Academic literature on the topic 'Particules (matière) – Effets physiologiques'

La taille des particules alimentaires joue un rôle très spécifique dans le fonctionnement de la caecotrophie du lapin. Ainsi les particules fines (moins de 0,1 mm) tendent à être refoulées vers le cæcum lors de la fabrication des crottes dures, tandis que les particules grossières (plus de 0,3 mm) sont incorporées préférentiellement dans ces mêmes crottes dures. La mise au point d’une méthode de mesure de la taille des particules contenues dans les aliments granulés a permis de démontrer le broyage important effectué par la presse à granuler, ce qui limite fortement l’interprétation de toute mesure de granulométrie faite avant granulation sur un aliment encore en farine. En outre, les particules intervenant principalement dans le fonctionnement des parties postérieures du tube digestif (cæcum, côlon), l’intérêt de la connaissance de la répartition des tailles de particules dans l’aliment reste limité, puisqu’une partie de ces particules sera digérée avant d’atteindre la deuxième moitié du tube digestif. Les travaux de recherche ont donc porté principalement sur les effets du broyage plus ou moins fin d’un même aliment. Ainsi, un broyage fin des matières premières modifie l’activité motrice du tube digestif, en particulier en augmentant le temps de séjour dans le cæcum. Une amélioration significative de la digestibilité des aliments par un broyage très fin (grille de 0,25 mm) a pu être démontrée (+7 points de digestibilité de la MO). Par contre, avec les types de mouture réalisables avec les broyeurs classiquement disponibles dans les usines de fabrication des aliments du bétail, la digestibilité n’est pas modifiée, ou seulement de manière insignifiante. Comparativement à un aliment broyé avec une grille grossière (orifices de 7 à 10 mm), un aliment finement broyé (orifices de 2 à 3 mm) sera consommé en quantité éventuellement un peu plus faible, mais sans modification de la vitesse de croissance. En revanche, le risque de troubles digestifs mortels (diarrhées) sera légèrement accru. En conclusion, si des effets physiologiques nets liés à la répartition des tailles de particules alimentaires peuvent être démontrés, les effets zootechniques attendus chez les lapins en production sont beaucoup plus frustes.

Introduction. Le moustique Aedes aegypti, vecteur majeur d’arbovirus, se développe dans un large panel de réservoirs artificiels en zone urbaine. Ces gîtes larvaires sont exposés à des conditions biotiques et abiotiques variables pouvant influencer la capacité vectorielle du moustique adulte et, par conséquent, le risque de transmission de pathogènes. Ici, nous recensons l’état des connaissances sur les propriétés physico-chimiques et microbiologiques des habitats aquatiques d’Ae. aegypti qui affectent le comportement de pré-oviposition, le développement et la capacité à transmettre les virus de ce Culicidae. Littérature. La grande variabilité spatio-temporelle des propriétés abiotiques et biotiques des gîtes d’Ae. aegypti rend complexe leur caractérisation. Certains facteurs biotiques (matière organique, larves congénères, microbiote) et abiotiques (salinité, température, pH) des gîtes ont des effets forts et directs sur le développement des larves et se répercutent sur les caractéristiques physiologiques et morphologiques du moustique adulte telles que la taille, la fécondité, la longévité et sa capacité vectorielle. Conclusions. Au vu de l’influence du gîte larvaire, et notamment de son microbiote, sur des nombreux traits phénotypiques chez Ae. aegypti, des efforts sont encore requis pour mieux comprendre comment la variabilité naturelle des gîtes façonne la capacité vectorielle des populations de cette espèce invasive à travers le globe.

La qualité sensorielle des fromages dépend d’un grand nombre de facteurs, liés à la fois à la technologie de fabrication et aux caractéristiques chimiques et microbiologiques de la matière première mise en œuvre. Ces dernières dépendent elles-mêmes de nombreux facteurs d’amont (d’origine génétique, physiologique, alimentaire ...). Ces facteurs d’amont sont de plus en plus pris en compte par les consommateurs qui s’interrogent en particulier sur l’alimentation offerte aux animaux. Ils revêtent une importance toute particulière dans le cas des produits marqués (Appellation d’Origine Contrôlée, Indication Géographique Protégée, labels…) pour lesquels les modifications de la matière première au moment de sa transformation sont limitées, voire interdites et qui revendiquent un lien fort avec les conditions de production du lait, dont certaines sont à la base de la notion de terroir (Grappin et Coulon 1996). Dans le domaine des productions fromagères, les relations entre ces conditions de production (alimentation et type d’animal en particulier) et les caractéristiques des fromages sont souvent mises en avant par les fromagers, sur la base d’observations empiriques. Jusqu’à récemment il n’existait cependant que peu de travaux expérimentaux sur le sujet, en raison, entre autres, de la difficulté de séparer correctement les effets propres de ces facteurs d’amont de ceux qui sont liés à la transformation fromagère proprement dite. Depuis quelques années, plusieurs études spécifiques ont été mises en œuvre pour préciser ces liaisons. Elles ont été permises par le développement des méthodes d’analyse des caractéristiques sensorielles des fromages et par la maîtrise ou le contrôle des paramètres technologiques de fabrication fromagère. Voir la suite de l'article à l'adresse suivante : https://www6.inrae.fr/productions-animales_eng/content/download/3823/39532/version/1/file/Prod_Anim_2003_16_4_07.pdf

