Les objectifs étaient de valider une méthode d’estimation des besoins individuels en lysine et d’étudier l’effet d’une déplétion-réplétion en lysine chez le porc en croissance. Les performances de 148 porcs répartis en 4 traitements alimentaires, soit 70, 85, 100 et 115 % des besoins en lysine, montrent que la méthode développée sous-estime les besoins en début croissance, mais estime adéquatement ceux en finition. Quarante-sept porcs ont reçu 70 ou 100 % de leurs besoins en lysine pendant 3 phases consécutives de 28 jours selon les séquences: 70-70-70, 70-70-100, 70-100-70, 70-100-100 et 100-100-100. La restriction cause une diminution de la consommation, du gain de poids (GMQ) et du dépôt protéique (PD). Le groupe 70-100-100 a rattrapé son retard en termes de poids vif et de masse protéique comparativement au groupe 100-100-100 montrant ainsi une croissance compensatrice de faible amplitude.

"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.

Au cours des dernières décennies, les produits laitiers riches en matières grasses ont été associés à une prise de poids et à des syndromes métaboliques générant une évaluation négative de la part des consommateurs. Cependant, des études scientifiques révèlent la présence de protéines laitières et leurs hydrolysats en peptides comme ingrédients alimentaires fonctionnels, favorables à la santé. Compte tenu des propriétés ambivalentes des produits laitiers riches en protéines hydrolysées et en gras dans l’alimentation humaine, des études scientifiques ont démontré que la composition du microbiote intestinal peut être est modulée par la présence et la disponibilité de nutriments et autres aliments fonctionnels et avoir un impact sur l’état physiologique de l’hôte. Ce projet de recherche visait à évaluer les effets de régimes alimentaires enrichi en produits laitiers riches en gras et en protéines lactiques sur la structure du microbiote intestinal associée à des paramètres cliniques de la lipidémie. Dans le cadre ces travaux des porcs ont été utilisés comme modèle animal pour caractériser l’impact des traitements alimentaires sur le microbiote de l’iléon, du côlon et des fèces en utilisant une approche métataxonomique avec un séquençage à haut débit Illumina MiSeq. Dans la première partie de ce projet, des porcs ont été nourris avec un régime alimentaire riche en gras animal (20%) et en fructose (HFF) ou un régime côntrole (LF) de base faible en gras (3%) pour établir un modèle porcin permettant l’étude du microbiote intestinal associé au développement de syndrome métabolique en lien avec l’obésité. Des échantillons de digesta provenant de l’iléon, du côlon et de matières fécales ont été prélevés à 12 semaines de traitement. Les ADN ont été extraits en utilisant une technique d’isolement et de purification d’ADN de haute qualité préalablement standardisée et rigoureusement établie et ensuite séquencés et une analyse bioinformatique des séquences a été générée à partir du logiciel QIIME v.1.9.1. Les profils des compositions des microbiotes intestinaux des groupes HFF et LF ont été caractérisés et groupés en unités taxonomiques opérationnelles (OTU) pour estimer les dissimilitudes de diversité alpha et bêta de manière statistique par la méthode discriminante LEfSe (score LDA significatif> 2,0). Selon les résultats statistiques de diversité du microbiote intestinal, le groupe HFF a montré une composition de dysbioses. Les genres Fusobacteria, Desulfovibrio et l’Anaerovibrio ont augmenté de façon significative (p <0,05) dans le groupe de porcs nourris au HFF. Fusobacteria est un puissant pathogène porteur de lipopolysaccharides (LPS), tandis que Desulfovibrio est un réducteur de sulfates et l’Anaerovibrio un genre de bactéries d’activité lipolytique. Ces profils métataxonomiques du microbiote ont aussi été liés III à l’augmentation des paramètres de lipidémie dans le sang périphérique. Ensuite, la composition bactérienne a aussi été déterminée par un qPCR spécifique afin de cibler des bactéries associées aux syndromes métaboliques. Ces résultats constituent une base de référence importante pour caractériser un régime obésogène associé à la dysbiose microbienne intestinale chez le porc. Dans la deuxième partie de ce projet, afin de valider les effets du régime riche en gras du lard sans fructose (HF), un deuxième essai a été réalisé. Dans cet essai, les résultats obtenus ont montré des profils de diversités alpha, bêta, qPCR et des distances significatives entre le traitement HF et le traitement témoin faible en gras. Cependant, les réponses de