Schéma stratégique département Phase 2016-2020 - Wedia

Schéma stratégique département Phase 2016-2020
                                    Version synthétique – Janvier 2017

I. Contexte, missions et finalités du département Phase
L'élevage, s'il est sujet à critiques, souvent virulentes lié à son intensification, à son impact sur l'environnement
et sur le bien-être animal, fait en même temps l'objet de fortes attentes. L'élevage contribue de façon majeure
à la sécurité alimentaire mondiale et à la réduction de la pauvreté en fournissant nourriture et revenus, mais
aussi en valorisant des espaces qui ne peuvent pas l'être par d'autres usages, et en maintenant de l'emploi
notamment rural, ainsi que des liens sociaux et culturels incluant la gastronomie. Les prospectives convergent
vers une poursuite de l'augmentation de la demande mondiale en protéines animales à l'horizon 2050, liée à la
croissance démographique, à l'urbanisation et la hausse des revenus dans les pays en développement. Assurer
la sécurité alimentaire de plus de 9 milliards d'habitants à l'horizon 2050 sans détériorer la planète nécessite
impérativement de produire autrement, en intégrant les systèmes d'élevage dans les écosystèmes en tant
qu'éléments essentiels de la durabilité des systèmes alimentaires mondiaux.
Dans ce contexte, trois missions principales guident les recherches conduites par le collectif du département
Physiologie animale et systèmes d'élevage (Phase):
 Elaborer des techniques, pratiques et systèmes d’élevage conjuguant performances économiques, sociales
  et environnementales et de santé des animaux ;
 Comprendre et maîtriser les mécanismes d’élaboration des phénotypes, des comportements et des
  produits chez les mammifères, oiseaux et poissons ;
 Participer à la définition des critères de sélection des animaux pour répondre aux défis de la sécurité
  alimentaire mondiale et de systèmes de production efficaces, respectueux de l’environnement, des
  ressources naturelles et du bien-être des animaux.
L'objectif général de nos recherches est de produire les connaissances nécessaires à la transition des
systèmes d'élevage vers la multi-performance, en mobilisant simultanément les principes de l'agro-écologie
(stimulation des processus naturels) et les approches de la biologie prédictive (modèles et outils d'aide au
pilotage).
Pour les 5 à 10 prochaines années, les finalités prioritaires concernent des enjeux majeurs pour la durabilité
des élevages :
 enjeux économiques de sécurité alimentaire mondiale, compétitivité, revenus agricoles et valorisation des
  territoires en augmentant l'efficience et la robustesse des animaux et des systèmes pour fournir des produits
  de haute valeur et maximiser les services rendus par les élevages,
 enjeux environnementaux et climatiques en favorisant l'utilisation de ressources locales, peu prisées pour
  d’autres usages, en diminuant les rejets à la source et en valorisant tous ceux qui peuvent l’être;
 enjeux de santé publique par réduction de l’usage des substances indésirables (antibiotiques, hormones…);
 enjeu sociétal par des conditions d'élevage favorisant l’expression du bien-être et préservant la santé des
  animaux

II. Compétences et champs thématiques
Le collectif du département Phase est composé (fin 2016) de 916 agents Phase répartis dans 34 unités dont 190
chercheurs, 156 ingénieurs et 570 personnels techniques auxquels s'ajoutent 210 agents permanents de nos
partenaires et environ 200 doctorants et post-doctorants. Au niveau national, le département est le principal
opérateur des recherches dans son domaine et se situe parmi les contributeurs majeurs au niveau mondial.
Les disciplines mobilisées relèvent principalement des sciences animales (reproduction et développement,
nutrition, métabolisme, endocrinologie, neurosciences et éthologie, zootechnie) appliquées à des niveaux
d’organisation allant du génome et de l'épigénome jusqu'aux composantes biotechniques des systèmes
d'élevage. Les espèces cibles des recherches sont les animaux de rente, source de revenus d’éleveurs, incluant
des ruminants (bovins, ovins, caprins) et des monogastriques (porcs, volailles et poissons). Des espèces

