Le sorgho et le millet perlé sucrés comme substituts potentiels au maïs fourrager au Canada

Le sorgho et le millet perlé sucrés comme substituts

potentiels au maïs fourrager au Canada

Mémoire

Hugo Alix

Maîtrise en biologie végétale - avec mémoire

Maître ès sciences (M. Sc.)

LE SORGHO ET LE MILLET PERLÉ SUCRÉS

COMME SUBSTITUTS POTENTIELS AU MAÏS

FOURRAGER AU CANADA

Mémoire

Hugo Alix

Sous la direction de :

Anne Vanasse, directrice de recherche

Gaëtan Tremblay, codirecteur de recherche

Résumé

Le sorgho sucré (Sorghum bicolor (L.) Moench) et le millet perlé sucré (Pennisetum glaucum (L.) R.BR.) sont deux graminées résistantes à la sécheresse pouvant servir à la fabrication d’éthanol. Leur potentiel en alimentation animale n’a été observé qu’à travers le sous-produit des industries de l’éthanol : la bagasse. L’objectif de l’étude était de déterminer si le sorgho et le millet perlé sucrés représentent des substituts viables au maïs fourrager quant au rendement, à la valeur nutritive et à l’ensilabilité, en production laitière au Canada. Deux hybrides de sorgho sucré BMR (plus digestible), un de millet perlé sucré et un de maïs fourrager ont été comparés dans cinq écozones canadiennes durant deux années consécutives. Au stade phénologique recommandé pour récolter le maïs fourrager, les sorghos et millet perlé sucrés avaient des rendements similaires au maïs dans trois écozones. En moyenne pour les cinq écozones, la teneur en matière sèche du millet perlé sucré (290 g kg-1_{) était supérieure} à celle des sorghos sucrés (250 g kg-1_{) alors que celle du maïs était en moyenne de 330 g kg}-1_. La digestibilité in vitro des fibres insolubles au détergent neutre (NDFd) des sorghos sucrés (710 g kg-1 _{NDF) était supérieure au maïs (590 g kg}-1 _{NDF) alors que leur teneur en unités} nutritives totales (UNT) (530 g kg-1 _{MS) se rapprochait de celle du maïs (550 g kg}-1 _{MS). Le} millet perlé sucré présentait une NDFd et une teneur en UNT inférieures au maïs fourrager pour l’ensemble des écozones. Le processus de fermentation du fourrage en ensilage a été complété avec succès pour l’ensemble des hybrides après 90 jours en mini-silos. Les hybrides de sorgho sucrés testés représentent donc des substituts viables au maïs fourrager, à condition d’obtenir une teneur en matière sèche à la récolte d’au moins 300 g kg-1_.

Abstract

Sweet sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) and sweet pearl millet (Pennisetum glaucum (L.) R. BR.) are two drought-resistant annual grasses that are suitable for ethanol production. However, their potential for animals feeding was only observed through the by-product of ethanol industries: the bagasse. The objective of this study was to determine if sweet sorghum and sweet pearl millet are sustainable alternatives to corn forage in terms of yield, nutritive value, and ensilability in the Canadian dairy context. Two sweet sorghum hybrids BMR, one sweet pearl millet hybrid, and one forage corn hybrid were compared for two years in five Canadian ecozones. Overall, at the recommended forage corn’s harvesting stage, sweet sorghum and sweet pearl millet had equivalent yields than forage corn in three ecozones. In the five ecozones, the average dry matter (DM) of sweet pearl millet (290 g kg-1_{) was higher} than sweet sorghum hybrids (250 g kg-1_{) and lower than corn (330 g kg}-1_{). The in vitro} digestibility of neutral detergent fibre (NDFd) was higher for sweet sorghum (710 g kg-1 _{NDF) than forage corn (590 g kg}-1 _{NDF), while total digestible nutrient (TDN)} concentration was similar for sweet sorghum (530 g kg-1 _{DM) and forage corn} (550 g kg-1 _{DM). Across all ecozones, sweet pearl millet had lower TDN concentration and} lower NDFd than forage corn. The fermentation process of forage to silage was successfully completed for all hybrids after 90 days in mini laboratory-silos. Sweet sorghum hybrids would represent viable substitutes to forage corn, as long as their DM concentration reaches at least 300 g kg-1 _{at harvest.}

Table des matières

Résumé ... iii

Abstract ... iv

Table des matières ... v

Liste des tableaux ... vii

Liste des figures ... viii

Liste des annexes ... ix

Remerciements ... xii

Avant-propos ... xiii

1. Introduction ... 1

2. Revue bibliographique ... 3

2.1. Description des espèces ... 3

2.1.1. Maïs fourrager (Zea mays L.) ... 3

2.1.2. Millet perlé sucré (Pennisetum glaucum (L.) R.BR.) ... 4

2.1.3. Sorgho sucré (Sorghum bicolor (L.) Moench) ... 6

2.1.4. Hybrides, cultivars et rendements ... 7

2.2. Caractéristiques d’intérêt pour le sorgho et le millet perlé sucrés ... 9

2.2.1. Valorisation de l’eau ... 9

2.2.2. Valorisation de l’azote ... 11

2.3. Qualité et valeur nutritive du maïs fourrager, du sorgho et du millet perlé sucrés 12 2.3.1. Critères de qualité d’un ensilage ... 12

2.3.2. Maïs fourrager ... 14

2.3.3. Sorgho fourrager et sucré ... 15

2.3.4. Millet perlé fourrager et sucré ... 20

2.4. Conclusion ... 23

3. Hypothèse et objectifs ... 24

4. Rendement en biomasse aérienne et valeur nutritive du sorgho sucré et du millet perlé sucré dans cinq écozones canadiennes ... 25

RÉSUMÉ ... 25

INTRODUCTION ... 26

MATÉRIEL ET MÉTHODES ... 28

Description des sites et des traitements ... 28

Collecte de données et analyses en laboratoire ... 30

Analyses statistiques ... 34 RÉSULTATS ET DISCUSSION ... 35 CONCLUSION ... 44 REMERCIEMENTS ... 45 RÉFÉRENCES ... 46 5. Discussion générale ... 59 5.1. Potentiel agronomique ... 59 5.2. Potentiel nutritif ... 62 6. Conclusion ... 65 7. Références bibliographiques... 67 Annexes ... 76

Liste des tableaux

Tableau 1. Valeur nutritives moyennes d’analyses de maïs fourrager récolté à différents

stades. ... 14

Tableau 2. Résultats d’analyses chimiques d'ensilage de sorgho fourrager récolté à trois

stades de développement différents et entreposé pendant 105 jours de fermentation. ... 16

Tableau 3. Effets du stade de développement à la récolte sur la valeur nutritive moyenne de

quatre cultivars de sorgho fourrager. ... 17

Tableau 4. Comparaison de la composition d'un ensilage de sorgho sucré et d’un ensilage de

maïs. ... 19

Tableau 5. Composition chimique d'un ensilage de millet perlé fourrager récolté à l’épiaison

et d'un ensilage de maïs récolté à une teneur en MS de 350 g kg-1_{. ... 20}

Tableau 6. Composition d’ensilages de millet perlé et sorgho fourragers, récoltés à un stade

végétatif avancé, et après 45 jours de fermentation... 22

Tableau 7. Caractéristiques des sols, dates de semis et de récolte aux cinq sites et pour les

deux années de culture. ... 50

Tableau 8. Données climatiques, du semis à la récolte, aux cinq sites et pour les deux années

de culture. ... 51

Tableau 9. Statistiques de calibration et de validation des équations de prédiction

développées par spectroscopie dans le visible et le proche infrarouge pour chaque attribut de valeur nutritive mesuré dans les échantillons de fourrage de maïs, de sorgho sucré et de millet perlé sucré cultivés à cinq sites canadiens lors de deux années d'expérience. ... 52

Tableau 10. Analyse de variance avec les probabilités (valeurs de P) des effets fixes et de

leur interaction pour le rendement fourrager et les teneurs en matière sèche (MS), fibres insolubles au détergent acide (ADF) et fibres insolubles au détergent neutre (NDF), de même que pour la digestibilité in vitro de la matière sèche (DIVMS) et la digestibilité in vitro des fibres NDF (NDFd) pour le maïs fourrager, les sorgho sucrés BMR1 et BMR2, et le millet perlé sucré cultivés à cinq sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1_{, et ce, pendant deux années consécutives (2015 et 2016). ... 53}