la lipidémie et le taux de LPS n’ont pas montré différence significative entre les traitements. Ces résultats montrent aussi que le régime alimentaire riche en gras animal peut modifier significativement les structures écologiques du microbiote sans entraîner nécessairement de changement physiologique chez l’hôte. Finalement, la troisième partie du projet visait à caractériser la composition du microbiote intestinal de porcs en croissance alimentés avec un régime de base sans protéines laitières et contenant 18 % de gras animal, un deuxième régime avec 8% de gras laitier (beurre) et à troisième régime enrichi en fromage cheddar. Ce dernier régime riche en peptides laitiers est hautement hydrolysé. L’analyse discriminante du LDA-LEfse et les mesures de la diversité alpha et bêta ont démontré un effet neutre sur le microbiote intestinal soumis au régime du cheddar. Cependant, des différences significatives sur les mesures de diversité ont été observées avec le traitement au beurre. L’augmentation de l’abondance relative des Enterobactériceae, Mogibacteriacea, Bifidobacterium pseudolongum, Paraprevotella, Phasolarctobacterium, Turicibacter, Clostridiaceae Akkermansia sp., Bacteroides sp., Lactobacillus reuteri et Ruminococcus a été constatée de façon significative dans le microbiote associé au traitement enrichi en beurre. De plus, l’augmentation significative d’Akkermansia et de Ruminococcus gnavus, suggère une modification du microbiote associé au traitement enrichi en beurre. Ces deux clades sont étroitement liés à la dégradation de la mucine, un indicateur de la santé de l’intégrité intestinale. Dans ce chapitre, le niveau taxonomique au moyen des oligotypes du genre d’Akkermansia chez le modèle porcin a été identifié pour décrire l’oligodiversité correspondante à ce taxon d’importance. Les résultats des oligotypes ont révélé neuf séquences d’oligotypes d’Akkermansia, dans les échantillons du côlon et des selles du groupe de porcs nourris avec le régime contenant du beurre. C’est la première fois qu’une telle profondeur d’analyse métataxonomique hautement discriminante a été réalisée chez IV un modèle porcin. Selon les résultats obtenus, le modèle porcin permet de caractériser le microbiote intestinal dans chaque section intestinale de façon discriminante, et cela, en raison de régimes alimentaires. Finalement, les régimes contenant du beurre comme source de gras laitier ou du fromage cheddar ont des effets convergents sur la relation hôte-microbiote et qui peuvent être observés distinctement à travers des structures microbiennes dans les sections intestinales. / In recent decades, dairy products have been associated with weight gain due to their high fat milk content, generating a negative consumer assessment. However, scientific studies revealed beneficial effects of dairy products such as cheese due to the presence of functional peptides produced from hydrolysis, as favorable ingredients for health. Nevertheless, several cheeses as cheddar contain a high concentration of dairy fat. Given the interest to know how the dairy products could affect the clinical physiology of host, studies about the gut microbiota structures has been proposed. However, controversial results from these studies have been obtained. This thesis aimed to evaluate the effects of butter and proteins hydrolysate from cheese on the structure of the gut microbiota associated with clinical parameters of lipidemia. The goal of this project was to characterize microbiota variations in the intestinal sections of the ileum, colon and fecal sample using a metataxonomic approach with Illumina MiSeq high-throughput sequencing. In the first part of this project, a porcine model was established to provide a model for the study of gut microbiota associated with obesity from fecal samples including ileum and colon. In the first part of this study, the approach of isolation and purification of high-quality DNA has been standardized and established. Subsequently, a bioinformatics pipeline was generated using QIIME v.1.9.1 open source software. Later, a trial was defined in pigs fed with lard-fructose (HFF). At 12 weeks of treatment, a dysbiosis process was associated with diet-induced changes estimated by a LEfse discriminant method (significant LDA score> 2.0), as well as alpha and beta diversity. The genus Fusobacteria, a potent pathogen carrying LPS, associated with sulfate-reducing bacteria such as Desulfovibrio and Anaerovibrio a genus of bacteria with lipolytic activity, showed a significant increase (p-value <0,05) of