modèles (rongeurs, poissons) sont utilisés pour des travaux destinés à produire des connaissances
transférables aux espèces cibles.
Les recherches sont organisées en 4 champs thématiques (CT) qui structurent les activités du département et
contribuent aux #objectifs du document d'orientation #INRA2025.
Les ressources alimentaires (CT R)
L'efficience de l’utilisation des ressources alimentaires reste une des priorités majeures des recherches du
département, en raison de son importance pour la durabilité des élevages (poids économique, environnemental,
santé des animaux et qualité des produits). Les priorités scientifiques sont focalisées sur de nouvelles ressources
pour l'alimentation animale si possible produites localement (par exemple dérivés des filières de l'agro-
alimentaire et de la bioénergie, produits de levures, de bactéries, d’insectes, microalgues…. #Global-2) et de
nouveaux systèmes alimentaires réduisant les pertes et les rejets, notamment d'azote et de méthane [#Climat-
2]. Notre ambition est d'insérer plus que par le passé les productions animales dans l'économie circulaire
[#BioRes-2], en valorisant à la fois des ressources et coproduits non ou peu valorisables en alimentation
humaine, mais aussi des rejets de l'élevage pour créer de la valeur ajoutée et limiter les pollutions.
Les fronts de science concerneront i) les déterminants de la prise alimentaire et sa régulation incluant, le rôle
des empreintes olfactives précoces, ii) les mécanismes épigénétiques et la programmation nutritionnelle, iii) les
fonctionnalités des microbiotes digestifs, iv) l'intégration des connaissances pour l'alimentation de précision
[#3Perf-2], c’est-à-dire l'adaptation de l'apport alimentaire aux besoins des individus selon les stades de
développement et v) l’évaluation de l'efficience globale des matières premières et des rations intégrant, au-
delà des critères nutritionnels, des critères économiques et environnementaux ainsi que des critères liés aux
effets sur la santé des animaux et sur la qualité des produits (#3Perf-3).
La finalité des recherches de ce champ thématique est le développement de rations et de stratégies
d’alimentation efficients pour les différentes espèces et les différents systèmes d’élevage.
Le CT R mobilise 15% des effectifs scientifiques du département. La discipline "nutrition et alimentation
animale" y constitue le socle des compétences scientifiques, complété par endocrinologie-métabolisme,
zootechnie et modélisation.
Les animaux (CT A)
L'enjeu est d'atteindre la multi-performance pour chaque animal (efficience, robustesse et bien-être) en
fonction du milieu d’élevage et de ses variations (en termes de ressources, de climat, d’agresseurs, et
d'éléments techniques et décisionnels). Nous visons pour cela une coadaptation de l'animal et de son
environnement d'élevage [#3Perf-2 et #Climat-2], ce qui nécessite une meilleure connaissance à la fois
des mécanismes sous-jacents à l’élaboration des comportements et des différentes fonctions depuis la
conception jusqu’à l'expression du phénotype chez l’animal adulte et l'identification des facteurs du
milieu qui les font varier et conditionnent les réponses adaptatives. Notre ambition est d'accroitre les
approches centrées sur l'individu (et non plus "l'animal moyen") pour développer l'élevage de précision
[#3Perf-2].
Les priorités scientifiques portent sur :
 les conditions d'expression du bien-être de l'animal en fonction de l'environnement : rôle des
   expériences périnatales sur la neurobiologie des comportements, implication des mécanismes
   épigénétiques et du microbiote digestif dans l'expression des comportements, la variabilité
   individuelle des réponses ;
 l'efficience de la fonction de reproduction en conditions de réduction de l'emploi de traitements
   hormonaux en favorisant la stimulation des processus naturels et la mise au point de biomarqueurs ;
 les compromis entre fonctions productives et non productives en termes d'allocation des réserves qui
   déterminent la robustesse de l'animal ;
 la résistance aux maladies dans un contexte de suppression de l'emploi d'antibiotiques ;
 les réponses adaptatives aux changements climatiques.
Les fronts de science concernent i) les régulations moléculaires et épigénétiques dans l’élaboration des
grandes fonctions et la programmation des réponses adaptatives notamment aux stress, ii) les liens entre
neurobiologie et expression des comportements, iii) les relations entre microbiote digestif et
comportement, iv) la caractérisation de l’établissement des phénotypes, en mettant en œuvre les
méthodes de phénotypage pour les caractériser, v) l'intégration des connaissances pour l'élevage de
précision.