Tableau 11. Analyse de variance avec les probabilités (valeurs de P) des effets fixes et de

leur interaction pour les teneurs en azote total (N), glucides solubles (GS), amidon, de même que pour la production estimée de lait par tonne de fourrage (Lait 1), la production estimée de lait par hectare de culture fourragère (Lait 2) et la teneur en unités nutritives totales (UNT) pour le maïs fourrager, les sorghos sucrés BMR1 BMR2 , et le millet perlé sucré cultivés à cinq sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en matière sèche de 350 g kg-1_{, et ce, pendant deux années consécutives (2015 et 2016). ... 53}

Tableau 12. Décomposition des degrés de liberté (d.l.) de l’ANOVA pour l’analyse des

fourrages avant fermentation. ... 53

Tableau 13. Teneur en acide lactique (ACL), acétique (ACA), propionique (ACP), butyrique

(ACB) et pH après 90 jours de fermentation pour le maïs fourrager, les sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et le millet perlé sucré (MPS) cultivés à deux sites au Canada (St-Augustin et Ste-Anne) et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en matière sèche de 350 g kg-1 _{en 2016.} ... 54

Tableau 14. Digestibilité in vitro de la matière sèche (DIVMS), digestibilité in vitro de la

fibre NDF (NDFd), et teneur unités nutritives totales (UNT) avant et après 90 jours de fermentation pour le maïs fourrager, les sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et le millet perlé sucré (MPS) cultivés à deux sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en matière sèche de 350 g kg-1 _{en 2016. ... 55}

Tableau 15. Décomposition des degrés de liberté (d.l.) de l’ANOVA pour l’analyse des

fourrages après fermentation. ... 55

Liste des figures

Figure 1. (A) Rendement, teneurs en (B) matière sèche (MS), (C) fibres insolubles au

détergent acide (ADF) et (D) fibres insolubles au détergent neutre (NDF), de même que (E) digestibilité in vitro de la matière sèche (DIVMS) et (F) digestibilité in vitro de la fibre NDF (NDFd) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et du millet perlé sucré cultivés à cinq sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1_{, et ce, pendant deux années consécutives (moyenne de 2015 et 2016). À un site} donné, les valeurs suivies de la même lettre ne sont pas significativement différentes à P ≤ 0,05. ... 56

Figure 2. Teneurs en (A) azote total (N), (B) glucides solubles (GS), (C) amidon et (D) unités

nutritives totales (UNT) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré cultivés à cinq sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en matière sèche de 350 g kg-1_{, et ce, pendant deux années consécutives (moyenne de 2015 et} 2016). À un site donné, les valeurs ayant la même lettre ne sont pas significativement différentes à P ≤ 0,05. ... 57

Figure 3. Production de lait estimée par tonne de matière sèche (MS) de fourrage en fonction

de la production de lait estimée par hectare pour le maïs fourrager, les sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et le millet perlé sucré cultivés à cinq sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1_{, et ce, pendant deux années consécutives (moyenne} de 2015 et 2016). Les lignes pointillées représentent les moyennes communes pour toutes les espèces à tous les sites. ... 58

Figure 4. Production de lait par tonne de matière sèche (MS) de fourrage ensilé en fonction

BMR2, et le millet perlé sucré cultivés à deux sites au Canada et récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1 _{(2016), puis mis en mini-silos pendant 90 jours de} fermentation. Les lignes pointillées représentent les moyennes communes pour toutes les espèces à tous les sites. ... 58

Liste des annexes

Tableau A1. Rendement et teneurs en matière sèche (MS) et en fibres insolubles au détergent

acide (ADF) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1 _{à cinq sites} au Canada (2015 et 2016) ... 76

Tableau A2. Teneur en fibres insolubles au détergent neutre (NDF), digestibilité in vitro de

la matière sèche (DIVMS) et de la fibre NDF (NDFd) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1 _{à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 77}

Tableau A3. Teneurs en azote total (N), glucides solubles (GS) et amidon du fourrage de

maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1 _{à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 78}

Tableau A4. Production de lait par tonne de fourrage (Lait 1), production de lait par hectare

de culture fourragère (Lait 2) et teneur en unités nutritives totales (UNT) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés lorsque le maïs atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1 _{à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 79}

Tableau A5. Rendement et teneurs en matière sèche (MS) et en fibres insolubles au détergent

acide (ADF) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés à la mi-août à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 80

Tableau A6. Teneur en fibres insolubles au détergent neutre (NDF), digestibilité in vitro de

la matière sèche (DIVMS) et de la fibre NDF (NDFd) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés à la mi-août à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 81

Tableau A7. Teneurs en azote total (N), glucides solubles (GS) et amidon du fourrage de

maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2 , et de millet perlé sucré (MPS) récoltés à la mi-août à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 82

Tableau A8. Production de lait par tonne de fourrage (Lait 1), production de lait par hectare

de culture fourragère (Lait 2) et teneur en unités nutritives totales (UNT) du fourrage de maïs, des sorghos sucrés BMR1 et BMR2 , et de millet perlé sucré (MPS) récoltés à la mi-août à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 83

Tableau A9. Rendement et teneurs en matière sèche (MS) du fourrage de maïs, des sorghos

sucrés BMR1 et BMR2, et de millet perlé sucré (MPS) récoltés au stade 5-6 feuilles à cinq sites au Canada (2015 et 2016) ... 84

Tableau A10. Stades physiologiques et nombre de degrés-jours (DJ) (base 0°C) à cinq

périodes de récolte du maïs fourrager (MF), des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et du millet perlé sucré (MPS) à cinq sites au Canada en 2015 ... 85

Tableau A11. Stades physiologiques et nombre de degrés-jours (DJ) (base 0°C) à cinq

périodes de récolte du maïs fourrager (MF), des sorghos sucrés BMR1 et BMR2, et du millet perlé sucré (MPS) à cinq sites au Canada en 2016 ... 86

À mes parents, à mon frère, ainsi qu’à mes grands-parents, à qui je dois tout ce que j’ai, et sans qui je ne serais pas qui je suis aujourd’hui.

Remerciements

Je tiens à remercier ma directrice, Anne Vanasse, ainsi que mon codirecteur, Gaëtan Tremblay. Grâce à vous, j’ai eu l’opportunité de travailler pendant deux ans sur un sujet qui avait attiré toute mon attention. Vous m’avez accueilli dans vos équipes de travail et m’avez donné une grande autonomie. Vous m’avez initié au monde de la recherche, à ses bons comme à ses mauvais côtés, mais toujours avec un grand sourire et de la bonne humeur. Vous êtes des correcteurs hors pair et d’une rapidité incroyable. Vous m’avez fait confiance et je vous en suis très reconnaissant.

Sur un même piédestal, je tiens à remercier : Marie-Eve Giroux pour son expertise à la mise en place de mes parcelles expérimentales ainsi que son suivi pour toutes les étapes du projet ; Francis Gagnon et Pascal Tessier pour leur dévouement, leur efficacité et leur joie de vivre contagieuse ; Geneviève Bégin et Camille Lambert-Beaudet pour leur expertise en laboratoire, leur bonne humeur, leur convivialité, et pour m’avoir épaulé tout au long de ma maîtrise ; et enfin, le meilleur pour la fin, Annie Brégard, une perle rare sans qui je ne sais pas où mes statistiques seraient à l’heure actuelle.

Un gros merci également à celles et ceux qui m’ont accordé de leur temps à un moment ou à un autre : Héloïse Henry, Stéphane Thibault, Andrée-Dominique Baillargeon, Lucie Lévesque, René Morissette, Martin Chantigny et Mario Laterrière.

Merci aux responsables de chacun des sites du projet : Keith Fuller, Shabtai Bittman, Derek Hunt, Francis Larney, Surya Acharya et Philippe Seguin.

Merci également à Agriculture et Agroalimentaire Canada qui a fiancé une grande partie du projet, en plus de contributions additionnelles des Producteurs laitiers du Canada, du Réseau laitier canadien et de la Commission canadienne du lait en vertu de l’Initiative des grappes agroscientifiques.

Enfin, une éternelle reconnaissance à ma bien-aimée, Laura, sans qui je ne serais pas où je suis en ce moment. Toujours à l’écoute, et d’un soutien infaillible, merci ma chérie d’être là, malgré mon caractère parfois digne d’un vrai bourricot !

Avant-propos

Ce mémoire regroupe six chapitres. Le chapitre 1 présente l’introduction, alors que les chapitres 2 et 3 présentent respectivement la revue de littérature et, l’hypothèse et les objectifs de l’étude. Le chapitre 4 fait état du rendement en biomasse aérienne et la valeur nutritive du sorgho sucré et du millet perlé sucré dans cinq écozones canadiennes. Ce chapitre a été écrit sous forme d’article scientifique avec l’objectif de le publier ultérieurement. Hugo Alix est l’auteur principal, alors qu’Anne Vanasse et Gaëtan Tremblay en sont les coauteurs. Le chapitre 5 est une discussion générale tandis que le chapitre 6 est une conclusion générale. Les tableaux annexes ne feront l’objet d’aucune interprétation et ne sont présents que comme source d’informations complémentaires.