Dossier "PhénoFinlait : Phénotypage et génotypage pour la compréhension et la maîtrise de la composition fine du lait Avant-propos Le lait est un produit animal complexe à l’origine de multiples valorisations en alimentation humaine : laits de consommation incluant les laits infantiles, fromages, beurres, crèmes, yaourts, desserts et boissons lactées, ingrédient dans une grande diversité de pâtisseries et de plats cuisinés, etc. Il s’agit donc d’un pilier de l’alimentation humaine y compris à l’âge adulte et ce depuis des milliers d’années. Toutefois, les demandes des consommateurs et de la société ont évolué rapidement ces dernières années et les exigences en matière de qualité des produits se sont complexifiées (Le Bihan-Duval et al 2014). Tout d’abord du point de vue du consommateur, en particulier occidental, l’alimentation doit désormais répondre à une diversité d’attentes. A la demande en « quantité » d’après-guerre, se sont en particulier ajoutées des exigences sanitaires, des exigences organoleptiques, de traçabilité du produit, des exigences nutritionnelles, et après une période « nutrition - santé » (Cniel 2011), une exigence croissante de « naturalité ». De plus, du point de vue du citoyen, la qualité intègre l’environnement, le bien-être animal, les conditions de production. Une partie des consommateurs a d’ailleurs évolué vers une stratégie d’achat « responsable » (Cniel 2011). Simultanément, le lait, bien que bénéficiant d’une image traditionnellement et majoritairement favorable à plusieurs titres, est confronté ces dernières années à des remises en causes parfois virulentes (allergies, intolérances, rejet des matières grasses saturées et trans…) qui s’installent probablement durablement dans les rapports des consommateurs avec le lait (Cniel 2011). Malgré ce contexte exigeant et changeant, jusqu’à aujourd’hui, au-delà des quantités totales en matières grasses et protéiques, peu de dispositifs sont disponibles et mis en œuvre pour suivre, qualifier, voire piloter la composition fine du lait « en sortie de ferme ». Le lait a suivi, avec le développement du secteur laitier, un processus de standardisation conformément au principe du « lait apte à toute transformation », devenant une matière première à laquelle l’application de procédés de fabrication variés donne de la valeur. Ce constat est à moduler pour les filières AOP fromagères. La composition fine du lait, en particulier la variabilité des profils en acides gras et en protéines, n’est pas ou peu valorisée, ni au niveau de la production, ni au niveau de la transformation. Dans le contexte actuel, traiter le lait de manière indifférenciée peut être contre-productif, en particulier si l’on reconsidère la richesse intrinsèque de la matière première « lait » et le fait que la composition du produit final reflète largement la composition du lait d’origine (Lucas et al 2006). Le lait « en sortie de ferme » se situe à la charnière entre l’amont et l’aval des filières laitières et, à ce titre, est idéalement placé pour être une source importante de compétitivité et d’adaptabilité des filières laitières dans leur globalité. Le sujet de la composition fine du lait a bien entendu fait l’objet de travaux bien avant que le programme PhénoFinlait ne soit imaginé et mis en œuvre. Ainsi, les liens entre alimentation et profil en acides gras (Chilliard et al 2007, Couvreur et al 2007, Hurtaud et al 2007) ou encore les variants génétiques des lactoprotéines majeures (Grosclaude et al 1987, Grosclaude 1988) ont été étudiés généralement à partir de dispositifs expérimentaux. Ces connaissances ont servi de point de départ et d’assurance sur la faisabilité et l’intérêt d’engager un programme à grande échelle. L’ambition de PhénoFinlait était alors de transposer ces connaissances et hypothèses en élevages privés avec une grande diversité de systèmes d’alimentation et de coupler cela à une analyse conjointe du déterminisme génétique afin d’apporter aux éleveurs et à leurs filières des outils et des réponses globales. De nombreuses nouvelles références étaient bien évidemment à établir, mais l’un des enjeux majeurs portait et porte toujours sur les possibilités de transfert aux filières. Les développements à la fois de la spectrométrie dans l’infra-rouge et de la sélection génomique ont ouvert de nouvelles portes en matière d’accès à la composition fine du lait à coûts réduits et d’analyses de ses déterminants génétiques.Les travaux pionniers de la Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux (Soyeurt et al 2006) ont ainsi ouvert la voie à l’estimation de nombreux composants fins du lait à partir d’une exploitation plus fine des données d’absorbance de la lumière dans le Moyen Infra-Rouge (MIR) principalement. Le principe est simple : la spectrométrie MIR, utilisée pour estimer les taux de matière grasse et protéique en routine dans les laboratoires d’analyse du lait, peut aussi être utilisée pour quantifier individuellement certains composants fins. Des modèles de prédiction sont développés à partir d’un jeu d’échantillons caractérisés à la fois à l’aide d’une méthode d’ancrage et par un spectre MIR. Ces modèles sont ensuite appliqués aux données spectrales telles que celles produites dans le cadre des analyses laitières habituelles de paiement du lait à la qualité et de contrôle laitier. Plusieurs dizaines d’acides gras et protéines peuvent ainsi être estimés avec une précision satisfaisante et à un coût additionnel modeste par rapport aux analyses déjà réalisées en routine. Parallèlement, les avancées dans le domaine de la génomique permettent d’analyser et d’exploiter plus rapidement et plus finement le déterminisme génétique des caractères. Là encore, le principe est relativement simple : deséquations d’estimation du potentiel génétique des animaux pour les différents caractères sont établies à partir d’une population de référence (animaux génotypés et caractérisés d’un point de vue phénotypique). Cette population peut être de taille beaucoup plus restreinte que celle nécessaire pour mettre en œuvre une évaluation génétique « classique ». Par ailleurs, les équations produites permettent de déterminer le potentiel génétique d’un animal sans pour autant qu’il dispose lui-même (ou ses descendants) de phénotype mesuré (Robert-Granié et al 2011). L’un des enjeux en sélection est alors de concevoir et de mettre en œuvre des programmes de caractérisation phénotypique de populations de référence, ce que l’on a appelé des programmes de « phénotypage » à plus ou moins grande échelle. Le programme PhénoFinlait est l’un des premiers grands programmes de phénotypage à haut débit (Hocquette et al 2011) avec ses caractéristiques : phénotypage fin sur la composition du lait, dans des systèmes d’élevage caractérisés, en particulier, par l’alimentation, préalable à un génotypage à haut débit des animaux suivis. Face à ces enjeux pour la filière laitière et ces nouvelles potentialités techniques et scientifiques, les filières laitières bovine, caprine et ovine, les acteurs de l’élevage (conseil en élevage et laboratoires d’analyse du lait) et de la génétique (entreprises de sélection et de mise en place d’insémination), les instituts de recherche et de développement (Inra, Institut de l’Elevage, Actalia) et APIS-GENE ont décidé de se constituer en consortium afin d’unifier leurs efforts et de partager leurs compétences et réseaux. Le consortium, avec le soutien financier d’APIS-GENE, de l’ANR, du Cniel, du Ministère de l’Agriculture (fond dédié CASDAR et Action Innovante), de France AgriMer, de France Génétique Elevage, du fond IBiSA et de l’Union Européenne, a initié début 2008 un programme pour :- analyser la composition fine du lait en acides gras et en protéines par des méthodes de routine et des méthodes d’ancrage ultra-résolutives (protéines) ;- appliquer ces méthodes à grande échelle sur une diversité de systèmes et de races représentatives de la diversité de la ferme France afin d’identifier des facteurs influençant la composition fine du lait ;- optimiser la valorisation des ressources alimentaires et génétiques par le conseil en élevage ;- initier une sélection génomique. Au-delà de ces objectifs, le programme PhénoFinlait a été envisagé comme un investissement majeur et collectif pour les filières laitières françaises afin de leur permettre de conserver ou de développer des avantages compétitifs par la possibilité de mieux valoriser la composition fine et demain ultrafine (grâce à des méthodes plus fines encore que la spectrométrie MIR) du lait. Les bases de données et d’échantillons ont ainsi vocation à être exploitées et ré-exploitées pendant plusieurs années au fur et à mesure des demandes des filières et de l’avancée des connaissances et des technologies d’analyse du lait. D’autres pays se mobilisent également sur cette problématique : Pays-Bas, Nouvelle-Zélande, Danemark et Suède, Italie, Belgique, etc. Ce dossier de la revue Inra Productions Animales fait état des principales productions issues à ce jour du programme PhénoFinlait. Il n’a pas vocation à couvrir exhaustivement les résultats produits. En particulier, nous ne présenterons pas systématiquement l’ensemble des résultats pour l’ensemble des espèces, races et composants. Néanmoins, nous nous sommes attachés à présenter à travers trois articles de synthèse et un article conclusif les principales avancées permises par ce programme à partir d’exemples pris dans les différentes filières. Gelé et al, débutent ce dossier par une présentation du programme dans ses différents volets, depuis la détermination des élevages et animaux à suivre jusqu’à la collecte et la conservation d’échantillons (de lait et de sang), en passant par l’enregistrement en routine des spectres MIR, des conditions d’alimentation, le prélèvement d’échantillons de sang puis, plus tard, le génotypage sur des puces pangénomiques. Cet article développe plus particulièrement la méthodologie mise en place pour déterminer la composition du lait en acides gras etprotéines à partir de spectres MIR. Enfin, il dresse un bilan des données collectées, permettant d’actualiser les références sur la caractérisation des troupeaux, des femelles laitières, des régimes alimentaires, et du profil des laits produits dans les trois filières laitières françaises. Legarto et al, présentent ensuite les résultats relatifs à l’influence des facteurs physiologiques (stade de lactation...), alimentaires (à travers des typologies de systèmes d’alimentation), raciaux et saisonniers, sur les profilsen acides gras. Ces résultats mettent en évidence de nombreuses sources de variation de la composition du lait qui pourront être exploitées à différentes échelles : animal, troupeau et bassin de collecte. Enfin, Boichard et al, présentent une synthèse de l’analyse du déterminisme génétique des acides gras d’une part et des protéines d’autre part. Cette synthèse aborde les estimations de paramètres génétiques tels que l’héritabilité et les corrélations génétiques entre caractères de composition fine entre eux, et avec les caractères de production. Ces résultats permettent en particulier de définir les potentialités de sélection ainsi que les liaisons génétiques à considérer. Ces analyses ont aussi permis de mesurer l’importance du choix de l’unité d’expression des teneurs (en pourcentage de la matière grasse ou protéique, ou en pourcentage dans le lait). Dans une dernière partie, cet article présente les analyses de détection de QTL avec une analyse des co-localisations entre races, entre composants et avec des gènes majeurs connus. RéférencesBoichard D., Govignon-Gion A., Larroque H., Maroteau C., Palhière I., Tosser-Klopp G., Rupp R., Sanchez M.P., Brochard M., 2014. Déterminisme génétique de la composition en acides gras et protéines du lait des ruminants. In : PhénoFinlait : Phénotypage et génotypage pour la compréhension et la maîtrise de la composition fine du lait. Brochard M., Boichard D., Brunschwig P., Peyraud J.L. (Eds). Dossier, INRA Prod. Anim., 27, 283-298. Chilliard Y., Glasser F., Ferlay A., Bernard L., Rouel J., Doreau M., 2007. Diet, rumen biohydrogenation, cow and goat milk fat nutritional quality: a review. Eur. J. Lipid Sci. Technol., 109, 828-855. Cniel, 2011. Lait, produits laitiers et société : France 2025 – Prospective collective. Note de synthèse sur les évolutions probables, juillet 2011. Couvreur S., Hurtaud C., Marnet P.G., Faverdin P., Peyraud J.L., 2007. Composition of milk fat from cows selected for milk fat globule size and offered either fresh pasture or a corn silage-based diet. J. Dairy Sci., 90, 392-403. Gelé M., Minery S., Astruc J.M., Brunschwig P., Ferrand M., Lagriffoul G., Larroque H., Legarto J., Martin P., Miranda G., Palhière I., Trossat P., Brochard M., 2014. Phénotypage et génotypage à grande échelle de la composition fine des laits dans les filières bovine, ovine et caprine. In : PhénoFinlait : Phénotypage et génotypage pour la compréhension et la maîtrise de la composition fine du lait. Brochard M., Boichard D., Brunschwig P., Peyraud J.L. (Eds). Dossier, INRA Prod. Anim., 27, 255-268. Grosclaude F., Mahé M.F., Brignon G., Di Stasio L., Jeunet R., 1987. A Mendelian polymorphism underlying quantitative variations of goat αS1-casein. Génét. Sel. Evol., 19, 399-412. Grosclaude F., 1988. Le polymorphisme génétique des principales lactoprotéines bovines. Relations avec la quantité, la composition et les aptitudes fromagères du lait. INRA Prod. Anim., 1, 5-17. Hocquette J.F., Capel C., David V., Guemene D., Bidanel J., Barbezant M., Gastinel P.L., Le Bail P.Y., Monget P., Mormede P., Peyraud J.L., Ponsart C., Guillou F., 2011. Les objectifs et les applications d’un réseau organisé de phénotypage pour les animaux d’élevage. Renc. Rech. Rum., 18, 327-334. Hurtaud C., Peyraud J.L., 2007. Effects of feeding camelina (seeds or meal) on milk fatty acid composition and butter spreadability. J. Dairy Sci., 90, 5134-5145. Le Bihan-Duval E., Talon R., Brochard M., Gautron J., Lefevre F., Larzul C., Baeza E., Hocquette J.F., 2014. Le phénotypage de la qualité des produits : enjeux de société, scientifiques et techniques. In : Phénotypage des animaux d’élevage. Phocas F. (Ed). Dossier, INRA Prod. Anim., 27, 223-234. Legarto L., Gelé M., Ferlay A., Hurtaud C., Lagriffoul G., Palhière I., Peyraud J.L., Rouillé B., Brunschwig P., 2014. Effets des conduites d’élevage sur la composition en acides gras du lait de vache, chèvre et brebis évaluéepar spectrométrie au moyen infrarouge. In : PhénoFinlait : Phénotypage et génotypage pour la compréhension et la maîtrise de la composition fine du lait. Brochard M., Boichard D., Brunschwig P., Peyraud J.L. (Eds).Dossier, INRA Prod. Anim., 27, 269-282. Lucas A., Rock E., Chamba J.F., Verdier-Metz I., Brachet P., Coulon J.B., 2006. Respective effects of milk composition and the cheese-making process on cheese compositional variability in components of nutritionalinterest. Lait, 86, 21-41. Robert-Granié C., Legarra A., Ducrocq V., 2011. Principes de base de la sélection génomique. In : Numéro spécial, Amélioration génétique. Mulsant P., Bodin L., Coudurier B., Deretz S., Le Roy P., Quillet E., Perez J.M. (Eds). INRA Prod. Anim., 24, 331-340. Soyeurt H., Dardenne P., Dehareng F., Lognay G., Veselko G., Marlier M., Bertozzi C., Mayeres P., Gengler N., 2006. Estimating fatty acid content in cow milk using mid-infrared spectrometry. J. Dairy Sci., 89, 3690-3695.

La palatabilité (ou l’ appétibilité) désigne les caractéristiques de l’aliment qui provoquent la réaction des sens de l’animal. Elle est le corollaire de l’appétit de l’animal pour l’aliment. Lorsqu’un seul aliment est disponible, la palatabilité peut être évaluée par la vitesse d’ingestion au début du repas et non par la quantité ingérée qui intègre en partie les effets post-ingestifs. Toutefois certaines techniques expérimentales permettent de séparer les deux phénomènes. Lorsque plusieurs aliments sont proposés, leur palatabilité est généralement évaluée par des tests de préférence. L’étude du comportement permet d’évaluer la motivation pour l’aliment plutôt que son résultat qui est la quantité ingérée. Les procédures de conditionnement opérant montrent comment l’animal maintient son choix pour un aliment préféré lorsqu’il devient de plus en plus difficile à obtenir. Les caractéristiques physiques de l’aliment (taille des particules, résistance à la cassure, teneur en matière sèche, hauteur et densité du couvert végétal...) participent à la réponse des sens. Elles influencent la facilité de préhension et de mastication et les animaux préfèrent généralement les aliments dont la forme physique permet une ingestion rapide. Le goût et l’odeur sont considérés comme des déterminants importants de la palatabilité, mais leurs effets sont difficiles à mesurer car ils dépendent de la technique expérimentale utilisée. La plupart des études sur la palatabilité sont réalisées à court terme (quelques minutes ou quelques heures). A plus long terme (plusieurs jours ou semaines) les préférences alimentaires semblent généralement être associées à des modifications digestives. Les animaux associent par apprentissage les effets post-ingestifs de l’aliment avec ses caractéristiques sensorielles. Les ruminants développent généralement des préférences pour les aliments qui leur permettent d’atteindre rapidement un état de satiété élevé. Ainsi la palatabilité mesurée par la réponse des sens à l’aliment intègre sa valeur nutritive. Cependant, pour une valeur nutritive donnée, les propriétés sensorielles intrinsèques de l’aliment peuvent stimuler plus ou moins un comportement alimentaire de nature hédonique, surtout dans les situations de choix et pour les animaux à faibles niveaux de productions. En première approche, la valeur hédonique de l’aliment peut être assimilée à la différence entre la quantité ingérée observée et celle prévue à partir de sa valeur nutritive.

L’évolution des systèmes d’unités d’alimentation des ruminants vers des systèmes de lois de réponses multiples nécessite d’actualiser le calcul des apports nutritifs à l’animal, afin de le rendre plus précis sur les unités agrégées (UF et PDI) et plus évolutif (prédiction des nutriments absorbés). Cette actualisation est basée sur la construction et l’interprétation par méta-analyse, de larges bases de données sur la digestion et la nutrition des ruminants. Les différentes équations utilisées pour le calcul des apports UF et PDI ont ainsi été mises à jour, ce qui permet en particulier : i) de prévoir le transit des particules et des liquides en fonction du niveau d’ingestion et de la proportion de concentré, et de prendre en compte les variations de transit dans le calcul des dégradations des protéines et de l’amidon dans le rumen, estimées à partir des données issues de mesures in situ; ii) de prendre en compte les effets des principaux facteurs d’interactions digestives (niveau d’ingestion, proportion de concentré, balance protéique du rumen) sur la digestibilité de la matière organique, les pertes d’énergie sous forme de méthane et sous forme d’urine ; iii) de calculer plus précisément l’énergie disponible dans le rumen et son efficacité d’utilisation pour la synthèse de protéines microbiennes. Ce modèle rénové de la digestion chez les ruminants conduit à considérer que les valeurs UF et PDI des aliments varient en fonction de la ration dans laquelle ils sont incorporés, les valeurs des tables étant indicatives. Il est ainsi possible de prédire plus précisément les apports sur une plus large gamme de régimes, et en particulier de mieux traiter des interactions entre les apports en énergie et en protéines.

