphorée du porc par formula-tion (prix du mélange ; importance dela complémentation phosphorée ;niveaux d’incorporation des matièrespremières ; coûts marginaux et contri-butions des contraintes de P…). De

plus, certains contextes de prix ont étéanalysés plus précisément de façon àmettre en évidence les explications decertaines réponses particulières. Lesdifférentes simulations permettant derépondre aux objectifs de cette étudeen mettant en œuvre divers critèrestechnico-économiques sont résuméesdans le tableau 3.

2 / Comparaison dessystèmes INRA 1989 etINRA-AFZ 2004

Les conséquences du changement desystèmes (2004 versus 1989) ont étéétudiées pour un aliment granulé. Lamême approche pour un aliment enfarine sera envisagée dans le paragra-phe suivant en prenant en compte l’ac-tivité des phytases végétales.

Dans le cas d’un aliment granulé,l’hypothèse est faite que les phytasesvégétales ont été inactivées par le trai-tement thermique de granulation. Lacontrainte phosphore prise en comptedans le système INRA 1989 est le Ptotà une valeur minimum de 6 g/kg, tan-dis que dans le système INRA 2004c’est la teneur en P digestible, Pdig(-),qui est choisie à une valeur minimumde 2,5 g/kg. Dans cette étape, aucunecontrainte «CORPEN» n’a été imposéeet les phytases exogènes n’ont pas étéutilisées.

Sur l’ensemble des conjonctures, leprix des formules et la proportion de



Figure 2. Variations du contexte économique pris en compte dans l’étude.

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Plus de 100 conjonctures : de juillet 1995 à décembre 2003(prix rendus Bretagne)

350

300

250

200

150

100

50

phosphate bicalcique dans les mélangesont varié respectivement de 130 à187 €/t et de 0,57 à 1,00 %.

La mise en place du système «2004»comparativement au système «1989»,ne conduit en moyenne qu’à une faiblebaisse de la complémentation enphosphate bicalcique (- 0,07 point %

dans la formule) et du prix du mélange(- 0,23 €/t). Ces chiffres moyens reflè-tent en réalité des situations particuliè-rement opposées : le passage au systè-me 2004 a entraîné, pour la majoritédes cas, des baisses de la place duphosphate bicalcique dans la formule(jusqu’à - 0,28 point %) ainsi que duprix du mélange (- 0,57 €/t). Ce-

pendant, pour certains contextes (10 à15 % des cas), cela a conduit, aucontraire, à des hausses de ces deux cri-tères (jusqu’à + 0,22 point % dephosphate bicalcique et + 0,43 €/t)(figure 3).

Une étude détaillée de deux situa-tions particulières, induisant les diffé-



Tableau 3. Contextes technico-économiques des différentes étapes de l'étude.

rences extrêmes mentionnées ci-dessus,a été réalisée afin d’analyser plus préci-sément les réponses opposées lors de lacomparaison des deux approches. Laconjoncture N° 1 (juillet 2002) cor-respond à un contexte où les rapportsde prix tourteaux + pois / céréales +coproduits, d’une part, et phosphatebicalcique / graine de colza, d’autrepart, étaient hauts, alors que ces rap-ports étaient plutôt bas dans la conjonc-ture N° 2 (décembre 1998).

Le tableau 4 précise les principauxrésultats de ces simulations. Dans laconjoncture N° 1, les céréales et lescoproduits du blé ainsi que la graine decolza sont favorisés par leur prix. Cesmatières premières représentent 85 %de la formule. Dans ce cas, lorsque lesphytases sont inactivées, la formulationsur la base du Ptot (INRA 1989) nepermet pas la couverture correcte dubesoin en Pdig en raison de la faiblevaleur de digestibilité du P de ces ingré-dients. Par contre, l’utilisation des nor-mes INRA 2004, basées sur la satisfac-tion du besoin en Pdig, conduit en toutelogique à une plus forte complémenta-tion en phosphate bicalcique et donc àune élévation du prix de la formule.

La conjoncture N° 2, à l’inverse,favorise à son maximum l’utilisation dupois (27 %) au détriment des céréales(58 %) et surtout des coproduits du bléet de la graine de colza qui disparaissent

de la formule. Le pois, en effet, présente une forte digestibilité duP (47 %) en raison d’un faible partde P phytique (45 %). Dans cettesituation, la couverture stricte du besoinen Ptot (normes 1989) induit un apportPdig(-) supérieur au besoin des ani-maux. La formulation selon les normesINRA 2004 corrige cet excèsen réduisant la part de phosphate bical-cique et en abaissant le coût dumélange.

Ainsi, l’utilisation des normes INRA2004, comparativement aux normes

INRA 1989, permet, selon le contextede prix et la nature des matières pre-mières incorporées, de mieux couvrirles besoins en P digestible de l’animalou de réduire l’apport en P total et, parconséquent, la fraction de P rejetée.

3 / Prise en compte del’activité phytasique desmatières premières

Une des «nouveautés» des tablesINRA-AFZ 2004 est de renseigner lesvaleurs des activités phytasiques des dif-férentes matières premières (Tran etSkiba 2005). Il est donc intéressant, dansce cadre, de tester l’incidence de l’utili-sation de ce critère sur la complémenta-tion phosphorée des aliments Porcs.

Pour cela, l’activité phytasique desmatières premières a été prise en comp-te de façon additive, au prorata de leurincorporation dans le mélange, et l’ac-croissement, ∆Pdigendo, de la teneur enP digestible du mélange, PdigActPhy,a été considéré comme proportionnel àl’activité phytasique totale (cf. § 1.2).Cet effet des phytases végétales a ététesté sur l’ensemble des conjonctures,sans faire appel aux phytases micro-biennes, d’une part, dans le cadre de lacomparaison des normes INRA 1989versus 2004 comme plus haut, maiscette fois-ci pour un aliment en farine,et d’autre part, avec les normes INRA2004 à travers la comparaison des for-mules présentées sous forme granuléeversus farine.

Comparativement aux normes INRA1989, l’utilisation des normes INRA2004 permet, dans le cas d’un alimenten farine, d’intégrer l’effet des phytases

Figure 3. Variations de la part du phosphate bicalcique et du coût de l’aliment «porccroissance» granulé selon le contexte de formulation.

Tableau 4. Comparaison des formules «porc croissance» dans les systèmes INRA1989 et INRA 2004 selon le contexte de formulation.

* Contrainte saturée.Conj. N° 1 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé élevé (Juil. 02).Conj. N° 2 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé faible (Déc. 98).


INRA 2004 - INRA 1989

végétales des matières premières qui nesont pas inactivées.

