Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Université de Tours, Tours, France / Améliorer l'efficacité d'utilisation de phosphore (P) est un enjeu clé pour assurer la durabilité de la production avicole. Les stratégies de déplétion-réplétion représentent une solution pour réduire les rejets en P dans l'environnement et les coûts de production. Un aliment réduit par rapport aux pratiques courantes sur une phase précoce (déplétion) peut induire une augmentation de l'efficacité d'utilisation de P mais dégrade le statut minéral osseux. L'animal nourri selon ses besoins sur la phase suivante (réplétion) peut ainsi être en mesure de rattraper le déficit de minéralisation engendré compte tenu d'une efficacité d'utilisation de P accrue. L'objectif de ce travail de thèse était de caractériser les itinéraires de déplétion-réplétion (moment, durée, niveaux d'apports sur chaque phase) assurant un maintien des performances et du statut minéral osseux à l'abattage. Un deuxième objectif était de mieux comprendre les mécanismes liés à la régulation de l'homéostasie phosphocalcique. Ces stratégies ont été étudiées dans le cadre de quatre essais expérimentaux. Le statut minéral osseux a été estimé par des méthodes classiques et par la détermination du contenu minéral osseux au moyen d'un radiographe à absorptiométrie biénergétique à rayons X ou à tomodensitométrie. L'efficacité d'utilisation digestive de P et de calcium (Ca) a été évalué par des mesures de digestibilité iléale et d'expression des transporteurs intestinaux (ARNm par RT-qPCR et protéines par Western-Blot). Il a été possible de diminuer les apports de P de 20 à 40% selon les phases sans affecter les performances de croissance. Un aliment bas distribué sur les phases démarrage ou croissance dégradait le statut minéral osseux. Suite à une déplétion initiale sur la phase croissance, les animaux étaient capables de rattraper leur déficit de minéralisation sur la phase finition en recevant l'aliment de réplétion. Plus les niveaux dans l'aliment de réplétion étaient hauts, plus le rattrapage était important. Le statut minéral osseux atteint était toujours égale à celui atteints par les animaux témoins recevant le même aliment sur la phase finition. Pour une déplétion initiale sur la phase démarrage, le rattrapage minéral était possible à la fin de la phase croissance après distribution d'un aliment correspondant aux besoins. Une réduction subséquente des apports sur la phase finition n'affectait pas le statut minéral osseux à l'abattage et permettait une réduction maximale des rejets de P. Les animaux s'adaptaient à une baisse des apports en P et Ca en augmentant leur digestibilité et l'expression des ARNm de certains transporteurs intestinaux. Toutefois, cette adaptation se limitait à la phase sur laquelle l'aliment était bas. Par ailleurs, une stratégie alliant sécurisation de l'aliment sur la phase démarrage suivi d'une baisse des apports sur les phases croissance et finition aboutissait aux mêmes résultats que nos stratégies de déplétion-réplétion. Ce travail a permis de montrer que les stratégies de déplétion-réplétion représentaient des stratégies d'alimentation alternatives efficaces pour améliorer la durabilité de la production de poulet de chair. Toutefois, l'application de ces stratégies avec une baisse conjointe des apports de P et Ca ne permettait pas un conditionnement sur le long terme de l'efficacité d'utilisation du P. Ce travail a également permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes de régulation de l'homéostasie phosphocalcique. / The sustainability of poultry production relies on the improvement of the efficiency of phosphorus (P) utilization. Depletion-repletion strategies represent a valuable strategy to reduce P excretion in the environment and production's cost. A diet with reduced P and calcium (Ca) levels compared to standard conditions during an early phase (depletion) could induce an increase in the efficiency of P utilization. It would however impair bone mineral status. Broilers fed according to the recommendations during a latter phase (repletion) could catch-up for the delay in mineralization thanks to a higher P utilization efficiency. The aim of the present work was to fine-tune the depletion-repletion itineraries (time, duration and P and Ca dietary content on each phase) to ensure optimal growth performance and bone mineral status at slaughter. The second aim was to better understand the mechanisms involved in the regulation of P and Ca homeostasis. These strategies were studied throughout four experimental studies. The bone mineral status was estimated thanks to classical measurements and by the determination of bone mineral content with dual X-ray absorptiometry or tomodensitometry scanner. Phosphorus and calcium(Ca) utilization efficiencies were estimated based on the measurement of ileal digestibility and the expression of intestinal transporters (mRNA by RT-qPCR and proteins by Western-Blot). The P intake were reduced by 20 to 40% depending of the phases without affecting growth performance. A diet low in P and Ca and fed during the starter and the grower periods impaired bone mineral status. Following an initial depletion during the grower phase, birds were able to compensate for bone mineralization delay during the finisher phase if fed a repletion diet. The higher the dietary content of P and Ca in the repletion diet, the higher the catch-up in bone mineralization was. The bone mineral status observed was always equivalent to the one of control birds fed with the same diet during the finisher phase. For an initial depletion during the starter phase, birds were able to catch-up for their bone mineral status at the end of the grower phase with an adequate diet. A second depletion during the finisher phase was then possible without affecting bone mineralization allowing the highest reduction of P excretion. Broilers did adapt to a decrease in dietary P and Ca levels by increasing digestibility and the expression of some intestinal transporters' mRNA. However, this adaptation was limited to the phase during which birds received the diet low in P and Ca. Moreover, a strategy built with safe dietary content during the starter phase followed by a decrease of the dietary content during grower and finisher phases led to the same results compared to depletion-repletion strategies. This work has show that depletion-repletion itineraries represented efficient alternative feeding strategies to improve broilers' production sustainability. However, applying these strategies with a parallel decrease of P and Ca in the diet did not lead to a long-term programming of Pand Ca utilization efficiencies. This work also led to a better understanding of mechanisms of P and Ca homeostasis regulation.

