Ski

 

Situation sans question et questions sans situation

7e2e00b1a833836722921e78e8e874590ac32bee-1

https://www.theriderpost.com/disciplines/snow/saut-a-ski-nouveau-record-du-monde-avec-251-5-metres-de-long/

 

Le dispositif présenté permet de travailler la lecture et l’analyse d’un énoncé de problème, ici le saut à ski. 

Pour la moitié des participants on supprime les questions et une partie de la description de la situation pour inviter à la reconstituer et du même coup forcer l’analyse des éléments dont on dispose (variantes possibles de la situation, données nécessaires, moyens de résolution…). Par exemple dans ce problème du saut à ski on peut s’interroger sur la forme de la piste, son inclinaison finale, les frottements, les conditions de simplifications, etc.

Pour les autres participants on présente les questions sans le descriptif de la situation…

Après les travaux individuels et en petit groupe les mises en commun permettent d’avancer vers les modes de résolution.

 Ce type de travail est évidemment adaptable à divers thèmes pouvant donner lieu à des interprétations et variantes diverses et par conséquent pas trop simples.

 

 pistehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Saut_%C3%A0_ski*

Ancien tremplin de saut d'Holmenkollen (OsloNorvège)

 800px-Ski_jumping_hills,_Whistler_2

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ski_jumping_hills,_Whistler_2.jpg

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ski).

 

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Documents et consignes : [1-avec-et-sans-question.pdf]

1

2

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ski).

docs

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Chromisme (1) – Halo-thermo

Halo-thermochromisme

Halochromisme : changement de couleur en fonction du pH

Thermochromisme : changement de couleur en fonction de la température

cristalvioletlactone2

Lactone cristal-violet

Crystal_violet_lactone-reaction

 

https://campus.mines-douai.fr/pluginfile.php/13740/mod_resource/content/0/CH2_fr_mai_2013/co/cours_ch2_1_1_fr.html

L’expression « matériaux chromiques » se réfère aux matériaux dont la couleur change en fonction d’un stimulus extérieur. Les matériaux chromiques sont alors nommés en fonction de ce stimulus :

· Photochromique : le stimulus extérieur est la lumière

· Thermochromique : le stimulus extérieur est la température

· Electrochromique : le stimulus extérieur est l’électricité

· Piezochromique : le stimulus extérieur est la pression

· Halochromique : le stimulus extérieur est le pH…

 

https://campus.mines-douai.fr/pluginfile.php/13740/mod_resource/content/0/CH2_fr_mai_2013/co/cours_ch2_1_3_fr.html

Les matériaux ou composés dans lesquels les changements observables de couleur sont induits par un changement de température sont nommés thermochromes. Ce phénomène peut être réversible, (i.e. le matériau reprend sa couleur originelle après refroidissement) ou irréversible. Le comportement thermochrome peut être obtenu à partir de différents mécanismes :

· le transfert de charge,

· le champ cristallin,

· la modification de la structure chimique,

· les phénomènes physico-chimiques évoluant avec la température :

o les transitions de phase,

o les décompositions,

o la dilation thermique.

 

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier chromisme (1) – halo-thermo).

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Trois documents différents traitent du halo-thermochromisme, changement de couleur d’un leuco-colorant sous l’effet d’une variation de pH induite par une élévation de température.

Il s’agit d’interpréter la situation : un travail individuel préalable de repérage des éléments pertinents dans l’un des documents sera suivi d’une mise en commun en petit groupe avec production d’un poster synthétique qui sera présenté en grand groupe avec animation tableau pour affiner les propositions. Les petits groupes peuvent être constitués de façon que les trois documents soient exploités.

 

 

Les 3 documents de travail :

[1-halo-thermo-1.pdf] ; [1-halo-thermo-2.pdf] ; [1-halo-thermo-3.pdf]

 

 

thermochromie-1

 

thermochromie-2

 

thermochromie-3

 

 

Documents d’aide :

[chromismes.pdf] ; [bathochrome.pdf] ;

[lactones.pdf] ; [hybridation.pptx]

 

 

chromismes

 

bathochrome

 

lactones

 

hybrid

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier chromisme (1) – halo-thermo).

docs

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Eau salée

Y a-t-il des trous dans l’eau ?