Cela conduit à une baisse du coût dumélange (de - 0,46 à - 1,42 €/t, moyen-

ne = 0,81 €/t) associée à une réductiondes apports de phosphate bicalcique (de0,07 à 0,54 %, moyenne = 0,32 %).Cette diminution a été plus importanteque précédemment et constatée pour

l’ensemble des conjonctures, à l’inver-se de ce que l’on observait pour l’ali-ment granulé (figure 4). Elle représen-te de - 10 à - 60 % (en moyenne - 40 %)de la complémentation phosphoréeobservée avec les normes «1989»(figure 5).

Par ailleurs, la comparaison systéma-tique des formules entre aliment granu-lé et aliment en farine a été réalisée surl’ensemble des conjonctures avec lesnormes INRA 2004.

La figure 6 et la figure 7 illustrent ladiminution de la part du phosphatebicalcique dans les formules et de lateneur en P total des mélanges lors de laprise en compte de l’activité phytasiquedes matières premières. Le pourcentagede phosphate bicalcique dans l’alimentgranulé est systématiquement supérieurà 0,6 % (de 0,62 à 0,95 %, moyenne= 0,73 %), alors qu’il est au contraireinférieur à cette valeur dans la majorité(94 %) des cas pour l’aliment en farine(de 0,28 à 0,73 %, moyenne =0,48 %). Ainsi, entre la présentationgranulé et la présentation farine, lacomplémentation en phosphate bical-cique a diminué en moyenne de0,25 point (entre - 0,15 et - 0,52 %). Demême, la teneur en P total de l’alimenten farine est très souvent inférieure à5,4 g/kg (85 % des situations) alorsqu’elle est toujours supérieure à ceniveau dans l’aliment granulé. Cesvaleurs sont néanmoins toujours plusélevées que la limite maximale de4,8 g/kg proposée par le CORPEN.

Ainsi, la prise en compte de l’activitéphytasique des matières premières defaçon additive et sous la forme d’uneffet linéaire, permet d’accroître l’apportde P digestible par le mélange et, parvoie de conséquence, de réduire de prèsde moitié en moyenne la complémenta-tion en phosphate des aliments porcs,diminuant ainsi les excès de P total.

4 / Utilisation des phytasesmicrobiennes

L’objectif a été ici d’étudier, avec lesnormes INRA 2004, l’influence del’utilisation de ces phytases micro-biennes sur la complémentationphosphorée des aliments porcs pourl’ensemble des conjonctures. Pour cela,nous avons choisi d’utiliser des phyta-ses exogènes présentant une activitéphytasique effective (avec ou sans gra-nulation) de 5 000 UI/g. Leur efficaci-té en terme d’accroissement de la



Figure 4. Variations de la part du phosphate bicalcique et du coût de l’aliment «porccroissance» farine selon le contexte de formulation.

Figure 5. Incidence du contexte de formulation sur la complémentation en phosphored’un aliment «porc croissance» farine.

INRA 2004 - INRA 1989

INRA 2004 - INRA 1989

teneur en P digestible du mélange a étéconsidérée comme linéaire avec unevaleur strictement double de celle priseprécédemment pour les phytases végé-tales, soit + 0,8 g Pdig / 500 UId’activité phytasique exogène (cf.§ 1.2). Une approche non linéaire seraétudiée plus loin (cf. § 7).

Ces phytases ont été introduites dansle mélange soit à un niveau fixe per-mettant un apport de 500 UI d’activitéphytasique par kg de mélange, ce quireflète les conditions classiques d’em-ploi, soit au contraire de façon libre. Le

coût de la supplémentation en phytasesexogènes a été estimé à 1,2 ou 0,9 €/tpour 500 UI d’activité phytasiqueajoutées.

Dans un premier temps, les phytasesexogènes (1,2 €/t pour 500 UI) ontété testées de façon à mesurer l’in-fluence de leur utilisation sur la com-plémentation phosphorée. Pour cela,elles ont été incorporées à un taux fixe(0,01 %) dans un aliment granulé defaçon à ce qu’une activité phytasiqueexogène de 500 UI /kg de mélangepuisse compléter les apports Pdig(-)

des matières premières pour couvrir lebesoin en P digestible de l’animal,sans bénéficier de l’action des phyta-ses végétales.

Cela a abouti à une très nette réduc-tion de la complémentation phosphoréedu mélange par rapport aux situationsprécédentes (figure 8). En effet, pour70 % des situations, le pourcentage dephosphate bicalcique a été inférieur à0,25 % (moyenne = 0,21 %, mini -maxi = 0,09 - 0,43 %). La teneur en Ptotal dans ces mêmes conditions estdescendue en dessous de la normeCORPEN de 4,8 g/kg dans près de80 % des cas (moyenne = 4,7 g/kg,mini - maxi = 4,3 - 5,2 g/kg). Le coût«matières premières + enzymes» avarié pour ces mélanges de 130 à187 €/t selon les conjonctures.

Une autre approche a consisté à ana-lyser la partition entre les différentsflux de P digestible issus du régime.Pour cela, la simulation a été réaliséesur l’ensemble des contextes écono-miques dans le cas d’un aliment en fari-ne, où les phytases végétales sont acti-ves, en laissant libre l’incorporation desphytases exogènes de telle sorte queleur activité phytasique propre soitcomprise entre 0 et 500 UI/kg et enappliquant la norme CORPEN de4,8 g/kg.

La figure 9 retrace la contribution desdiverses sources de P digestible. Ilapparaît dans ces conditions que le Pdigestible «originel» des matières pre-mières représente la moitié environ desapports totaux (de 40 à 60 %). Lesphytases végétales des matières pre-mières contribuent à ces apports pour15 à 30 %, tandis que les phytases exo-gènes les complètent à hauteur de 5 à35 %. De son côté, le phosphate bical-cique représente moins de 20 % duflux total de Pdig. Son incorporationdans la formule est inférieure à 0,1 %dans 70 % des situations, et dans prèsde 20 % des cas la complémentationminérale n’est pas nécessaire.

Enfin, de façon à maximiser l’emploides phytases exogènes en formulation,leur prix a été réduit à une valeur repré-sentant un coût de 0,9 €/t pour 500 UIet leur niveau d’incorporation a été lais-sé totalement libre au-delà de 500 UI/kg de mélange en considérant l’actiondes phytases végétales et microbiennescomme linéaire. Cette simulation a étéfaite à titre de comparaison pour un ali-ment granulé et un aliment en farine entenant compte comme précédemmentdes normes CORPEN.



Figure 6. Incidence de la prise en compte de l’activité phytasique des ingrédients surla complémentation en phosphate bicalcique d’un aliment «porc croissance».