Les résultats préliminaires du projet ont été présentés à plusieurs reprises :

• Alix, H., G.F. Tremblay, P. Seguin, K. Fuller, S. Bittman, F. Larney, S. Acharya, D. Hunt, M. Chantigny et A. Vanasse. 2017. Le sorgho et le millet perlé sucrés comme alternatives potentielles au maïs fourrager au Canada. Affiche présentée lors de la Journée d’information scientifique sur les bovins laitiers et les plantes fourragères. 28 février, Drummondville, QC ;

• Alix, H., A. Vanasse et G. Tremblay. 2017. Le sorgho et le millet perlé sucrés : de réelles solutions de remplacement. Chronique du CQPF (Conseil québécois des plantes fourragères) parue dans La Terre de Chez Nous, 5 juillet ;

• Alix, H., G.F. Tremblay, A. Vanasse, G.F. Tremblay, M. Chantigny, P. Seguin, K. Fuller, S. Acharya, S. Bittman, D. Hunt et F. Larney. 2017. Le sorgho et le millet perlé sucrés comme alternatives potentielles au maïs fourrager au Canada. Affiche présentée au Symposium sur les Bovins laitiers. 24 octobre, Drummondville, QC.

Ce projet a été financé en grande partie par Agriculture et Agroalimentaire Canada, en plus de contributions additionnelles des Producteurs laitiers du Canada, du Réseau laitier canadien et de la Commission canadienne du lait en vertu de l’Initiative des grappes agroscientifiques.

1. Introduction

Depuis les dernières années, les devants de la scène médiatique mondiale se sont vus accaparés par un sujet qui ne date pourtant pas d’hier : le réchauffement climatique. En effet, depuis plusieurs décennies, divers organismes et sommets sont créés dans l’objectif de trouver les causes et les solutions possibles à ce problème. Nommons par exemple la Convention cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC) fondée en 1992, ainsi que les nombreuses Conférences des parties (COP) ayant notamment menées à la création du protocole de Kyoto en 1997 (COP3) et à l’accord de Paris en 2015 (COP21) (Van-Eeckhout, 2017). Malgré les conséquences d’ordre mondial des changements climatiques sur un grand nombre de secteurs économiques, le plus affecté d’entre eux est sans nul doute celui de l’agriculture. Les productions agricoles actuellement adaptées à chaque région sont sujettes à évoluer, notamment à cause de variations climatiques extrêmes (hausse prévisionnelle des températures et modification du patron annuel de distribution des précipitations).

Dans l’intérêt de la population mondiale, et afin de répondre à la demande des industries, il apparait primordial de ne pas négliger les avancées technologiques dans le monde agricole et de maximiser les technologies déjà existantes. Par exemple, le maïs (Zea mays L.) est une culture d’intérêt mondial puisqu’elle est utilisée dans beaucoup de domaines (p. ex. : alimentation du bétail, production de bioénergies, constituant dans la fabrication d’aliments ou d’autres produits non alimentaires). Cette culture est particulièrement prisée des producteurs laitiers pour ses rendements satisfaisants ainsi que sa capacité à être ensilée et à fournir de l’énergie dans les rations alimentaires des ruminants. En revanche, malgré que beaucoup d’industriels développent de nouveaux hybrides par sélection génétique, le maïs reste une plante connue pour ses grands besoins en eau et en azote (Di Paolo et Rinaldi, 2008; Farré et Faci, 2006; Mustek et Dusek, 1984). Dans le contexte environnemental actuel, il serait intéressant de pouvoir trouver un substitut à cette production qui aurait des caractéristiques agronomiques et nutritives comparables afin d’essayer de la remplacer en alimentation animale.

Le sorgho sucré (Sorghum bicolor (L.) Moench), et moindrement le millet perlé sucré (Pennisetum glaucum (L.) R.BR.), sont deux espèces populaires dans certaines parties du monde pour leur potentiel énergétique dans la filière éthanol grâce à leur teneur élevée en sucres solubles. Il existe également des types de sorgho et millet perlé dits « fourragers », qui sont déjà connus et utilisés en alimentation animale. On pourrait alors penser que les hybrides contenant plus de sucre apporteraient une valeur ajoutée, comme une concentration en énergie plus élevée, qui serait bénéfique pour la production laitière.

Avec les pressions économiques, environnementales, politiques et sociétales d’aujourd’hui, il existe peu de solutions de remplacement viables (rendements et valeurs nutritives similaires pour un même environnement et sur une même superficie) au maïs fourrager pour les producteurs laitiers, alors que le mouvement populaire actuel prône la diversité des rotations culturales. Le sorgho et le millet perlé sucrés pourraient donc peut-être répondre à ce besoin, comme cela est déjà le cas pour le sorgho et le millet perlé fourragers.

En alimentation animale, la littérature actuelle fait principalement état des types « fourragers », ou encore des résidus de pressage (bagasse) des types « sucrés » obtenus lors du processus de transformation en éthanol. Il existe peu de données sur l’utilisation en plante entière du sorgho et millet perlé sucrés. La présente étude a donc pour objectif de déterminer si le sorgho et millet perlé sucrés représentent des substituts viables au maïs fourrager dans le contexte actuel de production laitière canadienne.

2. Revue bibliographique 2.1. Description des espèces

2.1.1. Maïs fourrager (Zea mays L.)

Le maïs est une espèce native des Amériques qui fut très populaire chez les Amérindiens pour leur alimentation (Kupzow, 1967). Christophe Colomb ramena cette espèce en Europe au 16-17e _{siècle où elle commença à être cultivée, puis exportée vers l’Afrique et l’Asie (De} Candolle, 1882). Ce n’est qu’après la Seconde Guerre mondiale que sa production s’est envolée, passant de 16 millions de tonnes en 1950 à plus de 80 millions de tonnes en 1980, pour atteindre une production mondiale de 1 047 millions de tonnes en 2014 (FAOSTAT, 2014; Hamel et Dorff, 2015). Plante inconditionnelle dans de nombreux secteurs, et entrant dans la composition d’une vaste quantité de produits de notre quotidien (directement et indirectement), le maïs occupe aujourd’hui la 1re _{place dans la production céréalière mondiale} (FAOSTAT, 2016).

Cette première place mondiale est globalement due à quatre principaux facteurs. Le premier est que le maïs possède un métabolisme de type C4 qui lui confère la capacité de produire plus de matière sèche par unité d’eau transpirée que des plantes ayant un métabolisme de type C3 (p. ex. la plupart des céréales). Grâce à ce métabolisme, le maïs a pu être implanté dans la plupart des régions chaudes du monde. Le deuxième est qu’il peut également être cultivé dans des environnements très variés (sols sableux, argileux, acides, basiques) (Olson et Sander, 1988; Shaw, 1988). Le troisième facteur est sa capacité à produire de bons rendements, tant en fourrage qu’en grains. Le maïs est la plante du règne végétal qui a su profiter le plus de la recherche scientifique (Crow, 1998; Mejía, 2003; Ort et Long, 2014) axée essentiellement sur l’amélioration des rendements, de la précocité et de la résistance à la verse. Enfin, le quatrième facteur est sa teneur élevée en amidon, composé essentiel à la fabrication de nombreux produits de l’industrie (GNIS, 2017).

En alimentation animale, le maïs représente un pilier majeur grâce à l’existence d’hybrides adaptés à une multitude de zones climatiques, aux rendements élevés en biomasse aérienne, ou encore à la valeur hautement énergétique du fourrage (Paliwal, 2002). Aujourd’hui, cette culture est très bien implantée dans les mœurs des agriculteurs. Cependant, la

conscientisation sur l’utilité des rotations culturales afin de lutter contre les maladies, les résistances aux pesticides, ou encore la dégradation des sols (Clay, 2013; Triberti et al., 2016) amène les agriculteurs à cultiver d’autres espèces tout en s’assurant de produire suffisamment de fourrage pour alimenter leurs élevages. De plus, dans le contexte actuel de changements climatiques, le maïs ne fait pas forcément bonne impression avec ses exigences élevées en fertilisation et en eau (Di Paolo et Rinaldi, 2008; Mustek et Dusek, 1984). Il apparait donc nécessaire de chercher à identifier des espèces alternatives au maïs, pouvant le remplacer tant en termes de quantité que de qualité.