Les études sur la digestion et le métabolisme des camélidés ont bénéficié au cours des quinze dernières années des progrès techniques et méthodologiques issus des travaux conduits chez les ruminants. On dispose aujourd’hui d’éléments scientifiques fiables qui permettent de comparer les aptitudes digestives et métaboliques respectives de ces deux types d’animaux. L’anatomie des pré-estomacs ainsi que le comportement alimentaire des animaux sont très différents entre camélidés et ruminants. De telles différences ont des conséquences sur la transformation des aliments dans le tube digestif. Bien que la population microbienne soit qualitativement la même, l’activité cellulolytique des bactéries est plus importante dans les pré-estomacs des camélidés et le temps de séjour moyen des particules solides y est plus long. L’évolution de ces deux paramètres est à l’origine d’une meilleure digestion de la matière organique et de la fraction cellulosique des rations. Grâce à un meilleur pouvoir tampon des digesta, l’ajout important d’amidon à une ration à base de fourrage n’a pas les effets négatifs observés sur la cellulolyse chez les ruminants. Par ailleurs, les camélidés excrètent moins d’azote dans l’urine et recyclent efficacement l’urée via la muqueuse des pré-estomacs. Cette épargne de l’azote leur permet de maintenir une production minimum de protéines microbiennes dans le cas de régimes carencés en azote. En revanche, les camélidés sont beaucoup plus sensibles que les ruminants à des risques d’intoxication dus à des excès d’azote soluble dans les rations. Des besoins d’entretien en énergie réduits et un meilleur rendement de transformation de l’énergie métabolisable en énergie nette, vont dans le sens d’une meilleure utilisation de l’énergie ingérée par les camélidés. Une plus grande stabilité des conditions physico-chimiques (pH, NH3) du milieu fermentaire dans le compartiment C1 des camélidés après le repas, ainsi qu’une vitesse de vidange plus élevée de la phase liquide, sont des éléments favorables au développement et à l’activité des microorganismes.

La transmission des maladies par la voie hydrique est sous contrôle dans la majorité des pays industrialisés. Malgré tout des maladies épidémiques ou endémiques sont encore observées. Plusieurs microorganismes sont en émergence, et Cryptosporidium a été impliqué dans des épidémies importantes dans plusieurs pays. Le conrôle de ces maladies transmissibles par la voie hydrique requiert des autorités des nouvelles approches qui allient le contrôle des risques de cancer dûs aux sous-produits de la désinfection au contrôle des micro-organismes les plus résistants . Aux Etats-Unis, l'objectif proposé est l'absence de microorganismes dans l'eau potable. Cet objectif ne peut être contrôlé par les indicateurs usuels et l'on recommande donc un niveau de traitement équivalent. Le traitement est alors contrôlé en temps réel par des moyens physico-chimiques tels la turbidité ou la mesure des particules, et un contrôle a posteriori par de nouveaux indicateurs telles les spores des bactéries sporulantes aérobies. Le vieillissement des installations, des populations immunocompromises et une urbanisation grandissante sont autant de causes de l'émergence de nouvelles maladies infectieuses dont certaines transmissibles par la voie hydrique. La proportion des maladies gastro-intestinales qui est attribuable à l'eau de consommation est encore très grande et elle contribue à maintenir ces infections en circulation dans la population. Le dilemme du contrôle des risques de cancer dus aux sous-produits de la désinfection ne doit pas conduire à une réduction de l'efficacité des traitements, car le niveau de risque à partir duquel ont été fixées les concentrations maximales admissibles de ces sous-produits dans l'eau (10-6 cas de cancer par vie entière d'exposition) est bien plus faible que celui de contracter une maladie infectieuse d'origine hydrique en absence de traitement adéquat. La situation en matière de pathologies induites par la consommation d'eau est extrêmement contrastée selon les pays. En effet la transmission de maladies infectieuses par la voie hydrique a été maîtrisée dans la plupart des pays industrialisés par la mise en place d'installations de traitement et d'un contrôle sanitaire s'appuyant sur une réglementation abondante. A l'opposé la situation des pays en voie de développement reste souvent très mauvaise dans ce domaine et l'Organisation Mondiale de Santé estime que 1,5 milliards d'habitants ne disposent pas encore d'eau potable dont cent millions en Europe et que 30 000 morts journalières sont dues à l'absence d'une eau en quantité et qualité satisfaisantes (Ford et Colwell 1996). En revanche les pays développés voient la qualité chimique des eaux distribuées de plus en plus souvent mise en cause par les associations de consommateurs. Outre le progrès très rapide des techniques analytiques qui permet de découvrir la présence de traces dont on ne soupçonnait guère la présence dans l'eau du robinet, la pollution croissante de la ressource, les traitements de désinfection et le contact avec les matériaux des réseaux de distribution apportent des molécules dont la toxicité à moyen et long terme mérite d'être évaluée. La mise en oeuvre de traitements de désinfection dont l'utilité est indiscutable et l'effet sur la morbidité et la mortalité par pathologie infectieuse chez des populations desservies parfaitement significatif, s'accompagne de la formation de sous-produits. Certains de ceux-ci étant cancérigènes et/ou mutagènes en expérimentation de laboratoire et des études épidémiologiques ayant pu montrer une légère augmentation du risque de cancer dans la population, l'impact médiatique de cette information peut conduire à une mauvaise appréciation dans la gestion des risques pour la santé. Ainsi l'arrêt de la chloration pour éviter la formation de sous produits et quelques cas de cancers aurait conduit un pays d'Amérique du Sud a enregistrer une importante épidémie de choléra et des centaines de décès. Il n'est pas facile de gérer ce paradoxe entre sophistication du traitement lié à la pollution de la ressource entraînant la présence de sous produits de désinfection et la persistance d'éléments traces et de divers microorganismes dans une eau de qualité conforme aux critères de potabilité mais que le consommateur ne veut plus consommer. Dans cet article nous tenterons de faire le point sur le risque hydrique pour la santé lié d'une part aux contaminants biologiques et d'autre part aux contaminants chimiques. Sa meilleure connaissance est la clef d'une stratégie de gestion efficace et d'une reconquête du consommateur que la publicité a trop tendance à orienter vers les eaux embouteillées.