Figure 7. Incidence de la prise en compte de l’activité phytasique des ingrédients surla teneur en phosphore total d’un aliment «porc croissance».

INRA 2004

INRA 2004

Dans le cas de la formulation d’unaliment granulé, les phytases exogènesinterviennent pour une activité compri-se entre 500 et 910 UI/kg de mélange(moyenne = 706 UI/kg) et ainsi

contribuent pour près de la moitiéà la couverture du besoin en P diges-

tible (de 30 à 60 %, moyenne =45 %).

Dans le cas d’un aliment en farine,l’activité phytasique des matières pre-mières limite sensiblement le recoursaux phytases exogènes, les deux typesde phytases contribuant pour desniveaux sensiblement équivalents àl’activité phytasique globale du mélan-ge (respectivement 270-820 et 270-700 UI/kg). Cependant, la participationdes phytases exogènes est beaucoupplus dépendante de la teneur en Pdigestible des matières premières(R = 0,70) que de l’importance del’activité phytasique des matières pre-mières (R = 0,41). Dans de tellesconditions, le besoin en P digestible esttotalement couvert par ces trois origi-nes de Pdig et le phosphate bicalciquene rentre plus dans la formule.

Cependant cette situation est particu-lièrement extrème compte tenu du faitque les phytases microbiennes sem-blent présenter un effet non linéaire surla libération du P digestible et qu’ilpourrait apparaître une interaction avecles phytases végétales lorsque celles-cisont actives dans le mélange(Jondreville et Dourmad 2005). Cesdifférents éléments seront intégrés plusloin (cf. § 7) dans un modèle plus com-plet.



Figure 8. Influence de l’utilisation des phytases exogènes sur la complémentationphosphorée d’un aliment «porc croissance».

Figure 9. Partition du phosphore digestible selon son origine dans un aliment «porc croissance».

INRA 2004

INRA 2004

Phosphate Bicalcique (%)

Pto

tal (

g/kg

)

Ainsi l’utilisation des phytasesmicrobiennes, prises en compte avec uneffet linéaire, permet de réduire consi-dérablement, voire supprimer, la com-plémentation phosphorée des formulesporc charcutier. Leur utilisation à unniveau inférieur à 500 UI peut contri-buer à couvrir jusqu’au tiers du besoinen P digestible de l’animal. Lors-qu’elles sont incorporées totalementlibrement dans un contexte écono-mique plus favorable, elles pourraientse substituer complètement auphosphate bicalcique et, dans ce cas,leur niveau d’utilisation serait négati-vement relié à l’importance de la frac-tion P digestible apportée par lesmatières premières.

5 / Intégration des normesCORPEN en formulation

La prise en compte des contraintesenvironnementales, notamment cellesrelatives à la réduction des rejets dephosphore, est intégrée en formulationpar la mise en œuvre des normes COR-PEN. Celles-ci imposent une limitemaximum de P total dans le mélange defaçon à réduire les rejets de P excéden-taire par rapport à la fraction P digesti-ble valorisée par l’animal. Cette limiteest de 4,8 g/kg de P total dans les for-mules Porc Charcutier (CORPEN2003).

La prise en compte de cette norme aété analysée de façon détaillée avec lesprix de l’été 2002 (conjoncture N° 1 :prix faible des céréales et coproduits dublé par rapport aux tourteaux et pois, cf.§ 2), c’est-à-dire dans un contexte éco-nomique particulièrement favorableaux matières premières à faible digesti-bilité de P mais à forte activité phyta-sique, et sans utiliser de phytases exo-gènes.

Dans le cas de la formulation d’unaliment granulé, lorsque les phytasesvégétales sont inactivées, l’applicationd’une contrainte de maximum de Ptotal, en même temps que la recherchede la satisfaction de la contrainte deminimum de P digestible par lesapports Pdig (-), puis sa réduction pro-gressive fait grimper le prix du mélan-ge. Il passe ainsi de 131 €/t lorsque lacontrainte Ptot est libre à 152 €/t pourune valeur limite de 5,0 g/kg. En deçàde cette valeur, l’optimisation ne per-met plus d’obtenir de solution, c’est-à-dire de satisfaire le besoin en P digesti-ble par les seuls apports Pdig(-) dumélange, sans faire appel à des phyta-ses exogènes.

Pour un aliment en farine, quand lacontrainte de minimum de P digestibleest satisfaite par les apportsPdigActPhy tenant compte des phyta-ses végétales, la mise en œuvre de lacontrainte de maximum de P totalinduit également un accroissement duprix du mélange, mais plus limité quepour l’aliment granulé. La limite maxi-mum de 4,8 g/kg de la norme CORPENpeut être satisfaite pour un prix dumélange farine de 137 €/t par rapport àun prix initial de 130 €/t sans lacontrainte Ptot.

L’incidence de la réduction progres-sive de la contrainte P total sur les coûtsmarginaux, exprimés en valeur absolue,des contraintes saturées Ptot (maxi-mum) et Pdig (minimum) est présentéeà la figure 10. Ils passent progressive-ment de valeurs inférieures à 5 ou10 €/unité si Ptot > 5,1 - 5,2 g/kg àdes niveaux compris entre 15 et35 €/unité si Ptot ≈ 4,9 - 5,0 g/kg,pour ensuite atteindre respectivement60 et 84 €/unité lorsque la contraintePtot est saturée à la valeur de 4,8 g/kg.La figure 11 illustre les contributions



Figure 10. Incidence de la prise en compte des normes CORPEN en P total sur le coûtdes contraintes «phosphore» d’un aliment «porc croissance».

Figure 11. Incidence de la prise en compte des normes CORPEN en P total sur lescontributions relatives des contraintes «phosphore» d’un aliment «porc croissance».

INRA 2004

INRA 2004

Contrainte maxi de P total (g/kg)

Coû

t mar

gina

l (€/

t par

g/k

g)

relatives individuelles de ces deuxcontraintes [ = (Ui x bi) / Z] et leurrésultante correspondant à leur sommealgébrique. Lorsque la norme COR-PEN est satisfaite, les contraintes satu-rées Ptot et Pdig contribuent globale-ment à elles deux pour près de 60 % auprix du mélange.

Entre les deux situations extrêmes(norme CORPEN versus Ptot libre), laformulation modifie la place des diversingrédients (tableau 5 et figure 12 :substitution du blé par du triticale ausein d’un ensemble de céréales quipasse de 66 à 60 %, élimination des

coproduits du blé ainsi que la graine decolza, remplacement par du pois et dutourteau de soja, plus chers dans cecontexte, et accroissement de la part duphosphate bicalcique). Dans ces condi-tions, l’activité phytasique du mélangeliée aux matières premières, initiale-ment proche de 750 UI/kg, a tendanceà diminuer pour atteindre une valeurfinale d’environ 470 UI/kg lorsqu’onapplique la norme CORPEN.