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 2023) / « Thèse en cotutelle, Doctorat en sciences animales : Université Laval,Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université François-Rabelais,Tours, France) » / Chaque jour, la poule exporte environ 2 g de calcium (Ca) pour constituer la coquille. Le décalage entre la disponibilité du Ca alimentaire et le besoin pour la coquille contraint la poule à mobiliser son os médullaire. Ce processus a pour effet de fragiliser progressivement le squelette et conduit à la libération et l'excrétion urinaire de phosphore (P). La fin de carrière de la poule, marquée par une baisse de la qualité de coquille, est donc aussi propice à l'apparition d'ostéoporose. Face à ces enjeux, un meilleur pilotage de l'alimentation minérale représente un levier d'intérêt pour maintenir la qualité du squelette et de la coquille, et limiter les rejets en P, tout au long du cycle de production. Ceci implique d'identifier des stratégies optimisant l'utilisation des minéraux, en particulier au niveau digestif, siège de processus complexes qu'il convient de mieux comprendre. L'objectif de ce doctorat était donc d'améliorer nos connaissances quant aux mécanismes contrôlant l'utilisation digestive du Ca et du P et de les intégrer dans un modèle mécaniste de recherche. Si le carbonate de Ca particulaire et la phytase microbienne sont couramment utilisés dans l'alimentation des poules pondeuses, leurs effets, notamment combinés, sur la dynamique des flux digestifs de Ca et P sont peu connus. Un premier travail de méta-analyses des données de la littérature a permis de quantifier 1) l'effet du Ca particulaire pour améliorer l'utilisation du Ca par la poule et limiter la dégradation du squelette liée à l'âge et 2) l'effet de la phytase microbienne pour améliorer l'utilisation digestive du P, d'autant plus marqué que le régime est pauvre en P. Dans un second temps, l'interaction entre la taille des particules de Ca et la phytase microbienne a été étudiée à travers une expérimentation in vivo. Cette étude a montré que le Ca particulaire limite la formation de complexes entre le Ca et l'acide phytique favorisant ainsi l'action de la phytase microbienne. Ces travaux ont permis de formaliser des concepts qui ont été intégrés au sein d'un modèle mécaniste de recherche décrivant le devenir du Ca et du P dans le tube digestif de la poule pondeuse de façon dynamique à l'échelle de la journée. Ce modèle prend en compte les principales caractéristiques de l'aliment ainsi que le stade de calcification de la coquille, facteurs majeurs modulant l'utilisation digestive du Ca et du P. Ce travail contribue à mieux comprendre le devenir du Ca particulaire au niveau digestif et ses interactions avec le P et la phytase microbienne. Il ouvre des perspectives évidentes d'amélioration de l'utilisation du Ca et du P chez la poule pondeuse via des stratégies nutritionnelles adaptées. Le couplage du modèle digestif développé à un outil décrivant les flux métaboliques contribuera au déploiement d'une alimentation minérale de précision répondant aux multiples enjeux auxquels est confrontée la production i.e. qualité de coquille, intégrité du squelette et maîtrise des rejets de P. / Daily, the eggshell production requires more than 2 g of calcium (Ca), representing a challenge to the layinghen. Because of a gap between the availability of dietary Ca and the requirement for the eggshell, the hen mobilizes Ca from her medullary bone. This repeated bone mobilization leads to weak the skeleton and increases urinary excretion of phosphorus (P). The end of the laying period is thus, marked by a progressive degradation of the skeleton, but also by a decrease of the eggshell quality. In this context, optimizing mineral nutrition appears a key tool to maintain skeletal integrity, eggshell quality and to limit the P excretion throughout the production cycle. However, processes driving the digestive utilization of Ca and P are not well understood. The objective of this PhD was therefore to improve our knowledge concerning he digestive mechanisms of Ca and P utilization which was then integrated in a mechanistic and dynamic model of the fate of Ca and P into the digestive tract of the laying hen. Coarse limestone and microbial phytase are commonly used in the diet of laying hens. However, the way they impact the digestive flows of Ca and P as well as their interaction are not well understood in hens. Thus, we first realized two meta-analyses to quantify 1) the effect of coarse Ca to improve Ca utilization by the hen and to limit age-related skeletal degradation and 2) the effect of microbial phytase to improve digestive P utilization in a low P diet. Secondly, we studied how coarse limestone could impact phytase efficacy through an in vivo approach. Coarse limestone presented a lower propension than fine limestone to complex phytic acid, thus improving phytase efficacy. This work provided key concepts and quantifications to develop a mechanistic research model describing the fate of Ca and P in the digestive tract of the laying hen in a dynamic way and on a daily scale. This model integrates the main diet effects and the stage of eggshell calcification, known to be the main factors impacting the digestive use of Ca and P. This work improved our knowledge on the fate of coarse limestone and its interactions with P and microbial phytase, making possible the optimization of digestive utilization of these minerals. Further, by coupling the current model to a dynamic model describing the metabolic flows of Ca and P, it will possible to answer multiple challenges of the laying hen's production in terms of eggshell quality, skeletal integrity and reduction of P excretion.