this model fed to HFF in pigs. These metataxonomic profiles of the pig gut microbiota have also been linked to an increase in lipidemia parameters in the peripheral blood. This microbiota composition was also profiled to metabolic syndromes by qPCR. These results constitute an important reference base for the characterization of an obesogenic diet associated with gut microbial dysbiosis. In order to validate the effects of the high-fat free-fructose (HF) diet, a second test was performed. In this trial, the results obtained showed an asymptomatic dysbiosis. Indeed, alpha and beta diversity profiles, in addition to qPCR profiling, showed significant distances between HF treatment and low-fat treatment control. However, the measure of lipidemia (cholesterol and triglycerides) and the level of LPS were irrelevant between treatments. These results showed that the high-fat diet can significantly alter the VI ecological structures of the microbiota without necessarily causing physiological changes in the host. Finally, the third part of the project, consisting in the characterization of the impact of diets with butter or cheddar cheese composed of highly hydrolyzed peptides, on the gut microbiota of pig model. The ileum, the colon, and the feces were sampled at 10 weeks. Measurements of the Bray-Curtis dissimilarity and Weighted-UniFrac phylogenetic distances, and the LDA-LEfse discriminatory analysis of the beta and alpha diversities demonstrated a neutral effect on the gut microbiota subjected to the cheddar diet, while significant dissimilarities were observed with the butter treatment. The abundance of Enterobacteriaceae, Mogibacteriaceae, Bifidobacterium pseudolongum, Paraprevotella, Phasolarctobacterium, Turicibacter, Clostridiaceae Akkermansia sp., Bacteroides sp., Lactobacillus reuteri, and Ruminococcus characterized the gut microbiota of the treatment with butter. The significant increase of Akkermansia and Ruminococcus gnavus in (two clades closely related to the degradation of mucin, which is a health indicator of intestinal integrity), suggest an alteration of the gut microbiota due to butter treatment, which could be proposed as biomarkers to comply with the control diet with lard-HF. We highlighted the identification of the taxonomic level by oligotypes of the genus Akkermansia in the pig model. This identification revealed nine signed-oligotypes from the Akkermansia taxon, in the colon and fecal samples of pigs fed butter. This was the first time that a highly discriminating depth of metataxonomic analysis was performed in the pig model. The pig as a model that allows the characterization of the gut microbiota affected by a dietary treatment. Finally, diets enriched with cheddar cheese and butter have convergent effects on the host-microbiota relationship and can be observed distinctly through microbial structures in the intestinal sections.

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.

Le défi actuel de la production animale est de maximiser l'efficacité alimentaire tout en minimisant les coûts de production et les impacts environnementaux. L'efficacité alimentaire est influencée par les caractéristiques des animaux telles que l'utilisation de l'énergie, qui dépend de la teneur énergétique du gain de poids corporel, en particulier des lipides corporels. Cependant, il existe une variation importante des lipides corporels et de l'efficacité alimentaire chez les porcs même lorsqu'ils sont issus d'une même génétique et élevés dans les mêmes conditions. Par conséquent, comprendre les mécanismes associés à cette variation pourrait aider à améliorer la production animale et/ou à manipuler la composition corporelle chez les porcs. L'objectif de cette thèse était de comprendre les facteurs liés aux variations de la composition corporelle et à l'utilisation de l'énergie afin d'améliorer les connaissances sur les processus métaboliques responsables de la variation observée entre les animaux dans leur capacité à utiliser les nutriments alimentaires. La sensibilité à l'insuline et le comportement alimentaire ont été sélectionnés comme candidats en raison de leur influence sur la dynamique des hormones métaboliques telles que l'insuline qui régule la synthèse des lipides et des protéines. Dans ce travail, une approche originale pour décrire le comportement alimentaire tenant compte des limitations des paramètres d'alimentation conventionnels est proposée, et une technique in vivo pour estimer la lipogenèse de novo a été adaptée des isotopes radioactifs aux isotopes stables. Les résultats de ce travail suggèrent que : 1) le comportement alimentaire n'est pas un facteur important influençant l'utilisation de l'énergie chez les porcs. Cependant, l'indice pour décrire l'irrégularité de la prise alimentaire proposée dans ce travail a abouti à une approche appropriée pour décrire les comportements alimentaires individuels. Cet indice intègre la plupart des informations sur le comportement alimentaire obtenues à l'aide de plusieurs variables de comportement alimentaire conventionnelles et peut être utilisé dans des études concernant l'effet de facteurs externes ou animaux sur le comportement alimentaire. 