La partition des différentes fractionsdu phosphore est présentée à la figu-re 13. Lorsque la contrainte P total estplus forte, la part du P valorisée par

l’animal augmente aux dépens de lapartie rejetée. Pour cela, la formulationfait appel à des matières premières plusriches en P digestible «originel», enraison notamment d’une plus grandeproportion de P non phytique, maisaussi dont la fraction de P digestible«supplémentaire» issu de l’activitéphytasique des matières premières estplus faible.

Une approche équivalente consiste àprendre en compte explicitement dansles formules la fraction P rejeté desmatières premières, Prejetj = Ptotj -Pdigj, et d’appliquer aux apports cor-respondants une contrainte de maxi-mum selon l’équation suivante :

Σ (Prejetj x Xj) ≤ Prejetmax

permettant alors de quantifier l’inci-dence économique de cette contraintelorsqu’elle est saturée. Ainsi, le respectdes normes CORPEN (Ptot = 4,8 g/kgmaxi), en cohérence avec le besoin en Pdigestible (2,5 g/kg), revient à propo-ser une valeur maximum de 2,3 g/kgpour cette contrainte P rejeté.

Différentes simulations ont été réali-sées avec cette logique, pour un alimenten farine, permettant l’utilisation desphytases végétales, dans des situationsassez opposées : d’une part, en compa-rant les conjonctures de décembre 1998et juillet 2002 décrites précédemmentet, d’autre part, en utilisant ou non lesphytases exogènes. Elles complètentdonc les résultats de l’approche COR-PEN classique présentés ci-dessus etobtenus dans des conditions plus res-trictives.

Les coûts marginaux de la contraintemaximum de P rejeté peuvent varierdans de larges plages selon les diffé-rents contextes étudiés (tableau 6). Parrapport à la situation peu favorable dela conjoncture N°1 sans phytases exo-gènes décrite précédemment où ce coûtmarginal était très élevé (60 €/t parunité de P rejeté), il apparaît que lepoids économique de cette contrainteest divisé par quatre lorsque le rapportde prix est plus favorable aux matièrespremières riches en P digestible (15 €/tpar point de P rejeté) et devient trèsfaible quand il est possible d’avoirrecours aux phytases exogènes (respec-tivement 0,8 et 0,06 €/t par point dansles conjoncture N° 1 et N° 2). Sansphytases, la contribution de cettecontrainte au coût du mélange, envaleur absolue, pèse autant que celle detoutes les autres contraintes confonduesdans la conjoncture N° 1 et environ lequart dans la conjoncture N° 2 ; avec



Tableau 5. Incidence de la prise en compte des normes CORPEN en P total sur les for-mules «porc croissance».

* Contrainte saturée.Conj. N° 1 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé élevé (Juil. 02).

Figure 12. Incidence des normes CORPEN en P total sur les niveaux d’incorporationdes ingrédients en formule «porc croissance».

INRA 2004

phytases, cette contribution représenterespectivement 1,4 et 0,1 % du prix del’aliment.

Ainsi, il apparaît difficile de contrain-dre de plus en plus le système, à la fois«par le bas» en imposant un apportminimum de P digestible, mais aussi«par le haut» en imposant une contrain-te de maximum de plus en plus fortesoit sur la teneur en P total de façon àréduire indirectement les rejetsphosphorés, soit plus directement sur laquantité de P non valorisé par l’animal.Ces conditions sont particulièrementdifficiles à réaliser pour un aliment gra-nulé, lorsque les phytases végétalessont inactivées, sans faire appel à desphytases exogènes. Par contre, ellespeuvent être atteintes en tenant comptede l’activité phytasique des matièrespremières, qui contribue alors pour prèsde 10 % au flux de P digestible, et sur-tout en faisant appel à des matières pre-

mières à forte digestibilité du P. Ainsi,lorsque le prix de ces matières premiè-res est élevé, le coût du mélange et lepoids économique de ce type decontrainte s’en ressentent d’autant.Cependant, c’est surtout la mise enœuvre des phytases microbiennes quipermet de réduire à un niveau très fai-ble l’importance économique d’unecontrainte «rejets de phosphore».

6 / Mise en œuvre d’uneactivité «rejets de phos-phore»

Une autre approche plus originalepermettant de prendre en compte ladimension «rejets de phosphore» dansla formulation consiste à considérer cesrejets de P comme une activité à laquel-le est associé un prix, qui pourraitreprésenter le coût de traitement de ces

effluents. Dans ces conditions, l’opti-misation passe par la minimisation descharges globales d’achat des matièrespremières et de traitement deseffluents. Une approche similaire a étéproposée récemment par Pomar et al(2004), bien que basée sur des donnéestechnico-économiques légèrement dif-férentes.

Les rejets de P sont intégrés dans lemodèle comme une activité, et non pluscomme contrainte comme dans le para-graphe précédent. Il est donc nécessai-re de calculer de nouvelles pseudo-activités, SomPtot et SomPdig, repré-sentant respectivement les teneurscumulées du mélange en P total et enPdig (en g/kg) issu des matières pre-mières et des phytases végétales oumicrobiennes, par le jeu de nouvellespseudo-contraintes :

Équation S_Ptot : Σ (Ptotj x Xj) - SomPtot = 0

Équation S_Pdig : Σ (Pdig(-)j x Xj) + aAVx AVtot + aAM x AMtot - SomPdig = 0

avec aAV = 0,4 g/kg pour 500 UIet aAM = 0,8 g/kg pour 500 UI

La pseudo-activité SomPrej, cor-respondant à la teneur du mélange en Prejeté (en g/kg), peut être créée à sontour par la pseudo-contrainte suivante :

Equation S_Prej : SomPrej – SomPtot+ SomPdig = 0

Un coût (cP) est affecté à cette nou-velle activité «P rejeté», tandis que lesdeux autres activités, SomPtot etSomPdig, présentent un prix nul. Lafonction économique, qui représenteles charges totales (matières premiè-res+rejets), devient donc :

Z = Σ (cj x Xj) + (cP x SomPrej)

Les coefficients de ces trois pseudo-activités dans la contrainte de poidssont nuls.

La modification correspondante dumodèle de formulation est illustrée defaçon matricielle dans le tableau 7. Cemodèle a été utilisé pour plusieurssimulations, dans les deux conjonctureséconomiques particulières de juillet2004 et décembre 1998 de façon à étu-dier l’incidence des variations du coûtde traitement des effluents phos-phorés sur le niveau de P rejetédans un aliment en farine, en bénéfi-ciant ou non de phytases microbiennes(0 - 500 UI).