2.1.2. Millet perlé sucré (Pennisetum glaucum (L.) R.BR.)

Le millet est une culture de grande importance alimentaire et économique dans beaucoup de pays en développement (Bora, 2013). Il est d’ailleurs originaire des continents africain et asiatique, et plus particulièrement de l’est du Sahel africain et du Rajasthan, au nord-est de l’Inde (Andrews et Kumar, 1992), où l’on retrouve des conditions climatiques semi-arides pour lesquelles il est très bien adapté. Le millet est connu pour sa résistance à la sécheresse, à la chaleur, de même qu’aux sols acides et pauvres en matière organique (Andrews et Kumar, 1992; Bidinger et Hash, 2004). Le terme « millet » fait référence à plusieurs genres apparentés caractérisés par la petitesse de leurs graines, leur cycle de production annuel et leur appartenance à la famille des graminées (Kajuna, 2001; Suma Pushparaj, 2012). Les principaux genres apparentés cultivés sont l’éleusine (Eleusine coracana (L.) Gaertn.), le millet commun (Panicum miliaceum L.), la sétaire d’Italie (Setaria italica (L.) P. Beauv.), ou encore l’espèce étudiée dans le présent mémoire, le millet perlé (ou mil à chandelle) (Pennisetum glaucum (L.) R.BR.) (Léder, 2004), qui est l’espèce de millet la plus cultivée (Kajuna, 2001). Le millet est majoritairement produit en Asie et en Afrique (FAO, 1996), où il représente respectivement 47,7 % et 48,0 % de la production mondiale annuelle de millet qui est de 28,8 millions de tonnes de grains. Entre 1993 et 2013, l’Inde se classait comme le premier pays producteur avec une production moyenne annuelle d’environ 10,6 millions de tonnes de grains (FAOSTAT, 2014). Selon la FAO, le millet n’arrive qu’en 46e _{place dans le} classement des 50 plus grandes productions agricoles mondiales en 2013 (FAOSTAT, 2016), loin derrière la canne à sucre (1 898 millions de tonnes MS), le maïs (1 047 millions de

tonnes de MS), le riz (738 millions de tonnes de MS), ou encore le blé (711 millions de tonnes de MS). Toutefois, le millet perlé demeure la sixième céréale la plus cultivée au monde sur une base de masse produite (Bidinger et Hash, 2004). Il s’agit donc d’une culture dont la quantité produite ne tend pas à augmenter depuis 1993 (+ 0,30 % par an) contrairement au soya (+ 4,24 % par an), au maïs (+ 3,16 % par an), ou encore à la canne à sucre (+ 2,79 % par an) (FAOSTAT, 2014). Malgré cette production marginale, le millet demeure tout de même une céréale importante, surtout d’un point de vue alimentaire. Faisant aujourd’hui encore partie du régime alimentaire de base de certains pays d’Afrique et d’Asie, le millet sert en effet à la fabrication de plusieurs aliments, tels que le porridge, le pain plat (fermenté ou non), le couscous, ou encore plusieurs breuvages (fermentés ou non) (Andrews et Kumar, 1992; Suma Pushparaj, 2012).

Le millet perlé se distingue en trois catégories : le millet perlé grain, fourrager et sucré. Le millet perlé grain possède un germe composé de certains facteurs antinutritionnels (phytates et tannins) (Andrews et Kumar, 1992), mais sans ce germe, il est de valeur nutritive similaire à celle du maïs grain et peut donc facilement être intégré dans les rations alimentaires des poules pondeuses, des bovins de boucherie, des porcs et des moutons (Baurhoo et al., 2011; Café et al., 1999; Pinheiro et al., 2003).

Le millet perlé fourrager peut être utilisé en pâturage, en foin ou encore en ensilage (Andrews et Kumar, 1992; Hancock, 2017). De plus en plus apprécié par les producteurs situés dans des régions à risque élevé de sécheresse, le millet perlé fourrager a une meilleure capacité à continuer son cycle de vie et à donner un bon rendement par rapport au maïs dans ces mêmes conditions. A cela s’ajoute le fait que le millet perlé fourrager est exempt d’acide prussique (contrairement au sorgho) (Andrews et Kumar, 1992). Cependant, le phénomène de consommation de luxe de l’azote (Thivierge et al., 2015b) dont fait état le millet perlé sucré, pourrait entraîner une toxicité du fourrage en cas de surfertilisation azotée.

Le millet perlé sucré est quant à lui un type fourrager sélectionné pour sa sève plus sucrée qui peut être utilisée dans l’industrie de l’éthanol (Zhao et al., 2009). Il ne permet pas d’obtenir autant d’éthanol que le maïs grain pour une même surface, mais ses résidus peuvent en revanche être utilisés en alimentation animale (Dos Passos Bernardes et al., 2015). Au vu

de la littérature actuelle, l’utilisation de la biomasse aérienne entière du millet perlé sucré, comme fourrage, ne semble pas avoir été étudiée.

2.1.3. Sorgho sucré (Sorghum bicolor (L.) Moench)

Tout comme le millet, le sorgho est une production occupant une grande part dans l’alimentation des populations des pays en développement (FAO, 1996; Léder, 2004). D’origine tropicale, les premières traces du sorgho ont fait leur apparition en Afrique et en Asie. La production sur le continent africain est très vaste, tandis qu’en Asie, ce sont la Chine et l’Inde qui se partagent 94 % de la production du continent (FAO, 1996). Contrairement au millet, le sorgho est une plante très cultivée en Amérique du nord et du sud. De 1993 à 2013, les Amériques cumulaient 39,1 % de la production annuelle mondiale qui s’élève à 59,1 millions de tonnes de grains (FAOSTAT, 2014). L’Afrique en produit 35,9 % et l’Asie 20,7 %. Le sorgho se retrouve en 30e _{position des 50 plus grandes productions mondiales} (FAOSTAT, 2016), mais est la cinquième céréale la plus cultivée dans le monde sur une base de masse produite (Beyene et al., 2015). Depuis 1993, cependant, la production de sorgho tend à diminuer avec une baisse moyenne de 0,21 % par an (FAOSTAT, 2014). Avec les changements climatiques récents et ceux prévus, cette tendance pourrait très bien s’inverser, notamment si les pays développés se mettent à en produire dans les endroits où les conditions ne permettent pas au maïs d’atteindre son plein potentiel par exemple.

Le sorgho est une plante de métabolisme C4 et est reconnu pour sa résistance à la sécheresse et à la chaleur (Gowik et Westhoff, 2011). Cette plante possède les mêmes caractéristiques que le millet et donc les mêmes avantages.

Le sorgho peut être divisé en trois groupes : le sorgho grain, fourrager et sucré (FAO, 1996; Léder, 2004). Le sorgho grain, tout comme le millet perlé grain, fait partie intégrante de l’alimentation d’une grande part de la population des pays en développement des zones tropicales (FAO, 1996). Pouvant être transformé en farine (pain), en porridge ou encore en bouillie (House, 1987), il assure ainsi la survie d’un grand nombre d’êtres humains.

La valeur nutritive du sorgho fourrager est équivalente à celle du maïs fourrager (p. ex. : teneur en énergie métabolisable, en protéines brutes) et pourrait en être un parfait substitut

(FAO, 1996). Cependant, plusieurs évènements historiques ont favorisé le développement du maïs fourrager qui est aujourd’hui un des fourrages de référence mondiale. Le sorgho a la particularité de contenir des facteurs antinutritionnels, bien que beaucoup de variétés en sont désormais dépourvues ou très allégées (Léder, 2004). On recense notamment la présence de tannins qui inhibent l’absorption des protéines et des minéraux, et de phytates et/ou d’acide phytique qui rendent indisponibles plusieurs minéraux (p. ex. : calcium, zinc, fer et magnésium) (Léder, 2004). De l’acide cyanhydrique (prussique) peut aussi être présent en quantité toxique chez les jeunes plants jusqu’à 30 à 40 jours de croissance (45 à 60 cm de hauteur) sous conditions de grande sécheresse ou après un gel (House, 1987; Miller et Stroup, 2004; Undersander, 2003; Whittier, 2011).

Le sorgho sucré est issu d’un processus de sélection similaire à celui du millet perlé sucré ; un type fourrager a été amélioré génétiquement pour obtenir une sève plus concentrée en sucres afin de répondre aux besoins de l’industrie de l’éthanol. De plus, le sorgho sucré aurait un rendement énergétique de la plante entière plus élevé et un coût de production plus faible que le maïs (Regassa et Wortmann, 2014), tout en offrant la possibilité que les résidus (bagasse obtenue après l’extraction de la sève sucrée) soient utilisés en alimentation animale (Dos Passos Bernardes et al., 2015; Regassa et Wortmann, 2014). Comme pour le millet perlé sucré, l’utilisation de la biomasse aérienne entière à titre de fourrage ne semble pas avoir été étudiée pour le sorgho sucré.

