Effets du stress thermique sur les productions laitières des races européennes Holstein et Montbéliarde en zone saharienne

L Ouarfli et A Chehma

Université Kasdi Merbah-Ouargla (Algérie), Laboratoire de Bio ressources sahariennes. Préservation et valorisation 30000 Ouargla, Algérie
ouarfli.l@gmail.com

Résumé

Notre travail a pour objectif d’étudier l’influence du stress thermique sur les performances laitières et les paramètres physiologiques de vaches laitières Holstein (30, 36 et 36) et Montbéliarde (26, 28 et 28) au début et au milieu de la lactation selon la période de l’année. Ces animaux ont été suivis dans une ferme laitière du Sahara septentrional algérien avec l’utilisation de l’index température-humidité (THI), sur 3 périodes de l’année, P1 (novembre-mars, pas de stress thermique), P2 (avril-mai, stress moyen à modéré) et P3 (juin-septembre, stress thermique sévère), dont les valeurs moyennes sont 65,6±3,3, 76,3±3,9 et 82,9±3,7, respectivement. Ceci s’est traduit entre P1 et P3 par une baisse significative (p=0,001) d’ingestion, de MSI, de rendement laitier, des taux butyreux et taux protéique de -15,6%, -23,5%, -14,6% et -11,1% d’un côté, et par une augmentation significative des quantités d’eaux bues, de la température rectale, la fréquence respiratoire et la fréquence cardiaque de +10,9%, +3,0%, +45,2% et +14,1% respectivement. La production laitière des HO a été de 22,7 ± 3,0, 22,9 ± 1,5 et 17,4 ± 1,8 kg/jour de lait pendant les périodes P1, P2 et P3. Celle des MO a été de 21,1 ± 2,2, 20,4 ± 1,1 et 16,1±1,7 kg/jour pendant ces mêmes périodes. La vache Holstein produit plus de lait, mais on distingue une plus grande sensibilité de cette race au stress thermique que la Montbéliarde, qui s’adapte mieux au milieu aride.

Mots-clés : Algérie, paramètre physiologique, performance laitière, Sahara septentrional, THI

Effects of thermal stress on milk production of the European breeds Holstein and Montbéliarde in a saharian zone

Summary

Our work aims to study the influence of heat stress on the milk performance and physiological parameters of Holstein (30, 36 and 36) and Montbéliarde (26, 28, and 28) dairy cows at the early and middle stage of lactation depending on the period of the year. These animals were monitored on a dairy farm in the Algerian northern Sahara using the temperature-humidity index (THI) over 3 periods of the year, P1 (November-March, no thermal stress), P2 (April-May, mild to moderate stress) and P3 (June-September, severe thermal stress), whose average values are 65,6±3,3, 76,3±3,9 and 82,9±3,7, respectively. This resulted in a significant decrease (p=0.001) in DMI, milk yield, fat and protein levels of -15,6%, -23,5%, -14,6% and -11,1% between P1 and P3, and a significant increase in drinking water quantities, rectal temperature, respiratory rate and heart rate of +10,9%, +3,01%, +45,2% and +14,1% respectively. The milk production of the HO was 22,7±3,0, 22,9±1,5 and 17,4±1,8 kg/day of milk during the P1, P2 and P3 periods. The MO was 21,1±2,2, 20,4±1,1 and 16,1±1,7 kg/day during these same periods. Holstein cows produces more milk, but there is a greater sensitivity of this breed to heat stress than Montbéliarde, which adapts better to the arid environment.

Keywords: Algeria, dairy performance, Northern Sahara, physiological parameter, THI

Introduction

En zones chaudes (méditerranéenne, désertique, tropicale et subtropicale), les contraintes environnementales sont d’abord climatiques : températures et taux d’humidité élevés, et/ou précipitations irrégulières (Mandonnet et al 2011).

A cet effet, pendant les périodes de stress thermique, les bovins laitiers développent une série de changements (anatomiques, physiologiques et comportementaux), mais la plupart de ces changements sont le résultat de l'effort de l'animal pour s'acclimater à l'environnement (Smith et al 2013).