Le phosphore (P) des aliments pour les porcs est partiellement retenu (30-35%) en raison de l’absence de phytase endogène dans leur tube digestif ; le restant étant excrété et potentiellement à risque pour l’environnement par des phénomènes d’eutrophication. Il est ainsi courant d’ajouter des phosphates dans les aliments pour combler les besoins en P, lesquels constituent une ressource naturelle limitée et parfois coûteuse. Ainsi, la réduction du P alimentaire est prioritaire pour la production porcine depuis plusieurs années. Une des voies pour y arriver est l’augmentation de son efficacité d’utilisation par l’animal. Cette augmentation peut être liée aux modifications nutritionnelles (ex. : phytases exogènes) ou aux adaptations digestives et métaboliques de l’animal en réponse à une carence soit par exemple en utilisant des stratégies de déplétion-réplétion. Ceci consiste à alimenter un animal au-dessous de ses besoins en P durant une certaine période (déplétion) et avec un aliment non carencé (réplétion) par la suite. L'impact d’une telle stratégie sur les performances de croissance, la minéralisation osseuse, les propriétés mécaniques des os, la concentration plasmatique de P et Ca et des transporteurs intestinaux et rénaux liées au métabolisme phosphocalcique ont été étudiés dans la présente thèse. Deux essais ont été effectués avec des porcs en croissance recevant un régime témoin (C) avec des apports adéquats de P et Ca ou un régime faible (L) apportant 60% des besoins. Dans le premier essai, 60 mâles castrés [poids vif (PV) initial 14 ± 1,6 kg] ont été alimentés pendant quatre phases de 28 jours avec différentes séquences d’alimentation [CCCC, CLCC, CCLC, CCCL, LCLC ou LLLL]. Dans le deuxième essai, 80 mâles castrés [PV initial 24 ± 3,0 kg] ont été alimentés pendant trois phases de 28 jours avec les séquences suivantes : CCC, CLC, LCC, LLC ou LLL. Dans les deux essais, la consommation journalière individuelle moyenne d’aliment et le poids vif ont été enregistrés et le corps entier et vertèbres lombaires (L2-L4) scannées au début et à la fin de chaque phase de croissance par absorptiométrie aux rayons X (DXA) afin de mesurer leur teneur corporelle en protéines, lipides, P et Ca ainsi que leur contenu minéral osseux (CMO) et densité minérale osseuse (DMO). Des échantillons de sang ont été prélevés pour déterminer les concentrations plasmatiques de P, Ca et vitamine D3 ainsi que des échantillons post-mortem de jéjunum et de rein afin d'étudier l'expression génique et protéique des transporteurs de P, Ca et vitamine D3. Le fémur et le métacarpe ont été aussi collectés pour étudier leurs propriétés mécaniques par des tests de flexion. Le P digestible et le Ca total ont été déplétés respectivement de 36% et 22% dans le premier essai. Dans cet essai, la déplétion a réduit la minéralisation osseuse et les performances de croissance des animaux CCCL et LLLL et les porcs réplétés CCLC ont présenté des performances similaires aux CCCC. Les porcs CCLC et CLCC ont récupéré leur contenu minéral osseux (CMO) à la fin de l'essai grâce à une utilisation plus efficace de P et Ca alimentaires. Dans le deuxième essai, la réduction du P digestible et Ca total alimentaire a été de 35% et 42%, respectivement. La déplétion dans cet essai a réduit les performances de croissance, le CMO et les propriétés mécaniques des os. Dans la dernière période, l’efficacité d’utilisation du Ca alimentaire a été supérieur chez les porcs LLL mais inférieur chez les animaux réplétés (CLC, LCC et LLC) par rapport aux CCC, et donc n’ont pas pu rattraper la minéralisation à la fin de l’expérience. Comparativement aux porcs témoins, les transporteurs intestinaux et rénaux de Ca des porcs déplétés ont été surexprimés dans la deuxième phase, tandis que ceux du P ont été sous-exprimés chez les réplétés, soit une réponse de type parathormone. Les différents os du squelette répondent différemment aux modifications alimentaires de P et Ca, avec notamment les vertèbres qui sont plus sensibles à la déplétion-réplétion en P comparativement au squelette entier. Les performances de croissance, les propriétés mécaniques des os et la concentration plasmatique de P et Ca ne sont pas de bons indicateurs de la minéralisation corporelle. En somme, une déplétion en P alimentaire améliore son utilisation digestive et métabolique, laquelle peut être maintenue même pendant la réplétion. Cependant, une carence similaire ou plus importante en P qu’en Ca semble nécessaire pour engendrer des adaptations menant à une meilleure efficacité d’utilisation de P. En conclusion, la déplétion-réplétion en P est une stratégie prometteuse pour réduire le P alimentaire mais demande d’être encore affinée, notamment par une meilleure compréhension des régulations. / Phosphorus (P) in pig feed is partially retained (30-35%) due to the absence of endogenous phytase in its digestive tract; the remainder being excreted and potentially at risk for the environment by eutrophication phenomena. It is thus common to add phosphates in feed to fulfill P requirements, which constitutes a limited and sometimes costly natural resource. Thus, the reduction of dietary P supply has been a priority