Le lait n’est pas tout à fait un aliment comme les autres puisqu’il est aussi produit par l’Homme. Cet aliment est indispensable à l’alimentation de l’enfant, car sa richesse nutritionnelle combinée à sa forme liquide en font une ration « tout en un » du jeune pendant ses premières semaines de vie. L’homme a très tôt domestiqué d’autres mammifères pour produire cet aliment nécessaire pour le jeune et l’a aussi intégré dans l’alimentation de l’adulte sous forme native ou après transformation. De fait, le lait est un des rares produits animaux avec l’oeuf qui est produit régulièrement et qu’il est possible d’obtenir sans tuer l’animal. Sa production fait pleinement partie de la fonction de reproduction et son prélèvement doit être géré pour ne pas handicaper le développement du jeune animal qui est également un élément d’avenir dans l’élevage. Les vaches laitières ont longtemps bénéficié de noms très personnalisés, voire de prénoms, jusqu’à ce que la traçabilité ne vienne proposer des identifiants plus proches du matricule de la sécurité sociale que des petits noms affectueux utilisés jusqu’alors. La traite est un moment particulier où l’éleveur se substitue au jeune pour prélever le lait plusieurs fois par jour. Tout ceci fait traditionnellement de l’élevage laitier un élevage qui associe étroitement l’homme et l’animal. Au commencement de la domestication et pendant longtemps, le principal défaut du lait a résidé dans sa faible aptitude à la conservation, nécessitant une consommation plutôt locale, le temps entre production et consommation devant rester le plus court possible. De fait, le développement de sa consommation dans les villes est récent et ne s’est pas fait sans quelques soucis (Fanica 2008). Bien entendu, les évolutions de l’industrie laitière et des transports ont permis de franchir ce double cap de la conservation et des distances, faisant en quelques décennies d’un produit local du peuple d’un terroir, riche d’identité, d’histoire et de culture (Faye et al 2010), un produit générique du commerce mondial qui s’échange entre continents suivant les règles de l’organisation mondiale du commerce et dont la demande augmente régulièrement. Ce passage du local au mondial ne s’effectue pas sans des changements radicaux des modes de production et de l’organisation des filières, avec des conséquences parfois importantes sur les territoires. La production de lait en France, pays traditionnel d’élevage bovin laitier, illustre parfaitement cette évolution et se trouve aujourd’hui à une période charnière. Riche d’une grande diversité de terroirs et de produits, la production française présente un profil original dont on ne sait pas aujourd’hui si c’est une force ou une faiblesse dans cette évolution. Depuis 1984, le système des quotas laitiers liés à la terre et non commercialisables en France a ralenti, comparativement aux pays voisins, l’évolution vers une spécialisation et une intensification des systèmes de production laitiers, mais il disparaîtra en 2015. Le contexte économique des prix des matières premières et du prix du lait devient beaucoup plus instable que par le passé. Le métier d’éleveur laitier, avec sa complexité, sa charge de travail importante, ses astreintes et la diminution de sa rémunération, devient moins attractif. La nécessaire prise en compte de l’impact de l’élevage sur l’environnement et plus globalement de la durabilité, constitue un nouveau défi qui est souvent vécu comme une contrainte supplémentaire. Cependant, les connaissances scientifiques et technologiques ont beaucoup progressé et offrent de nouveaux outils à l’élevage laitier pour construire une trajectoire originale dans cette évolution. Ce numéro spécial d’INRA Productions Animales se propose donc en quelques articles de faire un état des lieux des connaissances concernant la production laitière, ainsi que des nouveaux défis et des nouveaux outils qui s’offrent à la filière pour construire son avenir. Ce panorama n’est volontairement pas exhaustif et traitera prioritairement des vaches laitières avec cependant, lorsqu’il est apparu nécessaire, quelques exemples tirés de travaux réalisés chez les caprins. De même, il ne s’agit pas ici d’aborder la transformation du lait et les évolutions des nombreux produits transformés. Mais nous avons cherché à présenter un point sur un certain nombre de sujets en mettant en avant les avancées récentes et les défis scientifiques, techniques, économiques et organisationnels qui concernent la production laitière, en quatre grandes parties. La première plantera tout d’abord le décor du secteur laitier français. La deuxième présentera les nouvelles avancées des travaux sur la femelle laitière, la lactation et le lait. La troisième analysera les différents leviers que constituent la sélection génétique, la gestion de la santé, l’alimentation et la traite, pour mieux maîtriser la production de lait en élevage. Enfin, la dernière partie abordera des questions plus spécifiques concernant les systèmes d’élevage et leur futur. Le premier article de V. Chatellier et al fournit une analyse à la fois du bilan et des perspectives du secteur laitier français. Après une analyse du marché des produits laitiers au travers de la demande et de l’offre et des grandes stratégies des acteurs de la filière, cet article présente les spécificités françaises des exploitations laitières liées en particulier à la diversité des systèmes de production et des territoires. Cette double diversité se traduit également dans les écarts de productivité et des résultats économiques des exploitations dont la main-d’oeuvre reste majoritairement familiale, avec la question de son renouvellement qui se pose différemment selon les territoires. Enfin, à l’aune des changements importants de contexte qui se préparent avec la fin des quotas et les nouvelles relations qui se mettent en place entre producteurs et transformateurs, les auteurs étudient les différents scénarios qui en découlent et qui conduiront à l’écriture du futur du secteur laitier français dans les territoires et le marché mondial. La série d’articles sur l’animal et le lait débute par une approche systémique de l’animal laitier. La vache laitière est d’abord perçue au travers de sa fonction de production, et les modèles de prévision de la lactation se sont longtemps focalisés sur cette seule fonction. La notion d’animaux plus robustes et d’élevages plus durables (cf. Dossier « Robustesse... », Sauvant et Perez 2010) amène à revisiter cet angle d’approche pour l’élargir à ensemble des fonctions physiologiques en prenant mieux en compte les interactions entre les génotypes animaux et leurs environnements. La modélisation aborde cette complexité de deux façons contrastées, l’une plutôt ascendante en partant des mécanismes élémentaires et en les agrégeant, l’autre plutôt descendante, en partant de grandes propriétés émergeantes des principales fonctions et de leurs interactions, voire de leur compétition dans l’accès aux ressources nutritionnelles. La revue de Friggens et al aborde ainsi la question de la dynamique de partition des nutriments entre fonction physiologiques chez les vaches laitières en fonction du génotype en présentant plusieurs approches de modélisation. Cette revue s’attache à montrer l’intérêt de partir des propriétés émergeantes pour arriver à modéliser les réponses complexes (production, reproduction, composition du lait, état corporel…) d’une vache soumise à différentes conduites d’élevage au cours de sa carrière. Les outils de demain qui permettront d’optimiser la conduited’élevage face aux aléas économiques et climatiques dépendront de l’avancée de ces modèles et des connaissances scientifiques qui les sous-tendent. La fonction de lactation est la conséquence de nombreux mécanismes à l’échelle de l’animal, tout particulièrement au niveau de la glande mammaire. Le développement et le fonctionnement de cet organe caractérisé par sa cyclicité ont fait l’objet de nombreux travaux à l’Inra et dans de nombreuses équipes de recherches internationales. Il ne s’agissait pas ici de relater l’ensemble de ces travaux mais de consacrer un article aux dernières connaissances acquises sur les mécanismes de biosynthèse et de sécrétion des constituants du lait. L’article de Leroux et al présente les travaux sur la régulation de l’expression génique dans la glande mammaire avec un intérêt particulier pour les données acquises avec les nouveaux outils d’études globales de génomique expressionnelle. Ceux-ci apportent de nouvelles connaissances sur les effets des facteurs génétiques sur la biosynthèse et la sécrétion du lait, sur leur régulation nutritionnelle et sur l’interaction de ces facteurs. Ce dernier point constitue un champ d’investigation supplémentaire pour décrypter les secrets du fonctionnement mammaire avec notamment l’intervention de nouveaux acteurs que sont les petits ARN non codants (ou microARN) qui vient encore accroître la complexité du fonctionnement mammaire dans son rôle prépondérant lors de la lactation. Après avoir fait cet état des lieux des connaissances sur la biosynthèse et la sécrétion des constituants du lait au niveau de la glande mammaire, l’article de Léonil et al présente la complexité des fractions protéique et lipidique du lait et de leur assemblage en structures supramoléculaires. Ces structures finales sont sous la dépendance de la nature et de la variabilité des constituants, ellesmêmes dues aux polymorphismes des gènes responsables de leur synthèse. Ainsi, les auteurs font un état des lieux des connaissances sur la structure et le polymorphisme des gènes spécifiant les protéines coagulables du lait que sont les caséines pour arriver à l’organisation de ces dernières en micelles. Le rôle nutritionnel de ces protéines majeures du lait et leur fonction biologique sont revisitées à la lumière des connaissances croissantes sur les peptides bioactifs qu’elles contiennent. La fraction lipidique n’est pas en reste avec la présentation de sa complexité et de son organisation sous forme de globule gras ainsi que de son impact nutritionnel sur le consommateur. Enfin, la découverte récente, dans le lait, de petites particules (ou exosomes) véhiculant des protéines et des ARN ouvre de nouvelle voies d’investigation de l’impact du lait sur la santé du consommateur. La série d’articles consacrée aux leviers d’action dont disposent les éleveurs pour moduler la production laitière ainsi que la composition du lait débute par l’article de Brochard et al, qui retrace l’impact de la sélection génétique pour arriver aux apports de la sélection génomique des races bovines laitières. Un bref historique de la sélection génétique présente les progrès réalisés sur les caractères de production laitière mais aussi sur des caractères de robustesse (fertilité, mammites…) et permet ainsi de dresser le décor génétique des élevages français. L’avènement des outils de génomique grâce au séquençage du génome bovin a conduit à renouveler les perspectives de sélection des bovins laitiers (cf. Numéro spécial, «amélioration génétique" Mulsant et al 2011). La présentation brève de ces outils permet de mieux appréhender les retombées attendues. Les opportunités offertes par la sélection génomique sur les caractères laitiers sensu stricto se complètent et permettent également de proposer une sélection sur de nouveaux caractères. En effet, la prise en compte progressive d’autres caractères oriente la sélection vers une complexité accrue notamment grâce à l’établissement de nouvelles mesures phénotypiques. L’évolution vers une meilleure robustesse, une efficacité alimentaire optimisée mais aussi une empreinte environnementale réduite, sera d’autant plus envisageable que la sélection pourra s’appuyer sur des capacités de phénotypage de plus en plus fin et à grande échelle. Un autre facteur prépondérant dans l’élevage laitier concerne la gestion de la santé animale qui affecte, notamment, la durabilité des élevages sous l’angle socio-économique. Cette gestion complexe doit prendre en compte de nombreux paramètres tel que le nombre des traitements nécessaires, le temps passé, les pertes économiques directes à court et long terme, etc. Les infections ne touchent pas toutes directement la glande mammaire, mais en affectant l’animal, elles impactent la lactation, l’efficacité de production du troupeau et donc l’élevage. L’article de Seegers et al passe en revue sept maladies majeures classées en trois groupes affectant les bovins laitiers. Il présente les connaissances récentes acquises sur ces maladies et les perspectives qu’elles ouvrent pour mieux les maîtriser. Ces maladies ont bien souvent un impact économique fort sur les élevages et/ou sont transmissibles à l’Homme constituant ainsi des questionnements de recherche forts et pour lesquels les moyens d’actions sont aussi multiples que variés. De plus, les attentes sociétales visent à diminuer, autant que faire se peut, les intrants médicamenteux. L’alimentation est un levier de maîtrise de la production et de la composition du lait qui présente l’avantage d’avoir des effets rapides et réversibles. Bien que ce levier puisse également moduler la composition protéique du lait, l’impact prépondérant de l’alimentation sur la composition en acides gras du lait, dans le but de fournir aux consommateurs une qualité nutritionnelle du lait la plus favorable possible, a été mis en exergue par de nombreuses études. La détermination de la composition en acides gras des laits est de plus en plus précise, notamment du fait des nouvelles techniques qui permettent une meilleure caractérisation de ces profils. Outre l’impact de l’alimentation, les effets des apports nutritionnels chez le ruminant sur les teneurs en composés vitaminiques du lait sont également à prendre en compte dans la perspective de l’utilisation du lait comme source complémentaire naturelle de vitamines chez les sujets présentant une efficacité d’absorption réduite (tel que les jeunes ou à l’inverse les personnes âgées). L’article de Ferlay et al recense les principaux facteurs alimentaires (nature de la ration de base, supplémentation oléagineuse, différents types de suppléments lipidiques et leurs interactions) influençant la composition en acides gras et en vitamines du lait de vache. Enfin, la traite constitue un outil supplémentaire de pilotage des troupeaux en termes de production laitière mais aussi de qualité sanitaire, technologique et nutritionnelle du lait. De plus, une meilleure connaissance des effets des différentes pratiques de traite est cruciale dans le contexte actuel de gestion du travail dans les exploitations laitières (cf. Numéro spécial, « Travail en élevage », Hostiou et al 2012). Les moyens mis en oeuvre se situent à différents niveaux allant de la fréquence de traite aux systèmes de stockage des laits en passant par les réglages possibles ou les types de machines à traire. L’article de Guinard-Flament et al fait le point des connaissances actuelles sur les effets et les conséquences de modifications de la conduite des animaux à la traite. Il présente les effets de la fréquence de traite sur le niveau de production laitière et sur la composition du lait. Le contexte de la traite, avec les effets mécaniques de la machine à traire et celui du système de stockage, est également présenté dans ses multiples facettes pour souligner leur rôle prépondérant sur la qualité microbienne des laits. La conduite des vaches à la traite est également un moyen de gestion de la carrière d’une vache laitière à travers le pilotage de certaines phases du cycle de production (effets sur la reproduction et sur la durée de la lactation et leurs conséquences sur la santé de l’animal...). La dimension des systèmes d’élevage est dominée ces dernières années par la question environnementale, notamment depuis la parution du rapport de la FAO « Livestock’s long shadow » (Steinfeld et al 2006). L’élevage laitier, très consommateur de ressources de qualité, est concerné au premier rang par ce défi environnemental. Mais ces enjeux, peu perceptibles à l’échelle de l’élevage pourtant à l’origine de ces risques, sont difficiles à intégrer dans les objectifs des systèmes de production. L’article de Dollé et al sur les impacts environnementaux des systèmes bovins laitiers français apporte de nombreux éléments quantifiés sur les émissions des éléments à risque pour l’environnement par les élevages laitiers. Ces risques concernent bien entendu la qualité de l’eau, notamment via les excrétions d’azote et de phosphore, ce qui est connu depuis longtemps avec leurs impacts sur l’eutrophisation des cours d’eau et des côtes. Les risques liés à la qualité de l’air ont été pris en compte beaucoup plus récemment et concernent principalement les émissions d’ammoniac pouvant affecter la santé humaine et des gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique (cf. Dossier, « Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane », Doreau et al 2011). Ensuite, l’article aborde la question de la biodiversité, auxiliaire de l’agriculture et des paysages, où l’élevage joue un rôle central au sein des territoires agricoles. L’article aborde pour finir la question de la quantification de ces impacts afin d’améliorer objectivement les performances environnementales des élevages et montre que performances environnementales et économiques en élevage laitier ne sont pas antinomiques. En guise de conclusion de ce numéro, J.L. Peyraud et K. Duhem se sont prêtés à un exercice d’analyse prospective des élevages laitiers et du lait de demain en reprenant certains des constats de l’article introductif, notamment sur la diversité des systèmes et des territoires, la restructuration rapide de la filière et la reconstruction du métier d’éleveur. La filière devra demain affronter la tension entre l’amélioration de la compétitivité et celle de la durabilité de l’élevage en tirant profit des innovations. La meilleure prise en compte des qualités nutritionnelles des produits et de l’évolution des demandes tout en améliorant l’intégration de l’élevage au sein des territoires constitue un double défi pour résoudre cette tension. L’analyse des auteurs prône cependant un maintien de la diversité et la complémentarité des systèmes dans une diversité de territoires pour mieux répondre aux enjeux de la société et des éleveurs. Ce numéro spécial montre combien la filière laitière est aujourd’hui plus que jamais à la croisée des chemins avec des défis économiques et sociétaux difficiles à relever dans un climat de plus en plus incertain. Entre diversité d'une part, et spécialisation et standardisation d'autre part, le chemin de la filière française reste complexe à définir. Les nombreuses évolutions des connaissances scientifiques permettent de disposer à court ou moyen terme de nouveaux outils pour relever ces défis. La sélection génomique pour disposer des animaux les plus adaptés à leur système, les modèles de prévision pour anticiper les aléas et leurs conséquences, les outils d’évaluation environnementale pour maîtriser les risques, les outils de monitoring et d’information des troupeaux d’élevage pour améliorer les conditions de travail et l’efficience des troupeaux, les possibilités de piloter la qualité des produits par les conduites d’élevage et en particulier l’alimentation, une meilleure connaissance des mécanismes de régulation de la lactation, la découverte de la richesse des constituants du lait et de leurs propriétés nutritionnelles et fonctionnelles sont autant d’atouts pour la filière pour affronter ces défis. A travers les articles de ce numéro, nous avons voulu illustrer quelques un de ces défis et des perspectives offertes par la recherche. L’enjeu sera de les mobiliser à bon escient dans le cadre de stratégies cohérentes. Cela nécessitera la collaboration de tous les acteurs de la recherche, de la formation, du développement et de la filière. A leur niveau, les articles de ce numéro, par les nombreuses signatures communes entre chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs de recherche-développement, témoignent de la vitalité des unités mixtes de recherche et des unités mixtes thématiques impliquées dans l’élevage laitier. De même, bon nombre de travaux relatés dans les articles de ce numéro sont le fruit de programmes de recherche co-financés et menés en collaboration étroite entre la recherche, les instituts technique et la filière. Nous y voyons un fort signe positif pour l'avenir de l'élevage laitier en France Cet avant-propos ne saurait s’achever sans remercier René Baumont et le comité de rédaction d’Inra Productions Animales pour l’initiative judicieuse de ce numéro spécial, mais aussi pour nous avoir aidés à mener à bien ce projet comprenant de nombreux auteurs, qui ont bien voulu se prêter à l’exercice difficile de la rédaction d’un article de synthèse qui conjugue la rigueur de l’information scientifique avec l’exigence de la rendre accessible à un large public. Ce numéro doit beaucoup aussi aux relectures constructives de nombreux collègues que nous remercions ici anonymement. Enfin, cet ouvrage doit aussi sa qualité à un travail remarquable d’édition technique assuré par Pascale Béraudque nous associons à ces remerciements. Nous avons eu la primeur de ces articles et nous espérons que vous partagerez l’intérêt que nous avons eu à leur lecture à la fois instructive, enrichissante et propice à nourrir notre réflexion pour le futur de la recherche-développement dans le domaine de l’élevage bovin laitier.Philippe FAVERDIN, Christine LEROUX RéférencesDoreau M., Baumont R., Perez J.M., (Eds) 2011. Dossier, Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane. INRA Prod. Anim., 24, 411-474. Fanica P.O., 2008. Le lait, la vache et le citadin. Du XVIIe au XXe siècle. Editions Quae, Paris, France,520p. Faye B., Bonnet P., Corniaux C., Duteurtre G., 2010. Peuples du lait. Editions Quae, Paris France, 160p. Hostiou N., Dedieu B., Baumont R., (Eds) 2012. Numéro spécial, Travail en élevage. INRA Prod. Anim., 25, 83-220. Mulsant P., Bodin L., Coudurier B., Deretz S., Le Roy P., Quillet E., Perez J.M., (Eds) 2011. Numéro spécial, Amélioration génétique. INRA Prod. Anim., 24, 283-404. Sauvant D., Perez J.M., (Eds) 2010. Dossier, Robustesse, rusticité, flexibilité, plasticité, résilience… les nouveaux critères de qualité des animaux et des systèmes d'élevage. INRA Prod. Anim., 23, 1-102. Steinfeld H., Gerber P., Wassenaar T., Castel V., Rosales M., de Haan C., 2006. Livestock's long shadow: environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations,414p.