Face à ces conditions thermiques, les vaches laitières stressées par la chaleur entrent dans un état d'équilibre énergétique négatif par la réduction des apports alimentaires (Moore et al, 2005b). Cependant, cette diminution de l'apport en nutriments a été identifiée comme une cause majeure de la réduction de la synthèse de lait (Fuquay 1981 ; Ray et al1992 ; Spiers et al2004). Cette dépression significative de la production de lait dépend du niveau de production, de la taille de l'animal et des races impliquées (West 2003).

D'ailleurs, la composition du lait est également modifiée de façon discordante au cours de l’hyperthermie (Bernabucci et al 2015; Cowley et al 2015). L’élévation de la température corporelle réduit les taux de protéines de lait, des matières grasses, du lactose et des minéraux (Barash et al 2001 ; Bernabucci et al 2002; Key et al 2014).

Ce travail a été mené dans une exploitation privée d’élevage bovins laitiers, dans la région de Ghardaïa, dans le « Sahara septentrional algérien », qui a enregistré depuis plus d’une décennie un grand essor en élevage bovin laitier.Toutefois, il faut noter l’inadaptation des animaux dans ce contexte saharien, à cause d’absence de bâtiments répondant aux exigences thermiques des races bovines modernes. Ceci s’est traduit par la détérioration des performances laitières et celles de la physiologie et du bien-être des vaches laitières, à cause à l’inconfort thermique.

Cette étude a pour objectif d’étudier l’impact du stress thermique sur les performances laitières et les paramètres physiologiques de vaches laitières, au début et au milieu de lactation, chez les races d’origine européenne Holstein et Montbéliarde, afin d’apprécier les données zootechniques obtenues dans le contexte « hyperaride » et d’avoir une idée sur la race la plus adaptée aux conditions sahariennes.

Matériel et méthodes

Animaux et alimentation

Notre étude a été faite au niveau d’une ferme privée d’élevage bovin laitier dans la wilaya de Ghardaïa (Sahara septentrional algérien), qui est située à 32°26^/55.0^// de latitude Nord et 4°11 ^/04.3^// de longitude Est. On a réalisé une expérience sur 3 périodes :

P1 : absence de stress thermique (novembre 2015 à mars 2016),

P2 : stress thermique moyen à modéré (avril et mai 2016),

P3 : stress thermique sévère (juin à septembre 2016).

Le bâtiment d’élevage est subdivisé en 4 parties de 1 260 m², dont la zone ombragée est de 360 m², soit 12m²/vache, avec une toiture en palmes sèches de 3,25m de hauteur. Chaque partie est équipée d’un point d’abreuvement de 0,85m³. Il y a une absence totale de brumisateurs et de ventilation.

Le matériel animal était composé de 66 vaches laitières primipares et multipares de race « Holstein » originaires d’Allemagne et de 54 vaches laitières primipares et multipares de race « Montbéliarde » originaires de France, subdivisé en 3 groupes (tableau 1).

Les quantités de matières sèches ingérées (MSI) et les quantités moyennes d’eau consommée ont été calculées par vache et par jour.

Le détail de la ration journalière moyenne (ration sèche) pour les vaches laitières suivies durant l’expérimentation (P1, P2 et P3) est représenté dans le tableau 2.

• La température rectale (TR) a été mesurée en insérant un thermomètre numérique vétérinaire d'environ 6 cm dans le rectum pendant 60 s.
• La fréquence cardiaque (FC) a été déterminée à l'aide d'un stéthoscope médical pendant une minute (battements / minute).
• La fréquence respiratoire(FR) a été mesurée en comptant les mouvements de flanc des vaches individuelles pendant une minute de respiration, et exprimée en nombre d'inspirations par minute (inspirations / minute).
• Les taux butyreux (TB%) et taux protéique (TP%) ont été déterminés à l’aide d’un Lactoscan Milk Analyzer S^® pour chaque vache après la traite sur un échantillon de 25 ml de lait homogénéisé.

Mesures environnementales

Afin de calculer l’Index de Température-Humidité « THI », la formule utilisée a été celle décrite par Mader et al (2006):THI = (0,8 × T°) + [(%RH / 100) × (T° − 14,4)] + 46,4

Dont : T° : température ambiante, HR: humidité relative de l'aire. Ces valeurs ont été recueillies de la station météorologique de l’ONM Ghardaïa.

