Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques. / Northern regions underlain by permafrost will largely be affected by the projected increase in air temperature. A growing number of structures that were once built with great confidence on perennially frozen soils are already starting to show signs of deterioration. Processes caused by permafrost degradation can cause significant damages to infrastructure and require high costs of repair. The current climatic context therefore commands that the implementation of projects in permafrost regions follows a well-thought planning in order to account for the potential impacts of permafrost degradation. This thesis focuses on the use of geographic information systems (GIS) applied to the identification of the development potential of communities located in permafrost regions. Using a GIS approach, the goal is to develop a methodology to produce risk-assessment maps to help northern communities better plan their built environment. A multi-scale analysis of the landscape is necessary and should include the investigation of surficial deposits, topography, as well as permafrost, vegetation and drainage conditions. The complexity of all the interactions that shape the landscape is such that it is virtually impossible to account for all of them or to predict with certainty the response of the system following disturbances. This research also presents some of the limitations to the use of GIS in this specific context and explores an innovative method for quantifying uncertainty in risk-assessment maps.

Au Nunavik, l’augmentation des températures atmosphériques en lien avec les changements climatiques influence la capacité portante du sol en modifiant le régime thermique de la couche active et du pergélisol. Selon la nature du sol et des cryostructures, les processus de fluage et tassement différentiel du sol peuvent être considérables. La forte croissance démographique au Nunavik nécessite la construction de plusieurs nouvelles unités d’habitation. La présente étude a produit des outils pour permettre un aménagement durable du territoire par l’interprétation géomorphologique du paysage et l’étude des propriétés géotechniques des cryofaciès qui compose la cryostratigraphie des unités géomorphologiques de Puvirnituq afin d’estimer le comportement du pergélisol au dégel. Trois unités géomorphologiques principales ont été distinguées sur le territoire. Le socle rocheux est stable au dégel ainsi que les dépôts minces qui le recouvrent puisqu’ils sont contenus dans la couche active (unité P1). Le till remanié est dominé par du sable pauvre en glace, lui conférant une stabilité, mais les moraines de De Geer pourraient incorporer des dépôts marins riches en glace à l’intérieur d’un till remanié (unité P2). Les dépressions comblées de dépôts marins et littoraux sont probablement situées sur du till remanié mais contiennent une zone de transition riche en glace entre ~0,9 et 1,7 m de profondeur, excluant les possibilités de construction (unité P3). La principale contribution à l’aménagement du territoire découlant de cette étude a été la production de deux cartes. La première présente la distribution des unités géomorphologiques sur l’ensemble du territoire, permettant d’identifier rapidement le potentiel d’aménagement de l’environnement de Puvirnituq; la seconde carte montre l’emplacement des moraines de De Geer au-delà du village. Ces données trouveront des applications dans l’évaluation de substrats pour l’expansion de l’environnement bâti de Purvinituq et de granulats non-gélifs pour la construction des infrastructures construites sur remblais. Cette carte souligne l’importance de l’histoire Quaternaire sur les conditions actuelles de pergélisol. / In Nunavik, a sustained increase of surface temperatures linked to climate change, affects the bearing capacity of the permafrost by modifying its thermal regime. Depending on the nature of the soil as well as its cryostructures, creep and differential thaw-settlement processes can be significant. The rapid demographic growth in Nunavik requires the construction of several new housing units. In order to estimate the behaviour of permafrost to thaw, this study has contributed to a sustainable land-use planning by the geomorphological interpretation of the landscape and the study of geotechnical properties of the different cryofacies that compose the geomorphological units of Puvirnituq. Three main geomorphological units were distinguished within the territory. The bedrock is thaw-stable as well as the veneer of surficial deposits since they are contained within the active layer (P1 unit). The reworked till is dominated by ice-poor sand, providing a certain stability, but the De Geer moraines could incorporate ice-rich till and ice-rich thaw sensitive marine deposits (P2 unit). The depressions, filled with marine and littoral deposits, probably contain stable reworked till at the bottom but the presence of an ice-rich transition zone between ~0,9 and 1,7 m depth, makes this geomorphological unit improper for construction (P3 unit). The principal contribution to landuse planning of this study is the production of two maps. The first presents the distribution of the geomorphological units over the entire territory, allowing for a quick identification of potential areas to support the development of Puvirnituq; the second map shows the location of De Geer moraines beyond the study area to extrapolate the result of this study to the landscape scale.

Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques. / Northern regions underlain by permafrost will largely be affected by the projected increase in air temperature. A growing number of structures that were once built with great confidence on perennially frozen soils are already starting to show signs of deterioration. Processes caused by permafrost degradation can cause significant damages to infrastructure and require high costs of repair. The current climatic context therefore commands that the implementation of projects in permafrost regions follows a well-thought planning in order to account for the potential impacts of permafrost degradation. This thesis focuses on the use of geographic information systems (GIS) applied to the identification of the development potential of communities located in permafrost regions. Using a GIS approach, the goal is to develop a methodology to produce risk-assessment maps to help northern communities better plan their built environment. A multi-scale analysis of the landscape is necessary and should include the investigation of surficial deposits, topography, as well as permafrost, vegetation and drainage conditions. The complexity of all the interactions that shape the landscape is such that it is virtually impossible to account for all of them or to predict with certainty the response of the system following disturbances. This research also presents some of the limitations to the use of GIS in this specific context and explores an innovative method for quantifying uncertainty in risk-assessment maps.

Le Jurassique supérieur est une période qui présentait une paléogéographie et des conditions climatiques globales favorables au développement des systèmes sédimentaires dominés par les tempêtes. L’objectif de ce travail est de comprendre les facteurs contrôlant la dynamique de ces systèmes, ainsi que la relation entre les variations de fréquences et d’intensité des tempêtes et les changements climatiques. Trois coupes ont été choisies pour cette étude : les Pas (passage Oxfordien – Kimméridgien) et la coupe du Rocher d’Yves (Kimméridgien supérieur), près de La Rochelle ; la coupe du Cap de la Crèche (Kimméridgien supérieur – début du Tithonien), dans le Boulonnais. Ces coupes sont analysées pour la sédimentologie, les palynofaciès et les nannofossiles calcaires. Pour chacune d’elles, un modèle de faciès détaillé est établi, permettant de proposer une interprétation séquentielle et cyclostratigraphique précise. L’interprétation cyclostratigraphique permet d’interpréter les dépôts de tempêtes en terme de variations de fréquence des tempêtes. L’interprétation séquentielle permet de s’affranchir des variations du niveau marin relatif pour interpréter les dépôts de tempêtes en terme de variations d’intensité des tempêtes. Les points communs et les différences entre ces deux systèmes sont discutés, tant du point de vue de la dynamique sédimentaire que de l’enregistrement et de la préservation des dépôts de tempêtes. Enfin, la relation entre les variations de fréquence et d’intensité des tempêtes et les changements climatiques est discutée. Les faciès sédimentaires de La Rochelle et du Boulonnais présentent une organisation spatiale relativement similaire. La production carbonatée des systèmes présente des similitudes et des différences. Elle semble capable de réagir très rapidement aux variations du niveau marin relatif, augmentant avec l’élévation du niveau marin relatif. Les deux systèmes ont également une évolution similaire dans le temps. Les dépôts de tempêtes des deux sites montrent des morphologies similaires, liées aux conditions de dépôt et de préservation. Il a été possible de mettre en relation les variations d’intensité, de fréquences, et les changements du climat. Ainsi, les variations d’intensité des tempêtes semblent évoluer en parallèle des variations de fréquence, les valeurs d’intensité les plus élevées correspondant aux valeurs de fréquences les plus élevées. De plus, ces augmentations de fréquence et d’intensité ont lieu en même temps que l’augmentation des températures, indiquant un lien entre le réchauffement du climat et l’augmentation de l’activité des tempêtes / The Late Jurassic was a period with paleogeography and global climatic conditions that favor the development of sedimentary systems dominated by storms. The purpose of this study is to better understand the controlling factors on the dynamic of these systems. Three sections are chosen. The Pas (Oxfordian – Kimmeridgian transition) and the Rocher d'Yves (Late Kimmeridgian) sections, near La Rochelle (Western France), correspond to a muddy, mixed carbonated – siliciclastic platform. The Cap de la Crèche section (Late Kimmeridgian – Early Tithonian) corresponds to a mixed carbonated – siliciclastic ramp, dominated by coarse material. Sedimentary, palynofacies, and calcareous nannofossil analyses are performed. For each section, a detailed facies model is proposed, allowing precise sequence- and cyclostratigraphic interpretations. The sequence and cyclostratigraphic frameworks allow the calculation of the storm frequency. Comparison between host facies and storm deposits allows the estimation of storm intensity. The similarities and differences between these two systems are discussed, for the sedimentary dynamic, and the record and preservation of the storm deposits. Finally, the relation between storm frequency and intensity and climate is discussed. La Rochelle and Boulonnais sedimentary facies have a similar spatial organization. Carbonate production of these systems presents similarities and differences. The carbonate production seems able to react very quickly to relative sea-level variations, increasing when sea-level is high. The two systems also have a similar evolution in time. The storm deposits of the two sites show similar morphologies, related to the conditions of deposition and preservation. It was possible to link the variations of storm intensity and frequency with the climate changes. The variations of storm intensity evolve in parallel of the variations of storm frequency, the highest values of intensity corresponding to the highest values of frequency. Moreover, this increase in frequency and intensity is consistent with increasing temperature, suggesting a link between the increasing storm activity and the climate warming