Durant la seconde moitié du 20e siècle, le progrès des connaissances en physiologie, en particulier dans les domaines de la nutrition, de la croissance et de la reproduction, et l'amélioration des pratiques d'élevage sont allés de pair. Il s'agissait in fine de répondre à une exigence économique, au moins dans les pays les plus développés, celle qui consistait à atteindre d'abord l'autosuffisance alimentaire avec un meilleur statut sanitaire des élevages et des productions puis, dans un deuxième temps, à développer des capacités d'exportation d'animaux ou de produits animaux. D'un point de vue agronomique, cela s'est traduit par une nécessaire amélioration des performances de l'élevage, en particulier en augmentant la vitesse de croissance des animaux, le niveau de production laitière, l'efficacité de la valorisation nutritionnelle des aliments, ou la possibilité d'accroître sensiblement les capacités de reproduction des cheptels, tout ceci en considérant les contraintes sanitaires et d'organisation du travail liées à une diminution radicale de la population agricole tout au long de ces 50 dernières années. L'essor après-guerre de l'industrie pharmaceutique a permis de créer de très nombreux analogues des premiers stéroïdes naturels qui venaient d'être décrits, tant au plan structural que de leur rôle dans la physiologie de la reproduction ou de la croissance. Ainsi, avant que les mécanismes et modes d'action de ces hormones ne soient clairement établis, celles-ci pouvaient déjà être utilisées, que ce soit pour mieux maîtriser la reproduction ou pour améliorer la croissance des animaux. Dès les années 50, les premiers stéroïdes anabolisants avaient fait leur apparition en élevage. Le diéthylstilbœstrol (DES) synthétisé à la fin des années 30 (Dodds et al 1938) a pu être utilisé comme promoteur de croissance jusqu'à la fin des années 70 aux USA où, depuis, il a été interdit en raison de risques importants pour la santé du consommateur (Herbst et al 1971, Fara et al 1979, Herbst et Bern 1981, Perez-Comas 1988). A compter de cette période, une réévaluation des caractéristiques toxicologiques des quelques molécules utilisées pour leurs propriétés hormonales a permis de mieux préciser les risques pour le consommateur, de renforcer les contrôles de molécules analogues pouvant être utilisées frauduleusement et d'encourager la mise en place de nouvelles recherches pour encore mieux apprécier les effets, à des doses faibles, de résidus qui peuvent être retrouvés dans certains tissus destinés à la consommation. Des divergences d'opinions, scientifiques, économiques et politiques, sont apparues entre l'Union européenne (UE) et certains pays hors l'UE à l'occasion de l'application stricte en 1988 par l'UE du principe de précaution en matière d'utilisation des hormones stéroïdiennes, essentiellement comme anabolisants. En effet, la position adoptée par l'UE s'appuie sur la mise en avant d'un certain nombre de difficultés d'interprétation de résultats permettant de conclure à l'absence d'effet toxique des faibles doses de résidus de ces hormones présentes dans les produits animaux destinés à la consommation (SCVPH 2002, Andersson et Skakkebæk 1999). Dans l'UE, une hormone peptidique, l'hormone de croissance, pouvant être utilisée dans les élevages laitiers ou dans les élevages de porcs à l'engrais, a subi plus récemment le même sort que les stéroïdes anabolisants, même si l'évaluation des risques propres à son utilisation ne peut être comparée à celle des stéroïdes. Le bannissement des β-agonistes dans l'UE est à ranger dans le même cortège réglementaire. En filigrane, le souci apparu depuis plus d'une dizaine d'années d'améliorer la qualité et la traçabilité des produits animaux, de maintenir les prix à la production, d'assainir l'environnement économique des productions animales et éviter ainsi des situations structurelles d'excédent, très coûteuses, telles qu'elles existaient dans les années 70 et 80 en Europe de l'Ouest explique aussi la position ferme adoptée par l'UE en matière de recours aux promoteurs de croissance. Cette tendance forte ne peut être ignorée des acteurs des filières concernées. Elle constitue d'ailleurs un nouveau jeu de contraintes à intégrer dans les différents paramètres technico-économiques à prendre en considération dans les pratiques d'élevage actuellement en place, à condition d'en mieux connaître les bases génétiques, physiologiques et biochimiques. C'est dans ce climat actuel d'interrogation sur l'avenir des filières animales que la nécessité d'une synthèse bibliographique actualisée sur les risques posés en matière de santé publique par l'utilisation des hormones en élevage est apparue. Cette synthèse est destinée tout à la fois aux professionnels des filières concernées, aux scientifiques directement impliqués dans les différents domaines de recherche et de développement afférents et à un public de «décideurs» interagissant avec ces mêmes filières. Cette initiative en revient à l'Académie des sciences qui la publiera dans la collection des Rapports sur la science et la technologie (RST). Nous en présentons ici une version largement augmentée qui montre combien les recherches conduites depuis plus de quarante ans en la matière et les développements qui s'en sont suivis ont été à la fois importants, multiples, parfois inattendus. Les principales fonctions physiologiques d'intérêt zootechnique susceptibles d'être modulées artificiellement, les substances utilisées en pratique, les productions animales concernées sont décrites ci-après. Les éléments de l'appréciation du risque toxicologique lié à l'utilisation de ces substances et le contrôle de leur utilisation en élevage sont ensuite abordés. Enfin, de nouvelles méthodes permettant de contrôler certaines fonctions physiologiques ou d'en moduler l'expression sont brièvement présentées, qui préfigurent ce que pourrait être une zootechnie renouvelée à l'horizon 2020.

Bien qu'une diminution conséquente de la pollution atmosphérique soit constatée depuis les années 1990, cette dernière demeure un problème de santé publique majeur, à l'origine de plus de 4,2 millions de décès prématurés par an dans le monde. À l'heure actuelle, l'attention des experts se concentre sur les particules ultrafines (PM0,1 ou PUF) en raison de leur capacité à transloquer dans la circulation systémique pour atteindre les organes périphériques où elles seront alors susceptibles d'avoir un impact néfaste. Néanmoins, les connaissances en termes de mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la toxicité de ces particules restent encore très parcellaires et demeurent, le plus souvent, centrées sur leur cible principale qu'est le poumon. Ainsi, ce projet de thèse avait pour objectifs principaux d'apporter des éléments novateurs sur la toxicocinétique (i.e., distribution/persistance) et la toxicodynamique (i.e., mécanismes physiopathologiques, voies de signalisation associées) de PUF prélevées en milieu urbain, d'une part, et les effets organo-spécifiques des PUF et l'utilisation des miARN circulants comme indicateurs d'exposition chronique et/ou cumulées aux PUF dans un modèle murin, d'autre part. Afin de répondre à ces interrogations, des souris Balb/cJRj ont été exposées durant 3 mois à différentes doses de PUF prélevées dans la zone urbaine de Lille, puis des analyses ont été réalisés au sein de différents organes-cibles richement vascularisés, et par conséquent directement exposés aux PUF lors de leur phase de translocation et de distribution systémique. Les résultats obtenus ont démontré que, dans l'ensemble des organes cibles, le potentiel oxydant intrinsèque des PUF induisait indéniablement la production d'espèces pro-oxydantes et l'activation de défenses antioxydantes en quantité suffisante pour rétablir un état d'homéostasie redox mais ne parvenant pas, cependant, à éviter l'apparition d'une réponse inflammatoire au niveau pulmonaire, cardiaque et cérébral. Des approches transcriptomiques réalisés au sein des poumons, organes cibles présentant les effets délétères les plus marqués, ont suggéré la dérégulation de nombreuses voies de signalisation en relation avec les réponses oxydante et inflammatoire, qui constituent les mécanismes centraux de toxicité des PUF mais aussi avec des mécanismes de toxicité plus originaux tels que la dysfonction mitochondriale, la transition épithélio-mésenchymateuse et le remodelage tissulaire, dont la modulation a également été validée d'un point de vue fonctionnel. Ces données prometteuses pourraient à terme contribuer à une meilleure prise de décision quant à la réduction des émissions des PUF de même qu'à la réactualisation des normes réglementaires actuellement en vigueur
Although there has been a significant reduction in air pollution since the 1990s, it remains a major public health problem, responsible for over 4.2 million premature deaths worldwide every year. At present, experts' attention is focused on ultrafine particles (PM0.1 or UFP) because of their ability to translocate into the systemic circulation and reach peripheral organs, where they are likely to have a harmful impact. Nevertheless, the knowledge of the cellular and molecular mechanisms involved in the toxicity of these particles is still very patchy, and most often remains focused on their main target, the lung. Thus, the main objectives of this thesis project were to provide innovative insights into the toxicokinetics (i.e., distribution/persistence) and toxicodynamics (i.e., pathophysiological mechanisms, associated cell signaling pathways) of UFP collected in urban environments, on the one hand, and the organospecific effects of UFP and the use of circulating miRNA as indicators of chronic and/or cumulative exposure to UFP in a mouse model, on the other hand. To answer these questions, Balb/cJRj mice were exposed for 3 months to various doses of UFP collected in the urban area of Lille, then analyzed in various target organs richly vascularized, and therefore directly exposed to UFP during their translocation and systemic distribution phase. The results showed that, in all target organs, the intrinsic oxidative potential of UFP undeniably induced the production of oxidative oxygen species and the activation of antioxidant defenses in sufficient quantities to restore a state of redox homeostasis, but were unable to prevent the onset of an inflammatory response in the lungs, heart and brain. Transcriptomic approaches carried out in the lungs, the target organ with the most marked deleterious effects, have suggested the deregulation of numerous signaling pathways in relation to oxidative and inflammatory responses, which constitute the central mechanisms of UFP toxicity, but also with more original toxicity mechanisms such as mitochondrial dysfunction, epithelial-mesenchymal transition and tissue remodeling, whose modulation has also been validated from a functional point of view. These promising data could ultimately contribute to better decision-making on the reduction of UFP emissions, as well as to the updating of current regulatory standards

