L’amélioration du bien-être des vaches laitières est un réel enjeu face aux attentes sociétales. Cette thèse a pour objectifs d’identifier (i) les aspects les plus dégradés du bien-être des vaches, (ii)les indicateurs de risque et (iii) les facteurs associés à l’atteinte de la relation homme-animal. Ce projet repose sur une étude épidémiologique utilisant la méthode Welfare Quality R pour évaluer le bien-être des vaches. En général, les boiteries étaient peu fréquentes et les animaux avaient une bonne liberté de mouvement. L’absence de faim et de soif et l’expression des comportements étaient bien respectés mais variables entre élevages. Le confort de couchage, l’absence de blessures et de maladies, le comportement social, l’état émotionnel et la relation homme-animal étaient dégradés et variables. L’écornage était souvent réalisé sans antidouleurs. Les principaux indicateurs de risque pour le bien-être des vaches sont la localisation géographique (pour la soif), la race (faim,comportement social), le logement (confort de couchage, blessures), l’interaction logement-race (état émotionnel) et localisation géographique-système de traite (expression des comportements propres à l’espèce). La mise en place de plan d’actions doit donc tenir compte du type d’élevage. Aucune association entre le système d’élevage et la relation homme animal n’a été trouvée. Les conditions de vêlage, les représentations des éleveurs et le comportement social des vaches étaient par contre associés à ce critère. De plus, de fortes variations entre vaches ont été relevées, suggérant que le tempérament des animaux joue un rôle important. / Improving dairy cows’ welfare is a major challenge in response to citizen concerns. The present thesis aimed to identify (i) major welfare problems, (ii) which farm characteristics are associated with the impairment of welfare and (iii) which factors are associated with the impairment of human-animal relationships. We conducted an epidemiological survey and used the Welfare Quality R protocol to assess dairy cows’ welfare. In general, prevalence of lameness was low and cows had opportunities to walk. The absence of hunger and thirst and the expression of species-specific behaviors were achieved but variable between farms. Resting comfort, skin injuries, health, social behavior, cows’ emotional state and human-animal relationships were affected and variable. Disbudding was often performed without pain relief. The main risk indicators of poor cow welfare were farm location (for thirst), breed (hunger, social behavior), housing (resting comfort and skin injuries), the interaction housing-breed (emotional state) and location-milking system (expression of species-specific behaviors). Action plans should be designed according to farm types. The quality of the human-animal relationship was not associated with farm main characteristics, but to calving conditions, farmers’ attitudes and cows’ social behavior. In addition, we observed large variations between-cows in their responses to humans, suggesting that individual behavioral traits of cows play a major role.

La graine de lin extrudée (GLE), riche en acide α-linolénique, est un aliment utilisé en élevage bovin laitier pour modifier la composition en acides gras du lait vers un profil nutritionnel favorable à la santé humaine. Cependant, l’effet de la graine de lin sur les animaux est peu documenté. L’objectif était d’évaluer les effets de l’utilisation de la GLE sur les performances animales en élevage bovin laitier, puis d’en estimer les conséquences économiques au niveau de l’exploitation bovine laitière. Une méta-analyse (21 essais expérimentaux) a permis de caractériser la variabilité des performances laitières en conditions expérimentales selon la quantité de GLE et la ration associée. Une étude épidémiologique exposé/non exposé menée dans 1204 élevages sur 194056 vaches a montré une association entre la quantité de GLE et la production laitière (+ 0.4 à +1,3 kg/j) et les taux de matières utiles (-0,03 à -0,20 g/kg de TP et -0,1 à -0,9 g/kg de TB). D’autres associations ont été mises en évidence : amélioration de la fécondité et de la guérison des infections intra-mammaires. Enfin, par simulation, nous avons montré qu’un éleveur produisant un lait de meilleure qualité nutritionnelle via l’utilisation de la GLE dans les conditions d’utilisation de terrain était récompensé par un gain de marge de son atelier laitier via des effets zootechniques positifs malgré le surcoût alimentaire engendré. / Extruded linseed (EL), rich in α-linolenic acid, is a feed used in dairy cattle nutrition in order to modify milk fatty acid profile in a way to potentially improve human health. However, effects of EL on dairy cow performance are little documented. The objective was to assess the effects of EL supplementation on animal performance, then to estimate the economic consequences at a farm level. A meta-analysis (21 experimental trials) allowed us to characterize the variability of animal responses related to the quantity of EL and the basal diet composition. A cohort study performed on 1204 herds and 194056 cows displayed an association between quantity of EL and milk yield (+ 0.4 à +1,3 kg/d), and milk contents (-0,03 to -0,20 g/kg MPC and -0,1 to -0,9 g/kg MFC). Other beneficial associations were highlighted: a decrease in number of days open and a better probability to cure of intramammary infections. Finally, we demonstrated that a farmer willing to modify the fatty acid composition of the milk to improve human health face higher feed costs but can be rewarded by better animal performance that increase profitability of the farm.