Des défis méthodologiques majeurs devront être relevés pour caractériser les phénotypes et les réponses
adaptatives, pour identifier et valider des biomarqueurs pertinents et pour adapter leur mesure au haut-
débit pour le suivi individuel des animaux afin de mettre en œuvre l'élevage de précision qui permet de
valoriser la variabilité individuelle des animaux.
Le CT A regroupe 45% des effectifs scientifiques du département. Les disciplines dominantes sont la
"biologie de la reproduction et du développement" et les "neurosciences et sciences du comportement"
complétées par de petits effectifs de physiologistes, zootechniciens, ingénieurs en modélisation et calcul
scientifique, spécialistes de l’imagerie et bio-informaticiens. Les travaux du CT A font l'objet de
collaborations soutenues avec les départements Génétique Animale et Santé Animale notamment dans le
cadre des méta-programmes GISA et SelGen.
Les Produits animaux (CT P)
L’enjeu est de comprendre et prédire les conséquences des conditions d'élevage sur l’élaboration des
produits (lait, viande, œufs, foie gras, etc.), leur quantité et leurs qualités sensorielles, nutritionnelles,
technologiques et sanitaires [#Food-3 et #Food-2]. Il s'agit de trouver des compromis pour obtenir des
produits de haute valeur dans des conditions de production répondant aux objectif de multi-
performances des systèmes, en faisant le pari que le mode de production va devenir un critère en soi de
qualité du produit.
Les priorités scientifiques sont focalisées sur:
 l'analyse des mécanismes de développement et de fonctionnement des tissus ou organes
      producteurs (muscle, mamelle, oviducte aviaire, foie des palmipèdes) en réponse aux variations de
      l'environnement y compris précoce;
 la modélisation du fonctionnement des organes, ce qui nécessite de comprendre les interactions
      entre les différents niveaux de régulation ;
 le développement d'outils de prévision des qualités des produits en lien avec les pratiques d’élevage
      et l'identification des biomarqueurs les plus robustes dans des contextes variés ;
La finalité des recherches est de proposer des outils et des méthodes pour prédire quantité et qualité
des produits en fonction des conditions de production pour des systèmes alimentaires sains et durables
[#Food-3]. Dans les limites de nos domaines d'expertise, les travaux pourront aussi viser la valorisation
d'autres produits animaux que les consommables (peaux par exemple), dans un souci d'optimisation de
l'efficience globale de production [#3Perf-1].
Les fronts de science et avancées méthodologiques nécessaires concernent : i) la régulation moléculaire
et cellulaire du développement et du fonctionnement du muscle et des organes producteurs, ii) la
construction de modèles de fonctionnement intégré de ces organes et tissus, iii) le développement
d'outils prédictifs (combinaison de biomarqueurs) de l’influence des modes d’élevage sur les différents
critères de qualité des produits.
Le CT P mobilise 20% des effectifs scientifiques de Phase. La discipline cœur est "endocrinologie-
métabolisme"; des chercheurs en nutrition et en biologie du développement y contribuent aussi de
manière significative.
Les systèmes d'élevage (CT S)
L'enjeu est de définir des combinaisons de solutions en termes de ressources, d'animaux et de pratiques
d'élevage en fonction des milieux, pour conjuguer les performances productives, économiques,
environnementales, et l'optimisation du bien-être et de la santé des animaux dans différents
environnements. L'approche systémique pour répondre aux enjeux de l'élevage nécessite de modifier
notre démarche de recherche puisqu'il s'agit, non d'éprouver une hypothèse mais d'assembler différents
éléments pour atteindre un objectif en associant de façon itérative expérimentation et modélisation, puis
d'évaluer les combinaisons de solutions avec des critères adaptés aux objectifs.
Durant les dernières années, plusieurs essais de systèmes basés sur les principe de l'agro-écologie
[#3Perf-1], en rupture par rapport aux modèles existants, ont été mis en place ou planifiés pour répondre
soit à des enjeux spécifiques à certaines filières : enjeux environnementaux (aquaculture économe en
eau, élevage de ruminants économes en ressources naturelles), enjeu de méthodes d'élevage (foie gras
sans alimentation forcée), soit à des enjeux génériques de l'élevage (production laitière et polyculture-
élevage dans le cadre du dérèglement climatique [#Climat-1], gestion intégrée de la santé dans les
élevages de monogastriques sans intrants médicamenteux [#Food-2], production porcine combinant
cahier des charges bio et élevage de précision [#3Perf-2]. En parallèle, un méta-modèle de

