Deux études ont été initiées dans le but d’évaluer les effets du type de fourrages et du rapport fourrage : concentrés sur la synthèse ruminale de vitamines B. Dans un premier essai, huit vaches Holstein ont été alimentées avec une ration contenant de l’ensilage de luzerne ou de l’ensilage de dactyle comme unique fourrage. Dans un deuxième essai, quatorze vaches Holstein ont été alimentées avec une ration à faible taux de fourrages (44.8%) ou à fort taux de fourrages (64.1%). Utiliser le dactyle comme unique fourrage a augmenté les synthèses ruminales de thiamine, riboflavine, niacine et vitamine B6, mais n’a eu aucun effet sur celle de vitamine B12. Utiliser une ration à bas taux de fourrages a augmenté la synthèse ruminale de thiamine et de niacine, mais a réduit celle de la vitamine B12 tout en diminuant la dégradation ruminale de la vitamine B6. Cette étude est une étape vers l’identification de rations qui nécessiteront une éventuelle supplémentation afin d’optimiser la production laitière. / B-vitamins are synthesized by rumen microflora but knowledge on factors affecting this synthesis is very scarce. Two studies were conducted to determine the effects of dietary factors such as family forage or forage-to-concentrate ratio on B-vitamin ruminal syntheses. In study 1, eight Holstein cows were fed with diets containing either alfalfa or orchardgrass silages as sole forage. In study 2, fourteen Holstein cows were fed low-forage (44.8% forage) or high-forage (64.1% forage) diets. Apparent ruminal synthesis of thiamin, riboflavin, niacin and vitamin B6 were greater with orchardgrass silage than with alfalfa silage. Using a low-forage diet increased ruminal syntheses of thiamin, riboflavin and niacin, reduced vitamin B6 degradation, but decreased ruminal synthesis of vitamin B12. These studies are a step towards identification of diets that may require B-vitamin supplementation to optimize milk production of dairy cows.

La luzerne contient des fibres peu digestibles et une forte proportion de protéines dégradables. Les vaches laitières pourraient donc bénéficier d’une augmentation de la digestibilité des fibres de la luzerne, ou d’une meilleure adéquation entre l’apport en azote et en énergie disponible dans le rumen. Les cultivars de luzerne présentant une meilleure digestibilité des fibres sont une opportunité d’augmenter l’efficacité de la production laitière, mais aucune étude indépendante n’a testé ces cultivars dans les conditions agroclimatiques du Canada. Par ailleurs, la diminution de l’apport en protéines métabolisables est souvent associée à une diminution de la sécrétion de protéines dans le lait, possiblement causée par un apport réduit en acides aminés essentiels. Les objectifs de l’étude étaient (1) de comparer les performances de vaches laitières nourries avec des rations à base de luzerne, en utilisant un cultivar régulier et un cultivar sélectionné pour sa concentration réduite en lignine ; et (2) d’évaluer l’effet d’une variation de l’apport en énergie sur les performances de vaches laitières alimentées de rations ayant un apport réduit en protéines métabolisables, mais équilibrées pour les principaux acides aminés essentiels limitants. Les cultivars de luzerne n’ont eu aucun effet significatif sur l’ensemble des paramètres mesurés. La diminution de l’apport en protéines métabolisables et le maintien du même bilan énergétique ont permis de maintenir la prise alimentaire et la production laitière corrigée pour l’énergie. Cette stratégie alimentaire a également amélioré l’efficacité d’utilisation de l’azote tout en maintenant la production des composantes du lait et en diminuant l’excrétion azotée. Il est possible de réduire l’apport en protéines métabolisables sans avoir d’effet négatif sur la performance des vaches laitières, à condition de combler leurs besoins en énergie et en acides aminés essentiels. De tels changements permettraient de diminuer l’impact environnemental de la production laitière, en plus de réduire potentiellement les coûts d’alimentation. / Alfalfa contains poorly digestible fiber and a high proportion of degradable protein. For these reasons, dairy cows could benefit from an increased digestibility of alfalfa’s fibers, or from a better match between nitrogen and energy supply in the rumen. Alfalfa cultivars with improved fiber digestibility represent an opportunity to increase milk production efficiency, but no independent studies tested these cultivars under the agroclimatic conditions of Canada. Also, decreasing metabolizable protein supply is often associated with a decrease in milk protein yield, possibly caused by a reduced supply of essential amino acids. The objectives of the study were (1) to compare the performance of dairy cows fed alfalfa-based diets, using a regular cultivar and a cultivar selected for its reduced lignin concentration; and (2) to assess the effect of a variation in energy supply on the performance of dairy cows fed diets with a reduced supply of metabolizable protein, but balanced for the main limiting essential amino acids. Alfalfa cultivars had no significant effect on all measured parameters. Decreasing metabolizable protein supply and maintaining the same energy balance allowed cows to maintain their dry matter intake and energy corrected milk production. This feeding strategy also improved the nitrogen use efficiency while maintaining milk component production and reducing nitrogen excretion. Reducing metabolizable protein supply without negative effects on dairy cow performance is possible when energy and essential amino acids requirements are met. Such changes would decrease the environmental impact of milk production, in addition to potentially reduce feeding costs.