En l’absence de phytases exogènes,lorsque le coût appliqué aux effluentsde P est nul, les teneurs en P rejeté des



Figure 13. Incidence des normes CORPEN en P total sur la partition du phosphoredans une formule «porc croissance».

Tableau 6. Variation du coût marginal de la contrainte P rejeté selon le contexte de for-mulation.

Maxi P rejeté = 2,3 g/kg (Norme CORPEN).Conj. N° 1 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé élevé (Juil. 02).Conj. N° 2 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé faible (Déc. 98).(n UI)* : niveau d'activité phytasique microbienne dans le mélange.

INRA 2004

formules sont de 3,0 et 2,5 g/kgrespectivement dans les conjoncturesN° 1 et N° 2. Comme décrit précédem-ment, dans ces situations, les mélangesincluent un maximum de coproduits deblé (conjoncture N° 1) ou un maximumde pois (conjoncture N° 2), pour unprix respectivement d’environ 130 et131 €/t.

Si l’on applique un coût de traitementaux rejets de P, le niveau de cette acti-vité dans la formule va diminuer. Il fau-dra atteindre un coût de traitementrespectivement de 14,6 et 60,4 €/kg deP rejeté dans les conjonctures N° 2 etN° 1 pour que la teneur en P rejeté des-cende en dessous de la valeur maxi-mum tolérée par le CORPEN (figu-re 14). Ces valeurs «coût de traitementpour 2,3 g de P rejeté par kg d’ali-ment» pourraient donc être assimiléesdans chacune des situations au «prixd’intérêt à la norme CORPEN de l’acti-vité Rejet de P». Elles sont, par ailleurs,

strictement égales aux coûts marginauxde la contrainte P rejeté calculés dansles mêmes conditions au paragrapheprécédent. A ces points, les chargestotales associées aux formules sontrespectivement de 167 €/t pour laconjoncture N° 2 et de 276 €/t pour laconjoncture N° 1 où les coproduits deblé disparaissent au profit du pois pluscher. La ventilation dans ces chargesdes parts attribuées aux achats desmatières premières et au traitement desrejets de P est présentée au tableau 8.Le traitement des effluents est aussicoûteux que l’achat des matières pre-mières dans la conjoncture N° 1 (res-pectivement 139 et 137 €/t) et nereprésentent plus que 20 % du coûtglobal dans la conjoncture N° 2 (res-pectivement 34 €/t pour les rejetsde P et 133 €/t pour les matières pre-mières).

Lorsque les phytases exogènes(1,2 €/t pour 500 UI) sont utilisées

selon le besoin (≤ 500 UI) dans la for-mule présentée en farine, la limiteCORPEN sur le P rejeté de 2,3 g/kgd’aliment est atteinte dès que le coût duP rejeté vaut 0,8 €/kg dans la conjonc-ture N° 1. Dans la conjoncture N° 2,un niveau de rejet équivalent est atteintpour un coût de 0,06 €/kg de P rejeté.Comme précédemment, une réductionplus forte des rejets est associée à uneélévation des frais de traitement (figure15). Dans ces situations, si l’on estcapable de financer un coût de traite-ment de 5 €/kg de P rejeté, les niveauxde P rejeté des formules peuvent des-cendre aux environs de 1,5 g/kgd’aliment. Les charges globales asso-ciées aux formules dans les deuxconjonctures seraient de 138 ou139 €/t, au sein desquelles les frais dedépollution ne représenteraient que 4 à6 % (tableau 9). Par contre, si l’oncherche à réduire encore plus les rejetsde P, compte tenu de la largeur des pla-ges d’invariance du niveau de cette



Tableau 7. Modèle matriciel de formulation intégrant l'effet linéaire des phytases végétales et microbiennes et la dimension «Rejetsde Phosphore» sous forme d'une activité.

activité, il faudrait appliquer un coûtd’environ 15 €/kg de P rejeté pouratteindre le seuil d’environ 1,2 g de Prejeté par kg d’aliment. Ces chiffresreprésenteraient, à travers une simula-tion technico-économique simpliste(IC = 2,8, 210 kg d’aliment consom-mé et 0,35 m3 de lisier produit parporc, dont 40 % en phase de croissan-ce), l’équivalent d’un coût de traite-ment de lisier d’environ 5 €/m3 dans lepremier cas et de 10 €/m3 dans lesecond cas.

La prise en compte des rejets de Psous la forme d’une activité permetd’en étudier plus finement l’incidenceéconomique par l’analyse de ses plagesd’invariance et de connaître la ventila-tion des charges globales entre le prixde revient des matières premières et lecoût de traitement des rejets de P. Ilrésulte de cette simulation que l’appli-cation des recommandations CORPENen terme de limitation des rejets de Pest extrêmement coûteuse en l’absencede phytases microbiennes. L’utilisationde ces phytases permet de réduire trèsnettement l’incidence économique d’untel objectif. Ces résultats vont tout à faitdans le même sens que les conclusionsde Pomar et al (2004) même si cesauteurs ont balayé une plage de prixnettement plus restreinte pour le rejetde P.

7 / Prise en compte d’uneffet non linéaire des phyta-ses microbiennes et desinteractions avec les phyta-ses végétales

Dans les simulations précédentes,l’effet des phytases végétales et micro-biennes sur la libération de phosphorea été considéré comme linéaire dansune plage restreinte d’activité phyta-sique (≤ 500 UI). Or plusieursauteurs ont montré que dans une plageplus importante l’activité des phytasesmicrobiennes présentait un effet cur-vilinéaire. Ainsi, Jondreville etDourmad (2005) ont proposé, pour les3-phytases, des valeurs décroissantesd’efficacité de la libération du Pdigselon leur niveau d’apport dans lerégime en linéarisant cette relation partranche de 250 UI d’activité phyta-sique entre 0 et 1000 UI. Cet effet nonlinéaire peut donc ainsi être intégrédans un processus de formulation parprogrammation linéaire en utilisant



Tableau 8. Répartition entre les coûts d'achat des ingrédients et de traitement du Prejeté pour un aliment «porc croissance» farine sans phytases microbiennes.

Maxi P rejeté = 2,3 g/kg (Norme CORPEN).Conj. N° 1 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé élevé (Juil. 02).Conj. N° 2 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé faible (Déc. 98).

Figure 14. Relation entre le niveau et le coût du Phosphore rejeté dans un aliment«porc croissance» farine sans phytases microbiennes.