2) contrairement au comportement alimentaire, la sensibilité à l'insuline était fortement et négativement corrélée avec les lipides corporels totaux et expliquait environ 45 % des variations des lipides corporels totaux et des protéines chez les porcs. De plus, des associations importantes entre la sensibilité à l'insuline et les processus métaboliques ont été trouvées au niveau de l'expression génétique et de la synthèse (par exemple, la synthèse des lipides). Cela indique que la sensibilité à l'insuline est un facteur important déterminant en l'utilisation de l'énergie alimentaire et des nutriments avec des implications pour la composition corporelle des porcs en finition. Ce travail a permis de comprendre le rôle de la sensibilité à l'insuline dans la modulation des réponses à l'insuline et son implication dans l'utilisation de l'énergie et la composition corporelle. En outre, cette thèse suggère que la modulation de l'utilisation de l'énergie par des facteurs externes et le comportement alimentaire ne peut être obtenue si les caractéristiques métaboliques telles que la sensibilité à l'insuline ne sont pas prises en compte au niveau individuel. / The current challenge in animal production is to maximize feed efficiency while minimizing production costs and environmental impacts. Feed efficiency is influenced by animal characteristics such as energy utilisation, which depends on the energy content of body weight gain, especially body lipids. However, there is important variation in body lipids and feed efficiency among pigs of the same genetic background. Therefore, understanding the mechanisms associated with this variation could help to improve animal production and/or manipulate body composition in pigs. The aim of this thesis was to understand factors related with body composition variations and energy utilisation to improve the knowledge regarding the metabolic processes responsible for the observed variation between individual animals in their ability to use dietary nutrients for growth. Insulin sensitivity and feeding behavior were selected as candidates due to their influence in the dynamic of metabolic hormones such as insulin that regulates lipid and protein synthesis. In this work, an original approach to describe feeding behavior accounting for limitations of conventional feeding parameters is proposed, and an in vivo technique to estimate de novo lipogenesis was adapted from radioactive to stable isotopes. The results of this work suggest that: 1) feeding behavior is not an important factor influencing energy utilisation in pigs. However, the index to describe the irregularity of feed intake proposed in this work resulted in a suitable approach for describing individual feeding behavior patterns. This index integrates most of the information on feeding behavior obtained using several conventional feeding behavior variables and can be used in studies regarding the effect of externals or animal factors on feeding behavior. 2) unlike feeding behavior, insulin sensitivity was strongly and negatively correlated with total body lipids and explained about 45 % of the total body lipids and protein variations among pigs. In addition, important associations among insulin sensitivity with metabolic processes were found at the genetic expression and synthesis level (e.g., lipid synthesis). This indicates that insulin sensitivity is an important factor determining the utilization of dietary energy and nutrients with implications for body composition in finishing pigs. This work helped to understand the role of insulin sensitivity in the modulation of insulin responses and its implication in energy utilisation and body composition. In addition, this thesis suggests than modulation of energy utilisation by external factors and feeding behavior cannot be achieved if metabolic characteristics such as insulin sensitivity are not accounted at the individual level.