Analyse statistique

Les données zootechniques (MSI, eau bue, production laitière, TB% et TP%) et celles de la physiologie (TR, FR, RC), ont été soumises à des analyses statistiques descriptives, des tests de corrélation, l’analyse de la variance (ANOVA) et le calcul de la régression entre les paramètres étudiés des vaches laitières et l’index température-humidité (THI) suivant les 3 périodes de suivi. Pour cela, nous avons utilisé les logiciels IBM SPSS v21 et Minitab18.

Résultats

Suivant le classement proposé par Armonstrong (1994), les résultats obtenus nous ont donné : P1 avec THI_moy= 65,6±3,3 ; P2 avec THI _moy= 76,3±3,9 et P3 avec THI_moy= 82,9±3,7 (tableau 3).

L’effet combiné de la température ambiante et de l’humidité relative de l’air, qui sont les principales origines du stress thermique (modéré à sévère) s’étale sur les 7 mois de l’année (avril à octobre), ce qui exerce une influence directe sur le bien-être des vaches laitières et leurs performances (Kadzere et al 2002 ; Bernabucci et al 2010).

La variation des valeurs moyennes des paramètres étudiés de deux races (HO, MO), est présentée dans le tableau 3.

Ces valeurs montrent que l’augmentation du THI a conduit à une baisse significative de MSI, PL, TB% et TP% entre P1 et P3 de l’ordre de -15,6%, -23,3%, -18,4% et -10,6% chez la Holstein, et -15,6%, -23,7%, -10,8% et -6,7% chez la Montbéliarde. En parallèle, on enregistre une augmentation de l’eau bue, TR, FR et FC lors de la variation saisonnière de l’ordre de +10,8%, +3,3%, +44,7% et +16,6% chez la Holstein, et +11%, +2,8%, +45,6% et +17,1% chez la Montbéliarde, respectivement.

L’effet de l’interaction période × race sur la production laitière, TR, TB% et TP% est significatif (P<0,001). Néanmoins, il n’y a pas de différence significative de la MSI (p=0,273), de l’eau bue (p=0,286), FR (p=0,002) et FC (p=0,019). Ce qui correspond à une même perte par unité de THI pour la MSI (-0,18 kg/THI), et une même élévation de l’eau bue (+0,61 l/THI), la FR (+2,54 res/THI) et la FC (+0,73 bat/THI), chez les deux races.

L'association entre les valeurs moyennes de THI et les paramètres physiologiques (quantité d’eau bue, température rectale, fréquence respiratoire, fréquence cardiaque) chez les deux races, est illustrée dans les figures 1 et 2.

Figure 1. Régression entre fréquence respiratoire, fréquence cardiaque, température rectale et l’eau bue, de la race Holstein et le THI

Figure 2. Régression entre fréquence respiratoire, fréquence cardiaque, température rectale et l’eau bue, de la race Montbéliarde et le THI.

On constate que la régression entre la fréquence respiratoire (FR), la fréquence cardiaque (FC), la température rectale (TR) et l’eau bue et le THI est de l’ordre de (n= 1464, p < 0,0001, r=0,98, R²= 0,97 et l'équation de régression est FR = - 122,7 + 2,68 THI), (n= 1464, p < 0,0001, r= 0,95, R²= 0,95 et l'équation de régression est FC = 15,18 + 0,73 THI), (n= 1464, p < 0,0001, r= 0,97, R²= 0,94 et l'équation de régression est TR = 33,52 + 0,07 THI) et (n= 1464, p < 0,0001, r= 0,84, R²= 0,7 et l'équation de régression est eau bue = 44,12 + 0,7 THI) chez les vaches Holsteins. (n= 1218, p < 0,0001, r=0,98, R²= 0,97 et l'équation de régression est FR = - 120,1 + 2,62THI), (n= 1218, p < 0,0001, r= 0,95, R²= 0,9 et l'équation de régression est FC = FC = 15,07 + 0,73 THI), (n= 1218, p < 0,0001, r= 0,97, R²= 0,94 et l'équation de régression est TR = 34,12 + 0,06THI) et (n= 1218, p < 0,0001, r= 0,85, R²= 0,72 et l'équation de régression est eau bue = 43,23 + 0,68THI) chez les vaches Montbéliardes, respectivement.

L'association entre les valeurs moyennes de THI et les performances de production (MSI, production laitière, TB% et TP%) chez les deux races, est illustrée dans les figures 3 et 4

Figure 3. Régression entre la MSI, production laitière, TB% et TP% de la race Holstein et le THI.