Figure 15. Relation entre le niveau et le coût du Phosphore rejeté dans un aliment«porc croissance» farine avec phytases microbiennes.

«artificiellement» plusieurs phytasesde même prix et de même concentra-tion mais ayant chacune une efficacitédifférente.

De plus, ces mêmes auteurs propo-sent, d’une part, que l’action des phy-tases végétales soit raisonnablementplafonnée à un seuil de 500 UI/kg quipermettrait la libération de 0,4 g dePdig au maximum, et suggèrent, d’au-tre part, que la présence des phytasesvégétales actives (mélange sous formede farine) entraîne une diminution del’efficacité des phytases microbiennescomparativement à celle observéedans un mélange granulé, la baissed’efficacité n’étant pas la même selonle niveau d’activité des phytases végé-tales présentes. La figure 16 (a) et (b)(Dourmad 2005, communication per-sonnelle) illustre dans deux situations(200 et 500 UI de phytases végétalesactives + 600 UI de phytases micro-biennes) les conséquences de telleshypothèses en terme de quantité de Pdigestible libéré par l’action de cesphytases.

Ces différents éléments ont été inté-grés dans un nouveau modèle de for-mulation en créant de nouvellespseudo-activités, prenant des valeursYj à l’optimum, n’ayant aucun coûtdans la fonction économique ni decoefficient dans la contrainte de poids,et reliées entre elles par des pseudo-contraintes selon les principes sui-vants.

L’activité phytasique totale desmatières premières végétales a étécumulée dans une pseudo-activitéAVtot, puis ventilée entre deuxpseudo-activités : AV(-500), qui repré-sente une classe d’activité phytasiquevégétale (0 ≤ AV(-500) ≤ 500 UI)ayant une efficacité constante aAV(-500)= 0,4 g de Pdig libéré pour 500 UI, etAV(+500), activité phytasique au-delàde 500 UI, dont l’efficacité aAV(+500)pourrait être considérée comme nulle.Les quantités correspondantes de Pdigestible libéré par ces deux classessont respectivement PdigAV(-500) etPdigAV(+500) et se cumulent au Pdigestible issu des matières premières,Pdig(-) pour contribuer à couvrir lebesoin de l’animal.

Ainsi, un jeu de plusieurs pseudo-contraintes a été mis en œuvre pourpermettre de gérer les relations cor-respondantes :



Tableau 9. Répartition entre les coûts d'achat des ingrédients et de traitement du Prejeté pour un aliment «porc croissance» farine avec phytases microbiennes.

Coût du " Rejet de P " = 5 €/kg P rejeté.Conj. N° 1 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé élevé (Juil. 02).Conj. N° 2 : Prix Pois + T. Soja / Son + Blé faible (Déc. 98).

Figure 16 (a) et (b). Interaction entre phytases végétales et microbiennes.

Cet artifice permet, d’une part, de nepas contraindre l’activité phytasiquetotale des matières premières à unelimite de 500 UI maximum, ce quipourrait avoir comme conséquence derestreindre l’entrée dans la formule decertaines matières premières riches enphytases intéressantes nutritionnelle-ment et économiquement (blé et copro-duits, triticale…) et, d’autre part, delimiter «artificiellement» la quantité dePdig libéré par ces phytases végétales àune certaine valeur selon les recom-mandations de Jondreville et Dourmad(2005).

Par ailleurs, une telle constructionpermet d’intégrer plus facilement denouvelles connaissances sur l’efficacitédes phytases végétales (éventuelle rela-tion curvilinéaire «linéarisable» selonplusieurs classes possibles, efficacitédécroissante selon le niveau d’acti-vité phytasique…) au lieu de restrein-dre «arbitrairement» leur action à500 UI.

Un principe sensiblement analogue aété appliqué pour les phytases micro-biennes.

Cinq niveaux d’incorporation(PhytM1, PhytM2, PhytM3, PhytM4 etPhytM5) d’un même phytase micro-bienne, de concentration (aPHYMk) et deprix (cPHYk) donnés, ont été créés. Achacun d’entre eux (k), pouvant êtreincorporés dans le mélange à un niveauPhytMk (0 ≤ PhytMk ≤ 100), a étéaffectée une classe d’activité phyta-sique, AMk, par les pseudo-contraintescorrespondantes :

k équations S_AphyMk :aPHYMk x PhytMk – AMk = 0

avec 1 ≤ k ≤ 5 ;0 ≤ AMk ≤ 250 pour k ≤ 4 ;

0 ≤ AM5 ≤ ∞

La quantité totale de phytase micro-bienne incorporée, PhytMtot, et l’acti-vité phytasique correspondante, AMtot,sont calculées de la façon suivante :

Equation S_PhytMtot :PhytMtot – Σ PhytMk = 0

Equation S_AphyMtot :AMtot – Σ AMk = 0

Avec 1 ≤ k ≤ 5

Les quantités de P digestible libérépar chacune des classes d’activité phy-tasique microbienne, PdigAMk, sontcalculées à partir des rendements mar-ginaux décroissants, aAMk, proposéspar Jondreville et Dourmad (2005) dontles valeurs ont été arrondies (respecti-vement 0,2, 0,1, 0,05 et 0,03 g/kg pour100 UI pour les classes AM1, AM2,AM3 et AM4 tandis que pour AM5,aAM5 a été supposé nul) :

k équations S_PdigAMk :PdigAMk - aAMk x AMk= 0

avec 1 ≤ k ≤ 5

La création de ces différentespseudo-contraintes permet, en outre, deconnaître la répartition des divers critè-res (niveau d’activité phytasique, Pdiglibéré…) selon les différentes classesd’activités phytasiques végétales oumicrobiennes.

Par ailleurs, l’interaction entre phyta-ses microbiennes et phytases végétalesa été prise en compte selon l’hypothèseémise par Jondreville et Dourmad(2005) : lorsque les phytases végétalessont actives (aliment en farine), leuractivité phytasique (≤ 500 UI/kgd’aliment) permet de libérer la quantitéPdigAV(-500) de phosphore digestible(≤ 0,4 g/kg d’aliment). Cette quantitédiminue d’autant la fraction de Pdiglibéré par la première classe d’activitéphytasique microbienne. Ainsi, leniveau de cette classe AM1, dont lalimite maximum est amaxiAM1, est dimi-nué de la valeur PdigAV(-500)/aAM1. Lapseudo-contrainte suivante permet degérer cette interaction :

Equation S_AM1 :AM1 + (1 / aAM1) x PdigAV(-500) = amaxiAM1

ou encore AM1 + (aAV(-500) / aAM1) x AV(-500) = amaxiAM1

avec amaxiAM1 = 250

Cependant, l’utilisation des pseudos-activités représentant les activités phy-tasiques végétales ou microbiennesdans la formule doit se faire dans unordre logique : les premières doiventêtre introduites puis saturées à leurmaximum avant que ne puissent rentrerles suivantes.

