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Ils réalisent les analyses de chimie et de microbiologie déterminant la composition et la qualité du lait en vue du paiement du lait aux producteurs.
Dans ce cadre, ils sont également chargés de contrôler la validité des échantillons, réalisés régulièrement par les laiteries au moment de la collecte.

La plupart des laboratoires analysent également des laits individuels (par animal) pour le compte du Contrôle Laitier.

Des analyses de santé animale sont effectuées sur le lait pour les Services Vétérinaires, en premier dépistage, notamment pour les prophylaxies obligatoires.

Enfin, de plus en plus, les laboratoires diversifient leur activité et proposent des analyses chimiques et microbiologiques sur le lait et les produits laitiers, parfois sur d'autres produits alimentaires, ou encore sur les eaux ou les fourrages.

En 2007, 19 laboratoires sont répartis dans les régions françaises.
Ils réalisent plus de 100 millions d'analyses par an toutes activités confondues.
Le lait des 100 000 élevages laitiers est contrôlé au moins 3 fois par mois sur une dizaine de critères liés à la réglementation sur le paiement du lait en fonction de sa composition et de sa qualité (Loi Godefroy 1969).
D'un laboratoire à l'autre, selon les zones de production laitière, le nombre d'exploitations dont le lait est analysé est très variable : de 300 à 12 000.

Les laboratoires sont des structures indépendantes, le plus souvent des associations loi 1901. Chacune est gérée par un conseil d'administration iinterprofessionnel, réunissant des représentants des producteurs de lait, des coopératives laitières et des industries privées.

Le laboratoire pour réaliser des analyses en vue du paiement du lait doit être agréé par la préfecture de son lieu d'implantation.

L’agrément est conditionné au respect d'un cahier des charges strict, défini par arrêté au Journal Officiel de la République Française. Il impose de suivre des procédures techniques précises et normalisées, d'utiliser du matériel autorisé d'emploi par le Ministère de l'Agriculture et de la Pêche et de mettre en oeuvre un système d'assurance qualité conforme NF EN ISO 17025.

Le C.N.I.E.L. a un rôle d'assistance auprès des laboratoires et veille à l'harmonisation des pratiques pour leur fonctionnement. Il réalise périodiquement des audits dans chaque laboratoire pour vérifier le respect des exigences techniques et qualité.
Une Commission Nationale d’Assistance et Harmonisation des Laboratoires (CNAH) est chargée au CNIEL du suivi des laboratoires.

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