Texte remanié de: Th. doct.--Hist.--Besançon--Université de Franche-Comté, 1994. Titre de soutenance : Pratiques patronales et mineurs polonais dans le bassin potassique de Haute-Alsace, 1919-1948. / En appendice, choix de documents. Bibliogr. p. 538-552. Index.

Le carbonate de potassium (K₂CO₃) est un additif alimentaire disponible sur le marché souvent recommandé dans l'alimentation des bovins laitiers pour limiter l'acidité du rumen à la suite d'une ingestion importante de glucides rapidement fermentescibles et prévenir la baisse du taux de matière grasse du lait qui en résulte. Chez la chèvre laitière, les effets du K₂CO₃ sont méconnus. L'objectif de ce projet de recherche vise à évaluer l'utilisation du K₂CO₃ comme traitements préventif et/ou curatif, pouvant empêcher la chute des matières grasses du lait chez des chèvres laitières en début de lactation recevant une ration riche en concentrés. Chez des chèvres de race Alpine, l'apport d'une ration riche en concentrés en début de lactation (rapport fourrage : concentrés de 45:55) a eu à long terme, des répercussions sur les performances et a provoqué une inversion des composantes du lait, c.-à-d. que le taux de matière grasse était inférieur au taux de protéines au terme des 56 jours de traitement. Dans les conditions de l'expérience actuelle, l'ajout du K₂CO₃ comme traitement préventif et/ou curatif n'a pas permis d'éviter le risque d'une chute des matières grasses laitières chez des chèvres en début de lactation recevant une ration riche en concentrés. / The objective of this study was to verify the use of potassium carbonate (K₂CO₃) as a preventive and/or a recovery treatment to prevent a low milk fat production when early-lactating dairy goats are receiving a diet rich in concentrates. A commercially available supplement of K₂CO₃ is often recommended for dairy cattle in early lactation to limit the rumen acidity following the intake of diets high in rapidly fermentable carbohydrates. In dairy goats, the effects of K₂CO₃ are unknown. In this experiment conducted in Alpine dairy goats, high intake in concentrates (forage: concentrate ratio 45:55) had long-term effects on lactation performances, and caused a reversal in the proportion of major components of the milk, i.e., the fat content was lower than the protein content after 56 days of treatment. Under the conditions of this current experiment, the addition of K₂CO₃ as a preventive and/or a recovery treatment did not affect milk fat production when early lactating dairy goats were receiving a high-concentrate diet.

Les quantités importantes d’aliments consommés et la proportion élevée de concentrés devant être incorporée aux rations pour soutenir les besoins des vaches hautes-productrices induisent bien souvent des perturbations de l’équilibre ruminal. Ces changements se répercutent sur la biohydrogénation ruminale des acides gras insaturés de la ration, qui entraînent à leur tour une inhibition de la synthèse des matières grasses par le tissu mammaire. Plusieurs stratégies nutritionnelles ont été mises de l’avant pour mieux tirer profit des rations riches en concentrés. Récemment, des études ont montré la capacité du carbonate de potassium (K2CO3) à prévenir la chute de matière grasse associée à des régimes à forte teneur en concentrés. Toutefois, on comprend encore mal l’origine de ces effets. Les travaux de cette thèse visaient donc, dans un premier temps, à départager si les effets observés en ajoutant du K2CO3 aux rations des vaches laitières étaient dus à une augmentation de la différence alimentaire cation anion (DACA), de la teneur en ions K+ ou encore du pouvoir tampon de la ration. Un autre objectif de cette thèse était de déterminer les effets d’un ajout de K2CO3 sur la synthèse de matières grasses du lait lorsque des sources d’acides gras polyinsaturés (AGPI) sont introduites dans l’alimentation de la vache laitière. Enfin, les travaux cherchaient à déterminer l’effet d’un ajout de K2CO3 à la ration sur les populations microbiennes du rumen, particulièrement celles reconnues pour être impliquées dans le métabolisme lipidique. Pour répondre à ces questions, une première expérience a été mise en place, où 35 vaches Holstein en début de lactation ont été distribuées selon un plan en blocs complets aléatoires. La période expérimentale était de 28 jours et précédée d’une collecte de 5 jours (covariable). Les cinq rations expérimentales