L’existence des rendements margi-naux décroissants associés à ces activi-

tés pour la libération du P digestiblecontribue normalement à respecter cetordre logique d’utilisation.

Cependant, cet ordre peut être «artifi-ciellement» favorisé en affectant desprix légèrement croissants aux différen-tes phytases microbiennes de mêmeconcentration :

Prix PhytMk+1 = Prix PhytMk + ε avec 1 ≤ k ≤ 5

ou en tenant compte de concentra-tions légèrement décroissantes pour lesphytases microbiennes de même prix.Leur introduction successive dans laformule se fera donc logiquement enfonction de leur rapport qualité/prixdécroissant.

Pour imposer une succession logiqued’utilisation des classes de phytases, ilest également possible de créer despseudo-activités, sous forme de nom-bres entiers logiques (prenant lesvaleurs 1 ou 0), qui correspondent à laprésence ou l’absence de certaines acti-vités. Ainsi, par exemple, la créationd’une pseudo-activité entière-logique,I-AVk, correspondant à la présence/absence d’une classe d’activité phyta-sique végétale, AVk, peut se traduiredans le modèle par un jeu d’inéquationsutilisant les limites minimum (aminiAVk)et maximum (amaxiAVk) de l’activitéAVk :

d’une part :-∞ ≤ AVk – amaxiAVk x I-AVk ≤ 0

avec amaxiAVk = 500 par exempleet d’autre part :

0 ≤ AVk – aminiAVk x I-AVk ≤ +∞avec aminiAVk = 10-4 par exemple

Afin de satisfaire ces inéquations, siAVk est non nul, alors I-AVk ne peutqu’être égal à 1 et à l’inverse, si AVk estnul, I-AVk doit obligatoirement être nul.

La prise en compte des activités AVket AVk+1 dans un ordre logique (AVkpuis AVk+1 quand AVk a atteint sa limi-te maximum) est possible en appliquantla contrainte suivante :

Equation Sat_AVk/k+10 ≤ AVk – amaxiAVk x I-AVk+1 ≤ +∞

Un jeu analogue d’inéquations auraitpu également être mis en place pour lesdifférentes classes de phytases micro-biennes.

L’introduction de ces différents élé-ments dans un modèle de formulationplus sophistiqué peut être visualiséesous forme matricielle dans letableau 10. Ce modèle a été utilisé dans



Equation S_AVtot : Σ (ActPhyj x Xj) - AVtot = 0Equation Repart_AVtot : AVtot – AV(-500) – AV(+500) = 0

Equation S_Pdig(-) : Σ (Pdig(-)j x Xj) - Pdig(-) = 0Equation S_PdigAV(-500) : PdigAV(-500) - aAV(-500) x AV(-500) = 0

Equation S_PdigAV(+500) : PdigAV(+500) - aAV(+500) x AV(+500) = 0avec, dans le cas du modèle proposé par Jondreville et Dourmad (2005),

aAV(-500) = 0,4/500 et aAV(+500) = 0



Tabl

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10.M

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une série de simulations utilisant lesdonnées des tables INRA-AFZ 2004pour formuler un aliment en farine avecl’ensemble des conjonctures écono-miques en appliquant les normesCORPEN. Les phytases microbiennes(5000 ± ε UI/g) ont été utilisées defaçon totalement libérale à un coût de0,9 ± ε €/t pour 500 UI, permettant lacomparaison avec les résultats du § 4.

Sur l’ensemble des conjonctures, leprix des formules a évolué entre 131 et189 €/t. L’incorporation des céréales àpaille a varié de 51 à 83 %. Le blé et letriticale y ont été très largement majori-taires. Quelques contextes ont été plusfavorables à l’orge, au maïs ou auxcoproduits du blé. Le tourteau de sojaest systématiquement entré (6-19 %),éventuellement substitué ou complétépar tourteau+graine de colza et/ou aci-des aminés de synthèse. Cependant,contrairement aux simulations du § 4,dans les conditions testées ici le poisn’est jamais rentré dans les formules.

Les phytases végétales sont interve-nues pour une activité phytasique tota-le d’environ 500 UI/kg en moyenne,mais qui a varié de 380 à 720 UI(figure 17). Ainsi, dans 25 % des cas leseuil de 500 UI, imposé comme lalimite d’efficacité pour les phytasesvégétales dans le modèle de Jondrevilleet Dourmad (2005), a été pénalisantepour la complémentation phosphorée.Ces situations correspondent à desniveaux d’incorporation de céréales à

paille + coproduits du blé supérieurs à70-75 %, notamment dans les conjonc-tures postérieures à octobre 2000.

L’intervention des phytases micro-biennes a été plus faible que celles desphytases végétales : elles n’ont été uti-lisées en moyenne qu’à raison de370 UI d’activité phytasique /kg d’ali-

ment, mais ce niveau a varié de 200 à600 UI (≥ 500 UI dans 15 % des cas)sans qu’il n’apparaisse de liaison avecle niveau des phytases végétales (figu-re 17). La première classe M1 est inter-venue en complément des phytasesvégétales pour une activité compriseentre 50 et 100 UI seulement (AM1 =50 UI dans 65 % des cas). Cesniveaux de supplémentation en phyta-ses microbiennes ont été en toutelogique plus limités que dans l’étudeprécédente (§ 4). Dans cette simulation,contrairement à ce que nous observionsprécédemment, la contribution des phy-tases microbiennes a été peu influencéepar la quantité de Pdig apportée par lesmatières premières, qui a varié ici dansune plus faible proportion que dansl’approche précédente (1,1 - 1,3 g/kg vs1,1 - 1,6 g/kg). Par contre, l’activitéphytasique microbienne conditionnelargement la complémentation par lephosphate bicalcique (R = 0.85), dontle taux d’incorporation a évolué danscette simulation de 0,20 à 0,43 %(moyenne = 0,31 %) (figure 18).

Ainsi, ce modèle, légèrement plussophistiqué que les précédents, permetd’intégrer dans une démarche de for-mulation par programmation linéairel’essentiel des résultats actuellementdisponibles sur l’alimentation phospho-rée du porc, y compris les réponses nonlinéaires aux phytases microbiennes etles interactions possibles avec les phy-tases végétales.



Figure 17. Variations des activités phytasiques végétales et microbiennes dans un ali-ment «porc croissance» en prenant en compte un effet non linéaire et une interaction.