 

 

Voici donc un chantier de science (niveaux collège par exemple) où on s’interroge sur l’existence de « trous » dans l’eau, mais aussi et surtout sur la validité d’un protocole et de l’interprétation des résultats…

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier eau salee).

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Document des consignes : [1-trous.pdf]

 

1-trous

 

Fichier de résultats : [volumes.xlsx]

 

volumes

 

Diaporama : [eau-salee.pptx]

diapo

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier eau salee).

docs

docs2

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Dihydrogène (2) – Bio-inspiration

Dihydrogène bio-inspiré

NiFe_Hydrogenase

Crystal structure of [NiFe] hydrogenase

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogenase

F1.large

FromHydrogenases to Noble Metal–Free Catalytic Nanomaterials for H2 Production and Uptake https://science.sciencemag.org/content/326/5958/1384.figures-only

 

 

Marc Fontecave. À la frontière de la chimie et de la biologie : biocatalyse et catalyse bio-inspirée. 

4. 3. La catalyse bio-inspirée : exemple de la production d’hydrogène

La biocatalyse est une autre branche scientifique qui peut et doit être mise à profit par l’industrie. Il peut s’agir d’utiliser les micro-organismes, comme c’est déjà largement le cas, ou des extraits d’enzymes qui y sont actives, pour adapter aux grandes échelles voulues par l’industrie les réactions à l’œuvre dans le vivant. Il peut par ailleurs aussi s’agir de « copier » la nature en développant des catalyseurs moléculaires qui reproduisent les sites actifs d’enzymes, mais en les adaptant à des objectifs industriels : c’est ce qu’on appelle la catalyse « bio-inspirée », dont nous allons donner un exemple, celui des catalyseurs de production et d’oxydation de l’hydrogène. Il s’agit d’un problème
de grande envergure du fait des perspectives d’épuisement des ressources énergétiques fossiles (pétrole, gaz). L’idée est de tirer parti de l’énergie dégagée par la réaction entre l’hydrogène et l’oxygène qui conduit à l’eau, réaction qui est très exothermique. Un « monde hydrogène » pourrait alors être envisagé. Ceci suppose que l’on soit capable de produire l’hydrogène dans des conditions économiquement bien meilleures que ce que l’on sait faire aujourd’hui. Les catalyseurs utilisés aujourd’hui reposent sur l’emploi de métaux précieux et ce seul fait interdit une exploitation industrielle des procédés. Or, on trouve dans le monde vivant des catalyseurs merveilleux pour la synthèse et l’oxydation
de l’hydrogène : ce sont les enzymes dénommées hydrogénases, qui convertissent l’eau en hydrogène ou inversement, et le font à de très grandes vitesses (une dizaine de milliers de cycles par seconde).

 

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Figure 14

 

On propose ici une sélection de documents sur le thème de la catalyse enzymatique pour la production et l’utilisation du dihydrogène et des procédés bio-inspirés à l’étude actuellement.

 

docs

Des vidéos sont également disponibles :

vids

Ainsi que la leçon inaugurale deMarc Fontecave au Collège de France sur la chimie des processus biologiques (2009) : [Marc-Fontecave-leçon.pdf]

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene (2) bioinspire).

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L’exploitation de ces documents peut prendre diverses formes comme par exemple dans ce qui suit.

 

Chaque participant reçoit deux documents différents. L’exploitation individuelle donnera lieu à une mise en commun en petit groupe de façon que l’ensemble des documents (ou une partie sélectionnée) s’y retrouvent. La production d’un poster synthétique est alors réalisée par le groupe.