En alimentation animale, l’utilisation adéquate des aliments nécessite une connaissance précise des valeurs nutritionnelles de leurs composantes, dont celle en acides aminés. Cependant, ces valeurs nutritionnelles dépendent de la teneur en acides aminés essentiels (AAE) totaux et de la digestibilité iléale standardisée (DIS) de ces AAE. Cette dernière varie en fonction de plusieurs facteurs, dont l’origine botanique des graines, les conditions de culture des récoltes, le stockage des aliments, les traitements physico-chimiques appliqués aux grains, les facteurs antinutritionnels (FANs) et les techniques expérimentales utilisées pour le dosage et l’estimation de la digestibilité des AAE. Une approche par méta-analyse a permis d’établir des modèles de prédiction de la valeur nutritionnelle en AAE des ingrédients à partir de leur composition chimique en considérant la protéine brute (PB), les AAE totaux, la teneur en fibre (Acid Detergent Fiber (ADF), Neutral Detergent Fiber (NDF) et Fibre Brute (FB)) et les FANs comme les inhibiteurs de la trypsine. En se référant à l’analyse graphique et statistique, les données ont été réparties en 4 groupes : 1) les tourteaux (tourteau de soja, colza/canola et coton); 2) les légumineuses (féveroles, lupins, pois et soja); 3) les céréales (blé, orge, avoine, sorgho et maïs); 4) les drêches de distilleries (blé et maïs). Ainsi, un modèle général ajusté en fonction du type d’ingrédients a été généré et les facteurs de variation de la digestibilité en AAE ont été identifiés. Pour les tourteaux, la DIS des AAE est réduite par un accroissement de la teneur en NDF, tandis que la DIS des AAE de la féverole, pois et lupin est principalement influencée par la teneur en PB et en FANs. Concernant les graines de soja la DIS des AAE est réduite par une hausse de la teneur en fibre (FB et ADF). Enfin pour les céréales et les sous- produit de céréales telles que les drêches, la PB et les fibres (ADF ou NDF) étaient les meilleurs nutriments pour prédire la DIS des AAE. Ces résultats démontrent que la DIS des AAE peut être prédite avec précision à partir de la composition chimique pour la plupart des ingrédients. / The use of feed in animal nutrition requires a precise knowledge of the nutritional value of their components, but these values depend on the content of total essential amino acids (EAA) and standardized ileal digestible contents of the AAE, which is dependent upon the standardized ileal digestibility (SID) of EAA. These values could vary depending on several factors including botanical origin, growing, harvesting and storage conditions of the crops, physicochemical treatments applied to seeds, concentrations of antinutritional factor (ANF) and experimental techniques used for the determination and estimation of digestibility. Thus, the approach by meta-analysis allowed to establish predictive models of nutritional values of EAA for ingredients from their chemical composition such as crude protein (CP), the total EAA, fibers (Acid Detergent Fiber (ADF), Neutral Detergent Fiber (NDF) and Crude Fiber (CF)) and ANF such as trypsin inhibitors. Referring to the graphical and statistical analysis, data were divided in 4 groups: 1) oilseed meals (soybean, rapeseed and cottonseed meals); 2) legume seeds (faba beans, lupins, peas and soybeans); 3) cereals (wheat, barley, oats, sorghum, corn); 4) Dried distiller grains with soluble (DDGS) (distiller’s dried grains with soluble from corn and wheat). A general model adjusted for the kind of ingredients was generated and factors of variation of the digestibility of EAA were identified. For oilseed meals, the digestibility of AAE is reduced by increasing NDF while SIDs of EAA for faba beans, peas and lupins are influenced by CP and ANFs contents. Regarding soybean, SID of EAA is reduced by increasing fiber content (CF and ADF). Finally in the case of cereals and cereal by-products such as DDGS, CP and fibers (ADF and NDF) were the best predictors of the SID of EAA. These results demonstrate that the SID of EAA may be accurately predicted from the chemical composition for most of the ingredients.

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.