Figure 18. Incidence de l’activité phytasique microbienne sur la complémentationphosphorée d’un aliment «porc croissance» en tenant compte d’un effet non linéaire etune interaction avec les phytases végétales.

Activité phytasique Microbienne totale (Ul/kg)

Phos

phat

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)

Activité phytasique Végétale totale (Ul/kg)

Act

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l/kg)

Il présente également l’intérêt depouvoir tester le découpage en plu-sieurs classes (2, 3, 4 ou plus) en vued’une linéarisation des réponses nonlinéaires des phytases en s’appuyantnotamment sur les coûts marginaux descontraintes associées aux limites dechacune de ces classes et/ou sur les pla-ges d’invariances de ces activités.

En outre, il permettrait d’inclure aisé-ment les nouvelles connaissancesissues de la recherche, notamment enmatière de réponse non linéaire auxphytases végétales ou encore de non-additivité des diverses activités phyta-siques, tout en associant également lesaspects relatifs aux «rejets de phos-phore» évoqués dans le § 6.

Conclusion

Cette étude, volontairement limité àla conception de régimes pour porc, apermis de mettre en évidence l’intérêtde l’utilisation en formulation des nou-veaux systèmes «phosphore», qui intè-grent les données originales publiéesdans les Tables INRA-AFZ 2004.

Comparativement à l’ancien systèmeINRA 1989, ce nouveau systèmeconduit, selon les contextes technico-économiques étudiés, à mieux satisfai-re le besoin en P digestible de l’animalet/ou à réduire la quantité de P total durégime.

La connaissance de l’activité phyta-sique des matières premières végétaleset/ou de l’activité phytasique micro-bienne et la prise en compte de la frac-tion de P digestible libérée par ces phy-tases, lorsque celles-ci sont disponibleset actives, permettent de réduire forte-ment la complémentation phosphoréedes mélanges et, par voie de consé-quence, d’en abaisser le coût. Ce nou-veau système contribue également àmieux connaître la partition des flux deP digestible selon leurs diverses origi-nes.

Par ailleurs, le modèle de formulationplus sophistiqué élaboré dans cetteétude, permet, lorsque les phytasesmicrobiennes sont disponibles de façonplus libérale, de prendre en compte uneffet non linéaire de ces phytases sur lalibération du P digestible, tout en inté-grant les interactions semblant existerentre les phytases végétales et micro-biennes. Il apparaît alors que la partici-pation de ces phytases microbiennes esten moyenne plus faible que celle desphytases végétales et conditionne trèsnettement l’importance de la complé-mentation minérale. En outre, ce typede modèle peut intégrer sans difficultéles connaissances futures quant à l’effi-cacité des phytases végétales et micro-biennes utilisées en alimentation ani-male.

De plus, cette étude a montré lesavantages que peuvent apporter cesnouveaux systèmes pour tester l’inci-dence économique des recommanda-

tions en matière de limitation des rejetsde P par les régimes. La mise en œuvrede cette dimension «rejets de P» dans lemodèle de formulation a permis dejuger du coût élevé des contraintesCORPEN, qui sont particulièrementdifficiles à satisfaire en l’absence dephytases microbiennes. La contributionéconomique de ces recommandationsest fortement diminuée lorsque laconjoncture est favorable aux matièrespremières riches en P digestible et sur-tout lorsque les phytases microbiennessont disponibles. Inversement, lemodèle permet aussi de déterminer leslimites «économiquement acceptables»en terme de quantité de P rejeté issu durégime selon l’importance du coût detraitement du lisier que l’on met enœuvre en élevage.

Des démarches sensiblement analo-gues pourraient être appliquées éga-lement aux nouveaux systèmes«phosphore» proposés pour les rumi-nants et pour les volailles.

Remerciements

Les auteurs remercient CatherineJondreville et Jean-Yves Dourmad, del’UMR INRA-Agrocampus RennesSystèmes d’Elevage, Nutrition Animaleet Humaine de St Gilles, pour les infor-mations fournies et leurs conseils enmatière d’alimentation phosphorée duporc.



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Les nouvelles Tables INRA-AFZ 2004 fournissent, dans le domaine du phosphore (P), un ensemble de caractéristiques originales desmatières premières qui ont conduit à la mise en place de nouveaux systèmes «phosphore» pour les différentes espèces animales.L’utilisation de ces divers éléments a été testée dans le cadre d’une étude de formulation unitaire d’aliments pour porc par programma-tion linéaire. Ces nouvelles normes ont été comparées à l’ancien système INRA 1989. Par ailleurs, différents modèles ont été proposés per-mettant d’intégrer l’action des phytases végétales des matières premières ainsi que celle des phytases microbiennes. L’effet des phytasessur la libération du P digestible a été étudié en se basant non seulement sur une liaison linéaire mais aussi à travers une relation non-linéaire tout en prenant en compte également une interaction entre les phytases végétales et microbiennes. De plus, ces modèles ontpermis d’associer dans la formulation à moindre coût des régimes pour porc une dimension «rejets de phosphore», dont l’incidenceéconomique a varié selon les contextes technico-économiques étudiés. Ce nouveau système, ainsi mis en œuvre, permet de concevoir desrégimes qui couvrent de façon plus satisfaisante le besoin en P digestible de l’animal, en diminuant la place de la complémentationphosphorée. Il conduit à réduire l’apport en P total et, par conséquent, la fraction de P rejetée.

Résumé

Consequences of new «phosphorus unit systems» on diets formulation

The tables published by INRA-AFZ in 2004 supply several new feedstuff characteristics concerning phosphorus (P), which have been inte-grated in new «phosphorus unit systems» for different animals, particularly for ruminants, pigs and poultry. The utilisation of such sys-tems was studied here in the formulation of compound feeds for growing pigs by linear programming. The new system (INRA-AFZ, 2004)was compared to the previous one (INRA, 1989). Several models were proposed in order to take the action of vegetal and microbial phytases into account. First, a linear effect of microbial phytases on the liberation of digestible phosphorus was studied. Then, microbialphytasic activity was tested through a non-linear relation with an interaction between vegetal and microbial phytases. Moreover, theamount of excreted P was considered in the model. Its economic consequences varied between the situations. With this new feeding sys-tem, pig diets are formulated closer to the animal’s needs in terms of digestible P and with a lower level of mineral supplementation. Thequantity of total P in the diets and, therefore, animal P excretion are reduced.

CHAPOUTOT P., PRESSENDA F., 2005. Conséquences des nouveaux «systèmes d’unités phosphore» sur la formulationdes régimes. INRA Prod. Anim., 18, 209-228.

Abstract

conséquences des nouveaux «systèmes d’unités … · 1 / le contexte de la formu-lation 1.1 /...

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