2.1.4. Hybrides, cultivars et rendements

Dans la littérature, il est fréquent de retrouver les termes « hybrides » et « cultivars ». Le mot « cultivars » signifie « variété cultivée » (Australian Native Plants Society (Australia), 2017). Un hybride résulte d’un croisement entre deux lignées (deux variétés de la même espèce) pures. Pour profiter de la « vigueur hybride » (Gallais, 2011), beaucoup de semences sont aujourd’hui des hybrides F1, c’est-à-dire issues de la première hybridation entre deux variétés. Un hybride est un cultivar, mais un cultivar n’est pas nécessairement un hybride. La différence notable entre un hybride et un cultivar est que les caractères des hybrides ne sont pas fixés. Ainsi, si on tente de semer une récolte issue d’un hybride F1, une population très

hétérogène d’individus, exprimant l’ensemble du bagage génétique présent, sera observée (Killinger, 2014).

Alors que cela fait plusieurs décennies que l’hybridation du maïs nous permet d’avoir un catalogue très varié de semences, ce n’est que vers le milieu des années 90 que l’organisme Agriculture Environmental Renewal Canada (AERC) a commencé l’hybridation du sorgho et du millet au Canada. Cette entreprise propose maintenant plusieurs hybrides de millet perlé (Agriculture Environmental Renewal Canada, 2017a) et de sorgho (Agriculture Environmental Renewal Canada, 2017b) grain, fourrager et sucré. Bien que certaines semences soient encore importées des États-Unis ou d’Europe, le Canada commence à étoffer son catalogue de semences disponibles et adaptées aux diverses régions climatiques, notamment à certaines régions plus froides et humides comme l’Est du Canada.

De récentes études, au Québec notamment, ont permis d’obtenir des données de rendement pour le millet perlé sucré et le sorgho sucré. Le climat québécois permettrait au millet perlé sucré (Bouchard et al., 2011; Dos Passos Bernardes et al., 2014; Leblanc et al., 2012) et au sorgho sucré (Dos Passos Bernardes et al., 2014; Thivierge et al., 2015a) d’atteindre des rendements fourragers entre 11 et 19 Mg MS ha-1_{. Ces variations de rendements peuvent} notamment être expliquées par une réponse variable des espèces aux différents climats des régions où les résultats ont été obtenus (plus chaud à Sainte-Anne-de-Bellevue et plus frais à Saint-Augustin-de-Desmaures), ainsi que par une variation interannuelle.

Force est de constater que le maïs reste très bien implanté, malgré que les rendements du maïs fourrager au Canada ne soient pas si différents de ceux du sorgho et du millet perlé sucrés. En effet, selon Statistique Canada (2016), les rendements de maïs fourrager varient de 12,5 Mg MS ha-1_{, dans les provinces maritimes, à 19,5 Mg MS ha}-1_{, en Ontario, Alberta,} et Colombie-Britannique, et ne sont donc pas beaucoup plus élevés.

2.2. Caractéristiques d’intérêt pour le sorgho et le millet perlé sucrés 2.2.1. Valorisation de l’eau

Singh et Singh (1995) ont vérifié les effets de différents stress hydriques sur le maïs, le sorgho et le millet perlé fourragers. L’expérience impliquait trois fréquences d’irrigation durant la saison de croissance (S1, S2 et S3), plus un témoin (S0) pour lequel l’eau ne devait pas être un facteur limitant (ID/CPE = 1,0). L’irrigation à appliquer pour chaque traitement a été calculée à l’aide du ratio ID/CPE, qui correspond à la quantité d’eau (ID pour « Irrigation depth ») divisée par le « cumul de l’évaporation obtenue grâce au bac d’évaporation de classe A du bureau météorologique des États-Unis » (ou « CPE from USWB Class-A pan »). Le traitement S1 consistait à un manque léger (ID/CPE = 0,6), le S2 à un manque moyen (ID/CPE = 0,3) et le S3 à un manque sévère (ID/CPE = 0,15) d’eau. En absence de stress hydrique (S0), les rendements en matière sèche des trois cultures n’étaient pas significativement différents. En revanche, le rendement du sorgho surpassait celui du millet perlé en S1 et S2, et du maïs en S1, S2 et S3. Entre les traitements S0 et S3, il y avait une baisse de rendement en matière sèche de 60 % pour le maïs, 54 % pour le sorgho et 52 % pour le millet perlé. Dans cette étude, une autre variable a été mesurée afin de déterminer la proportion de l’eau absorbée par les plantes selon diverses strates de sol dont l’épaisseur a été définie. En condition de stress hydrique sévère (traitement S3), le maïs absorbait 53 mm d’eau de plus, dans la couche de sol de 0-45 cm de profondeur, que le millet perlé. Le sorgho était la culture qui absorbait le plus d’eau dans la couche 45-135 cm, et le millet perlé celle qui en absorbait le moins sur l’ensemble du profil de sol. Cependant, sous les mêmes conditions de stress hydrique (S3), le millet perlé présentait une meilleure efficience d’utilisation de l’eau (« WUE » pour « Water-use efficiency ») que le sorgho et le maïs. Cela signifie que le gain en carbone par la plante, pour une même quantité d’eau perdue par évapotranspiration, était plus élevé pour le millet perlé que pour les autres cultures. L’hypothèse avancée pour expliquer que le millet perlé était moins efficace dans l’absorption de l’eau, mais meilleur dans l’efficience de son utilisation en cas de stress hydrique (S3), est qu’il offrait une meilleure couverture du sol due à la sénescence des feuilles et des talles inférieures (création d’un paillis) permettant ainsi de préserver l’humidité du sol (limitation de l’évapotranspiration), et que sa canopée ne laissait pas passer beaucoup de rayonnement

(en raison d’une plus grande proportion de rayons incidents interceptés par le profil supérieur du feuillage). Cela pourrait expliquer la baisse moins importante du rendement du millet perlé entre les traitements S0 et S3 comparé aux autres cultures. Ainsi, l’étude de Singh et Singh (1995) met donc en évidence la capacité du sorgho et du millet perlé à résister à des contraintes hydriques et à faire un meilleur usage de l’eau que le maïs.

Farré et Faci (2006) ont réalisé une expérience similaire à celle de Singh et Singh (1995), mais sans le millet perlé. Il est rapporté qu’un déficit en eau engendre un retard de la date de floraison des cultures de sorgho grain et de maïs grain. La floraison du sorgho ayant lieu plus tôt que le maïs, le sorgho garde un certain avantage pour terminer son cycle de production dans le temps imparti (lié aux conditions climatiques). Tout comme Singh et Singh (1995), Farré et Faci (2006) ont observé qu’en condition de stress hydrique (dans le cadre de cette étude, moins de 460 mm d’eau apportée), le sorgho grain était en mesure d’absorber plus d’eau que le maïs grain. Avec un système racinaire moins développé, le maïs grain ne pouvait absorber l’eau que dans la partie supérieure du sol (0-0,5 m), alors que le sorgho grain pouvait aller en chercher plus profondément (0,5-1,0 m). De plus, les valeurs de WUE observées en condition de stress hydrique étaient plus élevées pour le sorgho que pour le maïs (Farré et Faci, 2006). Le sorgho grain était donc avantagé par rapport au maïs grain lorsqu’il y avait un manque d’eau, et cet avantage grandissait alors que la quantité en eau diminuait.

Schittenhelm et Schroetter (2014) ont réalisé une étude comparative entre le maïs fourrager, le sorgho sucré et le sorgho herbe du Soudan, dans différentes conditions de stress hydrique (humide, moyenne et sèche). Les résultats indiquent que les rendements en biomasse aérienne totale obtenus pour le maïs fourrager dans les conditions humide et moyenne n’étaient pas différents de ceux du sorgho sucré. Cependant, en condition sèche, le sorgho sucré avait un meilleur rendement que le maïs fourrager. D’un point de vue rendement en biomasse aérienne totale, le sorgho sucré semble donc ici représenter un substitut viable au maïs fourrager. De façon similaire à Singh et Singh (1995), Farré et Faci (2006), de même que Schittenhelm et Schroetter (2014), ont démontré que même si le maïs a généralement de meilleurs rendements que le sorgho sous des conditions de croissance optimales (suffisance en eau), la diminution du rendement du sorgho est nettement plus faible que celle du maïs dans des

conditions de stress hydrique moyen. Le sorgho a donc un avantage sur le maïs dans des conditions où l’eau vient limiter le développement.