étaient constituées en vue de départager les effets du K2CO3 (témoin vs K2CO3), de la capacité tampon (K2CO3 vs KHCO3), de la DACA (K2CO3 vs KCl) et du type de cations (K2CO3 vs Na2CO3). Dans cette expérience, et contrairement aux études antérieures, l’ajout de K2CO3 aux rations riches en concentrés n’a pas permis d’augmenter la production de lait ou la matière grasse des vaches en début de lactation. De plus, les résultats suggèrent qu’une augmentation du K alimentaire via l’ajout de K2CO3 pourrait induire un déséquilibre ionique cellulaire qui pourrait affecter le transport des nutriments dans les cellules épithéliales mammaires et ainsi affecter la synthèse du lait. Une seconde expérience a ensuite été menée, où 28 vaches Holstein en début de lactation ont été distribuées selon un plan en blocs complets aléatoires. La période expérimentale était également de 28 jours et précédée d’une collecte de 5 jours (covariable). Les quatre rations expérimentales étaient offertes selon un arrangement factoriel 2 × 2, soit 0 ou 1,5 % K2CO3 et 0 ou 2 % d’huile de soya, comme source d’acides gras polyinsaturés. Les résultats ont montré que l’ajout de K2CO3 peut entraîner une augmentation de la sécrétion des matières grasses laitières chez des animaux recevant de grandes quantités de concentrés. Cette augmentation dépend toutefois de la teneur en lipides de la ration. Cette étude a également permis de mettre en lumière une relation positive entre la production laitière et la teneur en chlore du lait. Lors de cette seconde expérience, des échantillons de contenu ruminal ont également été prélevés chez 24 vaches (n = 6) afin d’étudier l’impact d’un supplément de K2CO3 sur l’environnement et les populations microbiennes du rumen des vaches en début de lactation recevant des rations riches en concentrés avec ou sans huile de soya. Ces travaux ont permis de comprendre que le K2CO3 et l’huile de soya ont des effets distincts sur les populations microbiennes. L’ajout de K2CO3 a stimulé la croissance de Butyrivibrio hungatei, bactérie productrice de 18:1 trans-11. L’ajout d’huile de soya a, quant à elle, réduit la présence de Butyrivibrio/Pseudobutyrivibrio, un groupe de bactéries productrices de 18:1 trans-11, de Fibrobacter succinogenes, une bactérie fibrolytique, de Butyrivibrio proteoclasticus, une bactérie productrice de 18:0, et de Streptococcus bovis, une bactérie amylolytique Les travaux regroupés dans cette thèse apportent un éclairage nouveau sur le rôle de la supplémentation minérale sur les performances de production des vaches laitières / Negative energy balance typically appears in early-lactation dairy cows as a consequence of a reduction of dry matter intake, as well as of an increase in energy demand for milk production. To compensate this energy deficit, cows are fed with high-concentrate diets. However, highly fermentable carbohydrates introduced in diets can result in a decreased milk fat synthesis. Previous studies reported that addition of potassium carbonate (K2CO3) to high-concentrate diets helps to maintain milk fat, although the mechanism is yet to be established. Consequently, the objective of the current thesis was, firstly, to investigate the effects of dietary cation-anion difference (DCAD), cation source, and buffering ability of the mineral supplement on rumen biohydrogenation of fatty acids (FA) and production performance of dairy cows fed a high-concentrate diet. Secondly, this thesis aimed at evaluating the effect of K2CO3 on production performance, biohydrogenation of fatty acids, and mineral composition of milk in early-lactation dairy cows fed a high-concentrate diet with or without soybean oil (SBO), as a source of polyunsaturated fatty acid. A third objective of this thesis was to evaluate the effect of K2CO3 supplementation, in diets containing soybean oil (SBO) on rumen microbial population associated with lipid metabolism. Consequently, a first experiment was set up, where 35 early-lactation Holstein cows were used in a randomized complete block design with 33-d periods, including a 5-d pretreatment collection period used as a covariate. Five different dietary treatments were used to assess the effects of K2CO3 (control vs. K2CO3), buffering ability (K2CO3 vs. KHCO3), DCAD (K2CO3 vs. KCl), and cation type (K2CO3 vs. Na2CO3). In this experiment, and as opposed to previous studies, supplementing high-concentrate diets with K2CO3 did