 

 

Consigne 1 individuel (15 min)

Extraire (en surlignant ou soulignant) les éléments exploitables et pertinents permettant d’aborder la question des biocatalyses et catalyses bio-inspirée pour la production du dihydrogène.

 

Consigne 2 petits groupes (50 min)

Mettre en commun les éléments repérés et réaliser un poster synthétique et ordonné.

 

Les posters sont alors présentés au grand groupe, avec animation tableau.

 

Consigne 3 petits groupes (20 min)

Rédiger un document de synthèse présentant le problème et les éléments d’analyse ainsi qu’une conclusion.

 

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Document des consignes présentées ci-dessus : [1-dihydrogène.pdf]

 

[bio-inspire-1.pdf]

bio-inspire-1

 

[bio-inspire-2.pdf]

bio-inspire-2

 

[cluster-Ni-Fe.pdf]

cluster-Ni-Fe

 

[electrolyse.pdf]

electrolyse

 

[ferredoxine.pdf]

ferredoxine

 

[hydrogenases.pdf]

hydrogenase

 

[metalloenzymes.pdf]

metalloenzymes

 

[nitrogenase.pdf]

nitrogenase

 

[photo-production-1.pdf]

photoproduction-1

 

[photo-production-2.pdf]

photoproduction-2

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene (2) bioinspire).

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docs3
docs2
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Colloïdes

oil

 Emulsion of oil and water. Ramoncovelo https://www.thoughtco.com/definition-of-emulsion-605086

800px-Acutissimin_A

 

Acutissimin A – Polyphénol (tanin du vin)

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Collo%C3%AFde

Un colloïde est la suspension d’une ou plusieurs substances, dispersées régulièrement dans une autre substance, formant un système à deux phases séparées. Dans un fluide, il forme une dispersion homogène de particules dont les dimensions vont du nanomètre au micromètre. […]

 On distingue différentes catégories de colloïdes selon la nature des phases en présence :

tableau

 

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Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier colloides).

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On connait bien le classement solide – liquide – gaz. Mais où allons-nous classer le dentifrice, la mayonnaise, l’encre ou le nuage ?

 

A voir également sur ce même site les chantiers bulles et membranes

 

On propose ici l’étude de 6 systèmes colloïdaux.

 

 

1. Emulsions

Document de travail : [1-emulsions.pdf]

Aides : [amphiphile.pdf], [interactions.pdf], [micelles.pdf]

ainsi que : [colloides.pdf]

 

1-emulsions

amphiphile

micelles

interactions

colloides

 

2. Pastis

Document de travail : [2-pastis.pdf]

 

2-pastis

 

 

3. Lait

Document de travail : [3-lait.pdf]

 

3-lait1

3-lait2

 

 

4. Nuages

Document de travail : [4-nuages.pdf]

4-nuages

A voir aussi : [nuages-pas-sorcier.mp4]

 

 

 

5. Vin

Document de travail : [5-vin.pdf]

 

5-vin1

5-vin2

 

 

6. Or – argent

Document de travail : [6-or-argent.pdf]

 

6-orargent1

6-orargent2

 

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Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier colloides).

docs
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Solvants

Solvants, interactions, dissolutions

dissol-extrait_1

D’après molecular view of solution formation

https://youtu.be/zePYWZ2AjnI

interactions2

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Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier solvants).

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Quatre approches à propos des solvants, dissolutions et extractions.

1. Dissolutions

Document de travail : [1-dissolutions.pdf]

Documents d’aides : [solvants-solutions.pdf] ; [classification-solvants.pdf] ; [interactions.pdf]

 

Etude des mécanismes de dissolution selon les types de solvants.

 

1-dissolutions

solvants-solutions1

 

solvants-solutions2

classif-solvants

 

 

2. Extraction

Document de travail : [2-extraction.pdf]

Elaboration et réalisation de protocole pour déterminer un coefficient de partage.

2-extraction

 

 

3. Relargage

Document de travail : [3-relargage.pdf]

Des exemples à interpréter.