L'alimentation protéique des vaches laitières à un coût important pour l'entreprise laitière, autant sur le plan économique qu'environnemental. De plus, les unités de base de la formulation protéique ont aussi changé passant de la protéine brute pour utiliser les acides aminés plus récemment, tout en gardant le concept de protéine métabolisable. Les objectifs généraux de cette thèse étaient de : 1) déterminer si un changement dans l'alimentation protéique des bovins laitiers peut réduire l'empreinte environnementale, tout en maintenant ou améliorant les revenus nets de l'entreprise laitière canadienne; 2) évaluer comment les différences de structure des principaux modèles de formulation disponibles peuvent affecter leur capacité à prédire la production de protéine du lait sur les fermes commerciales québécoises. Le premier projet consistait à évaluer le potentiel d'un système d'alimentation basé uniquement sur les acides aminés, avec une efficacité d'utilisation variable, au lieu du système basé sur les protéines métabolisables actuellement utilisé. Les résultats ont démontré certains avantages économiques avec un gain potentiel sur les revenus nets de la ferme de 0 à 9 % selon la région et le contexte de la ferme. Combiné à cela, on a aussi observé un maintien ou même une réduction de l'empreinte environnementale par une réduction potentielle du bilan azoté de 0 à 7 % et une réduction des gaz à effet de serre de 0 à 4 %. Pour être sûr qu'un changement de l'alimentation protéique soit valable, il faut déterminer si les modèles existants sont capables de bien prédire la production de la protéine du lait, et par conséquent l'utilisation de la protéine, directement sur les fermes commerciales québécoises. La première phase du second projet consistait à évaluer les prédictions de la protéine du lait sur des fermes québécoises avec 4 modèles de formulation couramment utilisés lorsque l'information collectée était contrôlée. Les résultats ont montré que le modèle scandinave NorFor avait la meilleure capacité de prédiction avec un coefficient de concordance de corrélation (CCC) de 0,82 suivi par le Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) avec 0,76, le National Research Council. (NRC) 2001 et Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) 2018 avec 0,75 chacun. Avec tous les modèles, les animaux avec des rations à plus haute teneur en énergie avaient des estimations plus élevées que pour les animaux avec des rations à plus faible teneur énergétique. De plus, avec tous les modèles, les animaux en début de lactation avaient des sous-estimations plus importantes que ceux plus avancés en lactation. La seconde phase de ce projet consistait à évaluer les effets potentiels des incertitudes de mesures à la ferme sur la prédiction de la production de la protéine du lait. Elle a démontré que, pour ces 4 modèles, l'estimation de la consommation volontaire de matière sèche, le poids vif et la composition des fourrages étaient les facteurs les plus à risque de créer des erreurs sur la prédiction de production de la protéine du lait. Finalement, pour valider les performances en contexte réel d'application, le dernier projet comparait encore les performances de prédiction de la protéine du lait, mais cette fois-ci avec des données provenant de la base de contrôle laitier de Lactanet. La qualité de l'information recueillies était alors non contrôlée, et ainsi plus à risque d'erreur, ce qui pouvait avoir un impact négatif sur les prédictions. Dans ce contexte, le modèle scandinave avait toujours les meilleures prédictions avec une CCC de 0,76. Cependant cette fois-ci, le modèle INRA 2018 avait les deuxièmes meilleures prédictions avec une CCC de 0,75, suivis du NRC 2001 avec 0,70 et finalement le CNCPS avec 0,62. Les prédictions moins précises de ce projet sont liées à la qualité diminuée de l'information disponible, mais aussi à l'absence de certaines données, qui étaient collectées dans le précédent projet. Finalement, on peut conclure que lorsque l'information nécessaire au bon fonctionnement de chacun des modèles est disponible, ils performent en moyenne de façon adéquate, malgré un certain avantage pour le modèle NorFor. Entre 4 et 38% de l'erreur de prédiction sont au niveau des troupeaux et une adaptation à ce niveau par les conseillers est donc nécessaire. / Dairy cow protein feeding management is an important cost for dairy farms as much on economics than on the environment. The standard units used to represent diet protein changed throughout time to pass from crude protein in the old days to amino acids more recently, while still using metabolizable protein. The general objectives of this thesis were to 1) determine whether a change in the protein diet of dairy cattle can reduce the environmental footprint, while maintaining or improving the bottom line of the Canadian dairy farms; 2) evaluate how the differences in the structure of the main formulation models available can affect their ability to predict milk protein production on Quebec commercial farms. The first project was about evaluating the potency of an amino acids-based diet formulation, with variable efficiency, instead of the current metabolizable protein system currently in use. Results showed a potential enhancement of up to 9% of the farm net income, depending on the farm situation. We also observe a potential reduction in N farm balance by 0 to 7% and a reduction in emission of greenhouse gases by 0 to 4%. However, to make sure that changes in protein feeding is effective, it is important to determine if existing models are able to predict protein yield, and consequently protein utilization, directly on commercial dairy farm. The first part of the second project was about evaluating milk protein yield prediction of 4 common feed evaluation models on commercial farms when quality information is available. Results have shown that the Scandinavian model NorFor had the best prediction capabilities with a concordance correlation coefficient (CCC) of 0.82, followed by Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) with 0.76, NRC 2001 and INRA 2018 both at 0.75. Furthermore, we observed for all models that animal with higher energy content in their diet had usually higher estimation than animal with lower energy content in their diet. Also, in all models, animals in a later lactation stage had higher overestimation then animals in an earlier stage. These observations indicate evolution in the efficiency of utilization of protein throughout lactation. The second phase of this project was about the evaluation of potential uncertainties of measurements at the farm on milk protein yield prediction. It showed that for the four models, dry matter intake, body weight and forage characterization were the main factors at risk of affecting milk protein yield predictions. Finally, to validate performances in real context of the application, the last project compared milk protein yield prediction, but with dairy herd improvement data, from Lactanet. Information quality was uncontrolled and at risk to have negative impacts on predictions. The Scandinavian model still had the best prediction capabilities with a CCC of 0.76. INRA 2018 had the second-best prediction performances this time on with a CCC of 0.75, followed by NRC 2001 with 0.70 and CNCPS with 0.62. Lower data quality and unavailability of some data that were collected in the previous project are the main reasons for these lower predictions in this third project. Finally, we can conclude that, when information needed for each model is available, they on average perform well, while NorFor has better performances. Between 4 and 38% of total errors were at herd level. So an adaptation is needed by advisors on each herd for the models to perform well.