Les aliments sont l'élément majeur du coût de production du porc et du poulet. Au Québec, les matières premières les plus couramment utilisées sont le maïs et le tourteau de soya. La culture du maïs entre en compétition avec les aliments consommés par l'homme et il est sujet à l'offre et à la demande. Puisqu'il y a une demande variable, les prix sont volatils, ce qui peut affecter la compétitivité des productions animales. Le remplacement du maïs par des céréales locales serait bénéfique pour la durabilité de cette production. Cette étude vise à caractériser la valeur nutritionnelle de diverses céréales locales que sont le seigle (n = 3), le blé et le triticale d'automne ainsi que l'avoine nue, dans une perspective d'alternative au maïs dans l'alimentation des porcs et des poulets en croissance. Pour le premier essai, six porcs castrés (poids initial = 39,6 ± 1,8 kg) ont été aléatoirement attribués aux traitements dans un carré latin 6 x 6 avec six périodes et six traitements expérimentaux composés des différentes variétés de céréales complémentées en minéraux traces et vitamines. À la fin de chaque période de 7 jours, des échantillons de digesta iléaux et de fèces fraiches étaient collectés sur une période de 8 heures. Pour le deuxième essai, 36 cages de 7 poulets se sont vu attribuer les 6 mêmes traitements que les porcs de manière aléatoire en 6 blocs. Les échantillons de fientes ont été collectés entre le jour 20 et 23. Au jour 23, à la suite de l'abattage, des échantillons de digesta iléal et de contenu cæcal ont été collectés. La composition en énergie brute de l'avoine nue est plus élevée (4 252 vs 3 933 kcal/kg) que celle du maïs. La teneur en énergie digestible pour le porc et l'énergie métabolisable corrigée pour l'azote pour le poulet est également plus élevée pour l'avoine nue (3 937 vs 3 359 kcal/kg ; 3 265 vs 2 611 kcal/kg, P< 0,001) en comparaison aux autres variétés de céréales étudiées. Elles sont également plus élevées que celles du maïs (3 451 et 3 090 kcal/kg). L'avoine nue comporte une quantité de protéine digestible iléale apparente plus élevée que les autres ingrédients chez le porc (108,9 g/kg vs 65,9 g/kg, P< 0,001) et le poulet (108,4 g/kg vs 7,06 g/kg, P< 0,001). La quantité de protéine digestible iléale apparente est également plus élevée que celle du maïs qui s'élève à 53,4 g/kg chez le porc et à 6,24 g/kg chez le poulet. Les acides gras volatils issus des fermentations bénéfiques pour le microbiote étaient présents chez le porc en plus grande quantité pour le seigle hybride Brasetto (524 mM/kg vs 312 mM/kg, P< 0,001) en comparaison à l'avoine nue. Pour le poulet, la proportion d'acides gras volatils de type butyrate était plus importante pour l'avoine nue (17,0 % vs 7,05 %, P< 0,001) que pour l'ensemble des autres ingrédients. Les aspects de santé digestive du seigle chez le porc et de l'avoine nue chez le poulet méritent une attention particulière. Pour les céréaliers, une hausse de la commercialisation de ces céréales serait bénéfique.

L’augmentation du coût des ingrédients de base des aliments pour porcs a permis à certains ingrédients alternatifs de se tailler une place sur les marchés nord-américains de l’alimentation animale. En effet, leur utilisation judicieuse en production porcine peut représenter un atout économique important. Toutefois, l’usage d’ingrédients alternatifs est limité dans les aliments pour porcs, notamment à cause leur effet parfois négatif sur la qualité de la carcasse ainsi que de leur teneur élevée en fibres alimentaires, peu valorisées par les monogastriques. Ce projet avait comme objectif de mieux comprendre l’impact de l’usage des ingrédients alternatifs disponibles dans l’Est du Canada afin de diminuer les coûts d’alimentation, sans modifier les performances de croissance chez le porc. Plus précisément, le projet visait à évaluer l’impact de différents types de fibres (solubles et insolubles) et de la supplémentation en xylanase, une enzyme exogène, sur la digestibilité iléale apparente des composants nutritionnels ainsi que sur les performances de croissance et la composition corporelle chez le porc en croissance-finition. Pour ce faire, deux expérimentations ont été réalisées. La première était un essai de digestibilité réalisé à l’aide de porcs canulés chez lesquels la digestibilité iléale apparente a été mesurée pour différents aliments variant en leur teneur et leur type de fibres, et selon l’addition ou non de xylanase. La seconde expérimentation consistait en un essai de croissance chez le porc en finition afin de mesurer ces mêmes traitements sur les performances de croissance, la composition corporelle et la qualité du gras. Les résultats obtenus montrent que les niveaux élevés de fibres alimentaires utilisés n’ont pas eu d’effets majeurs sur la digestibilité iléale apparente des nutriments et de l’énergie, sur la composition corporelle et sur les performances de croissance des animaux. De plus, l’ajout de xylanase dans les aliments a eu peu d’effets sur les critères mesurés