 

3-relargage

 

4. Alternatives

Document de travail : [4-alternatifs.pdf]

Exploitation de documents.

 

4-alter1

4-alter2

 

Egalement disponibles : deux animations

http://www.cea.fr/multimedia/Pages/animations/physique-chimie/separation-par-extraction-liquide-liquide.aspx

cea

 

https://youtu.be/zePYWZ2AjnI

dissol

 

Ainsi que des problèmes adaptés de problèmes de bac : dossier [problemes]

 

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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier solvants).

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Spectro (2) – IR

Spectroscopie d’absorption
infrarouge

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Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (2) IR).

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Trois approches de la spectroscopie infrarouge pour la détermination des groupes caractéristiques des molécules organiques.

 

 

1. Exploration

 

Document de travail : [1-exploration.pdf] et le corrigé : [1-exploration-corrige.pdf]

Documents d’aide : [energie-IR.pdf], [principe.pdf], [presentation-IR.pptx]

 

1-explo1

 

Extraits des spectres proposés :

1-explo3

1-explo5

 

Extrait du corrigé :

1-explocorrige2

 

Aides :

energieIR1

principe

diapo1

diapo2

 

 

2. Réaction

 

Document de travail : [2-spectro-réaction.pdf]

 

2-spectroreaction

Aide pour la recherche de spectres : [recherche-spectres.pdf]

 

recherche-spectres

 

 

3. Specamp

 

Exploitation de l’application Specamp de Serge Lagier

 

specamp-auteur

 

Document de travail : dossier [specamp], document [specamp.pdf]

 

specamp1

specamp2

 

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Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (2) IR).

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Spectro (3) – UV-Vis

Spectroscopie d’absorption UV-Visible

molecules1

Plusieurs approches de la spectroscopie d’absorption UV-Visible : niveaux d’énergies et bandes d’absorption, mésomérie et effet bathochrome, halochromisme et indicateurs colorés, bouteille bleue, loi de Beer-Lambert et titrage de la bétadine, suivi cinétique de réactions d’oxydo-réduction …

 

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Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (3) UV-VIS).

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1. Raies et bandes d’absorption

Document de travail : [1-raies-bandes.pdf]

Document d’aide : [energies.pdf]

 

1-raiesbandes

 

energies

energies2

 

2. Contrôle de qualité de la bétadine

Documents de travail : [2-betadine-experimental.pdf], [2-betadine-etalonnage.xlsx]

Document d’aide : [beer-lambert.pdf]

 

2-betaexp1

2-betaexp2

2-betaexp3

2-betaexp4

2-beta-etalonnage

beerlambert1

beerlambert2

 

3. Effet bathochrome

Document de travail : [3-bathochrome.pdf]

Documents d’aide : [liaisons.pdf], [bathochrome.pdf]

 

3-batho

liaisons1

liaisons2

batho1

batho2

 

4. Halochromisme

Document de travail : [4-halochromisme.pdf]

Documents d’aide : [liaisons.pdf], [bathochrome.pdf]

 

4-halo

 

5. Bouteille bleue

 

5-boutbleue

 

6. Suivi cinétique

Document de travail : [6-permanganate.pdf]

 

6-permanganate1

6-permanganate2

 

7. Suivi cinétique – problème sans question

Document de travail : [7-cinetique-probleme.pdf]

 

7-suivi

 

On trouvera également…

 

– des animations et diaporamas (merci à Adrien Willm et Didier Labatut !).

 

swf1AW

swf2labatut

 

diapospectro

diapoindicateur

 

– des problèmes (adaptés d’anciens problèmes de bac).

 

– une application [setup_Specamp.exe] de Serge Lagier, Alain Fruchier et Guy Bouyrie.

 

specamp

 

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Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (3) UV-VIS).

docs1

docs2

docs3

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Cinétique (7) – Mécanismes

pauling-scale

L_Pauling

Linus Pauling (19011994)

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (7) ordre).

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Cinq ateliers sur les mécanismes réactionnels.