Figure 4. Régression entre la MSI, production laitière, TB% et TP% de la race Montbéliarde et le THI

On constate que la régression entre la matière sèche ingérée (MSI), la production laitière (PL), le taux butyreux (TB%) et le taux protéique (TP%) et le THI est de l’ordre de (n= 1464, p < 0,0001) r=- 0,91, R ²= 0 ,84 et l'équation de régression est MSI = 31,72 - 0,17 THI), (n= 1464, p < 0,0001, r= -0,59, R²= 0,35 et l'équation de régression est PL = 39,00 - 0,25 THI) (n= 1464, p < 0,0001, r=- 0,74, R²= 0,55 et l'équation de régression est TB% = 5,9 - 0,03THI), et (n= 1464, p < 0,0001, r=-0,55, R²= 0,3 et l'équation de régression est TP% = 4,03 - 0,01THI) chez les vaches Holsteins. (n= 1218, p < 0,0001, r=-0,91, R²=0,84 et l'équation de régression est MSI = 31,42 - 0,1THI), (n= 1218, p < 0,0001, r=-0,64, R²= 0,42 et l'équation de régression est production laitière = 35,73 - 0,22 THI), (n= 1218, p < 0,0001, r=-0,74, R²= 0,55 et l'équation de régression est TB% = 4,91 - 0,01 THI) et (n= 1218, p < 0,0001, r=-0,75, R²= 0,57 et l'équation de régression est TP% = 3,78 - 0,01 THI) chez les vaches Montbéliardes, respectivement.

Discussion

Quantité de MSI et eau bue

La ration journalière des vaches laitières expérimentées durant le suivi, dont la part du concentré est de 85% et la fibrosité de ration ADF (Acid Detergent Fiber) est de 18,4% de la ration, ce qui va augmenter la densité énergétique à 0,90 UFL/kg, et va compenser la réduction de MSI sous l’effet du stress thermique (Collier et al 2006 ; Renaudeau et al 2012). De plus, l’utilisation des drêches de brasseries (19,4% de MS), par sa richesse en parois, augmente la durée de mastication et la production de salive (substances tampons salivaires), ce qui permet de diminuer le risque d’acidose (West et al 1994) lorsque le bovin réduit la consommation de fourrages grossiers par rapport aux aliments concentrés, condition de stress thermique (Bernabucci et al 1999).

La faible dépression de l’ingestion de MS dans notre expérimentation (-0,18 kg/THI soit -20,3%) entre les périodes, est comparable à celle trouvé par Rejeb (2014) en conditions méditerranéennes (Tunisie) soit -14,9% (-0,2 kg/THI), et est inférieure de ce qu’a trouvé West (1999) soit -22%. En outre, l’accès à l’ombre (12 m²) favorise l’ingestion en tout temps, puisque Mader et al (1997) ont démontré que les bovins ayant accès à l’ombre de 3,5 m²/tête, ont une prise alimentaire plus élevée que les animaux avec moins d'ombre.Par conséquent, cela se traduit par une insuffisance de nutriments disponibles pour la synthèse du lait au niveau la glande mammaire due à l’hyperthermie (West 2003 ; Bernabucci et al 2010).

La plage de variation des quantités d’eau bue varie entre 80 et 103 l (augmentation de +29,5%), qui est similaire à celletrouvée par Shalit et al (1991) en conditions estivales, pour des vaches laitières en début de lactation. Les quantités d’eau consommées sont corrélées positivement avec le THI (r= 0,84), et surtout quand la température ambiante dépasse 14°C (Silanikove et al 2000).