for the pig production industry for several years now. One way to achieve this objective is to increase its utilization efficiency by the animal. This increase may be related to nutritional changes (e.g., exogenous phytases) or to digestive and metabolic adaptations of the animal in response to dietary deficiencies such as the depletion-replication strategy. This involves feeding an animal below its P requirements for a certain period (depletion) followed by a non-deficient diet (repletion) thereafter. The impact of this strategy on growth performance, bone mineralization and mechanical properties, plasmatic P and Ca concentration and intestinal and renal transporters related to phosphocalcic metabolism have been studied in this thesis. Two trials were performed with growing pigs receiving a control (C) or a low (L) diet, which supplied 100% and 60% of the P-Ca requirements, respectively. In the first trial, sixty castrated male pigs (initial body weight (BW) 14 ± 1.6 kg) were fed during four 28-days feeding phases with different feeding sequences [CCCC, CLCC, CCLC, CCCL, LCLC or LLLL]. In the second trial, 80 castrated male pigs [initial BW 24 ± 3.0 kg] were fed during three 28-days phases with the following sequences: CCC, CLC, LCC, LLC or LLL. In both trials, individual average daily feed intake and weekly BW were recorded, and whole-body and lumbar vertebrae (L2-L4) were scanned at the beginning and at the end of each growing phase with dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) to measure whole-body mineral, protein, lipid, P and Ca contents and bone mineral content and density (BMC, BMD; respectively). Blood samples were collected to determine P, Ca and vitamin D3 plasmatic concentrations, and samples of mid-jejunum and kidney were collected post-mortem to study the gen and protein expression of P, Ca and vitamin D3 transporters. Moreover, femur and metacarpal were also collected to study their mechanical properties by the bending test. In the first trial digestible P and Ca depletion was 36% and 22%, respectively. Depletion of this trial reduced bone mineralization and growth performances of CCCL and LLLL pigs, and CCLC pigs had similar performances than CCCC pigs. Both CCLC and CLCC pigs recovered BMC at the end of the trial as a result of a higher dietary P and Ca utilization efficiency. In the second trial, dietary digestible P and Ca reduction was 35% and 42%, respectively. Depletion in this trial reduced growth performance, BMC and bone mechanical properties. In the last phase and compared to control pigs, the utilization efficiency of dietary Ca was higher in LLL and lower in repleted pigs (CLC, LCC, LLC) which were not able to recover bone mineralization at the end of the trial. Compared to control pigs, the intestinal and renal Ca transporters of depleted pigs were overexpressed in the second phase, whereas those of P were under-expressed in the repleted pigs, probably due to the synthesis of parathormone. The different bones of the skeleton respond differently to dietary P and Ca modifications, where vertebrae are more susceptible to P depletion-repletion compared to the whole skeleton. Growth performance, bone mechanical properties and plasma concentration of P and Ca are not good indicators of body mineralization. In summary, a depletion in dietary P improves its digestive and metabolic utilization, which can be maintained even during repletion. However, a similar or greater deficiency in P than in Ca seems necessary to develop adaptations leading to a better P utilization efficiency. In conclusion, a dietary P depletion-replication is a promising strategy for reducing P supply but further refinement is needed, in particular through a better understanding of the regulations involved.

"Thèse en cotutelle, Doctorat en sciences animales, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Paris-Saclay, Saint-Aubin, France" / L'amélioration de l'utilisation du phosphore est un des enjeux majeurs de durabilité de la filière porcine. Les objectifs de cette thèse de doctorat sont 1) de développer un nouveau modèle mécaniste de prédiction des besoins en phosphore et calcium chez le porc en croissance et 2) de rechercher des stratégies nutritionnelles permettant une utilisation du phosphore plus efficiente. Afin de développer le modèle de prédiction, un essai a d'abord été réalisé pour actualiser les connaissances sur l'évolution dynamique de la composition chimique en phosphore et calcium des tissus mous au cours de la croissance du porc. Dans le modèle proposé, le dépôt de phosphore et de calcium dans les os est considéré comme indépendant du dépôt protéique, ou du dépôt de tissus mous. Son analyse de sensibilité montre que le potentiel de dépôt de calcium dans les os est le facteur qui influe le plus sur la variabilité des besoins en calcium et phosphore, suivi du dépôt protéique pour le besoin en phosphore à 30 et 60 kg de poids vif. Concernant la recherche de stratégies nutritionnelles, un essai a été mis en place pour tester l'effet d'une séquence de déplétion et de réplétion des apports en phosphore et calcium sur l'efficience d'utilisation de ces minéraux chez les porcs