La taille et la forme des fourrages hachés influencent la conservation en ensilage et l’utilisation par les vaches laitières. Traditionnellement, la longueur est estimée par tamisage mécanique. La mesure par imagerie proposée ici permet de caractériser des particules individuelles avec une précision accrue. Des fourrages de maïs et de luzerne hachés à trois longueurs théoriques (12,7, 25,4, et 29,6 mm) ont été utilisés. La mesure de la forme a été obtenue par le concept de Normalized Multiscale Bending Energy (NMBE) qui fait appel au traitement de signal digital. À partir de photos de particules, un algorithme développé dans MATLAB® fournit des mesures précises de la longueur, l’aire, l’épaisseur et la surface massique de chaque particule. Le tamisage mécanique sous-estimait la longueur des particules par rapport aux mesures par imagerie. La méthode du NMBE a montré que les particules de luzerne étaient plus irrégulières et plus allongées que celles de maïs. / The size and shape of chopped forage particles can influence silage conservation and feed utilization by dairy cows. Particle length is traditionally measured by mechanical sieving. Image analysis is proposed here to measure more precisely individual particles. Corn and alfalfa forages were chopped at three theoretical lengths (12.7, 25.4 and 29.6 mm). Shape measurement was obtained from the concept of Normalized Multiscale Bending Energy (NMBE) which uses digital signal processing. From pictures of chopped particles, an algorithm developed in MATLAB® provided precise measurements of length, area, thickness and area per unit mass for each particle. Mechanical sieving underestimated actual particle length as measured by image analysis. The NMBE method indicated that alfalfa particles were more irregular and elongated compared to corn particles.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les objectifs de cette thèse étaient d'évaluer les effets d'un supplément combiné d'acide folique et de vitamine B12 sur les performances zootechniques en fermes laitières (première étude) et sur la cinétique du glucose en début de lactation (deuxième étude). Les traitements suivants ont été donnés par injections intramusculaires hebdomadaires de trois semaines avant le vêlage jusqu'à huit ou neuf semaines postpartum : pour la première étude 1) saline ou 2) acide folique et vitamine B12 et pour la deuxième étude 1) saline; 2) acide folique; 3) vitamine B12; ou 4) acide folique et vitamine B12. Pour la première étude, 805 vaches dans 15 troupeaux ont été impliquées. L'incidence de dystocie a été plus basse et la première insémination postpartum a eu lieu plus tôt pour les vaches multipares recevant le supplément que pour les vaches multipares ne le recevant pas. Le supplément n'a pas eu d'effet sur la production laitière. Toutefois, la concentration en gras du lait a diminué et celle en protéines a augmenté pour les vaches recevant le supplément. De plus, ces vaches ont perdu moins de poids corporel en début de lactation suggérant un effet du supplément sur la répartition de l'énergie. L'analyse économique a indiqué que ce supplément a été rentable pour la moitié des fermes à l'étude. Le supplément a augmenté la concentration en vitamine B12 du lait dans tous les troupeaux. Pour la deuxième étude, 24 vaches multipares ont été utilisées. Les concentrations plasmatiques de folates et de vitamine B12 des animaux témoins étaient plus élevées que ce qui a été rapporté dans la littérature. Étonnamment, le supplément d'acide folique a diminué le taux d'apparition du glucose à la neuvième semaine postpartum. L'ingestion, la concentration en glycogène hépatique et le pourcentage de glucose synthétisé provenant du propionate étaient semblables entre les traitements. Les résultats de ces études indiquent que, sous certaines circonstances, les apports d'acide folique et de vitamine B12 par la microflore du rumen semblent adéquats pour optimiser les performances des vaches. Cependant, il n'existe actuellement aucun moyen de prédire les apports en ces vitamines pour l'animal selon la ration reçue. / The objectives of this thesis were to evaluate the effects of a combined supplement of folic acid and vitamin B12 on performance in commercial dairy herds (first study) and on glucose kinetic in early lactation (second study). The following treatments were given by weekly intramuscular injections from three weeks before calving until eight or nine weeks postpartum: for the first study 1) saline or 2) folic acid and vitamin B12 and for the second study 1) saline; 2) folic acid; 3) vitamin B12 or; 4) folic acid and vitamin B12. For the first study, 805 cows in 15 herds were involved. The incidence of dystocia was lower and the first breeding postpartum occurred at an earlier time for multiparous cows receiving the vitamin supplement than for multiparous cows that did not. Vitamin supplement did not affect milk production. However, milk fat concentration decreased and milk protein concentration increased for dairy cows receiving the supplement. Moreover, these cows lost less body weight in early lactation suggesting an effect of the vitamin supplement on energy partitioning. The economic analysis showed that this supplement was profitable for half of the studied herds. The vitamin supplement increased vitamin B12 concentration in milk within each herd. For the second study, 24 multiparous cows were involved. Plasma concentrations of folates and vitamin B12 from controls were higher than previously reported in the literature. Surprisingly, the folic acid supplement decreased whole-body glucose rate of appearance at week nine postpartum. However, dry matter intake, liver glycogen concentration, and percentage of glucose synthesized from propionate were similar among treatments. Results from these two studies highlighted that, under some circumstances, supplies of folic acid and vitamin B12 from ruminal microflora seem to be adequate to optimize cow performance. However, it is not possible under the actual state of knowledge to predict supplies of these vitamins for the animal according to the diet.