Les phytates et les polysaccharides non amylacés (PNA) sont des facteurs antinutritionnels abondants dans l’alimentation des porcs et des poulets. Même si les phytates constituent un réservoir de phosphore (P), ce P est peu disponible pour le porc et le poulet à cause de la faible présence de phytases endogènes chez ces animaux. Pour cette raison la phytase microbienne a été incorporée dans les régimes alimentaires, ce qui a permis de mettre en évidence l’impact négatif des phytates sur la digestibilité des acides aminés (AA). De même, les PNA sont indigestibles et résistants à la digestion chez le porc et le poulet. De plus, ils limitent la digestibilité des constituants intracellulaires des graines diminuant ainsi la digestibilité des AA et de l’énergie d’où l’utilité du recours à des carbohydrases. La xylanase, une carbohydrase, pourrait améliorer la digestibilité des PNA menant possiblement à l’augmentation de la digestibilité des AA et du contenu en énergie métabolisable apparente (EMA). À cet égard, il est d’une grande importance de connaître les mécanismes et de quantifier l’action de ces deux enzymes dans l’élimination des facteurs antinutritionnels et l’amélioration de la digestibilité des AA, ainsi que de l’EMA. Une approche par méta-analyse a permis d’établir des modèles de prédiction de la digestibilité des AA sous l’effet de l’ajout de la phytase chez le porc et le poulet à partir de la teneur de la ration en AA alimentaires, la phytase incorporée, en plus de la fibre alimentaire NDF (Neutral Detergent Fibre) dans le cas du porc et du P phytique (PP) dans le cas du poulet. Des modèles de prédiction ont aussi été établis pour prédire la digestibilité des AA chez le poulet à partir de la xylanase incorporée et la fibre alimentaire (NDF et PNA). La xylanase incorporée, la fibre alimentaire (NDF et PNA) et l’énergie brute (EB) se sont révélé comme les meilleurs prédicteurs du contenu en EMA chez le poulet. Les modèles actuels établis dans cette étude permettent de quantifier l'effet de la phytase sur la digestibilité des AA chez le porc et le poulet ainsi que l’effet de la xylanase sur la digestibilité des AA et du contenu en EMA chez le poulet assurant l’utilisation précise de ces enzymes au moment de la formulation des régimes alimentaires. / Phytates and non-starch polysaccharides (NSP) are abundant antinutritional factors in pig and broiler diets. Although phytates constitute a phosphorus (P) reservoir, this P is not available because monogastric animals produce a small amount of endogenous phytase. Microbial phytases have been incorporated into diets and has revealed the negative effect of phytates on the digestibility of amino acids (AA). In addition to phytates, NSPs are also indigestible and resistant to the digestion process in monogastric animals. The NSPs encapsulate also nutrients, which decrease AA and energy digestibility. It is important to know the mechanisms of action of phytase and xylanase in the degradation of antinutritional factors and improving the digestibility of AA, as well as apparent metabolizable energy content (AME). A meta-analysis approach allowed to establish models for predicting the digestibility of AA from dietary AA, phytase and NDF (Neutral Detergent Fiber) concentrations in pigs, and from dietary AA, phytase and phytic phosphorus (PP) concentrations in broilers. A predictive model of AA digestibility in broilers has also been established from xylanase supplementation and dietary NDF/NSP concentrations. Finally, xylanase activity, gross dietary energy (GE) and NDF/NSP concentrations were the best predictors of AME. The current models allow quantifying the effect of phytase on AA in pigs and broilers and the effect of xylanase on AA and AME in broilers, which is important to use these enzymes accurately in diet formulation.