Paramètres physiologiques

La TR _moy est significativement affectée (P<0,001) par la variation de THI entre 60 à 88 ; la TR des Holsteins varie entre 38 à 40,8 °C, contre 38,2 à 40,3 °C pour les Montbéliardes. D'ailleurs,le seuil de TR pour les bovins est de 39,7 °C (Wenz et al 2011). De même, Espinosa et al (2009), ont signalé que la TR de vaches Holsteins a atteint 40,1 °C lorsque le THI était égal à 78,9, soit une augmentation de +6,86% et +5,21%, respectivement. Encore l’augmentation de la TR par unité de THI a été plus atténuée pour les Montbéliardes (+0,07 °C/ THI) que pour les Holsteins (+0,1 °C/ THI), ce qui montre que les vaches Montbéliardes ont une TR inférieure à celles des vaches Holsteins. Effectivement, Correa-Calderón et al (2004) ont montré que les vaches Holsteins ont une TR supérieure à celles des vaches Brown Swiss (39,7 et 39,2 °C respectivement) lorsque le THI atteint une valeur maximale de 82. En effet, la thermotolérance est liée probablement à la couleur du pelage, plus claire que les Holsteins, car il existe des différences distinctes entre les races bovines dans la thermorégulation (Kadzere et al 2002 ; Hansen 2009).

La fréquence respiratoire varie entre 43 et 117 resp./min et 41 à 113 resp./min (une augmentation de +172% et 176) chez la Holstein et la Montbéliarde, respectivement. Muller et al(1994) ont remarqué une augmentation du rythme respiratoire de 194 % à partir de 32 resp./min (Ta = 18°C) à 94 resp./min (Ta = 30°C). De même, Thomas et Pearson (1986) ont rapporté que la FR peut atteindre 200 respirations par minute chez les bovins. Cette augmentation de la FR dans des conditions de stress thermique est une réponse adaptative efficace pour les vaches laitières afin d’évacuer l’extra-chaleur via l’évaporation (Silanikove et al 2000). Correa-Calderón (2004) a expliqué que la sensibilité au stress thermique entre les races bovines est basée sur la mesure de différence de FR. C'est pourquoi la Holstein est plus sensible à la chaleur. Mais la température rectale reste un indicateur du stress thermique plus fiable que le rythme respiratoire ou la température de la peau (Hillman et al 2005), parce que la FR peut réagir à la contrainte thermique du milieu alors que la température rectale reste constante (Bru et al 1987).

En conditions d’hyperthermie, les vaches Montbéliardes ont présenté une FC légèrement plus élevée que celles des Holsteins, soit 39% vs 37%, et lorsque le THI est passé de 60 à 88, le rythme cardiaque enregistré chez des vaches laitières a varié de 59 à 82, ce qui est analogue aux valeurs avancées par Rejeb et al (2012) (62,1 à 80,3 bat./min).

Performances laitières

Le rendement en lait et sa composition varient selon les vaches et selon diverses conditions environnementales (Yano et al 2014). A cet effet, la quantité de lait produite a connu un taux de régression dramatique (-130% ; -120%) et des valeurs extrêmes (31 à 13,5 ; 26,5 à 12), pour HO et MO, respectivement, lorsqu’on est passé de la thermo-neutralité (P1) à l’hyperthermie (P2 et P3). A cet effet, Wheelock et al (2010) ont montré que la chute du rendement laitier de vaches exposées à un stress thermique a été deux fois plus élevée que celle des mêmes vaches en conditions de neutralité thermique. En outre, Rhoads et al (2009) et Wheelock et al (2010) ont montré que la chute de la production laitière n’est qu’en partie (35%) attribuable à la diminution de l’ingestion causée par le stress thermique.

Il existe une différence génétique au niveau de la thermo-tolérance entre HO et MO, expliquée par le taux de chute inférieur de MO. West (1999) a confirmé que la chute de la production laitière est plus élevée chez la Holstein, suivie de la Jersiaise et enfin la Brown Swiss. Cela est dû à la production de chaleur métabolique interne qui augmente pendant la lactation, ce qui peut diminuer la tolérance des vaches laitières aux températures ambiantes élevées (Chebel et al 2004). Ensuite, la corrélation négative entre l’interaction du stade de lactation et le THI (THI*JL) avec la production laitière est de r=-0,78, car les vaches en milieu de lactation sont généralement plus sensibles à la chaleur que celles au début ou en fin de lactation (Basirico et al 2009 ; Bernabucci et al 2010). D'ailleurs, les vaches laitières fortes productrices, au début de lactation, entrent dans un état physiologique pendant lequel elles sont incapables de consommer suffisamment de nutriments pour satisfaire leurs besoins d'entretien et de production de lait (Drackley 1999), d’autant que les besoins d’entretien augmentent en plus de 7 à 25% sous l’effet du stress thermique (NRC 2001) et pourraient même dépasser 30% (Fox et Tylutki 1998).

