Industrie laitière : à la découverte d'une R&D innovante

L'industrie laitière a depuis longtemps évolué depuis ses origines romantiques, où les fermiers se levaient à l'aube pour traire à la main tout leur troupeau. La science a fait d'énormes progrès et la production laitière est désormais façonnée par la science et la technologie.  

Cet article explore les dernières techniques utilisées dans la production laitière, en mettant l'accent sur l'utilisation de l'intelligence artificielle et de l'apprentissage automatique pour améliorer l'efficacité. 

Progrès dans la production laitière n° 1 : agriculture de précision 

L'agriculture de précision dans la production laitière consiste à utiliser des technologies pour surveiller le comportement, la physiologie et les indicateurs de production des animaux. En fixant ou en implantant des capteurs, les agriculteurs peuvent transmettre sans fil des données sur le rendement et la qualité du lait, et comparer la production individuelle de chaque animal à celle du troupeau afin d'optimiser les systèmes d'alimentation et de traite pour une efficacité et une productivité accrues. 

Dans une étude publiée en 2019 par Cambridge University Press dans la revue «animal », des chercheurs ont examiné la répétabilité des habitudes alimentaires chez les chèvres laitières et ont identifié les variables ayant le plus d'impact. Ils ont observé 35 chèvres laitières de race Alpine ou Saanen, mesurant leur vitesse d'alimentation, le pourcentage de nourriture consommée immédiatement après la traite et son effet sur la production laitière. L'étude a révélé plusieurs conclusions importantes : 

• Les chèvres alpines mangeaient plus lentement que les chèvres Saanen. 
• Les chèvres alpines étalent leur alimentation sur une plus longue période que les chèvres Saanen. 
• Les chèvres plus âgées ont davantage trié la partie fibreuse de la ration totale mélangée. 
• Les chèvres plus âgées avaient un taux d'ingestion plus élevé que les chèvres plus jeunes. 

Grâce au phénotypage et à l'agriculture de précision, ils ont appris comment, quand et pendant combien de temps nourrir les chèvres afin d'améliorer l'efficacité alimentaire et de les maintenir en bonne santé en limitant l'apparition de l'acidose. 

Comme le montre le graphique ci-dessus, les investissements en capital-risque dans l'agriculture de précision ont fortement augmenté ces dernières années. Cela indique un intérêt croissant pour l'intégration de cette technologie dans les pratiques agricoles.

Progrès dans la production laitière n° 2 : IA et apprentissage automatique 

La mise en œuvre de l'IA et de l'apprentissage automatique transforme la production laitière. L'article universitaire «Le rôle des capteurs, du big data et de l'apprentissage automatique dans l'élevage moderne »publié dans Sensing and Bio-Sensing Research explore les nombreuses façons dont ces technologies peuvent améliorer la santé et la productivité des animaux tout en réduisant les maladies et leur propagation. 

Dans cet article, les auteurs expliquent que le coût le plus important dans l'élevage est le nombre d'animaux qui paissent sur une parcelle de terrain pendant une période donnée (taux de chargement), suivi par l'alimentation et la gestion des maladies. L'utilisation de l'IA et de l'apprentissage automatique pour créer des modèles mécanistiques peut aider à identifier et à résoudre les problèmes liés à la composition optimale des nutriments dans l'alimentation animale, à évaluer la gestion des animaux en fonction de leurs performances et à trouver des moyens de limiter l'excrétion de nutriments dans l'environnement.  

L'IA est de plus en plus populaire dans la production laitière, comme le montre le graphique ci-dessus. Les prévisions (barre bleu clair) indiquent que les demandes de brevets devraient continuer à augmenter au cours des trois prochaines années.

Parmi les outils d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique à la disposition des agriculteurs, on peut citer : 

• Capteurs, tels que caméras, détecteurs de mouvement ou de vision, imagerie thermique infrarouge, capteurs de température, étiquettes RFID, accéléromètres, microphones, etc. 

• Processus fonctionnels responsables des changements météorologiques et climatiques ; comportements animaux ; dosage et utilisation des aliments et de l'eau ; et balances. 
• Combiner des capteurs portables et non portables, ainsi que des capteurs invasifs et non invasifs. 
• Ordinateurs, cloud computing et mégadonnées pour suivre les données et créer des algorithmes prédictifs. 