Le tourteau de canola est un complément protéique de plus en plus utilisé dans les rations des vaches laitières. La substitution d'un complément protéique par du tourteau de canola a un effet positif sur la production laitière ainsi que sur la quantité de protéines produites. Cette réponse positive au niveau de la production laitière est observée, et ce, même si le NRC (2001) prédit une diminution de l'apport en protéines métabolisables lorsque le tourteau de canola remplace du tourteau de soya dans les rations des vaches laitières. Cela pourrait être dû à une sous-estimation de l'apport en protéines métabolisables par les modèles, comme le NRC (2001), lorsque le tourteau de canola est utilisé. Le projet avait comme objectif d'évaluer la cinétique de l'azote au rumen du tourteau de canola et d'évaluer l'apport en protéines métabolisables. Les objectifs spécifiques de l'étude étaient de (1) déterminer la contribution en azote soluble et en petites particules non dégradées du tourteau de canola et du tourteau de soya au flux de protéines au duodénum ; de (2) mesurer les flux de bactéries au duodénum à partir des deux suppléments ; et de (3) mieux comprendre la contribution en petites particules du tourteau de canola. Pour ce faire, quatre vaches munies de canules ruminale et duodénale ont été utilisées selon un plan croisé avec des rations soit à base de tourteau de canola, soit de tourteau de soya. De plus, du tourteau de canola et du tourteau de soya marqué au $^\textup{15}$N ont été administrés sous forme de dose unique pendant l'expérience. Les résultats ont montré que la proportion de bactéries associées à la phase liquide dans le digesta duodénal était supérieure pour le tourteau de canola que pour le tourteau de soya, puis l'inverse a été observé pour les bactéries associées aux particules. Lorsque ces résultats sont combinés avec les flux de matière sèche qui atteignent le duodénum, les flux totaux de bactéries arrivant au duodénum ne sont pas les mêmes pour les deux suppléments protéiques. L'étude des aires sous la courbe qui ont été obtenues à partir des excès en $^\textup{15}$N en fonction du temps a démontré que pour la fraction associée aux petites particules, la fraction des bactéries associées aux particules et la fraction des bactéries associées à la phase liquide, les aires sous la courbe estimées avec le modèle non linéaire étaient supérieures pour les rations contenant du tourteau de canola. Ceci renforce donc notre hypothèse selon laquelle la réponse positive du tourteau de canola serait associée davantage à la fraction de l'azote soluble et aux petites particules contenant de l'azote du tourteau de canola. / Canola meal is a protein supplement increasingly used in dairy cows diets. Substituting a protein supplement with canola meal has a positive effect on milk production as well as on the amount of protein produced. This positive response on milk production occurs even though the NRC (2001) predicts a reduction in metabolizable protein intake when canola meal replaces soybean meal in dairy cows rations. This could be due to an underestimation of metabolizable protein supply by models, such as the NRC (2001), when canola meal is used. The objective of the project was therefore to evaluate the kinetics of nitrogen in the rumen of a ration containing canola meal and to determine the consequences on the supply of metabolizable proteins. The specific objectives of the study were to (1) determine the contribution of soluble nitrogen and small undegraded particles from canola meal and soybean meal to protein flow to the duodenum; to (2) measure the flow of bacteria to the duodenum from the two supplements; and (3) to have a better understanding of the contribution of small particles from canola meal. Four cows fitted with a ruminal and a duodenal cannula were used in a cross-over design with diets including canola meal or soybean meal. Also, canola and soybean labeled with $^\textup{15}$N were given as single-pulse doses during the experiment. The results have shown that the proportion of fluid-associated bacteria in the duodenal digesta was higher when cows were fed canola meal than soybean meal. The opposite was observed for the particle-associated bacteria. When these results are combined with the flow of dry matter reaching the duodenum, the total flow of bacteria arriving at the duodenum was not the same for the two protein supplements. The study of the areas under the curve, which were obtained from the $^\textup{15}$N excesses as a function of time, demonstrated that for the fraction associated with small particles as well as for the fraction of particles-associated bacteria and the fraction of fluid-associated bacteria, areas under the curve estimated with the nonlinear model were greater for diets containing canola meal. This reinforces our hypothesis that the positive response of canola meal would be associated more with the soluble fraction of nitrogen and small particles of canola meal.