Le travail de thèse propose la construction d'un modèle de la vache laitière composé de trois modèles correspondant à des niveaux de représentation différents de la vache et présentant une fonctionnalité spécifique. Ces modèles, téléonomique, énergétique et métabolique s'agencent entre eux de façon hiérarchique. Le modèle téléonomique se situe au niveau de l'animal en tant qu'organisme vivant assurant sa survie et la pérennité de son espèce et possède une fonction de pilotage du modèle énergétique. Il s'agit d'un modèle de la dynamique des priorités d'une femelle entre fonctions physiologiques au cours de sa vie rythmée par la succession de cycles de reproduction. Ce modèle produit une trajectoire de référence et contrôle le modèle énergétique à travers deux voies traduisant l'homéorhèse et l'homéostase. Le modèle énergétique se situe au niveau du métabolisme énergétique de l'animal et possède une fonction de prédiction des performances. Il s'agit d'un modèle de la dynamique de partition de l'énergie ingérée. Ce modèle simule les performances de la vache (croissance, réserves corporelles, entretien, gestation, lactation, ingestion) au cours de sa vie et durant les cycles gestation/lactation. Le modèle métabolique se situe au niveau du métabolisme inter-organes et possède une fonction d'interprétation métabolique des flux de matière du modèle énergétique. Il s'agit d'un modèle de la dynamique des flux de métabolites conditionnés par les flux de matière du modèle énergétique au cours de la lactation. Ce modèle simule les teneurs en triglycérides du foie et des métabolites circulants dans le plasma au cours de la lactation.

L'amélioration du bien-être des vaches laitières est un réel enjeu face aux attentes sociétales. Cette thèse a pour objectifs d'identifier (i) les aspects les plus dégradés du bien-être des vaches, (ii)les indicateurs de risque et (iii) les facteurs associés à l'atteinte de la relation homme-animal. Ce projet repose sur une étude épidémiologique utilisant la méthode Welfare Quality R pour évaluer le bien-être des vaches. En général, les boiteries étaient peu fréquentes et les animaux avaient une bonne liberté de mouvement. L'absence de faim et de soif et l'expression des comportements étaient bien respectés mais variables entre élevages. Le confort de couchage, l'absence de blessures et de maladies, le comportement social, l'état émotionnel et la relation homme-animal étaient dégradés et variables. L'écornage était souvent réalisé sans antidouleurs. Les principaux indicateurs de risque pour le bien-être des vaches sont la localisation géographique (pour la soif), la race (faim,comportement social), le logement (confort de couchage, blessures), l'interaction logement-race (état émotionnel) et localisation géographique-système de traite (expression des comportements propres à l'espèce). La mise en place de plan d'actions doit donc tenir compte du type d'élevage. Aucune association entre le système d'élevage et la relation homme animal n'a été trouvée. Les conditions de vêlage, les représentations des éleveurs et le comportement social des vaches étaient par contre associés à ce critère. De plus, de fortes variations entre vaches ont été relevées, suggérant que le tempérament des animaux joue un rôle important.