fonctionnement des systèmes d'élevage a été mis au point. Il s'agit maintenant de mobiliser les
différentes disciplines nécessaires pour lever les freins et verrous identifiés. Une évolution importante
concernera l'évaluation multicritère de ces systèmes, avec l'ambition de prendre en compte des critères
économiques et sociaux et les services rendus en complément de l'évaluation des impacts
environnementaux [#Global-4, #3Perf-3].
Au sein du département, les thématiques prioritaires concernent :
 l'implémentation des modèles génériques de fonctionnement de systèmes d’élevage, pour évaluer les
   conséquences des multiples choix techniques, puis identifier et hiérarchiser les questions de recherche
   spécifiques à traiter notamment dans les CT R, A et P ;
 la mise au point d'indicateurs de robustesse, de résilience, et d'efficience des groupes d'animaux et des
   systèmes ;
 l'analyse des interactions entre éléments des systèmes pour évaluer les synergies/antagonismes par
   rapport aux attentes de multi-performances ;
 le développement de méthodes permettant d’identifier et d’agréger des indicateurs pertinents pour les
   dimensions économiques, sociales et environnementales, incluant les services rendus.
Les fronts de science à mobiliser se rapportent à la biologie des systèmes et la caractérisation de la
robustesse et l'adaptation en relation avec l'efficience, l'ingénierie d'assemblage et l'évaluation
multicritère.

Le CT S ne regroupe que 12% des effectifs scientifiques de Phase, principalement dans la discipline
"zootechnie" mais des scientifiques investis dans les autres CT y contribuent. Pour compléter les
compétences du département centrées sur les composantes biotechniques des systèmes, les essais
impliquent, outre des scientifiques de génétique animale (pour la diversité des animaux) et de santé
animale, ceux du département SAD (pour les aspects décisionnels dans les conduites d'élevage et les
conditions d'adoption des pratiques alternatives), de BAP, EA et EFPA sur les aspects ressources et
environnement et de SAE2 sur les aspects économiques et sociaux. Un groupe de trois ingénieurs
mandatés par les départements Phase, EA, SAD est chargé d'une animation autour de ces essais, qui,
chacun, est suivi par un comité de pilotage ou un groupe d'experts.

III. Défis et priorités transdisciplinaires
Nous avons défini quatre défis transversaux aux différents CT. Ils ont vocation à rassembler des collectifs
pluridisciplinaires pour mutualiser les efforts et faire évoluer nos recherches. Les trois premiers sont d'ordre
scientifique, le quatrième inclut une forte dimension sociétale.
Défi 1 : Des leviers pour orienter précocement les phénotypes et les produits et favoriser la
coadaptation des animaux et du milieu
La période périnatale (fin de gestation, début de vie) est connue comme une période de sensibilité particulière
à l'exposition nutritionnelle, métabolique, endocrine et environnementale qui conditionne les comportements,
les capacités d'adaptation et les performances des animaux aux stades ultérieurs jusqu'à l'âge adulte. Elle
semble donc propice à des interventions s'appuyant sur les processus naturels [#3Perf-1] pour orienter les
phénotypes, par exemple l'adaptation des animaux à la chaleur [#Climat-1] et les produits [#Food-3]. Ceci
nécessite de comprendre les mécanismes par lesquels l'environnement d'élevage précoce affecte le
développement des organes et des fonctions: quels sont les effecteurs les plus efficaces et quelles sont les
fenêtres d'intervention [#OpenScience-3]? Ce domaine offre des marges de progrès significatifs, tant d'un point
de vue cognitif qu'appliqué. Nos objectifs prioritaires sont:
   Comprendre l'incidence des expériences précoces (dont l’environnement                   maternel), sur les
    comportements, le métabolisme et le bien-être des animaux jusqu'à l'âge adulte,
   Evaluer les possibilités de piloter les mécanismes de mise en place des marques épigénétiques pour
    optimiser les conditions d'élevage,
   Utiliser les fonctionnalités des microbiotes pour accroître l'efficience alimentaire et préserver la santé des
    animaux tout en réduisant le recours aux antibiotiques.