Les travaux sur la nutrition en vitamines B des ruminants montrent des résultats très variés sur les quantités de ces nutriments disponibles pour l’animal selon la nature de la ration. Ces divergences sont dues à des changements des populations microbiennes dans le rumen, causées par les facteurs physico-chimiques de la ration. Une amélioration de la compréhension des effets de la nature de la diète sur la synthèse et l’utilisation des vitamines B dans le rumen pourrait aider à identifier les conditions sous lesquelles une supplémentation en ces vitamines serait bénéfique pour la vache. Le but de ce travail de thèse est donc d’améliorer la compréhension des effets de l’espèce fourragère, de la maturité et de la longueur des particules de fourrage sur les apports en vitamines B chez la vache laitière. Pour évaluer chacune de ces variables, les concentrations de thiamine, riboflavine, niacine, vitamine B6, folates et vitamine B12 ont été mesurées dans les échantillons d’aliments et de digesta duodénal recueillis lors de trois projets réalisés à l’Université du Michigan par l’équipe du Dr. M. Allen. Dans la première étude, l’effet de l’espèce fourragère des ensilages a été évalué au cours de deux expériences similaires durant lesquelles les vaches recevaient une diète à base d’ensilage de luzerne ou de dactyle. Les diètes à base de luzerne ont été associées à une augmentation de la dégradation de la thiamine et de la vitamine B6 dans le rumen par rapport aux diètes à base d’ensilage de dactyle. La deuxième étude visait à évaluer les effets de la maturité des plantes lors de la mise en silo sur les quantités de vitamines B disponibles pour la vache; les deux expériences se différenciaient par l’espèce fourragère étudiée, soit la luzerne ou le dactyle. Une récolte à un stade de maturité plus élevé a augmenté les flux duodénaux de thiamine, de niacine et de folates lorsque les vaches recevaient des diètes à base d’ensilage de luzerne mais n’a diminué que le flux duodénal de riboflavine chez les animaux recevant des diètes à base d’ensilage de dactyle. La troisième étude a comparé les effets de la longueur de coupe (10 vs. 19 mm) d’ensilages de luzerne et de dactyle sur le devenir des vitamines B dans le système digestif de la vache laitière. Cette étude a permis de constater qu’une augmentation du temps de séchage au champ diminuait les concentrations de vitamines B dans les ensilages. Cependant, la taille des particules des ensilages de luzerne et de dactyle n’a pas affecté les quantités des vitamines B arrivant au duodénum des vaches. En général, les résultats de ces études montrent qu’il existe une corrélation négative entre la synthèse de riboflavine, de niacine et de vitamine B6 et leur ingestion, suggérant une possible régulation de la quantité de ces vitamines B par les microorganismes du rumen. De plus, l’ingestion d’amidon et d’azote a été corrélée positivement avec la synthèse de thiamine, de folates et de vitamine B12, et négativement avec la synthèse de niacine. Ces corrélations suggèrent que les microorganismes qui utilisent préférentiellement l’amidon jouent un rôle majeur pour la synthèse ou la dégradation de ces vitamines. De plus, la présence d’une quantité suffisante d’azote semble avoir un impact majeur sur ces processus. La suite de ces travaux devrait viser la modélisation de ces données afin de mieux appréhender la physiologie de la digestion de ces vitamines et permettre la création de modèles mathématiques capables de prédire les quantités de vitamines disponibles pour les vaches. Ces modèles permettront, lorsqu’intégrés aux logiciels de formulation de ration, d’élaborer une diète plus précise, ce qui améliorera la santé du troupeau et la performance laitière et augmentera les profits du producteur. / Research on B vitamins and ruminant nutrition reported that the amounts of these nutrients available for the animals vary according to the nature of the diet. These differences are due to changes in microbial populations in the rumen caused by several physical and chemical characteristics of the diets. However, data regarding how those factors affect B-vitamin supply are limited. A better quantitative understanding of dietary factors driving ruminal synthesis and degradation of B vitamins will help to identify conditions favoring vitamin supplementation to the cow. The objective of this thesis was to evaluate the effects of forage family, plant maturity and forage particle length on B-vitamin supply to lactating dairy cows. To evaluate each of these variables, concentrations of thiamin, riboflavin, niacin, vitamin B6, folates and vitamin B12 were measured in feed and duodenal digesta samples collected during three studies carried out at the University of Michigan by Dr. Allen’s team. In the first study, the effect of forage family was evaluated in two similar trials, where diets containing either alfalfa or orchardgrass silages were offered to lactating dairy cows. Diets based on alfalfa silage resulted in a greater degradation of thiamin and vitamin B6 in the rumen compared with diets based on orchardgrass silages. The second study assessed the effects of plant maturity at harvest on the amounts of B vitamins available to the cow; the two trials differed by the studied forage family, alfalfa or orchardgrass. Increasing maturity at harvest of forages increased the amounts of thiamin, niacin and folates reaching the sites of absorption with diets based on alfalfa silages whereas it only decreased riboflavin duodenal flow with diets based on orchardgrass silages. In the third study, the effects of alfalfa and orchardgrass silage particle length (10 vs. 19 mm) on the fate of B vitamins in digestive tract of dairy cows were studied. Increasing wilting time in the field decreased B-vitamin concentrations in both silages. Nevertheless, for both forage families, the length of silage particles had no effect on the amounts of B vitamins reaching the duodenum of cows. Overall, the results from these three studies highlighted that there was a negative correlation between the apparent synthesis of riboflavin, niacin and vitamin B6 and their intake, suggesting that ruminal bacteria reduced the synthesis of these vitamins when their dietary supply was augmented. In addition, starch and nitrogen intakes were positively correlated with the ruminal synthesis of thiamin, folates and vitamin B12, but negatively correlated with the synthesis of niacin. These correlations suggest that microorganisms that use starch play a major role in the synthesis or the degradation of these vitamins. Moreover, these processes are affected by the nitrogen supply. The continuation of this work will be the modeling of these data, which will help to better understand the digestion physiology of these vitamins and allow the creation of mathematical models able to predict duodenal B-vitamin flow in cows. These models will allow feed formulation software to design more adequate diets, which will improve herd health and milk performance and increase dairy farmer profits.