2.2.2. Valorisation de l’azote

Depuis les dernières décennies, plusieurs études rapportent que l’azote apporté au sol peut facilement être lessivé et ainsi se retrouver dans les cours d’eau et/ou les nappes phréatiques (Liang et MacKenzie, 1994). Alors que l’apport d’azote inorganique est plutôt facile d’utilisation et applicable de manière précise selon les besoins des cultures, les apports d’azote sous forme organique demeurent incontournables pour les exploitations animales (Okamoto et Okada, 2004), où l’on doit disposer des déjections animales produites. Le maïs est une culture dont les besoins en azote sont élevés, mais dont l’efficacité d’absorption de l’azote inorganique appliqué ne dépasse pas 40 à 60 % (Nyiraneza et al., 2010; Tran et al., 1997). Elle n’est donc pas forcément la culture qui peut mieux valoriser l’engrais azoté. Okamoto et Okada (2004) ont comparé la croissance et l’utilisation de l’azote par le maïs, le riz, le millet perlé et le sorgho, fertilisés avec des sources d’azote organique et inorganique. Les résultats indiquent que le maïs et le millet perlé semblent très bien répondre à la fertilisation inorganique alors que le riz et le sorgho semblent avoir une meilleure efficacité d’absorption de l’azote de source organique.

Dans une étude plus récente, Thivierge et al. (2015b) ont comparé l’efficacité d’absorption de l’azote du maïs, du sorgho sucré et du millet perlé sucré sous un climat frais et humide de l’Est du Canada. Les résultats obtenus témoignent d’une meilleure efficacité d’absorption de l’azote inorganique par le millet perlé et le sorgho sucrés (54 à 82 % de l’azote apporté) par rapport à ce que la littérature rapporte pour le maïs (28 à 60 %). Cette étude fait aussi état du phénomène de consommation de luxe de l’azote pour le sorgho et le millet perlé sucrés, expliqué notamment par un système racinaire plus développé et plus fin (Thivierge et al., 2016), de possibles associations mycorhiziennes et des mécanismes biologiques d’inhibition de la nitrification.

Le sorgho et le millet perlé sucrés semblent être des espèces de grande valeur dans le contexte actuel puisqu’elles permettraient de faire un meilleur usage de l’azote, réduisant ainsi les risques environnementaux de lessivage dans les nappes phréatiques et les cours d’eau.

2.3. Qualité et valeur nutritive du maïs fourrager, du sorgho et du millet perlé sucrés

Le présent mémoire fait, entre autres, état de données issues d’analyses sur des fourrages avant fermentation. Cependant, le mode de conservation le plus répandu en Amérique est l’ensilage. L’ensilage représente la succession d’une fermentation aérobique puis surtout anaérobique, venant abaisser le pH du matériel dans l’objectif de le stabiliser et de pouvoir le conserver. Cette section fera donc état de la littérature existante sur les fourrages avant et/ou après fermentation.

2.3.1. Critères de qualité d’un ensilage

Un ensilage, quel qu’il soit, peut uniquement être conservé adéquatement s’il atteint la phase de fermentation anaérobique (Lafrenière, 2008). Une condition essentielle pour atteindre cette phase est la chute rapide du pH à une valeur inférieure à 4,3, et ce, afin d’éviter le développement des spores butyriques (Lafrenière, 2008). Cependant, cette valeur de pH, dit de stabilité, varie en fonction de la teneur en matière sèche du fourrage mis en silo. Ainsi, pour des teneurs en matière sèche allant de 200 à 450 g kg-1_{, le pH de stabilité oscille} respectivement de 4,0 à 5,0 (Leduc, 1998). Cette baisse de pH peu après la mise en silo est possible grâce à la première phase de fermentation de l’ensilage (fermentation aérobique), c’est-à-dire la production d’acide lactique par des bactéries lactiques. Il faut favoriser ce type de bactéries au détriment des autres microorganismes (p. ex. : entérobactéries, bactéries butyriques et levures) afin que la qualité de l’ensilage ne soit pas affectée (Lafrenière, 2008). La teneur en acide lactique d’un bon ensilage devrait généralement être quatre fois supérieure à celle de l’acide acétique (produit également par les bactéries lactiques) (Leduc, 1998). Une teneur trop élevée en acide acétique pourrait nuire à l’appétence du fourrage (odeur de vinaigre). Il existe donc une échelle pour juger de la qualité d’un ensilage selon la teneur en

acide acétique : excellent (< 20 g kg-1 _{MS), bon (20 à 40 g kg}-1 _{MS), satisfaisant (40 à} 55 g kg-1 _{MS), mauvais (55 à 75 g kg}-1 _{MS) et très mauvais (> 75 g kg}-1 _{MS) (Lafrenière,} 2008). La teneur en matière sèche recommandée du fourrage mis à fermenter dépend essentiellement du mode d’entreposage. Variant de 300 à 500 g kg-1_{, la teneur en MS du} fourrage à la mise en silo ne devrait pas sortir de cet intervalle, au risque d’entraîner une dégradation de la valeur nutritive des ensilages. Une teneur inférieure à 300 g kg-1 _{entraînerait} l’apparition d’une fermentation par Clostridia, engendrant l’apparition d’acide butyrique et de mauvaises odeurs. Une teneur supérieure à 500 g kg-1 _{entraînerait également une mauvaise} fermentation puisque la présence d’air induirait une fermentation aérobique trop prononcée. Le fourrage pourrait alors se mettre à chauffer, perdre de la matière sèche, et favoriser le développement de moisissures (Bagg, 2013).

La qualité d’un fourrage se juge également par sa teneur en fibres. Un fourrage avec une teneur élevée en fibres insolubles au détergent acide (ADF pour « Acid Detergent Fiber ») verrait sa digestibilité diminuer, et donc l’énergie disponible pour l’animal serait moindre (Bachand, 2008). Cependant, une teneur trop faible en ADF du fourrage pourrait entraîner des désordres physiologiques chez l’animal à cause d’une digestibilité très élevée. La teneur moyenne en ADF pour un maïs fourrager mature est d’environ 280 g kg-1 _{MS, et} 400 g kg-1 _{MS pour un sorgho type soudan (National Research Council, 2001). La teneur en} fibres insolubles au détergent neutre (NDF pour « Neutral Detergent Fiber ») est souvent utilisée pour estimer la consommation volontaire en matière sèche (CVMS) d’un fourrage, ou autrement dit, le potentiel d’encombrement du rumen. Plus la teneur en NDF est faible, plus la consommation volontaire augmente (Bachand, 2008). Tout comme pour la teneur en ADF, des valeurs extrêmes de NDF ne sont pas souhaitables, sachant qu’en moyenne la teneur en NDF d’un maïs fourrager mature est de 450 g kg-1 _{MS, et de 630 g kg}-1 _{MS pour} un sorgho type soudan (National Research Council, 2001).

Encore très utilisées dans le milieu professionnel, les teneurs en ADF et NDF ne permettent pas d’avoir une bonne idée de la digestibilité réelle d’un fourrage. Un fourrage pourrait parfaitement avoir une teneur en fibres plus élevée, mais une bonne digestibilité de la MS, si la digestibilité de sa fibre est en effet supérieure. Ainsi, on retrouve désormais dans la plupart des analyses de fourrages une donnée sur la digestibilité in vitro de la fibre NDF (NDFd). Ce

paramètre donne une bonne estimation de la digestibilité d’un fourrage. Ainsi, deux fourrages peuvent avoir les mêmes teneurs en ADF et NDF, mais une valeur de NDFd différente selon la teneur en lignine présente. L’utilisation de la valeur NDFd est donc à privilégier lorsque disponible (Van Soest et al., 1991).

2.3.2. Maïs fourrager

Culture phare du monde agricole, tant pour ses grains que pour sa biomasse aérienne comme fourrage, le maïs est une bonne source de comparaison afin de pouvoir positionner les valeurs nutritives du sorgho et du millet perlé sucrés dans un contexte de production laitière.

Au Canada, le Conseil national de recherches (NRC pour « National Research Council ») a publié des valeurs de référence pour de nombreux fourrages, dont le maïs. D’après les valeurs du NRC (2001) et de Fournier (2008), le tableau 1 recense les valeurs nutritives moyennes d’un ensilage de maïs immature, normal et mature.