Chez la vache Prim’Holstein, un QTL de fertilité a été localisé sur le chromosome 3, et deux haplotypes ont été déterminés : « Fertil+ » et « Fertil- ». Les « Fertil- » ont un plus fort taux d’échec de gestation précoce. Le 1er objectif de cette thèse était de déterminer si un dysfonctionnement des complexes ovocyte-cumulus (COC) pouvait expliquer l’échec précoce de gestation chez les « Fertil- ». L’analyse révèle un retard de maturation, une dérégulation de gènes appartenant aux voies des prostaglandines et des MAPK, et à la famille des Tribbles dans les CC ou l’ovocyte des « Fertil- ». Trois gènes composent la famille des Tribbles chez le bovin: TRIB1, TRIB2 et TRIB3, leur fonction est indéterminée dans le COC. Le 2nd objectif était de caractériser le patron d’expression des Tribbles et leur(s) fonction(s) au sein du COC bovin. Les Tribbles joueraient un rôle dans le métabolisme lipidique et l’inflammation au niveau folliculaire. Le métabolisme lipidique au sein du COC bovin étant peu caractérisé, le 3ème objectif était d’appréhender les profils des gènes du métabolisme des acides gras (AG) dans les CC au cours de la maturation. Ainsi, les CC expriment les gènes lipotytiques et lipogéniques. Enfin, la β-oxydation des AG est une fonction primordiale pour la maturation ovocytaire. / In Prim’Holstein cow, a fertility QTL was localized on chromosome 3 and two haplotypes were determined: « Fertil+ » and « Fertil- ». « Fertil- » have a higher early pregnancy failure rate. The 1st objective of the thesis was to define if complex oocyte-cumulus COC dysfunction could explain the early pregnancy failure in « Fertil- ». Analysis highlighted a maturation delay, a dysregulation of genes involved in prostaglandin and MAPK pathway along with one member of the Tribbles family in « Fertil- » CC or oocyte. In bovine, the Tribbles family is composed of three genes: TRIB1, TRIB2 and TRIB3, their function is unknown within the COC. The 2nd objective was to characterize the Tribbles expression pattern and their function in the bovine COC. The tribbles might play a role in lipid metabolism and in inflammation at the follicular level. Lipid metabolism within bovine COC is poorly understood, thus the third objective was to apprehend fatty acid (FA) genes pattern in CC during maturation. Thus, CC express lipolytic and lipogenic genes. Lastly, FA β oxidation is found to be important for oocyte maturation.

Le lait est produit par les cellules épithéliales mammaires (CEM). La quantité de lait produit est déterminée par le nombre de CEM et leur activité métabolique. Le nombre de CEM dépend de l’équilibre entre la prolifération cellulaire et l’apoptose. Le processus d’exfoliation, défini comme le décrochage des CEM de l’épithélium mammaire et leur évacuation dans le lait, a été proposé comme participant aussi à la régulation du nombre de CEM. Les objectifs de cette thèse étaient d’identifier les mécanismes biologiques impliqués dans la régulation de ce processus et d’étudier son rôle dans la régulation du nombre de CEM et son influence sur la production laitière. Nos résultats montrent qu’une partie des CEM est exfoliée entre deux traites consécutives.Cependant, la majorité des CEM sont exfoliées au moment de la traite suite à la contraction des cellules myoépithéliales et à la perte d’intégrité de l’épithélium induites par la décharge d’ocytocine. Le cortisol, au contraire, participerait à la restauration de l’intégrité de l’épithélium mammaire après la fin de la traite et limiterait l’exfoliation. Nous avons montré que les variations du taux d’exfoliation étaient opposées aux variations de production laitière dans le cas d’une restriction alimentaire et après la fin d’un traitement à l’hormone de croissance mais pas dans le cas d’un changement de fourrage, de l’inhibition de la prolactine et pendant un traitement à l’hormone de croissance. Le processus d’exfoliation des CEM participe donc à la régulation de la production laitière mais pas de façon systématique. / Milk is synthesized by mammary epithelial cells (MEC). Milk yield is determined by the number of MEC in the mammary gland and the metabolic activity of these cells. It is well known that MEC number depends on the balance between cell proliferation and apoptosis. The MEC