en croissance. Un second essai a été réalisé pour évaluer l'effet d'une alimentation sans phosphate avec ajout de phytase microbienne. L'efficience d'utilisation du phosphore a été améliorée avec ces deux stratégies. Néanmoins, les performances zootechniques ont été légèrement diminuées en début de croissance (second essai), ce qui est probablement dû à un excès de calcium soluble. Les stratégies proposées dans cette thèse ouvrent des voies très pertinentes pour réduire les apports et diminuer les rejets en phosphore. Le nouveau modèle introduit dans cette thèse, associé à de nouvelles stratégies d'amélioration de l'utilisation du phosphore, permettrait de diminuer les intrants en phosphate minéral pour l'alimentation des porcs et de réduire les excrétions en phosphore sans diminuer les performances de croissance ou la santé osseuse des animaux. Les effets pourraient être encore plus important lors de l'application de ces solutions avec des systèmes d'alimentation de précision. / Improving phosphorus use is one of the major issues for the sustainability of the swine industry. The objectives of this PhD thesis were 1) to develop a new mechanistic model to predict the phosphorus and calcium requirements in growing pigs, and 2) to investigate nutritional strategies for a more efficient use of phosphorus. In order to develop the prediction model, a trial was first carried out to update the knowledge on the dynamic changes of the chemical composition of soft tissues during pig growth. In the proposed model, phosphorus and calcium deposition in bone is considered to be independent of protein deposition, or soft tissue deposition. Sensitivity analysis of the model shows that the potential for calcium deposition in bone has the greatest influence on the variability of calcium and phosphorus requirements, followed by protein deposition for phosphorus requirement at 30 and 60 kg of body weight. Regarding the research of nutritional strategies, a trial was first set up to test the effect of a dietary phosphorus and calcium depletion-repletion sequence on the efficiency of use of these minerals in growing pigs. A second trial was carried out to evaluate the effect of a phosphate-free diet with the addition of microbial phytase. Phosphorus utilisation efficiency was improved in both strategies. However, the zoo technical performance decreased slightly at the beginning of growth in the second trial, which is probably due to an excess of soluble calcium. The strategies proposed in this thesis provide very relevant ways to reduce phosphorus supplies and to decrease phosphorus excretion. The new model introduced in this thesis, combined with new strategies to improve phosphorus use, would allow to reduce inorganic phosphate supply to pigs, and to reduce phosphorus excretion without decreasing growth performances or bone health of animals. The effects could be even greater when applied with precision feeding systems.

Une gestion précise des apports de phosphore (P) aux volailles est un enjeu important dans le domaine de la production avicole où il demeure un nutriment essentiel pour les performances des oiseaux, mais se doit d’être utilisé de façon précise pour nourrir les plantes afin d’éviter les problèmes environnementaux qui y sont associés. Le but de ce travail de maîtrise était de simuler le devenir du P alimentaire chez le poulet de chair à l’aide de la modélisation mécaniste en 1) évaluant la digestibilité iléale du P chez le poulet de chair à l’aide de l’outil de méta-analyse, 2) simulant la croissance des tissus protéique et lipidique et 3) en estimant la répartition de ces minéraux dans les différents tissus pour moduler l’excrétion du P selon les objectifs de production (ex. : optimisation des performances, diminution de l’excrétion de P). Dans un premier temps, la méta-analyse a permis d’étudier les interactions entre le calcium (Ca), les différentes formes de P et la phytase microbienne (PhytM). De façon générale, les rations riches en P phytique (PP) et en Ca ont montré une réponse plus élevée en termes de P digestible à la PhytM. Dans un deuxième temps, le modèle a permis d’estimer la répartition du P et du Ca dans les différents tissus, et ce, selon différents apports phosphocalciques. Ces simulations ont accentué l’importance d’un ratio Ca:P équilibré pour une utilisation optimale des deux minéraux par les poulets de chair et ce ratio doit être mis en lien avec l’apport de P donné aux oiseaux. En effet, considérant que les deux se déposent ensemble au niveau de l’os sous la forme d’hydroxyapatite, si le premier est apporté en excès par rapport à l’autre, il sera excrété et ainsi perdu engendrant une perte économique pour le producteur. Ce travail de maîtrise a donc permis d’avoir une meilleure compréhension des mécanismes contrôlant l’utilisation digestive et métabolique de P en lien avec les apports de Ca et de phytase microbienne et de développer un modèle mécaniste permettant de simuler le devenir métabolique du P et du Ca chez le poulet de chair. Les connaissances générées contribuent au développement d’outil d’aide à la formulation répondant aux enjeux de la durabilité de la production avicole.