L’effet du THI sur la production laitière est significatif (P<0,001) pour les deux races. De même, il existe une interaction significative entre le THI * race. Ces résultats sont analogues pour la Holstein et la Tarentaise en milieu méditerranéen (Bellagi et al 2017). Quand le THI augmente, la chute du rendement laitier est plus marquée chez les Holsteins que chez les Montbéliardes (une baisse de -0,64 kg/j vs -0,52 kg/j de lait par unité de THI). Cependant, Spiers et al (2004), Gantner et al (2011) et West (2003) ont montré que quand le THI dépasse 69, la production laitière diminue de -0,41 kg/THI, -0,9 kg/THI et -0,88 kg/THI. Entre autres, des études réalisées en Croatie ont indiqué que la race Simmental, en termes de production quotidienne de lait, pourrait être plus résistante au stress thermique que la Holstein (Gantner et al 2017).

En général, il y a une différence significative (P<0,0001) de l’interaction de (THI × race) sur la TB% et TP% entre les HO et MO, qui produisent un lait contenant respectivement 3,5±0,3% et 3,55±0,2% de matières grasses et de 2,87± 0,2 % et 2,93±0,1 % de matières protéiques.

Pendant les températures élevées, les quantités de matière grasse et de matière protéique varient avec des taux aléatoires (Remond et Vermorel 1982). En effet, avec l’augmentation du THI, on a respectivement pour HO et MO, une baisse significative du TB de 7 g/kg et 4g/kg entre P1 et P3, ce qui correspond à une perte de-0,25 g/kg et -0,14g/kg/THI de matières grasses. Kadzere et al (2002), ont souligné qu'à partir de 35° C, le pourcentage de matières grassesdu lait est réduit de 39,7%, d'où la baisse des matières grasses du lait suite à une exposition à la chaleur sont associées à la diminution d’ingestion des fourrages, ce qui va principalement augmenter le rapport acétate/propionate dans le rumen (Ominski et al 2002).

De plus, on enregistre une faible diminution du TP de 3,2 g/kg et 2 g/kg dans la même période, avec une perte de -0,01 g/kg et -0,07 g/kg/THI de matières protéiques. A cet effet, le stress thermique atténue l’aptitude des glandes mammaires à la synthèse protéique, en réduisant les teneurs en caséines du lait. Bernabucci et al (2002) ont aussi rapporté que le TP% pendant la saison estivale était diminué de 9,9 % par rapport au printemps. Brügemann et al (2012), ont montré que l'impact du THI sur le TP% du lait a été très faible (R² = 0,18). Cependant, Rhoads et al (2011) ont suggéré que le stress thermique n’a pas d’influence remarquable sur le taux protéique du lait, néanmoins il réduit le rendement total en protéines du lait à cause de la diminution de la production laitière.

Conclusion

• D’une façon générale, le stress thermique que subissent les vaches laitières dans les régions sahariennes (spécialement durant la saison estivale où les THI sont supérieurs à 80 dans la majorité de temps avec un prolongement qui peut arriver à 4 mois de l’année), agit négativement sur les performances laitières et les paramètres physiologiques. Les vaches Montbéliardes sont moins influencées par la chaleur que les Holsteins, en matière de chute de production du lait et sa composition, malgré la supériorité de la Holstein en terme de quantités produites.
  
  
• Les réponses physiologiques adoptées par les vaches laitières pendant l’hyperthermie, révèlent une thermo-tolérance des Montbéliardes par rapport aux Holsteins, par des fréquences respiratoires et cardiaques élevées nécessaires pour la thermolyse (thermorégulation).
  
  
• Il en ressort que la race Montbéliarde a des aptitudes d’acclimatation aux conditions climatiques sahariennes meilleures que la Holstein. Enfin, pour atténuer l’effet des contraintes climatiques dans les régions sahariennes sur les bovins laitiers, il faut adopter des stratégies d’adaptation qui doivent toucher la maîtrise de l’environnement thermique des bovins laitiers, la conduite de ces troupeaux, et l’amélioration génétique par la sélection sur la thermorésistante et le croisement entres races laitières. Ces mesures semblent indispensables pour l’élevage de bovins laitiers forts producteurs dans cette zone au climat éprouvant.

Références

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Received 22 October 2018; Accepted 15 November 2018; Published 2 December 2018

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