L’objectif de ce projet est de comparer l’effet de remplacement du tourteau de soja et du maïs grain par la gourgane (moulue ou roulée) sur l’ingestion, les fermentations ruminales, l’utilisation de l’azote, la production de méthane et la production laitière. Neuf vaches de race Holstein (120 jours de lactation) ont été utilisées selon un dispositif en carré latin 3×3 (période de 35 jours dont 14 jours d’adaptation). Les traitements expérimentaux étaient : 1) Ration totale mélangée (RTM) contenant du tourteau de soja (Témoin), 2) RTM contenant de la gourgane roulée et 3) RTM contenant de la gourgane moulue. La gourgane a été incluse à raison de 17% de la matière sèche en remplaçant complètement le tourteau de soja et partiellement le maïs grain sur une base iso-azotéeet iso-énergétique. Après 14 jours d'adaptation aux régimes expérimentaux, la consommation alimentaire, les caractéristiques des fermentations ruminales (incluant le dénombrement des protozoaires), la dégradabilité ruminale (in sacco), la digestibilité gastro-intestinale apparente, l'excrétion azotée, la production laitière et la production de CH4 ont été mesurées. L'incorporation de la gourgane (moulue ou roulée) dans la ration n'a pas eu d'incidence sur l’ingestion, la production laitière et la composition du lait. Le traitement expérimental n'a eu aucun effet sur la concentration ruminale des acides gras volatils totaux, le rapport acétate : propionate et le nombre de protozoaires. Comparativement aux vaches recevant le régime témoin, la concentration d’ammoniac (NH3) a augmenté et tendait à augmenter chez les vaches nourries avec la gourgane roulée et moulue, respectivement. Cependant, il n'y avait aucune différence dans la concentration ruminale de NH3 entre les deux gourganes traitées. La digestibilité totale apparente de la protéine brute (PB) était similaire chez les vaches nourries avec le régime témoin et celles nourries avec la gourgane roulée et tendait à augmenter chez les vaches nourries avec la gourgane moulue comparativement à celles nourries avec le régime témoin. L’excrétion de l’azote(g/jou en proportion de l’azote ingéré) dans les urines et le fumier (fèces + urine) n'a pas été affectée par l'inclusion de la gourgane dans l'alimentation. La production de CH4 entérique était similaire entre les régimes expérimentaux. En conclusion, l’inclusion de la gourgane (17% de MS) en remplacement du tourteau de soja et du maïs grain dans la ration n'a eu aucun effet sur la production de lait, l'excrétion d’azote et la production de CH4 entérique des vaches laitières. / The objective of this study was to compare the effect of replacing soybean meal (SBM) and corn grain with ground or rolled faba bean (FB) on nutrient digestion, rumen fermentation, N utilization, methane production and milk performance. Nine Holstein cows (120 days of milk) were used in a 3 × 3 Latin square design (35-d period). The experimental treatments were: 1) Total mixed ration (TMR) containing SBM (control), 2) TMR containing rolled FB and 3) TMR containing ground FB. SBM and corn grain were completely and partially replaced (17% of diet DM), respectively, with either rolled or ground FB, on an isonitrogenous and isoenergetic basis. After 14-d days of adaptation to the experimental diets, feed intake, rumen fermentation characteristics (including protozoa enumeration), in saccoruminal degradability, apparent total-tract digestibility, N excretion, milk performance (production and composition), and CH4 production were measured. Including FB in the diet did not affect dry matter intake, milk production and milk composition. Experimental treatment had no effect on total VFA concentration, acetate:propionate ratio and protozoanumbers. Compared with cows fed the control diet, ruminal NH3 concentration increased and tended to increase for cows fed ground FB and rolled FB, respectively. However, there was no difference in ruminal NH3 concentration between the two processed FB. Apparent total-tract digestibility of crude protein was similar between cows fed the control diet and cows fed rolled FB and tended to increase for cows fed ground FB compared with cows fed the control diet. Urinary and manure (feces + urine) N excretion (g/d or as a proportion of N intake) were not affected by the inclusion of FB in the diet. Enteric CH4 production was similar among the experimental diets. In conclusion, this study showed that including FB (17% of dietary DM) at the expense of SBM and corn grain in the diet had no effect on milk production, N excretion and enteric CH4 production of dairy cows.