Dans le contexte actuel de réduction obligatoire des rejets de phosphore (P) et de · raréfaction des sources inorganiques de ce nutriment, l'utilisation de phytases microbiennes pour mieux valoriser le phosphore d'origine végétale apparaît cruciale. Il devient de plus en plus important de gérer finement l'apport de P dans des aliments contenant de la phytase, en interaction avec les autres constituants de la ration, tel le calcium (Ca) qui peuvent affecter son utilisation digestive et métabolique. Le but du présent travail de thèse était donc de progresser dans la compréhension des mécanismes mis en oeuvre lors de l'utilisation de P alimentaire par les monogastriques. L'étude a été réalisée sur deux modèles animaux, le porc et le poulet, afin de profiter de leurs caractéristiques digestives et métaboliques distinctes. Une démarche originale basée sur la modélisation des flux de P et de Ca au niveau digestif, couplée à des approches de méta-analyses et d'expérimentations in vivo, a été utilisée. Les expérimentations in vivo ont permis 1) d'étudier l'effet de l'abaissement de l'apport calcique dans des aliments contenant les apports recommandés de P additionnés ou non de phytase microbienne et 2) de mettre en évidence que la réponse aux apports de P et Ca chez le poulet, et dans une moindre proportion chez le porc, changeait suivant leur statut minéral. Les méta-analyses réalisées chez les deux espèces ont permis de mettre, en évidence et de quantifier partiellement les interactions entre P, Ca et la phytase micro~ienne ainsi que de déterminer l'apport minimal deP permettant de maximiser les performances. Les modèles construits chez chacune de ces espèces permettent de simuler le devenir digestif de P et de Ca selon leur nature, selon la présence de phytases végétale et microbienne ainsi qu'en fonction du ratio dans lequel P et Ca sont apportés dans l'aliment. Ce travail a permis de mieux comprendre et de formaliser les interactions entre P, Ca et phytase exogène. Il a également permis de dégager des pistes pour concevoir des régimes à teneur réduite en P, essentiels à une réduction des rejets de P sans modifier leurs performances.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 février 2024) / L'homéostasie du calcium (Ca) et du phosphore (P) est affectée par l'équilibre acido-basique systémique, par des mécanismes de régulation qui affectent les os et le système respiratoire. Le bilan électrolytique (BÉ) alimentaire, combiné à l'acidification de l'eau expose les oiseaux à l'acidose. Cette recherche visait à étudier l'impact de l'acidification et du type d'acidifiant : 1) aucun, 2) inorganique (INORGACID; acide phosphorique) et 3) organiques (ORGACID; mix) avec des niveaux de P et Ca normaux (NCaP) ou limitant (FaibleCaP; -15 % Ca et P) dans un dispositif en factoriel 3 x 2. Le niveau du BÉ était de 220 mÉq/kg MS. Un septième traitement alimentaire avait un niveau de BÉ faible 120 mÉq/kg MS avec l'INORGACID et des apports FaibleCaP. Les traitements expérimentaux ont été évalués sur les performances, le statut phosphocalcique et acido-basique et la minéralisation osseuse des poulets. Au total de 3710 poulets mâles âgés d'un jour (Ross 308) ont été distribuée au hasard dans les 7 traitements, avec 10 répétitions de 53 poussins par répétition pendant 3 phases de croissance (0-10, 11-21 et 22-28 jours). Les performances de croissance ont été déterminées par phase. La consommation d'eau a été mesurée quotidiennement par parquet. À la fin de chaque étape, un échantillon de sang de poulet à chair par cage (n = 60) a été prélevé avant l'abattage pour mesurer les paramètres systémiques à l'aide d'un analyseur de gaz dans le sang (i-STAT Alinity v, Abott) et d'un analyseur d'électrolyte, d'immunodosage et de gaz dans le sang (VETSCAN VS2, Abaxis) et DXA pour obtenir le contenu minéral osseux (CMO) et la masse grasse et maigre. Les résultats ont montré que pendant la phase de début et de croissance, les performances étaient réduites chez les poulets FaibleCaP-ORGACID, avec un gain quotidien moyen (GMQ; -5 %) et le poids corporel diminué (PV final -7%). Le Ca plasmatique (Acidifiant x CaP; P=0,016, 0,031, 0,07 respectivement au début). Ainsi que le PV final et l'indice de conversion (IC) au croissance (Acidifiant x CaP; P = 0,06, 0,07 respectivement). Le CMO diminuait dans le régime FaibleCaP pendant le début seulement lorsque les poulets avaient reçu l'INORGACID (Acidifiant x CaP; P=0,047). Une diminution du gain quotidien moyen (GMQ; -5 %), poids corporel (PV -7 %) et une tendance pour une diminution du Ca plasmatique a également été observée dans le régime FaibleCaP pendant le début, mais au contraire seulement quand les poulets ont reçu l'ORGACID (Acidifiant x CaP; P=0,016, 0,031, 0,07 respectivement). Pendant la phase de croissance, la CMO a également diminué ainsi que le P plasmatique dans le régime FaibleCaP (-15 % et -16 %; CaP, P<0,001). Pour la finition la réduction du CaP a eu un impact plus faible (-10 %) sur la CMO/PV avec INORGACID que l'ORGACID (-18 %) et aucune acidification (-28 %; Acidifiant x CaP; P=0,05). L'évolution de la CMO au fil du temps a montré que les oiseaux recevants de l'INORGACID n'avaient pas un CMO réduit lorsqu'ils recevaient un régime FaibleCaP (temps x CaP x acidifiant; P<0,001). Cela indique que l'apport en P sous forme d'acide inorganique est suffisant pour faire face à l'effet de réduction de Ca et P sur la minéralisation osseuse. Néanmoins, les acidifiants d'eau testés n'ont pas amélioré les performances de croissance. D'autres études sont nécessaires pour comprendre leurs effets et optimiser les pratiques d'acidification de l'eau. / Calcium (Ca) and phosphorus (P) homeostasis is affected by systemic acid-base balance, by regulatory mechanisms that affect the bones and respiratory system. Dietary electrolyte balance (DEB) combined with water acidification creates a bacteriostatic effect that exposes birds to acidosis. This research aimed to study the impact of acidification and the type of acidifier: 1) none, 2) inorganic (INORGACID; phosphoric acid) and 3) organic (ORGACID; mix) with normal P and Ca levels (NCaP) or limiting Ca and P (LowCaP; -15% Ca and P) in a 3 x 2 