Tableau 1. Valeur nutritives moyennes d’analyses de maïs fourrager récolté à différents

stades. Ensilage de maïs (MS, g kg-1₎ MS1 (g kg-1₎ PB2 (g kg-1 _MS) ADF3 (g kg-1 _MS) NDF4 (g kg-1 _MS) NDFd48h5 (g kg-1 _NDF) UNT6 (g kg-1 _MS) Immature (MS < 250) 235 ± 207 97 ± 22 341 ± 41 541 ± 46 - 656 Normal (MS 320-380) 351 ± 17 88 ± 12 281 ± 33 450 ± 53 564 ± 46 688 Mature (MS > 400) 442 ± 39 85 ± 39 275 ± 39 445 ± 59 - 654 1_{Matière sèche ;} 2_{protéines brutes ;} 3_{fibres insolubles au détergent acide ;} 4_{fibres insolubles} au détergent neutre ; 5_{digestibilité in vitro des fibres NDF après 48h d’incubation ;} 6 _unités nutritives totales ; 7 _{± écart type.}

Adapté de National Research Council (2001) et Fournier (2008).

L’ensilage qualifié de « normal » constitue un bon compromis entre les teneurs en matière sèche nécessaire à la conservation, en protéines brutes, et en unités nutritives totales (UNT).

Les UNT peuvent être estimées de différentes façons, soit à partir de formules préétablies selon le fourrage et d’une seule variable (la teneur en ADF), soit en tenant compte des teneurs en glucides non fibreux, protéines brutes, gras bruts, et NDF, de même que de la digestibilité de la fibre NDF (Ball et al., 2001; National Research Council, 2001; Weiss et al., 1992).

UNT (%) = _{+ + × 2,25 + − 7 (Gervais et Cinq-Mars, 2008)}

Avec = 0,98 × 100 − − + + + ! "

= × $%,&×'()() -*+,

= − 1 (si < 1, alors = 0)

= 0,75 × − − /" × 1 − 0 ₋/ 12,334" Où = glucides non fibreux réellement digestibles (% MS)

PB = protéines brutes (% MS)

= protéines brutes réellement digestibles (% MS) = acides gras réellement digestibles (% MS) NDF = fibres insolubles au détergent neutre (% MS)

= fibres insolubles au détergent neutre réellement digestibles (% MS) = extractif à l’éther, contenu en lipides (% MS)

/ = lignine (% MS)

= protéines liées à la fibre NDF (% MS)

On comprend alors que si on souhaite intéresser les producteurs à modifier leur assolement, il faut leur proposer des cultures avec des paramètres équivalents ou meilleurs que ceux du maïs fourrager « normal ».

2.3.3. Sorgho fourrager et sucré

Le stade de développement de la plante à la récolte est en général le paramètre le plus déterminant de la valeur nutritive des cultures fourragères, quelles qu’elles soient. Un stade de développement trop précoce ou trop avancé pourrait entraîner des pertes économiques voir une perte totale de la récolte. Le tableau 2 présente les résultats d’analyses d’ensilages

de sorgho fourrager après 105 jours de fermentation, récoltés à trois stades de développement différents : floraison, laiteux et pâteux (Ahsbell et al., 2001).

Tableau 2. Résultats d’analyses chimiques d'ensilage de sorgho fourrager récolté à trois

stades de développement différents et entreposé pendant 105 jours de fermentation.

Stade de récolte MS1 (g kg-1₎ pH Acide lactique (g kg-1 _MS) Acide acétique (g kg-1 _MS) NDF2 (g kg-1 _MS) NDFd24h3 (g kg-1 _NDF) Floraison 262 ± 4 b4 _{3,7 ± 0,3} b _{58 ± 28} a _{13 ± 4} a _{512 ± 2} a _{604 ± 11} b Laiteux 289 ± 16 a _{3,9 ± 0,2} ab _{45 ± 12} a _{16 ± 1} a _{486 ± 6} ab _{607 ± 9} b Pâteux 313 ± 17 a _{4,2 ± 0,0} a _{30 ± 10} a _{7 ± 3} a _{462 ± 28} b _{617 ± 8} a

1_{Matière sèche ;} 2_{fibres insolubles au détergent neutre ;} 3_{digestibilité in vitro des fibres NDF} après 24h d’incubation ; 4 _{± écart type. Au sein d’une même colonne, les moyennes suivies} par la même lettre ne sont pas significativement différentes au seuil de P ≤ 0,05.

Adapté de Ahsbell et al. (2001).

La teneur en MS du sorgho fourrager récolté au stade floraison était significativement plus faible (262 g kg-1_{) que celles du sorgho récolté aux stades laiteux (289 g kg}-1_{) et pâteux} (313 g kg-1_{). Après la mise en silo, cette faible teneur en MS du sorgho pourrait favoriser le} développement de mauvaises bactéries, entraînant une mauvaise fermentation qui diminuerait ainsi l’appétence et la qualité de l’ensilage. En revanche, le pH de l’ensilage ne dépassait pas 4,3, les teneurs en acide acétique ne dépassaient pas 20 g kg-1 _{MS et les rapports} d’acide lactique sur acide acétique étaient supérieurs à 4, à l’exception du stade laiteux où il était de 2,8. Les teneurs en NDF de l’ensilage de sorgho fourrager récolté aux stades laiteux et pâteux étaient équivalentes à celle d’un ensilage de maïs normal selon le NRC. Les stades laiteux et pâteux semblent donc être deux bons choix pour récolter le sorgho fourrager pour en faire de l’ensilage. Cependant, si la saison de croissance le permet, il serait plus profitable d’attendre le stade pâteux afin d’avoir une meilleure digestibilité du NDF (617 g kg-1 _NDF au stade pâteux vs 607 g kg-1 _{NDF au stade laiteux).}

Une autre étude s’est concentrée sur la période adéquate de récolte du sorgho fourrager (Atis et al., 2012) ; Le tableau 3 présente les moyennes des analyses du fourrage de quatre cultivars à quatre stade de développement.

Tableau 3. Effets du stade de développement à la récolte sur la valeur nutritive moyenne de

quatre cultivars de sorgho fourrager.

Stade de développement Matière sèche

(g kg-1₎ Protéines (g kg-1 _MS) ADF1 (g kg-1 _MS) NDF2 (g kg-1 _MS) Emergence de la panicule 169d _{± 2,8}3 ₈₃a _{± 1,2 355}a _{± 5,8 670}a _{± 4,6} Stade laiteux 216c _{± 4,6 75}b _{± 2,0 356}a _{± 3,6 609}b _{± 5,9} Stade pâteux 251b _{± 4,8 77}b _{± 2,7 334}b _{± 3,2 555}c _{± 4,5} Maturité physiologique4 ₃₂₉a _{± 7,4 64}c _{± 1,8 286}c _{± 5,7 482}d _{± 6,3} LSD0,05 SD**5 C** SD×C** SD** C** SD×C** SD** Cns SD×C** SD** C** SD×C**

1_{Fibres insolubles au détergent acide ;} 2_{fibres insolubles au détergent neutre ;} 3 _{± écart type ;} 4_{à ce stade, la plante a atteint entre 250 et 350 g de matière sèche kg}-1 _; 5** _{significatif à} P < 0,01 ; ns : non significatif ; SD : stade de développement ; C : cultivar. Au sein d’une même colonne, les moyennes suivies par la même lettre ne sont pas significativement différentes au seuil P ≤ 0,05.

Adapté de Atis et al. (2012).

La teneur en matière sèche du fourrage augmente de manière significative en fonction du stade physiologique du sorgho fourrager, pour atteindre une valeur de 329 g kg-1 _{à maturité} physiologique, une teneur adéquate pour une conservation sous forme d’ensilage. En revanche, les teneurs en ADF, NDF et protéines brutes tendent à diminuer. La diminution de la teneur en protéines brutes est principalement associée à un effet de dilution due à l’augmentation du rendement en biomasse (données non présentées). On remarque également qu’il y a des interactions (stade de développement × cultivars) significatives (P < 0,01) pour tous les paramètres mesurés. Le choix du cultivar est donc primordial selon le stade physiologique auquel on devrait récolter le sorgho fourrager.

Jeranyama et Garcia (2004) ont utilisé la valeur alimentaire relative (RFV pour « Relative feed value ») afin de comparer plusieurs fourrages entre eux ; la valeur de 100 correspondant à une luzerne récoltée au stade floraison avec des teneurs en ADF et NDF respectivement de 410 et 530 g kg-1 _{de MS. Un fourrage avec une valeur supérieure à 100 est considéré comme} meilleur que la luzerne témoin (Fournier, 2011). Dans cette expérience, la RFV du sorgho fourrager dépassait la valeur de 100 à partir du stade pâteux. Les auteurs préconisent donc de

physiologique, ils obtenaient la meilleure RFV, un rendement maximal et une teneur en matière sèche adéquate pour la conservation en ensilage. Cependant, la teneur en lignine augmentait significativement entre le stade pâteux et la maturité physiologique (donnée non présentée). Ainsi, le sorgho fourrager devrait préférablement être récolté au stade pâteux (RFV > 100) (Atis et al., 2012). En revanche, l’indice RFV part du principe que la digestibilité et la consommation de matière sèche sont constantes pour tous les fourrages, et il ne tient pas compte de la teneur en protéines brutes des fourrages. Les teneurs en ADF et NDF sont les seuls paramètres analysés en laboratoire et utilisés pour calculer cet indice (Jeranyama et Garcia, 2004). Il doit donc être interprété avec vigilance.

