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Un modèle physique simple pour décrire la robustesse des animaux

Un modèle physique simple ressort/amortisseur permet la caractérisation des composants clés de la capacité d'adaptation (ou robustesse) d'un animal à partir de mesures de réponse et de récupération face à des perturbations environnementales aigües et courtes. La méthode peut intégrer des mesures comportementales et physiologiques, et s’adapte à différentes espèces.

Le modèle de Kelvin-Voigt correspond au montage parallèle d'un ressort et d'un amortisseur caractérisés respectivement  par les paramètres K et C. Durant une perturbation (figure de droite) un force de perturbation F(pert) tire sur le système et la mesure x(t) s’accroit.. © Inra, N. Friggens
Par Sylvie André
Mis à jour le 23/11/2016
Publié le 03/10/2016

La robustesse des animaux, un critère de durabilité des systèmes d’élevage

La compréhension des mécanismes d’adaptation d'un organisme à une perturbation de l'environnement est une préoccupation scientifique de plus en plus importante en écologie et en sciences des productions animales. En dépit de conditions d'élevage contrôlées, les perturbations environnementales sont fréquentes en élevage et peuvent survenir de manière imprévisible. Ces perturbations environnementales peuvent affecter la santé, le bien-être et les performances de l'animal. Il est donc important, notamment à des fins de sélection, de pouvoir caractériser la robustesse des animaux c’est-à-dire leur capacité à s’adapter aux perturbations.

Les principes physiques du ressort et de l'amortisseur pour décrire l’adaptation des animaux aux perturbations de l’environnement

Le modèle développé s'inspire du principe physique d'un ressort ou d’un élastique pour décrire la cinétique de réponse aux perturbations aigües, traduisant l’adaptation, caractérisée par des qualités de résistance et de récupération au challenge. Le modèle simule les réponses du système biologique en utilisant les équations qui décrivent le comportement d’un ressort et d’un amortisseur, associés en parallèle; leurs comportements sont caractérisés respectivement par un paramètre de résistance et un paramètre d’amortissement.
En situation non perturbée, le système est stable.
Lors d’une perturbation aiguë, une force est ajoutée (par analogie à un poids) entraînant l’élongation du ressort, puis son retour à l’équilibre. Les changements de longueur du ressort décrivent la réponse du système à la perturbation. Lorsque la perturbation est terminée, le système retourne à son état initial avec une vitesse proportionnelle au coefficient d’amortissement du système.
Un tel modèle permet également d’envisager à plus long terme de prédire et de décrire des réponses à différents types de perturbations.

Un modèle validé sur plusieurs espèces animales

Ce modèle a été testé avec succès sur des données de réponses physiologiques et comportementales de truites arc-en-ciel soumises à un challenge de confinement aigu et sur des données issues de chèvres soumises à un challenge nutritionnel aigu.

Applications possibles

Le modèle est capable de prédire des cinétiques de réponses très différentes et permet de caractériser la résistance et la capacité à récupérer de chacun des individus au sein d’une population. Il permet ainsi de décrire explicitement, d’analyser et de comparer des cinétiques de réponses d’un système d’élevage face à une perturbation aigüe de son environnement, selon les individus qui le composent. Il peut contribuer à définir des stratégies de sélection et de gestion pour améliorer la durabilité des systèmes d’élevage.

Références

Sadoul, B., Martin, O., Prunet, P. and Friggens, N. C.  (2015). On the use of a simple physical system analogy to study robustness features in animal sciences. PLOS ONE 10 e0137333 14pp.

Sadoul, B. PhD thesis: Etude de la plasticité des réponses adaptatives par une approche de modélisation multicritère chez la truite arc-en-ciel. AgroCampusOuest école doctorale VAS 177pp.  https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01227703