factorial device. The DEB level was 220 mEq/kg DM. A seventh treatment had a low level of DEB (120 mEq/kg DM) with INORGACID and LowCaP intakes on performance, phosphocalcic and acid-basic status and mineralization in broilers. A total of 3710 male day-old broilers (Ross 308) were randomly distributed to the 7 treatments, with 10 repetitions of 53 chicks per repetition during 3 growth phases (0-10, 11-21 and 22-28 days). Growth performance was determined at each phase. Water consumption was measured daily by cage. At the end of each step, one broiler blood sample per cage (n = 60) was taken before slaughter to measure systemic parameters with a blood gas analyzer (i-STAT Alinity v, Abott) and an electrolyte, immunoassay, and blood gas analyzer (VETSCAN VS2, Abaxis) and DXA scanning to obtain bone mineral content (BMC) and fat and lean mass. The results showed that during the start and growth phase, broilers are more sensitive to LowCaP level and ORGACID, mainly in average daily gain (ADG; -5%), body weight (BW -7%) and plasma Ca (Acidifier x CaP; P=0.016, 0.031, 0.07 respectively at start). As well as the BW and conversion index (CI) to growth (Acidifier x CaP; P = 0.06, 0.07 respectively). BMC decreased in the LowCaP diet during the start phase only when broilers received INORGACID (Acidifier x CaP; P=0.047). A decrease in average daily gain (ADG; -5%), body weight (BW -7%) and a trend for decreased plasma Ca was also observed in the LowCaP diet during the start phase, but only when broilers received ORGACID (Acidifier x CaP; P=0.016, 0.031, 0.07 respectively). During the growth phase, BMC also decreased as well as plasma P in the LowCaP regime (-15% and -16%; CaP, P<0.001). For finishing CaP reduction had a lower impact (- 10%) on BMC/BW with INORGACID than ORGACID (-18%) and no acidification (-28%; Acidifier x CaP; P=0.05). The evolution of BMC over time showed that birds receiving INORGACID did not have a reduced BMC when given a LowCaP regime (time x CaP x acidifying; P<0.001). This indicates that the intake of P as inorganic acid is sufficient to support the reducing effect of Ca and P on bone mineralization. However, the water acidifiers tested did not improve growth performance. Further studies are needed to understand their effects and optimize water acidification practices.

Une réduction des apports alimentaires de phosphore (P) aux porcs en engraissement, à des niveaux qui garantissent des performances de croissance maximales et une minéralisation osseuse adéquate, est aujourd'hui largement utilisée par l'industrie pour limiter l'utilisation des phosphates et l'impact environnemental associé aux rejets de ce minéral. L'usage d'une telle pratique nutritionnelle n'est pas encouragé chez les cochettes ou les truies de remplacement considérant qu'elles doivent maximiser leurs réserves minérales osseuses pour faire face aux fortes demandes dans les multiples phases de gestation et lactation à venir. Cette pratique demeure néanmoins présente dans certains contextes de production comme la Suisse où les cochettes sont élevées et alimentées avec les porcs à l'engrais et reçoivent ainsi les mêmes apports de P que ces derniers qui ne vise pas une maximisation des réserves osseuses. Par la suite, il est donc crucial d'augmenter la minéralisation osseuse pour qu'elle soit maximale avant leur début de carrière. Il est important de noter que peu d'études ont été consacrées aux truies de remplacement et leurs besoins en P et Ca sont ainsi moins bien connus que ceux des porcs en croissance. Le but du présent travail de thèse était donc de progresser dans la détermination des apports optimaux de Ca et P pour maximiser la minéralisation osseuse des cochettes dans différents contextes de production, soit des élevages destinés aux cochettes uniquement ou avec les porcs en croissance jusqu'au poids d'abattage de ces derniers. L'approche utilisée se basait sur l'expérimentation in vivo pour générer des données sur la truie de remplacement et réfléchir à l'adaptation des modèles de détermination des besoins des porcs en croissance pour prédire ceux des cochettes adéquatement. La première phase de ce travail de thèse nous a permis de vérifier l'impact d'une stratégie de déplétion et de réplétion de Ca et P digestible (Pdig) sur la cinétique de dépôt des tissus osseux et mous chez la cochette. Il s'agissait entre autres d'évaluer l'aptitude d'une telle stratégie à induire des régulations pour augmenter l'utilisation des minéraux afin de compenser un déficit de minéralisation osseuse induit entre 60 et 95 kg de PV par un aliment déficient en Ca et Pdig suivi d'un régime contenant des quantités normales ou excessives de Ca et Pdig entre 95 et 140 kg de PV. La seconde partie nous a permis de tester l'hypothèse que la récupération de la minéralisation osseuse après un déficit de minéralisation osseuse chez les cochettes était complète dans tous les os individuels ou les régions osseuses en utilisant l'absorptiométrie bi-énergétique à rayon-X (DXA). Les résultats de ces deux études montrent le potentiel de réduire les apports de P alimentaire sans modifier les performances de croissance et confirment la capacité des cochettes déplétées à récupérer après 2 à 4 semaines leur retard de minéralisation osseuse dans le corps entier et dans tous les os individuels ou les régions osseuses lorsqu'elles sont nourries au moins au besoin à partir de 95 kg de PV. La partie modélisation du travail était consacrée à la comparaison des données de rétention corporelle de Ca et P avec nos données de composition corporelles obtenues dans les étapes précédentes en utilisant les traitements apportant des apports élevés de P avec les rétentions simulées par différents modèles de prédiction des besoins en P existants chez les porcs à l'engrais. Les résultats montrent des différences importantes entre les valeurs prédites par ces modèles et donc avec les données expérimentales. Cette comparaison des rétentions corporelles de P, de Ca et de cendres entre les modèles de besoin des porcs qui sont utilisés pour les cochettes et des données réellement mesurées chez des cochettes constitue une étape essentielle dans le développement de modèles mieux adaptés