exfoliation process, defined as the shedding of MEC from the mammary epithelium into milk, is another process that might participate in the regulation of MEC number in the udder and thus in milk yield variations. The aims of this thesis were to identify the mechanisms that regulate the exfoliation process and to study the potential role of this process in regulating the number of MEC and milk yield.Our results showed that some MEC are exfoliated between milkings. Most of the MEC are, however, exfoliated during milking as a consequence of the myoepithelial cell contraction and the disruption of mammary epithelium integrity, both of which are caused by milking-induced oxytocin release. Cortisol may play a role in limiting MEC exfoliation by restoring mammary epithelium integrity after milking. We showed that the exfoliation process participates in regulating milk yield during feed restriction and after a treatment with bovine growth hormone but did not participate in regulating milk yield when forage in the ration was changed, when prolactin secretion was inhibited, or during a treatment with bovine growth hormone. These results suggest that the MEC exfoliation process likely participates in regulating milk yield but not systematically.

La thèse avait pour objectif de caractériser l’adaptabilité de la glande mammaire, organe support de la fonction de lactation, afin de contribuer à l’étude de la robustesse des vaches laitières et à l’identification de vaches adaptables. L’approche utilisée pour caractériser l’adaptabilité de la glande mammaire consistait à décrire les réponses inter-individuelles de production laitière lors d’une perturbation, puis à identifier des critères phénotypiques et/ou génétiques modulant les caractéristiques adaptatives. Deux modalités d’allongement de l’intervalle entre traites ont été choisies pour perturber le fonctionnement de la glande mammaire : un intervalle de traite unique de 24h (24h-MI) et 3 semaines de monotraite (ODM). Les 2 composantes de l’adaptabilité, à savoir la résistance et la résilience, ont été respectivement estimées par les pertes de lait lors de l’allongement de l’intervalle entre traites et par le taux de récupération au retour à 2 traites par jour,Quatre profils de réponse, définis par leur association des modalités de résistance et de résilience, ont été mis en évidence, dont 3 étaient communs aux 2 perturbations (24h-MI et ODM). Ces profils étaient caractérisés par la compliance de la glande mammaire (c’est-à-dire son aptitude à se distendre) et par son état inflammatoire. Les réponses de production laitière seraient des caractères héritables (h2= 0.32 pour les pertes de lait en kg/j et 0.63 pour la récupération de lait (kg/d), respectivement) ouvrant des perspectives de sélection des vaches sur ces caractères adaptatifs. Les zones du génome influant / This study aimed to enhance knowledge on dairy cows robustness and to enable the identification of adaptable cows through the characterization of the adaptability of the mammary gland, the organ responsible for lactation. The methodology used to characterize the adaptability of the mammary gland consisted in describing inter individual variability in milk yield responses profiles to a perturbation and then identifying phenotypes and/or genotypes that modulated the adaptive characteristics. The mammary gland functioning was challenged by using two different lengthening of milking interval as a perturbation on dairy cows usually milked twice-daily (TDM): a single extended milking interval of 24h (24h-MI) and a 3-wk once-daily milking (ODM). For each of them, the two components of adaptability, resistance and resilience, were estimated by milk yield loss in % when switching cows to 24h-MI or ODM and milk recovery:loss ratio when switching cows back to TDM.Four individual responses profiles, defined by the association of specific resistance and resilience modalities, were found with 3 being common between 24h-MI and ODM. These profiles were characterized by udder compliance (= ability to distend) and mammary inflammation. Milk yield responses were also found to be heritable (h2= 0.32 for milk yield losses and 0.63 for milk yield recovery (kg/d), respectively), so that it could be possible to select animals on these adaptability traits. The genomic regions related to these responses were partly different from regions controlling milk production traits during TDM, so that adapt