not increase milk or milk fat yield in early-lactation cows. Also, results suggested that increasing dietary K through the addition of K2CO3 could lead to a disequilibrium in cellular ion composition that can impair nutrient transport into and out of the mammary epithelial cells, and consequently affect milk synthesis. A second experiment was conducted where 28 ruminally fistulated Holstein cows were used in a randomized complete block design. The experiment lasted 33 d, including a 5-d pre-treatment collection period used as a covariate. Experimental treatments were arranged as a 2 × 2 factorial with 0 or 1.5% K2CO3 and with 0 or 2% SBO. Results of this experiment revealed that potential effect of K2CO3 on milk fat synthesis is dependent on the levels of dietary polyunsaturated FA. Moreover, a positive relation was established between milk Cl concentration and milk yield, suggesting that the equilibrium of this ion is linked to the efficiency of lactogenesis Finally, rumen samples were collected from the rumen of 24 cows enrolled in the second experiment (n = 6) to assess treatment effects on rumen microbial population associated with lipid metabolism. Feeding K2CO3 and SBO had distinct effects on rumen bacteria. Dietary K2CO3 stimulated the growth of Butyrivibrio hungatei, a bacterium recognized to produce trans-11-18:1 during biohydrogenation. Conversely, feeding SBO reduced the growth of Butyrivibrio/Pseudobutyrivibrio bacterium group, known to produce trans-11-18:1, of Fibrobacter succinogenes, a fibrolytic bacterium, of Butyrivibrio proteoclasticus, a bacterium involved in 18:0 production, and of Streptococcus bovis, an amylolytic bacterium. Overall, the experiments conducted and reported in this thesis provide new insights on the impact of mineral supplementation on milk performance in dairy cows.

Le potassium est un nutriment essentiel à la croissance et au développement des plantes. Les minéraux argileux dans les sols représentent un important réservoir de K disponible pour les plantes. L'extraction de K fixé à partir de l'espace interfoliaire des minéraux micacés 2:1 peut entraîner une augmentation de la distance feuillet à feuillet qui peut être mesurée par diffraction des rayons X . Des échantillons de l'expérience Morrow Plots continue avec du maïs (C) ou du maïs-avoine-foin (R), provenant de sous-parcelles fertilisées (F) et non fertilisées (U) pour les années 1904, 1957, 1980, 1997 et 2013-2014, ont été soumis au fractionnement granulométrique séquentiel pour obtenir la fraction limoneuse (50-2 um) et les sous-fractions argileuses (2-0,2, 0,2-0,05 et <0,05 um). Les résultats granulométriques montrent une hétérogénéité significative malgré la petite taille de la MP, et un gain de sous-fraction < 0,05 um avec le temps. La modélisation des diagrammes de diffraction des rayons X a été effectuée pour obtenir une identification concluante de l'assemblage de minéraux argileux et évaluer l'impact de 110 ans d'agriculture continue et de différentes pratiques agronomiques. Un assemblage complexe de minéraux argileux a été identifié avec jusqu'à onze contributions différentes nécessaires pour reproduire les données expérimentales de sous-fractions de moins de 2 um, y compris jusqu'à six couches mixtes d'illite-smectite-chlorite. L'analyse de phase quantitative pour toutes les sous-parcelles et toutes les années, a montré que l'assemblage minéral du MP est similaire entre les différentes sous-parcelles, quel que soit le traitement agronomique. Aucune preuve significative d'altération ou de transformation des phases minérales argileuses n'a été observée au fil du temps. La nature dioctaédrique des minéraux argileux de la MP désavantage l'extraction du K et donc la dissolution est le mécanisme privilégié pour l'absorption du K et la perte de sous-fractions 2-0,2 et 0,2-0,05 um est attribuée à ce processus. / Potassium is an essential nutrient for plant growth and development. Clay minerals in soils represent an important reservoir of plant-available K. Extraction of fixed K from the interlayer space of micaceous 2:1 minerals can lead to an increase in the layer-to-layer distance which can be measured by X-ray diffraction. Samples from the Morrow Plots continuous corn (C) and corn-oats-hay (R) experiment, from fertilised (F) and non-fertilised (U) subplots for the years 1904, 1957, 1980, 1997 and 2013-2014 were subjected to sequential size-fractionation