La pollution de l’air cause de près de 7 millions de décès annuels dans le monde. L’exposition aux Particules Ultrafines (PUF), polluants parmi les plus néfastes pour la santé, atteint ses niveaux les plus importants en milieu urbain, principalement dus au transport routier. Dans cette thèse, nous examinons les liens entre les champs de concentration en nombre des PUF émises à l'échappement dans le sillage de modèles simplifiés d'automobiles (corps d’Ahmed) et les propriétés de ces écoulements. Ces travaux permettent de mieux comprendre les niveaux d'exposition aux PUF auxquels sont soumis tous les usagers de la route à l’échelle du sillage du véhicule. Trois modèles simplifiés de véhicules ont été utilisés. Ils sont caractérisés par leur angle de lunette arrière permettant de reproduire en soufflerie les structures principales des écoulements de sillage automobile. A l’aide d’une méthode innovante de traitement des données, des mesures de vitesses acquises grâce à des techniques différentes (LDV/PIV) ont été analysées. Elles ont révélé que l’angle d’inclinaison de la lunette a un rôle déterminant sur la structure des écoulements de sillage. Par ailleurs, la comparaison avec les mesures des concentrations en nombre de PUF a permis de montrer que le volume de la structure torique de recirculation en proche culot, dépendant de la géométrie, a un impact majeur sur la dispersion des particules dans la direction verticale. Enfin, il est mis en évidence que les structures tourbillonnaires longitudinales existantes pour une inclinaison intermédiaire de la lunette ont un impact prépondérant sur la dispersion transversale ainsi que sur la symétrie des champs de concentration
Around 7 million worldwide annual death sare due to air pollution. Among all pollutants, UltrafineParticles (UFP) cause strong adverse effects. Due to road transport, UFP exposure reaches its most significant levels in urban areas. In this thesis, the aim is to assess the links between the wake flow properties of simplified car models(Ahmed bodies) and UFP number concentration fields due to exhaust emission. This study enables the knowledge about UFP exposure levels of all road users at vehicle wake scale to be better understood. Three simplified car models with three corresponding rear slant angles have been used in order to reproduce the principal wake structures of road vehicles in a wind tunnel. Thanks to an innovative data processing method, velocity measurements with two techniques(LDV/PIV) point out the major role of the rear slantangle on the model wake structures. Moreover, comparisons have been made with particle number concentration measurements of UFP in the wake of the same models. We highlighted the link between the volume of the toric recirculation region close to the rear and the vertical dispersion of UFP. Furthermore, longitudinal vortices that exist with the intermediate rear slant angle geometry play an important role on the transversal dispersion as well as on the concentration field symetry

La pollution atmosphérique est un problème de santé publique. En 2013, le Centre International de Recherche sur le Cancer a classé la pollution de l'air, ainsi que les particules fines (PM₂.₅), de taille inférieure à 2,5 µm, comme cancérogène de groupe I pour l'homme. Les PM₂.₅ ont la capacité de pénétrer en profondeur dans l'appareil respiratoire. En se déposant au niveau des alvéoles pulmonaires, elles entraînent une réponse inflammatoire importante notamment via la libération de médiateurs de l'inflammation et des vésicules extracellulaires (EV) par les cellules immunitaires infiltrantes ou résidentes. Dans ce contexte, ce projet de thèse comportait deux objectifs majeurs : i) déterminer les caractéristiques chimiques des PM₂.₅ collectées en milieu industrialo-urbain, en identifier les origines et la variabilité saisonnière de leur composition chimique ; ii) étudier la réponse et les EV produites par les macrophages suite à l'exposition aux PM₂.₅ et observer les effets des EV sur les cellules pulmonaires.Pour cela, des macrophages primaires ont été exposés aux PM₂.₅ prélevées à Dunkerque et leur réponse cellulaire (stress oxydant, inflammation, polarisation, miARN) a été mesurée. Les EV produites en réponse à cette exposition ont été isolées et caractérisées. Enfin, des cellules épithéliales pulmonaires, les BEAS-2B, ont été exposées aux EV libérées en réponse à l'exposition aux PM₂.₅ et les effets de cette exposition (inflammatoire, stress oxydant, miARN) ont été mesurés. Nous avons mis en évidence une inflammation et une réponse anti-oxydante dans les macrophages, ainsi qu'une modification de leur polarisation. Les PM₂.₅ entrainent une libération plus importante d'EV
Air pollution is a major public health problem. In 2013, The International Agency for Research on Cancer classified air pollution and fine particle (PM₂.₅), with size lower than 2.5 µm, as carcinogenic to humans (group I). PM₂.₅ are able to penetrate deeply in lungs. When PM₂.₅ settle in pulmonary alveolar, they lead to strong inflammatory response, with inflammatory mediators ans extracellular vesicles release by infiltrating or resident immune cells. In this context, this thesis included two major aims : i) evaluate the physico-chemical characteristics of PM₂.₅ sampled in an industrial-urban site, identify their origin and study the seasonal variability of their composition ; ii) investigate the cellular response and EV produced by macrophages in response to PM₂.₅ and study EV's effects on epithelial cells. To achieve this, macrophages are exposed to PM₂.₅ collected in Dunkerque, and cellular response (oxidative stress, inflammation, polarization, miRNA) was quantified. EV released in response to PM₂.₅ exposition was isolated and characterized. Finally, epithelial cells, BEAS-2B, are exposed to EV released by exposed and non exposed macrophages to evaluate effects from this exposure (inflammation, oxidative stress, miRNA). We observed inflammation and anti-oxidant response in macrophages after PM₂.₅ exposure, as well as polarization modification. PM₂.₅ lead to increased number of EV by macrophages

Les microparticules (Mps) sont des vésicules libérées lors de l'activation cellulaire et de l'apoptose. Des taux élevés de Mps et des altérations vasculaires induites par les Mps ont été décrites dans différentes maladies à composante inflammatoire. A ce jour, la participation et le rôle de Mps dans la maladie de Crohn (MC) ne sont pas encore élucidées. L'objectif de cette thèse a été d'étudier si les Mps issues de patients atteints de MC (MCMPs) jouent un rôle dans la régulation de la fonction endothéliale et de la réactivité vasculaire dans cette maladie. En particulier a été évaluée une corrélation entre leur rôle et l'état de la maladie. Deuxièmement, nous avons évalué les effets de MCMPs dans la phase active et inactive sur différents tissus y compris le côlon un des principaux tissus cibles impliqués dans la maladie. Nous avons montré que les patients atteints de MC présentent un taux augmenté de Mps circulantes par rapport aux sujets sains et que les MCMPs sont capable d'induire une dysfonction endothéliale et une hyperéactivité vasculaire dans l'aorte de souris par une altération de l'équilibre entre la production de NO, les métabolites de COX-2 et les ROS. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous rapportons que les MCMPs jouent un rôle dans la production de NO et le stress oxydant dans différents tissus, notamment le côlon et pourraient être liées à des voies de signalisation concernant les cytokines inflammatoires impliquées dans la MC. L'ensemble des résultats suggère que les MCMPs peuvent être considérés comme des marqueurs de la fonction endothéliale, blessure et inflammation permettant d'envisager les Mps comme cibles pharmacologiques de cette maladie
Microparticles (Mps) are membrane vesicles released during cell activation and apoptosis. High levels of Mps and the presence of vascular alterations induced by Mps have been reported in different diseases characterized by an inflammatory component. At present, the participation and the rôle of Mps in Crohn's desease (CD) are not elucidated yet. The aim of the present thesis was first to investigate whether Mps from CD patients (CDMPs) play a rôle in the regulation of endothelial finction and vascular reactivity in this intestinal bowel disease. Of importance is to correlate their rôle with respect to the state of the CD. Secondly, we pursued the evaluation of potential effects of Mps from inactive and active CD patients on different tissues including the colon one the main target tissue involved in this desease. Firstly, we showed that CD patients displayed increased levels of circulating Mps compared to healthy subjects. Furthermore, CDMPs are able to induce endothelial dysfunction and vascular hyporeactivity in mouse aorta by a subtle alteration of the balance between the production of NO, metabolites from COX-2 and ROS. In the second part of this thesis, we suggested that CDMPs play a rôle in NO production and oxydative stress in different tissues, notably in the colon, and could be linked to specific signalling pathways that concern inflammatory cytokines directly involved in this pathology. In light of these results, we proposed that CDMPs can be considered as markers of endothelial dysfunction, tissue injury and inflammation and suggested a promissing possibility to consider CMPs as possible pharmacological targets of this pathology