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La race bovine Tarentaise, originaire des Alpes françaises, est une race mixte rustique de nouveau présente en Tunisie depuis les années 1990. Cette thèse avait pour objectif d’étudier l’adaptation de cette race au stress thermique, dans les conditions climatiques estivales du pays.Un premier dispositif devait permettre de quantifier l’effet du stress thermique sur les performances de production laitière (PL) de la race, en comparaison avec la race Holstein (à partir d’une base de données de 16 400 contrôles laitiers individuels issus de 21 exploitations du nord de la Tunisie) et de définir des relations entre la baisse de la PL estivale et certaines caractéristiques des bâtiments d’élevage (à partir d’une enquête menée dans 19 des 21 exploitations). Lorsque l’index température-humidité (THI) est passé d’une valeur moyenne de 53,7 l’hiver à 75,4 l’été, la PL des vaches Holstein et Tarentaise ont baissé respectivement de 0,93 et 0,15 kg/j. Les taux butyreux, protéique et d’urée dans le lait ont chuté de manière identique pour les deux races, alors que le comptage des cellules somatiques a augmenté pour les vaches Holstein (+352 000 /mL) et légèrement baissé pour les Tarentaise (-160 000 /mL). L’enquête a montré que les bâtiments fermés et les toitures métalliques amplifient l’impact du stress thermique et induisent une baisse de PL plus prononcée que les bâtiments ouverts (-1,13 vs -0,27 kg/j) et les autres types de toitures (-1,04 vs -0,15 kg/j).Un second dispositif expérimental, mis en place en ferme, devait permettre de quantifier les effets du stress thermique estival sur certains paramètres physiologiques des vaches Tarentaise, ainsi que la variation de PL quand ce stress est associé à une amélioration nutritionnelle de la ration estivale. Lorsque le THI est passé de 52,9 l’hiver à 77,4 l’été, comme attendu, les fréquences respiratoire et cardiaque, la température rectale et la teneur en cortisol du lait des vaches ont été plus élevées, mais avec une amplitude moins forte que lors d’essais réalisés avec des vaches Holstein. Par contre, la formule sanguine leucocytaire n’a pas été modifiée. Parallèlement, la distribution d’une ration estivale plus concentrée en énergie et protéines a permis de maintenir le niveau d’ingestion des vaches, un bilan énergétique toujours positif et même d’augmenter leur PL de 7,1 kg/j par rapport à la période hivernale.Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que la race Tarentaise s’avère être bien adaptée aux conditions climatiques estivales de la Tunisie. De plus, il est possible de pallier les effets négatifs du stress thermique sur les performances de production laitière par une ration estivale mieux équilibrée et par une meilleure conception des bâtiments d’élevage. / In Tunisia, the Tarentaise cow, a dual-purpose rustic breed was imported from the northern region of the French Alps. The aim of this PhD work was to study the adaptation of Tarentaise breed to heat stress, in particular during summer climatic conditions of Tunisia.To achieve our goals, two different studies were conducted. The first study was carried out to quantify the effect of heat stress on milk yield and components of Tarentaise in comparison to Holstein cows (by means of a data base of 16,400 monthly individual records of production traits from 21 farms situated in the North of Tunisia), and then to describe the relationship between the variations of milk yield during summer and some characteristics of the barns (by means of a survey carried out on 19 of the 21 previous farms). When the temperature-humidity index (THI) increased from an average value of 53.7 in winter to 75.4 in summer, the Holstein and Tarentaise cows decreased their milk yield by 0.93 and 0.15 kg/d, respectively. Milk fat, protein, and urea contents decreased similarly in both breeds, while somatic cell count increased for Holstein (+352,000/mL) and decreased for Tarentaise cows (−160,000/mL). The survey showed that closed buildings amplified the impact of heat stress and led to a more pronounced decrease