Défi 2 : Des modèles et des outils pour anticiper et piloter les processus en élevage
Il s’agit de relever le défi de l'élevage 3.0 en valorisant la masse de données hétérogènes pour l'élevage de
précision, en identifiant des biomarqueurs, si possible non invasifs, de l'élaboration des fonctions et des

produits, et en poursuivant la dynamique engagée pour la modélisation des systèmes complexes aux différents
niveaux d'organisation. Pour cela, biologistes, modélisateurs, bio-informaticiens et biostatisticiens devront
travailler sur les outils et méthodes d’acquisition des données, à leur gestion dans des systèmes d'information
permettant l'interopérabilité, aux conditions de partage et de protection, à l'intégration de données
hétérogènes d'origines diverses [#OpenScience-2] avec quatre objectifs prioritaires:
 Décrire et modéliser les interactions entre les différents niveaux d’organisation, du gène jusqu’au système
    d'élevage [#OpenScience-3]
 Modéliser les compromis entre les fonctions biologiques au niveau de l'animal [#3Perf-1], selon les
    paramètres de l'environnement, par exemple des modèles permettant de maitriser les flux de gaz à effet de
    serre tout en maintenant l'efficience de la production [#Climat-2]
 Identifier des biomarqueurs de l'efficience de la production, de la résistance aux maladies [#3Perf-2] et de
    la composition des produits [#Food-3], en lien avec les pratiques d’élevage
 Assembler les connaissances au service de l’élevage de précision, qui remet l’animal comme cœur de cible
  des pratiques [#3Perf-2].
Pour ce défi, les partenaires privilégiés seront les départements MIA et GA, ainsi que l'Inria.

Défi 3 : La diversité pour accroitre l’efficience, la robustesse et la résilience des systèmes
d’élevage
Il s’agit ici de changer de paradigme dans la relation à l’hétérogénéité de nos objets de recherche (ressources
alimentaires, animaux, pratiques d'élevage, produits) dans un contexte de nécessaire adaptation des élevages
aux contraintes climatiques et économiques [#Climat-1, #Global-2], tout en portant une attention particulière
au bien-être de l'animal [#3Perf-2]. L'objectif de ce défi est d’éprouver l’hypothèse selon laquelle la diversité
des différents éléments d'un système améliore sa capacité à faire face aux perturbations, en passant du niveau
animal aux niveaux groupe et système dans l'étude des capacités adaptatives [#3Perf-1].
 Typer les trajectoires adaptatives pour qualifier la diversité des réponses aux perturbations et évaluer leur
     variabilité [#3Perf-3].
 Evaluer la variabilité génétique et épigénétique des réponses adaptatives en fonction des perturbations
     [#Climat-3].
 Définir des critères d’efficacité de la diversification des éléments biologiques et techniques des systèmes
     [#Global-4].

Défi 4 : Perception des recherches sur l’animal et des modes de productions animales
Ce défi est d'une nature différente des précédents en raison de sa dimension sociétale, mais son enjeu n'en est
pas moins important. Il se situe dans le contexte de questionnement croissant vis-à-vis des conditions de
production et d'abattage des animaux, de la qualité des produits, mais aussi vis-à-vis des recherches sur les
animaux. Il répond à notre volonté de faciliter la diffusion et l'adoption d'innovations auprès des éleveurs pour
une transition vers de nouvelles formes d'élevage, répondant aux souhaits des consommateurs [#Global-4].
Nous proposons trois types d'actions:
 créer un groupe de réflexion sur l'éthique et la déontologie en recherche sur les animaux en ciblant
   prioritairement l'expérimentation et les nouvelles biotechnologies. Ce groupe sera chargé de produire des
   recommandations sur nos pratiques. Ces questions n'étant pas limitées au périmètre de notre
   département, des collègues des départements SA, GA, SAE2 et SAD y participeront.
 poursuivre les efforts engagés pour imaginer et tester des alternatives afin de réduire les interventions
   invasives sur les animaux et plus généralement proposer des expérimentations épargnant la douleur des
   animaux.
 entamer un dialogue avec la société en développant une démarche participative, qui pourrait être ciblée
   dans un premier temps sur la pondération des critères d'évaluation des performances de différents
   modèles de systèmes d'élevage [#OpenInra-4].

Pour en savoir plus sur l'organisation, les unités, dispositifs et ressources :
Internet département Phase : http://www.phase.inra.fr/
Intranet département Phase : https://intranet.inra.fr/phase