L’acide α-linolénique (18:3 c9c12c15; AAL) possède des effets potentiellement bénéfiques pour la santé humaine et un fort potentiel commercial pour le développement de produits enrichis. Par contre, la présence d’AAL dans le gras du lait des bovins laitiers est faible, soit moins de 1,0 g/100 g d’acides gras (AG) totaux, à cause d’un processus biochimique nommé biohydrogénation (BH), ce qui rend la production de lait enrichi en AAL difficile. La BH est effectuée par les bactéries du rumen et consiste en l’hydrogénation des doubles liaisons de l’AAL. Ce mécanisme biochimique entraine une faible concentration en AAL et une concentration élevée en AG saturé et en AG trans dans le gras du lait et de la viande des ruminants. Cette thèse a comme mandat d’évaluer différentes stratégies pour réduire la BH de l’AAL chez le bovin laitier et ainsi augmenter naturellement sa concentration dans le lait. Quatre stratégies ont été abordées, soit 1) l’utilisation de trèfle rouge (TR), source de polyphénol oxydase (PPO); 2) l’utilisation de différentes concentrations de protéines dégradables dans le rumen; 3) l’utilisation de sels de calcium (Ca) de différentes tailles riches en AAL; et 4) l’utilisation d’une méta-analyse sur le lin. La première phase animale a permis de vérifier l’effet du TR (source de PPO) lorsque comparé à la luzerne (LU) et l’effet d’une concentration en protéine dégradable dans le rumen comblant 100 % ou 85 % des recommandations (PDR 100; PDR 85). Huit vaches fistulées (72 ± 17 jours en lactation; JL) ont été utilisées dans un carré latin double 4 × 4 (21 j/période et 14 j d’adaptation) avec un arrangement factoriel des traitements : TR+PDR-100, TR+PDR 85, LU+PDR 100 et LU+PDR 85. Le traitement TR, en comparaison à la LU, a augmenté la concentration d’AAL (0,69 vs. 0,43 g/100 g gras; P < 0,01). L’utilisation du TR a augmenté l’efficacité de transfert de l’AAL de la ration au gras du lait (10,9 %) par rapport à la LU (5,9 %; P < 0,01). Aucune différence n’a été observée entre les traitements PDR 100 et PDR 85 pour la concentration et l’efficacité de transfert de l’AAL de la ration au gras du lait. La deuxième phase expérimentale a nécessité huit vaches Holsteins (115 ± 14 JL) dans un dispositif en carré latin double 4 × 4 où les traitements étaient un apport de 600 g/j d’un mélange d’AG, dont en moyenne 231 g d’AAL/j, sous forme de : 1) sels de Ca grossiers dans le rumen (SCG); 2) sels de Ca fins dans le rumen (SCF); 3) triacylglycerols dans le rumen (TEM-N); et 4) triacylglycerols dans l’abomasum (TEM-P). Des contrastes orthogonaux ont été utilisés pour comparer chaque traitement aux SCG. La concentration en AAL dans le gras du lait était de 2,52 g/100 g de gras pour SCG, soit supérieure aux traitements TEM-N (0,59 g/100 g de gras; P < 0,01) et SCF (1,31 g/100 g de gras; P = 0,06, tendance), et inférieure au TEM-P (8,06 g/100 g de gras; P < 0,01). L’efficacité de transfert de l’AAL de la ration au gras du lait pour les SCG (8,4 %) a été supérieure aux SCF (4,2 %; P=0,03) et CTRL-N (1,7 %; P < 0,01) et inférieure aux TEM-P (26,4 %; P < 0,01). Finalement, une méta-analyse a été utilisée pour déterminer la valeur nutritionnelle d’une supplémentation en lin sous différentes formes (huile, graine entière, ou fraction de graine) sur les performances laitières, le profil en AG du lait et l’efficacité de transfert de l’AAL de la ration au gras du lait. La base de données était constituée de 78 articles scientifiques avec au moins un traitement supplémenté en lin. Lorsque les différentes formes de lin sont comparées, la graine protégée et les coques de lin démontrent la plus forte concentration d’AAL avec respectivement 1,67 et 1,62 g/100 g de gras. L’efficacité de transfert de l’AAL de la ration au gras du lait a été plus élevée pour les graines entières traitées mécaniquement (roulées ou broyées), les graines protégées et les coques de lin avec des valeurs respectives de 5,84, 6,50 et 4,79 % à comparer à l’huile et la graine entière intacte et extrudée. En conclusion, les différentes stratégies abordées lors de ces travaux n’ont pas permis d’obtenir une concentration assez élevée d’AAL dans le lait pour atteindre les normes de Santé Canada permettant d’attribuer le qualificatif d’enrichi en AAL à un breuvage, soit un apport de 300 mg d’AAL par portion ou une concentration de 4,1 g/100 g de gras pour un verre (250 mL) de lait entier à 3,25 % de gras. / The alpha-linolenic acid (c9c12c15 18:3; ALA) has potential health benefits when consumed by humans and a strong marketing potential for enriched products. However, the concentration of ALA in dairy cow milk is low, less than 1.00 g/100 g of fatty acid (FA) due to a biochemical process called biohydrogenation (BH), which makes the production of milk enriched in ALA difficult. Biohydrogenation is done by ruminal bacteria and consists of the hydrogenation of the double bonds present in ALA. This mechanism leads to a low concentration of ALA and a high concentration of saturated FA and trans FA in ruminant milk and meat. The objective of