De manière générale, le développement de nouveaux cultivars demeure primordial afin de permettre au fourrage d’atteindre le bon stade de développement à la récolte, et sous chacun des climats. Ce développement permet également d’améliorer et de fixer les paramètres d’intérêts selon la culture et sa finalité (e.g. rendement en grain, en biomasse, en protéines, en sucre). Des études visant à comparer plusieurs cultivars de sorgho sucré prouvent que selon le cultivar sélectionné, la qualité de l’ensilage diffère (Lema et al., 2001; Pinho et al., 2015). Un projet de recherche a en effet démontré, en comparant cinq cultivars, que la teneur en acide lactique oscillait entre 33 et 60 g kg-1 _{MS, celle en acide acétique entre 20 et} 40 g kg-1 _{MS, et que le pH variait de 3,4 à 3,0 (Pinho et al., 2015). Les variations entre les} cultivars ne sont donc pas négligeables, passant du simple au double pour la teneur en acide acétique par exemple.

Une étude réalisée en Pologne a comparé un ensilage de maïs avec un ensilage de sorgho sucré (tableau 4) (Podkówka et Podkówka, 2011). Cette étude est intéressante d’un point de vue technique puisque les deux espèces ont été cultivées au même endroit, dans un pays aux conditions climatiques plutôt semblables à celles du Québec. Les deux ensilages ont été récoltés en même temps, c’est-à-dire à la fin de septembre, au stade pâteux du maïs, et l’expérience s’est déroulée sur trois années.

Tableau 4. Comparaison de la composition d'un ensilage de sorgho sucré et d’un ensilage de

maïs.

Paramètres Sorgho sucré Maïs

Moyenne Ecart type Moyenne Ecart type

MS1 _{(g kg}-1_{) 208,8}b _{21,4 374,5}a _77,3 Protéines brutes (g kg-1 _{MS) 97,0}b _{16,4 114,5}a _26,7 NDF2 _{(g kg}-1 _{MS) 647,3}a _{22,9 395,4}b _54,6 ADF3 _{(g kg}-1 _{MS) 410,3}a _{31,0 231,1}b _49,3 pH 4,20 0,28 4,31 0,17 Acide lactique (g kg-1 _{MS) 96,1 12,1 94,0 27,2} Acide acétique (g kg-1 _{MS) 26,2 6,2 23,1 4,0}

Acide lactique / Acide acétique 3,67 1,95 4,07 6,80 1_{Matière sèche ;} 2_{fibres insolubles au détergent neutre ;} 3_{fibres insolubles au détergent acide.} Au sein d’une même ligne, les moyennes suivies par la même lettre ne sont pas significativement différentes au seuil P ≤ 0,05.

Adapté de Podkówka et Podkówka (2011)

Les teneurs en matière sèche et en protéines brutes de l’ensilage de sorgho sucré étaient inférieures à celles du maïs. Le contenu en protéines peut toujours être ajusté dans la ration, mais pas la teneur en matière sèche de l’ensilage. Cela pourrait fortement nuire à la fermentation en favorisant l’apparition d’acide butyrique et de microorganismes du genre Clostridium, mais ce n’est pas ce que semblent indiquer les teneurs en acide lactique et acétique. En effet, on remarque que leur ratio se rapproche beaucoup (3,67) de la valeur de 4 qui est visée pour admettre une bonne fermentation. Le pH est également dans la norme (p. ex. : < 4,3 pour une teneur en MS de 208,8g kg-1_{), potentiellement grâce à la présence d’une} sève plus sucrée qui pourrait avoir donné suffisamment de substrat aux bactéries lactiques afin de favoriser une chute rapide du pH en dessous de 4,3 pour obtenir un ensilage de qualité. Les teneurs en ADF et NDF du sorgho sucré étaient plus élevées que celles du maïs. Ainsi, la qualité du fourrage en était affectée (baisse de la digestibilité et de la consommation de la matière sèche). Les paramètres restants étaient plutôt équivalents entre les deux ensilages.

Mis à part la teneur en protéines brutes qui était plus faible pour le sorgho sucré, ce dernier pourrait tout de même représenter un substitut viable au maïs ensilage. Il s’agirait ici d’avoir des données supplémentaires, comme la digestibilité de la matière sèche et du NDF.

2.3.4. Millet perlé fourrager et sucré

Ce n’est qu’au cours des dernières années que l’analyse de la valeur nutritive du millet perlé fourrager pour l’alimentation animale est apparue dans la littérature. Une étude réalisée au Québec, à Sainte-Anne-de-Bellevue, avait pour objectif de déterminer les effets d’une alimentation à base d’ensilage de millet perlé fourrager sur la performance des vaches en lactation (Amer et Mustafa, 2010). De l’ensilage de millet perlé fourrager a été comparé à un ensilage de maïs (tableau 5).

Tableau 5. Composition chimique d'un ensilage de millet perlé fourrager récolté à l’épiaison

et d'un ensilage de maïs récolté à une teneur en MS de 350g kg-1_.

Paramètres Type d’ensilage

Millet perlé Maïs

MS1 (g kg-1_{) 269 ± 0,8}5 _{373 ± 1,5} Protéines brutes (g kg-1 _{MS) 130 ± 5,7 94 ± 7,1} ADF2 (g kg-1 _{MS) 388 ± 5,2 239 ± 8,6} NDF3 (g kg-1 _{MS) 669 ± 4,7 407 ± 1,3} NDFd48h4(g kg-1 NDF) 583 ± 31,0 331 ± 11,6 pH 3,86 ± 0,007 3,64 ± 0,011 Acide lactique (g kg-1 _{MS) 85 ± 7,0 79 ± 2,5} Acide acétique (g kg-1 _{MS) 20 ± 1,3 12 ± 0,1}

Acide lactique / Acide acétique 4,25 6,58

1_{Matière sèche ;} 2_{fibres insolubles au détergent acide ;} 3_{fibres insolubles au détergent neutre ;} 4_{digestibilité in vitro des fibres NDF après 48h d’incubation ;} 5 _{± écart type.}

L’ensilage de millet perlé fourrager avait une teneur en matière sèche plus faible que celle du maïs, bien qu’il ait été récolté 10 jours plus tard, au mois de septembre et au stade épiaison. Les teneurs en ADF et NDF étaient nettement plus élevées pour le millet perlé fourrager que pour le maïs. En revanche, sa teneur en protéines brutes était plus élevée que celle du maïs, tout comme sa digestibilité des fibres NDF (NDFd48h). Le pH était adéquat et équivalent pour les deux ensilages. Les teneurs en acide lactique et en acide acétique étaient légèrement plus élevées pour le millet perlé fourrager. La teneur en acide acétique de l’ensilage de millet perlé fourrager restait cependant à la limite du 20g kg-1 _{MS jugé acceptable pour un bon ensilage.} Le rapport acide lactique sur acide acétique était très bon (> 4).

En se basant sur cette étude, le millet perlé fourrager pourrait possiblement remplacer le maïs ensilage puisque même avec une teneur en matière sèche plutôt faible, les caractéristiques de l’ensilage étaient satisfaisantes. L’étude avait également comparé deux diètes similaires, mais l’une avec du millet perlé fourrager, et l’autre avec du maïs fourrager. La production de lait et la consommation de matière sèche du fourrage n’étaient significativement pas différentes, ce qui confirme que le maïs fourrager pourrait être remplacé par le millet perlé fourrager sans inconvénient. Il faudrait cependant adapter le mode de stockage selon la teneur en matière sèche, et peut-être ainsi privilégier les silos horizontaux qui permettent de stocker des fourrages avec une teneur en matière sèche plus faible (> 280g kg-1_{) que les silos} verticaux (> 320 g kg-1_{) (Salfer et Linn, 1992).}

Une autre étude, également réalisée à Sainte-Anne-de-Bellevue, a permis de comparer des ensilages de millet perlé fourrager et de sorgho fourrager après 45 jours de fermentation (tableau 6) (Amer et al., 2012a).