in milk yield between summer and winter than open buildings (−1.13 vs. −0.27 kg/d), as well as metallic roofs compared to the other roof types (−1.04 vs. −0.15 kg/d).The second study was implemented in a commercial farm to quantify the effects of summer heat stress on some physiological parameters of Tarentaise cows. At the same time, we studied changes in milk production when we provided to the cows a more balanced diet during heat stress conditions. As expected, when the THI increased on average from 52.9 during winter to 77.4 during summer, cows had higher respiratory rate, heart rate, rectal temperature, and milk cortisol content. Nevertheless, the range of variation was lower compared to Holstein cows from other studies. However, in our trial, the blood leucocytes count was not modified during summer. Simultaneously, during summer, the cows maintained their dry matter intake, were still in positive energy balance and increased their milk yield by 7.1 kg/d compared to winter, in response to a more concentrated energy and protein diet.Our results suggest that Tarentaise cows are well adapted to the Mediterranean climate of Tunisia. In addition, it is possible to alleviate the negative effects of heat stress with a more balanced diet during summer and a better design of barns for an adequate microenvironment.

La recherche sur la fonction de lactation est indispensable pour la filière laitière. La glande mammaire est un organe composé de cellules épithéliales, de cellules myoépithéliales, de fibroblastes, d’adipocytes et de cellules endothéliales. L’identification et l’évolution en dynamique des populations cellulaires dans la glande mammaire bovine au cours la lactation reste encore à ce jour méconnues. Les objectifs de cette thèse ont été 1) l’obtention d’un panel des biomarqueurs pour identifier les différentes cellules dans la glande mammaire bovine et 2) le suivi de leur évolution au cours d’un cycle de lactation. Les biomarqueurs de surface (CD49f, EpCAM, CD24 et CD10) ont permis de phénotyper deux lignées mammaires bovines. Nous avons également utilisé ces biomarqueurs pour phénotyper les cellules dans la glande mammaire bovine au cours d’un cycle de lactation.Dans cet objectif, des biopsies ont été prélevées sur 5 vaches laitières primipares à quatre étapes durant la lactation. Après la digestion des biopsies, les cellules obtenues ont été marquées et phénotypées par cytométrie en flux. L’analyse des résultats montre des corrélations positives entre les populations cellulaires CD49f+ et CD49f+/CD24- avec la production laitière. Nous avons mis en évidence une population cellulaire CD49f-/EpCAM- qui augmente au cours de la lactation. Ces résultats suggèrent qu’à partir de l’utilisation de biomarqueurs il est possible d’identifier et phénotyper l’évolution de différentes cellules pendant la lactation dans la glande mammaire bovine. / Research of lactation function of the bovine mammary gland remains essential in dairy farming. The mammary gland is an organ composed of epithelial cells, myoepithelial cells, fibroblasts, adipose cells and endothelial cells. The identification and evolution of cell populations in the bovine mammary gland during lactation is currently unknown. The objectives of this thesis were 1) to obtain a panel of biomarkers capable of identifying different cells within the mammary gland 2) to follow the evolution of these cells throughout a lactation cycle. The cell surface biomarkers (CD49f, CD24, CD10 and EpCAM) allowed us to phenotype two bovine mammary cell lines. We also used these cell biomarkers to phenotype cell populations during lactation.For this objective mammary gland explants were obtained by biopsies taken on 5 primiparous lactating cows at four different times during lactation. After the biopsies were digested, the cells obtained were phenotyped by flow cytometry. Analysis of the results revealed a positive correlation between the CD49f+ and CD49f+/CD24- cell populations and milk yield. We also found evidence that one cell population (CD49f-EpCAM-) was increased during lactation. In general these results suggest that biomarker expression can be utilized to identify the phenotype and the evolution of different cell types during lactation in the bovine mammary gland.