aux cochettes afin de proposer des recommandations à même de maximiser la minéralisation osseuse avant leur début de carrière. Ce travail de thèse a permis de progresser dans la compréhension de l'impact des particularités d'élevages des cochettes de remplacement sur le métabolisme phosphocalcique pour faire évoluer nos modèles de prédiction des besoins. Il a de plus permis de suggérer des stratégies d'alimentation aptes à permettre une maximisation de la minéralisation osseuse malgré l'élevage des cochettes avec les porcs en croissance telle que pratiquée en Suisse, sans modification des performances des animaux et avec un impact environnemental faible. / Reducing the dietary phosphorus (P) intake of fattening pigs to levels that ensure maximum growth performance and adequate bone mineralization is now widely used by the industry to limit the use of mineral phosphates and the environmental impact associated with the release of this mineral. The application of such feeding strategy is not encouraged in gilts or replacement sows considering that they must maximize their bone mineral reserves to meet the high demands of the multiple phases of gestation and lactation. However, this practice is still present in some production contexts such as Switzerland where gilts are raised and fed with fattening pigs and thus receive the same P intake as the latter, which does not aim at maximizing bone reserves. It is therefore crucial to increase bone mineralization to a maximum before the start of their career. It is important to note that few studies have been devoted to replacement sows and their P and Ca requirements are thus less well known than those of growing pigs. The purpose of this thesis was to progress in determining optimal P and Ca intakes to maximize bone mineralization in gilts in different contexts of production, from gilt-only farm to farm with growing pigs up to slaughter weight. The approach used was based on in-vivo experimentation to generate data on the gilts in order to reflect on the adaptation of the models for determining the needs of growing pigs to predict those of gilts adequately. The first phase of this thesis allowed us to verify the impact of a depletion and repletion strategy of Ca and digestible (Pdig) on the kinetics of bone and soft tissue deposition in gilts. One of the objectives was to evaluate the ability of such a strategy to induce regulations to increase mineral utilization in order to compensate for a bone mineralization deficit induced between 60 and 95 kg of BW by a Ca and Pdig deficient diet followed by a diet containing normal or excessive amounts of Ca and Pdig between 95 and 140 kg of BW. The second part allowed us to test the hypothesis that recovery of bone mineralization after a bone mineralization deficit in gilts was complete in all individual bones or bone regions using dual energy X-ray absorptiometry (DXA) The results of these two studies show the potential to reduce the dietary P intake without altering growth performance and confirm the ability of depleted gilts to recover from delayed bone mineralization in the whole body and in all individual bones or bone regions after 2 to 4 weeks when fed at least as needed from 95 kg BW. The modeling part of the thesis was devoted to the comparison of body P retention and body composition Ca data obtained in the previous steps with the treatments providing high P intakes and the requirements simulated by different existing P requirement prediction models in fattening pigs. The results show significant variability between the prediction of these models and the experimental data. This comparison of body retention of P, Ca and bone ash between pig requirement models used for gilts and data measured in gilts is an essential step in the development of models better adapted to gilts in order to propose recommendations for maximizing bone mineralization before the beginning of their career. This thesis has allowed us to progress in our understanding of the impact of the breeding particularities of gilts on phosphocalcic metabolism in order to evolve our models of prediction of needs. It also allowed us to suggest feeding strategies that would allow maximization of bone mineralization despite the rearing of gilts with growing pigs as practiced in Switzerland, without modifying the animals' performance.

L'objectif principal de ce mémoire était de déterminer les apports optimaux en phosphore (P) en termes de performance de croissance, de minéralisation osseuse, d'excrétion de P et de fréquence d'ostéochondrose chez le porc (25 à 120 kg). L'expérience s'est échelonnée sur trois phases de 28 jours chacune où les porcs ont été alimentés avec des nourrisseurs automatiques. Deux aliments, soit un riche en nutriments (A) qui satisfait les besoins d'un porc de 25 kg en plus d'apporter 140 % des besoins en P digestible et en calcium (Ca) et un autre pauvre en nutriments (B) satisfaisant les besoins d'un porc de 120 kg en plus d'apporter 60 % des besoins en P digestible et en Ca ont été utilisés pour fabriquer 5 des traitements alimentaires, et le 6e traitement constituait le témoin positif. Pendant la première phase, 80 porcs ont reçu un des 5 traitements alimentaires, soit 60, 80, 100, 120 et 140 % des besoins en P avec un rapport Ca :P fixe. De faibles différences au niveau des performances de croissance ont été observées entre les traitements. La minéralisation osseuse a pour sa part augmenté linéairement avec l'augmentation des apports phosphocalciques. Aux phases 2 et 3, une erreur expérimentale s'est glissée dans la composition des aliments A et B, faisant en sorte que les quantités de Ca de chacun des deux aliments ont été inversées, soit des apports de P toujours de 60, 80, 100, 120 et 140 % des besoins, mais conjointement avec des apports de Ca de 140, 115, 100, 85 et 70 % des besoins respectivement. Ainsi, l'objectif de l'essai a été revu en tenant compte de cette erreur pour étudier l'effet de déséquilibres phosphocalciques sur les mêmes critères que ceux de la phase 1. Les résultats montrent l'importance de maintenir un équilibre entre les apports de P et de Ca afin de favoriser l'utilisation de chacun des deux éléments.