this thesis is to evaluate different strategies for reducing BH of ALA in dairy cows in order to increase naturally ALA concentration in milk. Four different approches were evaluated in this thesis: 1) feeding red clover (RC), which is a source of polyphenol oxidase (PPO); 2) feeding different concentrations of rumen degradable protein; 3) feeding calcium (Ca) salts rich in ALA with two different particle sizes; and 4) using a meta-analysis on flaxseed. The first experiment tested the effect of feeding RC (source of PPO) compared to alfalfa (AL) and the effect of 100 or 85 % of recommendation in the supply of rumen degradable protein (RDP-100; RDP-85). Eight fistulated cows (72 ± 17 days in milk; DIM) were used in a double Latin 4 × 4 square design 4 × 4 (21 d period/14 d of adaptation) with the following factorial treatments: RC+RDP-100, RC+RDP-85, AL+RDP-100 and AL+RDP-85. Red clover increased ALA concentration in milk (0.69 vs 0.43 g/100g of fat; P < 0.01). Transfer efficiency of ALA from diet to milk was higher for RC (10.9 %) compared to AL (5.9 %; P < 0.01). No difference was observed between RDP-100 and RDP-85 for ALA milk concentration and transfer efficiency from diet to milk. For the second experiment, eight Holstein cows (115 ± 14 DIM) were used in a double Latin square (4 × 4) with treatments consisting of giving 600 g/day of a mix of FA providing 231 g ALA/day in the following forms: 1) coarse calcium salts (CCS); 2) fine Ca salts (FCS); 3) triacylglycerols (Negative control; N-CTRL) in the rumen; 4) triacylglycerols (Positive control; P-CTRL) in the abomasum. Orthogonal contrasts were used to compare each treatment to CCS. The concentration of ALA was superior for CCS (2.52 g/100 g of fat) when compared to N-CTRL (0.59 g/100 g of fat; P < 0.01) and FCS (1.31 g/100 g of fat; P=0.06, tendency) and was inferior when compared to P-CTRL (8.06 g/100 g of fat; P < 0.01). Transfer efficiency of ALA from diet to milk for CCS (8.4%) was superior to FCS (4.2%; P=0.03) and N-CTRL (1.7%; P < 0.01) and inferior to P-CTRL (26.4%; P < 0.01). Finally, a meta-analysis was used to evaluate the feeding value of different forms of flaxseed (oil, seed, or fractions of seed) on milk production, milk components, milk FA, and transfer efficiency of ALA from diet to milk in cows. The database consisted of 78 articles with a minimum of one treatment containing flaxseed. Higher concentrations of ALA were observed with protected flaxseed (1.67 g/100 g of fat) and flax hulls (1.62 mg/g of fat). The highest transfer efficiency of ALA from diet to milk was observed with mechanically processed whole seeds (rolled or ground), chemically protected flax seed and flax hulls with 5.84, 6.50, and 4.79 %, respectively compared to oil and whole seed intact and extruded. In conclusion, it was impossible, with our strategies, to achieve a concentration of ALA that meets Health Canada rules, i.e. a contribution of 300 mg of ALA per portion or concentration of 4.1 g/100 g of fat in a glass of whole milk (250 mL) at 3.25% of fat.

Une diminution de la différence alimentaire cations-anions (DACA) des rations distribuées aux vaches laitières avant le vêlage permet de prévenir l'hypocalcémie tant clinique, la fièvre vitulaire, que subclinique. Ce programme de doctorat visait à déterminer si l'utilisation de fourrages fertilisés avec du chlore est un moyen efficace d'y arriver. La première étude, qui consistait en une analyse statistique de données déjà publiées dans la littérature, a permis de mieux comprendre l'impact de la diminution de la DACA sur les vaches taries. Il a été possible de déterminer que les équations courtes de calcul de la DACA ont un lien plus étroit avec la fièvre vitulaire et le pH urinaire. De plus, la relation entre une diminution de DACA et la prise alimentaire a été confirmée. La deuxième et la troisième études étaient des expériences dans lesquelles des vaches taries recevaient dans un cas du foin à faible DACA et dans l'autre cas, de l'ensilage à faible DACA. Lors de comparaison avec un fourrage témoin ou un produit anionique, les fourrages à faible DACA ont démontré leur capacité à créer une acidose métabolique compensée, équivalente à celle obtenue avec un produit anionique. Toutefois, contrairement à l'autre produit anionique, le foin à faible DACA n'a pas eu d'impact sur la prise alimentaire des vaches. Finalement, la dernière étude visait à déterminer s'il y a un bénéfice à l'utilisation de tels fourrages pour une ferme laitière moyenne. Une modélisation de ferme laitière permettant l'optimisation du revenu net a montré qu'un foin à faible DACA qui permet une meilleure prise alimentaire comparativement à un autre produit anionique est rentable à utiliser peu importe la région. Sa production devrait être priorisée par rapport à son achat et, avec une plusvalue monétaire, son commerce serait intéressant économiquement. L' utilisation de fourrage à faible DACA représente donc une alternative intéressante aux produits anioniques habituels, tant d'un point de vue technique qu'économique.