Par exemple, chez les animaux producteurs de lait, la boiterie est la troisième maladie la plus importante qui affecte l'élevage, car elle réduit la production de lait et augmente le risque de blessures. Mais l'IA et l'apprentissage automatique peuvent être utilisés pour créer des algorithmes qui prédisent la boiterie en fonction des mouvements du corps, par exemple en suivant les changements dans la locomotion, la surutilisation de certaines parties du corps et la sous-utilisation d'autres parties. En détectant la boiterie à un stade précoce, les agriculteurs peuvent atténuer les pertes financières qui, sans l'aide de la technologie, pourraient s'aggraver. 

Les éleveurs laitiers peuvent également devenir plus proactifs face aux effets néfastes des maladies sur leurs troupeaux en surveillant les facteurs liés à la santé, tels que les mouvements, la qualité de l'air et tout changement dans la consommation d'aliments et d'eau. Les maladies contagieuses pouvant se propager très rapidement dans les troupeaux qui passent beaucoup de temps ensemble, les éleveurs peuvent séparer de manière préventive les animaux malades du reste du troupeau avant que la maladie ne se propage et ne provoque une épidémie à grande échelle. 

Progrès dans la production laitière n° 3 : génie génétique 

La mammite bovine, une inflammation de la glande mammaire causée par un traumatisme ou une infection, représente un fardeau financier important pour l'industrie laitière, d'autant plus que la prévalence mondiale du Staphylococcus aureus atteint jusqu'à 70,3 % dans les troupeaux laitiers. Actuellement, les antibiotiques constituent le principal traitement, mais les chercheurs, dans un article publié dans Antibiotics, explorent des méthodes plus rentables, comme le génie génétique, pour lutter contre la résistance aux antimicrobiens du Staphylococcus aureus. 

Ces chercheurs ont évalué les données moléculaires provenant de vaches infectées et ont découvert des similitudes génétiques entre les souches. Par exemple, dans un groupe, les vaches infectées par Staphylococcus aureus se sont révélées plus résistantes aux antimicrobiens à base de pénicilline et moins résistantes à la céphalothine que celles du deuxième groupe. 

En analysant les différentes séquences biologiques et les ensembles de données moléculaires de divers agents pathogènes, les agriculteurs peuvent surveiller les voies de transmission au niveau des souches et traiter les vaches touchées avec l'antimicrobien approprié, ce qui peut favoriser la guérison et réduire la résistance. Les éleveurs laitiers plus ambitieux peuvent sélectionner leurs vaches laitières afin d'optimiser les avantages génétiques et, espérons-le, réduire le risque de mammite bovine causée par Staphylococcus aureus.  

Comme le montre le graphique Eureka ci-dessus, les chercheurs se concentrent sur des thèmes liés au génie génétique, principalement la résistance aux médicaments, les effets sur la santé et la diminution de l'immunité.

Progrès dans la production laitière n° 4 : nouvelles techniques de transformation 

Si vous pensiez que les ultrasons étaient réservés aux humains, détrompez-vous ! Un article publié dans Ultrasonics Sonochemistry souligne le potentiel des ultrasons à haute intensité (HIIS) en tant que technologie de conservation des produits laitiers, offrant des avantages tels que des temps de traitement plus courts, un goût amélioré, une teneur en lactose réduite et moins d'ingrédients. 

L'échographie peut également être utilisée pour traiter les bactéries pathogènes présentes dans les produits laitiers, telles que Listeria monocytogenes, qui provoque 23 150 cas de maladie et 5 463 décès par an. Dans un article publié dans Trends in Food Science & Technology, des chercheurs ont comparé la stérilisation thermique à d'autres techniques de traitement innovantes, telles que la pression hydrostatique élevée ou les micro-ondes. 

Bien que la stérilisation thermique soit couramment utilisée dans l'industrie alimentaire pour produire, préparer et stocker les aliments en toute sécurité, elle présente plusieurs inconvénients : elle peut avoir un impact négatif sur la qualité nutritionnelle des aliments, elle modifie leurs propriétés sensorielles, la chaleur pénètre lentement, c'est une méthode qui prend du temps et la plupart des plastiques fondent sous l'effet de la chaleur nécessaire à la stérilisation, ce qui nécessite des matériaux plus coûteux. 