to obtain the silt fraction (50-2 um) and clay-sized subfractions (2-0.2, 0.2-0,05 and <0.05 um). Granulometric results show siginificant heterogeneity despite the small size of the MP, and a gain in <0.05 um subfraction with time. Full-profile fitting of X-ray diffraction patterns was performed to obtain conclusive identification of the clay mineral assemblage and assess the impact of 110-years of continuous agriculture and different agronomic practices. A complex clay mineral assemblage was identified with up to eleven different contributions necessary to reproduce the experimental data of <2 um subfractions, including up to six illite-smectite-chlorite mixed-layers. Quantitative phase analysis for all subplots and years showed that the mineral assemblage of the MP is similar between different subplots, regardless of agronomic treatment. No significant evidence of alteration or transformation of clay mineral phases was observed over time. The dioctahedral nature of the clay minerals of the MP disfavours K-extraction and thus dissolution is the favoured mechanism for K-uptake and the loss of 2-0.2 and 0.2-0.05 um subfractions is attributed to this process.

La régénération des solutions de lavage utilisées en Nettoyage En Place (NEP) présente un intérêt, tant économique qu’environnemental, pour les industriels laitiers. L’étape clé du NEP réside dans le lavage alcalin qui assure l’élimination des souillures organiques déposées sur les équipements. Ce lavage est généralement effectué par des lessives de soude, moins onéreuses que celles de potasse. Nos travaux ont visé à appliquer un procédé physico-chimique de régénération à des lessives de potasse en vue de rentabiliser leur intégration au NEP laitier. La régénération de solutions de potasse souillées par du lait a été examinée et comparée à celle de solutions de soude. L’efficacité du procédé à épurer les solutions de potasse en termes d’abattement de la DCO et de Ntot a été démontrée. L’analyse des solutions régénérées a par ailleurs mis en évidence l’amélioration de leurs propriétés interfaciales (tension superficielle, angle de contact). Ces propriétés, dont l’origine a pu être attribuée à l’accumulation de biotensioactifs, confèrent aux solutions de potasse régénérées un meilleur pouvoir nettoyant. Ce point a été validé lors d’essais de nettoyage de membranes organiques d’ultrafiltration colmatées par des protéines laitières. L’optimisation de la formulation de ces solutions a permis l’obtention de performances de nettoyage comparables à celles d’un détergent commercial classiquement utilisé pour ce type d’application. Enfin, les impacts économiques et environnementaux de l’intégration de lessives de potasse en substitution à celles de soude ont été évalués pour un NEP laitier industriel au travers d’une étude technico-économique et d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). / The regeneration of Cleaning In Place (CIP) solutions is interesting, both economically and environmentally, especially in dairy industry. The CIP’s key step lies on the alkaline washing which ensures the removal of organic contaminants deposited on the equipment. This washing is generally done by soda lyes, less expensive than potash ones. Our work aimed to apply a physicochemical regeneration process, based on adsorption-coagulation-flocculation phenomena, on potash lyes to make their integration in the dairy CIP affordable. The regeneration of potash solutions soiled with milk was examined and compared with the soda solutions regeneration. The process effectiveness to purify potash solutions in terms of COD and TN reduction has been shown. The solutions analysis has also highlighted the improvement of their interfacial properties (surface tension, contact angle). These properties, whose origin was attributed to the accumulation of biosurfactants, confer to potash regenerated solutions a best cleaning power. This point was validated during cleaning assays of organic ultrafiltration membranes fouled by milk proteins. The optimization of solutions formulation has also enabled obtaining a cleaning performance as efficient as those of a commercial detergent largely used for this type of application. Finally, economic and environmental impacts of the potash lyes integration in substitution to soda ones were evaluated for dairy industrial CIP through a techno-economic analysis and a Life Cycle Assessment (LCA).