Les consignes sont portées sur les documents de travail. Classiquement il s’agit d’une alternance de travaux individuels puis en petits groupeset de mises en commun en grand groupe avec animation tableau et apports magistraux nécessaires.

 

 

1. Estérification

Document de travail : [1-esterification.pdf]

 

1-esterif

1-esterif2

 

2. Réactif de Grignard

Document de travail : [2-grignard.pdf]

et le corrigé [2-grignard-corrige.pdf]

 

2grignard

2grignard-corr

 

3. Ether-oxyde

Document de travail : [3-ether.pdf]

 

3-ether

 

4.Saponification

Document de travail : [4-saponification.pdf]

 

4-sapo

 

5.SN1 – SN2

Document de travail : [5-SN1-SN2.pdf]

Documents d’aide : [solvant] et [enantiomeres.pdf]

 

5-sn1-2

enantio

solvant

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (7) ordre).

docs

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Cinétique (6) – Ordre

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (6) ordre).

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Les travaux proposés traitent de l’ordre cinétique des réactions chimiques.

Les consignes sont portées sur les documents de travail. Classiquement il s’agit d’une alternance de travaux individuels puis en petits groupes et de mises en commun en grand groupe avec animation tableau et apports magistraux nécessaires.

 

 

 

1. Ordre 1

Prévision de l’allure d’une courbe cinétique.

Document de travail : [1-ordre1.pdf]

Documents d’aide : [vitesse-ordre.pdf], [math.pdf]

 

1-ordre1png

vitesse-ordre

math1

math2

 

 

2. Détermination

Comment déterminer un ordre cinétique à partir de résultats expérimentaux ?

Document de travail : [2-determination.pdf], [2-peroxyde.xlsx], [2-saponification.xlsx]

Avec les corrigés : [2-peroxyde-corrige.xlsx], [2-saponification-corrige.xlsx]

 

2-determination

peroxydexlsx

 

saponificationxlsx

 

 

 

3. Tertiobutyle

Une expérimentation classique : le suivi cinétique par conductimétrie de la solvolyse du chlorure de tertiobutyle. Et un exemple de traitement de résultats (ordre 1).

Document de travail : [3-tertiobutyle.pdf], [3-tertiobutyle.xlsx] 

Avec le corrigé : [3-tertiobutyle-corrige.xlsx]

 

3-tertiobutyle

3-tertiobutylexlsx

 

 

Des documents complémentaires sont disponibles (dossier [complements]) : [conductivité.pptx], [solvant.pdf] et des exemples de problèmes [probleme-solvolyse.pdf], [solvolyse-verification.pdf], 

 

diapo

 

solvant

pbsolvolyse1

pbsolvolyse2

pbsolvolyse3

 

 

4. Ether-oxyde

Un autre exemple,
la synthèse d’un éther-oxyde avec traitement de résultats (ordre 2).

Document de travail : [4-ether.pdf], [4-ether.xlsx]

Avec le corrigé : [4-ether-corrige.xlsx]

 

4-ether

etherxlsx

 

 

 

5. SN1-SN2

L’exemple classique des substitutions nucléophiles avec une réflexion sur l’influence de l’encombrement stérique.

Document de travail : [5-SN1-SN2.pdf]

 

5-SN1SN2

 

 

Documents complémentaires (dossier [animations-SN]) :[profil-SN1.swf] ; [profil-SN2.swf] ; [SN1.swf] ; [SN2.swf] Animations conçues et réalisées sous Flash par le CDIEC http://www.unice.fr/cdiec/

 

 

profil1

profil2

 

 

On trouvera également des supports pour la comparaison de la cinétique d’ordre 1 avec charge-décharge d’un condensateur (dipôle RC) ainsi que la décroissance radioactive (dossier [comparaisons]) : [radioactivite.pdf] ; [circuitRC.pdf] ; [modeles.pdf]

radioactivite

RC

modeles

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (6) ordre).

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docs4docs2

docs3

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