L'exposition à la pollution atmosphérique, notamment aux particules fines (PM₂.₅), représente un risque majeur pour la santé dans le monde entier, et d'autant plus dans les pays en développement.Le Nord du Liban est ainsi affecté par plusieurs sources de pollution d'origine anthropique, urbaine et industrielle. Pourtant, dans cette région, aucune étude ne s'est intéressée à l'impact des PM₂.₅ sur la santé publique. Il faut également souligner que les mécanismes de toxicité des PM₂.₅ ne sont pas totalement identifiés. Le but de ce travail est d'étudier la nature et l'impact sanitaire de la pollution atmosphérique particulaire dans le Nord du Liban. Nous avons procédé à une enquête épidémiologique, et prélevé des particules fines que nous avons caractérisées sur les plans physico-chimiques et toxicologiques. Deux régions ont été considérées dont une est située à proximité d'activités industrielles. L'étude épidémiologique et de perception menée dans les deux zones du Nord du Liban (310 questionnaires/zone traitée), a montré une relation entre gêne, maladies respiratoires et proximité des industries. Cette enquête a ainsi confirmé l'intérêt de mener une étude toxicologique dans cette région. Afin de renforcer les connaissances sur la toxicité pulmonaire des aérosols atmosphériques particulaires avec une attention toute particulière portée à l'étude de certains des mécanismes d'action suspectés d'être impliqués dans la cancérogénécité, les caractéristiques physico-chimiques et toxicologiques des particules fines (PM₂.₅₋₀.₃) prélevées sur les deux sites ont été étudiées. Les particules collectées ont montré une composition similaire sur les deux sites concernant les espèces majeures. La contribution des activités industrielles a été mise en évidence par des teneurs légèrement plus élevées de certains éléments traces, d'HAP et surtout par une teneur jusqu'à 100 fois plus élevée en dioxines. Nos résultats ont mis en évidence l'influence de nombreuses sources de combustion (diesel, essence, charbon et biomasse) ; la combustion de déchets et d'autres procédés industriels sont également suspectées. Un potentiel génotoxique et mutagène plus prononcé a été mis en évidence pour les particules collectées sur le site sous influence industrielle par rapport aux particules provenant du site sous influence rurale, à l'aide du test d'Ames en milieur liquide et le SOS chromotest. Les effets observés sont très probablement influencés par la fraction organique des particules. Afin d'approfondir la recherche des mécanismes génotoxiques des PM, des cellules bronchiques humaines (BEAS-2B) ont été exposées à différentes concentrations de particules. Les mécanismes de toxicité, tels que l'activation métabolique des HAP(CYP1A1) et les cassures double-brins (quantification de yH2AX par cytométrie de flux et in-cell western), ont été induits par les deux échantillons de PM₂.₅₋₀.₃ avec un effet plus prononcé pour les particules industrielles. Par ailleurs, les PM ont montré une tendance à perturber le fonctionnement du système de réparation de l'ADN (par l'expression des gènes OGG1, NTH1, APE1, NUDT1, DNMT1, MGMT, XPA et XRRC1, et l'expression des protéines PARP1, DNMT1 et OGG1). Les mécanismes de réparation des dommages de l'ADN ont ainsi été réprimés jusqu'à 48h d'exposition aux PM, notamment aux PM₂.₅₋₀.₃ collectées sous influence industrielle, et réactivés après 72h d'exposition. Ces dommages concernent les adduits encombrants à l'ADN, et ceux causés par le stress oxydant, des cassures des brins d'ADN et la méthylation. Nos résultats suggèrent des mécanismes d'action mutagènes, génotoxiques et épigénétiques impliqués dans la cancérogénécité des particules fines, en partie liés à la composition de la fraction organique
Exposure to air pollution, especially fine particulate matter (PM₂.₅), remains a major health risk, mainly in the developing countries. Northern Lebanon is affected by several sources of anthropogenic, urban and industrial pollution. However, no studies have examined the impact of PM₂.₅ on public health in this region. In addition, it should be noted that the toxicity mechanisms of PM₂.₅ are not fully identified. The aim of this work is to study the composition and the health impact of the atmospheric particulates in Northern Lebanon. An epidemiological survey was performed and fine particles were extracted and characterized physico-chemically and toxicologically. This study was conducted in two sites, one of which is influenced by industrial activities. Perception and epidemiological survet, conducted in two areas in Northern Lebanon, rural and industrial (310 treatable questionnaires/area), showed a relationship between annoyance, respiratory diseases and living in proximity to industrial activities. Moreover, results confirmed the interest in conducting a toxicological study in this region. Hence, to contribute to fulfill the gap of knowledge about the pulmonary toxicity of particulate matter and the mechanisms of action involved in the carcinogenicity, the study of physicochemical characteristics and toxicological endpoints of PM₂.₅₋₀.₃ from both sites were performed. Physicochemical analyses of the collected particles evidenced similar characteristics in major species. In particular, we have shown slightly higher levels of PAHs and trace metals and up to 100 times higher dioxins concentrations at the vicinity of industries. Our results evidenced the influence of numerous combustion sources (diesel, gasoline, coal and biomass burning) ; waste combustion and other industrial processes are also suspected. A more pronounced genotoxic and mutagenic potential was evidenced after exposure to particles collected at the vicinity of industries when compared to the rural ones, using the Ames fluctuation test and SOS chromotest. The effects of the collected particles are probably related to their organic composition. In order to assess the underlying toxic mechanisms, human bronchial epithelial cells (BEAS-2B) were then exposed to different concentrations of the sampled PM₂.₅₋₀.₃. Genotoxicity mechanisms such as metabolic activation of organic compounds (CYP1A1) and consecutive DNA damages such as DNA strands breaks (yH2AX quantification by flow cytometry analysis and in-cell western assay) were induced by the two samples of PM₂.₅₋₀.₃ , with a more pronounced effect of industrial particles. Moreover, PM showed tendency to alter the DNA repair process (OGGI, NTH1, APE1, NUDT1, DNMT1, MGMT, XPA, XRRC1 gene expression and PARP1, DNMT1, OGG1 proteins expression). DNA repair mechanisms were repressed up to 48h of exposure to PM especially to the industrial influenced PM₂.₅₋₀.₃ and reactivated after 72h of exposure. The DNA damages involve bulky DNA adducts, oxidative stress damages, DNA strand breaks and methylation. These results suggest mutagenic, genotoxic and epigenetic mechanisms of action involved in the carcinogenicity of fine particles, partly related to their organic composition

Emulsions, suspensions colloïdales, solutions polymères, suspensions bactériennes, ... Les propriétés dynamiques de ces systèmes dispersés reposent sur l'interaction entre la structure microscopique de la phase dispersée et l'écoulement de la phase continue.Le travail présenté dans cette thèse porte sur la dynamique collective de telles suspensions forcées hors-équilibre. Le forçage peut avoir lieu à l'échelle macroscopique (advection, force uniforme, ...) ou à l'échelle microscopique (auto-propulsion).Le dénominateur commun à toutes mes études est de chercher à comprendre la dynamique grande échelle des suspensions sur la base des symétries des interactions, principalement hydrodynamiques, entre les particules.Notre approche est expérimentale et repose sur l'utilisation d'outils microfluidiques pour réaliser des expériences modèles quantitatives.Dans la première partie du manuscrit, j'étudie la dynamique de suspensions de particules passives rigidement confinées au sein d'un film fluide. En particulier, je présente nos résultats expérimentaux et théoriques sur la propagation d'ondes de densité linéaires au sein de telles suspensions. Dans la seconde partie du manuscrit, je m'intéresse à la dynamique d'assemblées bidimensionnelles de particules auto-propulsées en mouvement dans un fluide globalement au repos. Je présente notre système expérimental, basé sur un mode de propulsion original des particules, et qui permet d'étudier et de comprendre l'émergence du mouvement collectif sur la base des interactions de paires. J'étudie ensuite la propagation des excitations non linéaires de ces assemblées de particules dans des milieux hétérogènes
Emulsions, colloidal suspensions, polymer solutions, bacterial suspensions, ... The dynamical properties of these disperse systems rely on the interplay between the microscopic structure of the dispersed phase, and the flow of the continuous phase.This thesis is devoted to the collective dynamics of suspensions driven out-of-equilibrium. The driving can take place either at the macroscopic scale (advection, uniform strength, ...) or at the microscopic scale (self-propulsion).Our goal is to understand the large scale dynamics of the suspensions on the basis of the symmetries of the interactions between the particles.Our approach is experimental. It relies on microfluidic tools to perform quantitative model experiments. In the first part of the manuscript, I focus on the dynamics of suspensions of passive particles in rigidly confined thin liquid films. In particular, I present experimental and theoretical results on the propagation of linear density waves in advected emulsions. In the second part of the manuscript, I study the collective dynamics of bidimensional assemblies of self-propelled particles embedded in a fluid at rest at infinity. I present our experimental setup based on a new propulsion mechanism for the particles. It enables us to study and understand the emergence of collective motion on the basis of the interactions between the individuals. Finally, I investigate the propagation of non-linear excitations of these assemblies of self-propelled particles in heterogeneous media

Une étude expérimentale et numérique traitant de l'influence de structures tourbillonnaires sur la sédimentation de nuage de particules sphériques sous l'effet de la gravité est présentée dans une première partie de ce manuscrit. L'écoulement est créé par électro-convection, ce qui permet de générer un réseau de vortex contrôlés en vitesse et de taille constante qui imite un écoulement tourbillonnaire. Des techniques de PIV (Particle image-velocimetry) et de suivi de particules sont utilisés pour étudier la sédimentation du nuage.Le nuage est modélisé comme un ensemble de particules ponctuelles pour lesquelles les forces d'interaction hydrodynamiques entre particules sont prépondérantes. Le comportement du nuage est comparé aux prédictions obtenues avec des modèles numériques. Dans une seconde partie est présentée une étude expérimentale et numérique concernant la sédimentation à faible nombre de Reynolds de fibres flexibles dans un fluide visqueux au repos. L'état d'équilibre atteint par la fibre flexible est étudié. Nous identifions trois régimes ayant des signatures différentes sur l'état stationnaire de la fibre flexible: un régime de faibles déformations dans lequel la force de traînée est proportionnelle à celle d'une fibre sédimentant horizontalement par rapport à la gravité; un régime de grandes déformations dans lequel la force de traînée est aussi proportionnelle à la vitesse de la fibre, mais avec un coefficient de traînée qui est celui d'une fibre chutant parallèlement à la gravité; et un régime de reconfiguration élastique où le filament se déforme avec une traînée plus faible qui n'est plus proportionnelle à sa vitesse, mais à la racine carrée de celle-ci
In the first part, a jointed experimental and numerical study examining the influence of vortical structures on the settling of a cloud of solid spherical particles under the action of gravity at low Stokes numbers is presented. We use electro-convection to generate a two-dimensional array of controlled vortices which mimics a simplified vortical flow. Particle image-velocimetry and tracking are used to examine the motion of the cloud within this vortical flow. The cloud is modeled as a set of point-particles for which the hydrodynamic interaction is preponderant. The cloud behavior (trajectory, velocity, aspect ratio, break-up time …) is compared to the predictions of a two-way-coupling numerical simulation. In the second part, a jointed experimentally and numerical study on the dynamics of slender flexible filaments settling in a viscous fluid at low Reynolds number is presented. The equilibrium state of a flexible fiber settling in a viscous fluid is examined using a combination of macroscopic experiments, numerical simulations and scaling arguments. We identify three regimes having different signatures on this equilibrium configuration of the elastic filament: a weak deformation regime wherein the drag is proportional to the fiber velocity settling perpendicular to the gravity; a large deformation regime wherein the drag is proportional to the fiber velocity settling parallel to the gravity and an intermediate elastic reconfiguration regime where the filament deforms to adopt a shape with a smaller drag which is no longer linearly proportional to the velocity but to the square root of the velocity