Les chercheurs s'efforcent activement de trouver des solutions aux problèmes liés au coût élevé, au mauvais goût et à l'impact environnemental des traitements du lait. Comme le montre le graphique ci-dessus, les demandes de brevet axées sur la réduction des coûts constituent un domaine de recherche essentiel.

La haute pression hydrostatique est une solution qui peut être utilisée dans le cadre d'une méthode à impulsion unique ou à impulsions multiples, cette dernière étant plus efficace pour inactiver les micro-organismes dans les produits laitiers et prolonger leur durée de conservation. Les micro-ondes et les ondes radio sont également utilisées pour traiter le lait, la pasteurisation par micro-ondes entraînant moins de dénaturation des protéines de lactosérum que la chaleur. C'est également une méthode efficace pour réduire le risque de contamination par Listeria et Escherichia coli, deux bactéries pouvant causer des maladies potentiellement graves. 

Avantages et inconvénients pour les agriculteurs 

L'élevage laitier n'est pas un métier facile, les agriculteurs doivent donc trouver un équilibre entre l'efficacité du travail et la qualité des produits. Par exemple, l'utilisation de capteurs et de technologies basés sur l'IA et le big data permet de prédire avec précision et efficacité les maladies coûteuses dans les troupeaux laitiers, mais le coût de l'équipement peut être prohibitif. À cela s'ajoutent d'autres coûts liés à la maîtrise et à l'utilisation de la technologie, à son stockage et à l'acquisition des compétences nécessaires pour écrire et interpréter les données. 

En fonction de la taille du troupeau laitier, un agriculteur peut estimer que ces coûts initiaux constituent un retour sur investissement intéressant par rapport aux coûts liés à une qualité médiocre des produits ou à un rendement considérablement réduit. De plus, ces technologies nécessitent souvent un investissement initial élevé, mais leur entretien est moins coûteux à long terme, ce qui permet d'augmenter régulièrement les bénéfices d'année en année. 

Préoccupations éthiques et environnementales 

Outre les avantages et les inconvénients de l'élevage, il faut également tenir compte des questions éthiques et environnementales. Bien qu'elles soient utilisées pour la production, les vaches laitières restent des êtres sensibles et un débat existe quant aux droits qui leur sont dus. Si les agriculteurs modifient génétiquement leur bétail afin d'obtenir des animaux optimaux, plus résistants à la mammite bovine, qu'advient-il des vaches qui ne répondent pas aux critères ? Et comme le génie génétique en est encore à ses balbutiements par rapport à d'autres technologies qui existent depuis des centaines d'années, comprenons-nous pleinement les effets que le génie génétique peut avoir sur leur organisme à long terme ? 

En matière d'environnement, plusieurs aspects doivent être pris en considération. Si le cloud computing et les technologies portables occupent moins d'espace physique que les technologies plus anciennes, ils nécessitent néanmoins d'énormes quantités d'énergie, ce qui a un impact sur l'environnement, d'autant plus que le monde tente de devenir plus écologique. Et si l'IA et l'apprentissage automatique peuvent permettre d'élever des troupeaux plus importants et plus efficaces en termes de production laitière, ces troupeaux plus importants produiront davantage de méthane, ce qui aura un impact négatif sur le changement climatique. 

Conclusion  

L'intégration de l'IA et de l'apprentissage automatique dans l'élevage laitier a révolutionné le secteur, permettant une agriculture de précision, une gestion efficace des troupeaux, le génie génétique et des techniques de transformation innovantes. Ces technologies favorisent non seulement la santé des vaches laitières, mais réduisent également les coûts d'exploitation et minimisent les pertes financières.  

Pour profiter pleinement des avantages, il est essentiel d'utiliser des outils qui permettent d'économiser du temps, de l'énergie et des efforts. Grâce aux progrès continus et à la mise en œuvre de technologies de pointe, l'industrie laitière est promise à un succès encore plus grand à l'avenir. 

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