Ce travail aborde, à l'aide de simulations Lagrangiennes, la description du comportement rhéophysique d'une suspension de particules solides sphériques en écoulement cisaillé. Les effets de l’inertie du fluide, de l'agitation Brownienne et de la gravité sont négligés. Les suspensions étudiées sont classées en deux grandes familles, en fonction de l'inertie de la phase dispersée caractérisée par le nombre de Stokes. A très petit nombre de Stokes, les suspensions sont de type liquide-solide où le fluide est très visqueux. Le modèle de simulation "Force Coupling Method" est utilisée pour simuler les interactions hydrodynamiques qui contrôlent la dynamique de ces suspensions. Cette méthode se base sur un développement multipolaire de la perturbation de vitesse induite par la présence des particules dans le fluide porteur. L'évolution de quantités macroscopiques en fonction de la fraction volumique du solide [φ=1-20%] est analysée dans des suspensions monodisperses. Les résultats (fluctuations de vitesse, auto-diffusion, auto-corrélation des vitesses et distribution spatiale de paires de particules…) confortent les tendances observées dans plusieurs études de la littérature. Nous montrons que l’agitation des particules induit un comportement diffusif dont l’intensité est une fonction croissante de la concentration. Le niveau d’agitation mais aussi le temps de diffusion augmentent lorsque les interactions multi-corps contrôlent la dynamique de la suspension. Les effets de lubrification associés à des particules proches du contact sont résolus précisément. Ceci permet d'utiliser la FCM pour simuler des suspensions de concentration plus élevée (allant jusqu'à 35%), et de quantifier leur viscosité effective. Le modèle de simulation est étendu aux cas de suspensions bidisperses. L'impact de la variation du rapport de taille ou de concentration sur les statistiques (des deux espèces) est examiné pour une fraction volumique constante de la phase dispersée. Pour un rapport de concentration fixe, nous avons trouvé qu'un rapport de taille croissant entraîne une augmentation (resp. Diminution) du niveau de fluctuation des petites (resp. Grosses) particules. Quand le rapport de taille et la concentration totale sont fixes, l'augmentation du nombre de grosses particules entraîne l'augmentation du taux de fluctuation et de la diffusion des deux espèces. Les suspensions caractérisées par un nombre de Stokes modéré ou grand sont en général de type gaz-solide. Un modèle de simulation basé sur l’intégration des trajectoires de particules assimilées à des sphères dures est utilisé pour simuler la dynamique de la suspension. Le mouvement des particules est uniquement contrôlé par les collisions et par la force de traînée sur une particule isolée. Les simulations montrent que les propriétés de la suspension dépendent fortement de l'inertie des particules et de la concentration. La variation du nombre de Stokes de 1 à 10 induit une augmentation de l'agitation des particules de trois ordres de grandeur, et une évolution de la distribution de vitesse d'une forme très piquée (proche d’un Dirac) à une forme Maxwellienne. Les résultats numériques sont confrontés aux prédictions de deux modèles issus de la théorie cinétique des milieux granulaires adaptés aux nombres de Stokes modérés: la fonction Dirac (resp. Maxwellienne déviée) est utilisée pour décrire les suspensions faiblement (resp. Fortement) agitées. Une nouvelle théorie pour déterminer les coefficients du tenseur d'auto-diffusion Lagrangienne est développée et validée avec les résultats des simulations. Les coefficients de diffusion et la viscosité de la phase solide sont également confrontés aux modèles théoriques utilisés pour la prédiction d’écoulements complexes. L'effet de l'inélasticité sur les quantités statistiques est également discuté. La conclusion de ce document fait la synthèse de tous ces résultats en proposant une approche unifiée de l’évolution de la viscosité effective du mélange fluide/particules. Une modification de la méthode FCM est proposée pour modéliser simultanément l'inertie des particules et les interactions hydrodynamiques
Lagrangian simulations are used to study the rheophysics of sheared suspensions of spherical particles. The effects of the fluid inertia, the Brownian diffusion and the gravity are neglected. Depending on the particle inertia characterized by the Stokes number, the suspensions are divided into two major classes. The limit of vanishingly small Stokes numbers corresponds to solid particles suspended in a very viscous fluid. The "Force Coupling Method" is used to model the direct hydrodynamic interactions controlling the dynamics of these monodisperse suspensions. This method is based on a finite multipole expansion of the velocity field perturbation induced by each particle. The motion of all the suspension particles is simultaneously coupled through the direct solution of the Stokes equations written for the carrying fluid flow. The macroscopic evolution is studied while the solid volume fraction is increased from low to moderately concentrated [φ=1-20%]. The results (velocity fluctuation, self-diffusion, velocity auto-correlation and spatial distribution of pairs. . . ) are in agreement with several former studies of the literature. We showed that the particle agitation is enhanced by increasing the concentration and leads to a diffusive behavior of the suspension. The agitation level and the characteristic diffusion time are increasing as many-body hydrodynamic interactions control the suspension dynamics. The accuracy of the method is improved by calculating the exact lubrication forces for particle pairs near contact. Hence, this allows to simulate larger suspension concentrations (up to 35%), and to quantify the effective viscosity in this regime. The model is extended to the bidisperse suspension configurations. The dependence of the statistical quantities (of both species) on the size ratio and concentration ratio is discussed for a fixed total volume fraction. For a constant concentration ratio, we obtained that an increase of the size ratio enhances (resp. Reduces) the fluctuation level of the small (resp. Large) particles. The increase large particle number induces a significant enhancement of the fluctuations and self-diffusion of both species. The suspensions characterized by moderate to high Stokes numbers are generally of gas-solid type. A hard-sphere collision model coupled with the particle Lagrangian tracking is used to simulate the suspension dynamics. The particle motion is controlled by only the drag force and particle collisions. The simulations show that the suspension properties depend strongly on the particle inertia and concentration. Increasing the Stokes number from 1 to 10 induces an enhancement of the suspension agitation by three orders of magnitude, and an evolution of the velocity distribution function from a highly peaked (close to the Dirac delta function) to a Maxwellian shape. The numerical results are compared to the predictions of two theoretical models based on the kinetic theory of granular flows adapted to moderate inertia regimes. The velocity distribution used for weakly (resp. Highly) agitated suspensions is the Dirac delta (resp. Deviated Maxwellian) function. A new prediction of the Lagrangian self-diffusion tensor is proposed and validated by the simulations results. The diffusion coefficients and solid phase viscosity are compared to the classical models used in engineering applications. The inelasticity effect on the statistical quantities is discussed as well. The conclusion of the manuscript proposes a unified approach of all the results related to the evolution of the effective viscosity in the bulk. A modification of the Force Coupling Method is proposed to properly simulate the particle inertia and hydrodynamic effects

La pollution de l'environnement, et particulièrement la pollution atmosphérique et son possible impact sur la santé humaine, suscite un intérêt grandissant dans les pays en voie de développement. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette thématique et constitue une étude pionnière en Afrique, et au Bénin plus particulièrement. Nos résultats ont montré que l'essence utilisée à Cotonou était de piètre qualité, caractérisée par l'absence d'additifs et par une forte concentration en benzène, et pouvait être à l'origine de la dégradation de la qualité de l'air de la ville. De même, l'analyse d'échantillons de particules (PM₂․₅ et PM>₂․₅) prélevés dans le quartier de St Michel à Cotonou, a mis en exergue un taux anormalement élevé de particules en suspension dans l'air. La caractérisation physicochimique de ces particules a montré la présence d'un cocktail de composés chimiques (ions, métaux, COVs, paraffines, HAPs, etc.), en proportion plus élevées dans les particules fines PM₂․₅. L'appareil respiratoire constituant la principale voie d'exposition de l'Homme à ces particules atmosphériques, leur potentiel toxique a été évalué au travers d'une étude in vitro menée sur des cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). Il a été ainsi démontré les propriétés cytotoxiques des deux échantillons de particules ainsi que leur capacité à induire l'expression génique des enzymes de métabolisation des composés organiques et à générer un stress oxydatif. Le déclenchement du processus inflammatoire via l'induction de l'expression génique et la sécrétion protéique de cytokines et l'apparition de modifications dans la voie de l'acide arachidonique (leucotriènes, prostaglandine, thromboxane) ont été notés. Enfin l'approche comparative des PM₂․₅ prélevées au niveau de trois villes d'Afrique de l'Ouest a permis de mettre en évidence des caractéristiques proches au Bénin, en Côte d'Ivoire et au Sénégal et la contribution des émissions du trafic routier dans la pollution de l'air
Air pollution and its adverse health effects have shown a growing interest in developing countries. This study deals with this subject and is one of the first conducted in African countries, particularly in Benin. Our results showed that the quality of gasoline used in cotonou was poor, characterized by the absence of additive and a high concentration of benzene. Thus, it could be responsible for the degradation of the city air quality. Therefore, particulate matter samples (PM₂․₅ and PM>₂․₅) were collected in St Michel neighborhood at Cotonou and results showed very high levels of particles in the ambient air. Physicochemical characterization of these particles revealed a presence of various chemicals compounds (ions, metals, VOCs, paraffins, PAHs, ect.) in higher proportion in PM₂․₅ than PM>₂․₅. The respiratory system, the main way of exposure to these airborne particles, was investigated through an in vitro study assessing the toxic potential of PM on human bronchial epithelial cells (BEAS-2B). It has been demonstrated that the two types of particules have cytotoxic properties and ability to induce gene expression of organic compounds metabolizing enzymes and to generate oxidative stress. These particles have triggered the inflammatory process through the induction of gene expression and protein secretion of cytokines, and changes in the arachidonic acid pathway (leukotrienes, prostaglandin, and thromboxane). Finally, comparative approach for PM₂․₅ sampled in three West African cities highlighted the closeness of particles characteristics in Benin, Côte d'Ivoire and Senegal, and a significant contribution of road traffic emissions in the air pollution

Ce travail étudie les effets du système PTHrP/PTH1R et de microparticules humaines, sur la réactivité vasculaire de l'homme et de l'animal pendant la gestation. Le système PTHrP/PTH1R est impliqué dans la régulation du tonus de l'artère utérine et mésentérique, car PTHrP(1-34) relaxe les artères utérines et mésentériques chez la rate. La gestation dérégule ce système, avec une surexpression de PTHrP et une diminution de la réponse vasorelaxante. Ce phénomène est susceptible d'être nocif en cas de surexpression pathologique, car il est inducteur d'un prostanoïde vasoconstricteur, impliqué dans nombre de lésions vasculaires qui caractérisent une mauvaise placentation, pouvant générer l'état de prééclampsie. Les microparticules sont des microvésicules qui circulent chez les femmes prééclamptiques en quantité plus importante qu'en cas de grossesse saine. Il s'agit de microparticules plaquettaires et leucocytaires qui entraînent une hyporéactivité en réponse à la sérotonine, aussi bien sur des vaisseaux humains, in vitro, que des vaisseaux de souris in vitro et in vivo. Cet effet est accompagné d'une intense activité proinflammatoire dans la paroi vasculaire, associée à un stress oxydant et nitrosant et entraînent la production concomitante de facteurs vasocontracturants et de NO. Nous rapportons de nouveaux éléments au domaine de la réactivité vasculaire pendant la gestation. Le système PTHrP/PTH1R reste à étudier sur des vaisseaux humains, normaux et pathologiques ainsi que sur une culture de cellules trophoblastiques. Les microparticules apparaissent capables de générer une dysfonction vasculaire dont le rôle exact reste à confirmer sur des modèles d'animaux "prééclamptiques" comme celui induit par le facteur antiangiogénique sFlt1. Des avancées sont sûrement à attendre des études de protéomique sur les microparticules, ce qui ouvrirait le champ à une application possible en thérapeutique
This work aimed to investigate the effects of PTHrP/PTH1R system and human microparticles on human and animal vascular reactivity during pregnancy. We demonstrate for the first time that during pregnancy PTHrP is able to induce vasorelaxation in rat uterine and mesenteric arteries, and that a redistribution of PTH1R contributes to the local regulation of uterine hemodynamics during pregnancy. Moreover, our results shed light on the production of 8–iso Prostaglandin F2α after PTHrP addition, which blunts PTHrP(1-34) relaxation. Disorders in PTHrP/PTH1R expression may lead to utero-placental hypoperfusion and abnormal placentation during pathological pregnancy. Preeclamptic women display increased circulating levels of leukocyte and platelet-derived microparticles compared to healthy pregnants women. Microparticles from preeclamptic but not healthy pregnant women induce ex vivo vascular hyporeactivity to serotonin in human omental arteries and mouse aorta. This study provides evidence of pathophysiological relevance of preeclamptic's microparticles, associated with pro-inflammatory properties on vessels, leading to oxidative and nitrosative stress which enhances vasoconstricting products and NO. Our results shed lights on original findings concerning the vascular reactivity during gestation. PTHrP/PTH1R needs further studies in healthy or pathological human arteries. Preeclamptic's microparticles are able to induce vascular dysfunction but their precise implication in preeclampsia may be further investigated with pregnant animal models such as anti-angiogenic sFlt1-treated rats. Microparticles proteomics studies can improve our knowledge, especially in therapeutic implications