Le Kef est une région de la Tunisie un peu oubliée des chercheurs. Les disponibilités en eau, étudiées sous l'angle quantitatif et qualitatif nécessitent de croiser des variables bien sûr naturelles comme l'hydrogéologie, la climatologie, mais aussi des variables socio-économiques, voire culturelles. Ce travail de recherche a pris en compte l’importance de l’échelle de travail, en replaçant à chaque étape le Kef dans le contexte national tunisien avant de se focaliser sur les spécificités du gouvernorat. Il a permis de montrer l’importance des ressources hydriques dans le développement socio-économique de la Tunisie et du Kef en particulier. Les ressources hydriques du Kef sont importantes et de bonnes qualités : bien utilisées, elles devraient permettre d’accélérer le développement de l’agriculture et de l’industrie. Le potentiel intéressant en eaux thermales et minérales offre une autre alternative économique et pourrait permettre le développement d’un tourisme de montagne plus respectueux du milieu naturel. / Kef is a region of Tunisia not so studied among researchers. Water availability, studied from the qualitative and quantitative point of view requires crossing obvious variables such as hydrogeology, climatology, but also socio-economic or cultural variables. This research took into account the importance of the working scale, replacing Kef context in Tunisia national context before focusing on the specifics of this governorate. It shows the importance of water resources in the socio-economic development of Tunisia and Kef in particular. Water resources in Kef are important and of good qualities: well used, they should speed up the development of agriculture and industry. Moreover, the interesting potential of thermal and mineral water provides another economical alternative which could allow development of environmental friendly mountain and thermal tourism.

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Les variations du rayonnement solaire en surface (SSR) peuvent avoir un impact significatif sur divers aspects du système climatique, et notamment sur le développement socio-économique d’un pays. Pour identifier les impacts possibles du changement climatique sur le rayonnement solaire en surface à l'échelle régionale (~ 50 km) en Afrique australe jusqu'à la fin du 21ème siècle, on a analysé les données mensuelles produites dans le cadre du projet CORDEX-Afrique sur la période 1979-2099. Ces données sont issues des sorties de 5 modèles régionaux de climat (RCM) forcés par 10 modèles globaux de climat (GCM) CMIP5, pour deux scénarios d’émissions, RCP4.5 et RCP8.5, en Afrique australe (SA) et sur une partie du SWIO (0-40°S ; 0- 60°E). Pour contribuer au projet futur proposé qui vise à approfondir l'étude des changements de SSR à l'échelle locale (~ 1 km de résolution horizontale) à l'île de la Réunion et à l'île Maurice, situées dans le Sud-ouest de l'océan Indien (SWIO), près du bord d’Est du domaine CORDEX-Afrique, des simulations climatiques ont été réalisées sur trois fenêtres temporelles de 10 ans : a) le passé 1996-2005 ; et b) le futur 2046-2055 et 2090-2099, en utilisant la version 4 du RCM RegCM (RegCM4), forcé par : 1) les réanalyses climatiques ERA-Interim (ERAINT) du centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) pour simuler un passé récent seulement ; et 2) deux GCMs (HadGEM2-ES et GFDL-ESM2M) de l’exercice CMIP5 de simulations du climat passé et futur pour le scénario d’émissions RCP8.5 à l’échelle régionale de 50km en Afrique australe et dans le sud-ouest de l’océan Indien (0-40°S ; 0- 100°E). L’analyse de l’impact du changement climatique sur le SSR sur la base de ces simulations reste cependant limitée, à cause de leur couverture temporelle (3 périodes de 10 ans) et du nombre de modèles (2 GCMs, 1 RCM) et de scénarios (1 RCP) utilisés. Il ressort de l’analyse des simulations de l’ensemble CORDEX-Afrique que : 1) sur la période passée récente, les GCMs forceurs surestiment généralement SSR d'environ 1 W/m2 en été austral (DJF : Décembre-Janvier-Février), et de 7,5 W/m2 en hiver austral (JJA : Juin-Juillet-Août), tandis que les RCMs, forcés par ces GCMs, sous-estiment SSR d'environ -32 W/m2 et de -14 W/m2 en été et en hiver, respectivement. 2) Les projections multi-modèles de changement de SSR simulées par les RCMs et leurs GCMs forceurs sont assez cohérentes. Les GCMs prévoient, en moyenne multi-modèles, une augmentation statistiquement significative de SSR d'environ 8 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP4.5 et de 12 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP8.5 sur le Centre de l’Afrique australe (SA-C), et une diminution de SSR, avec un degré de confiance élevé, d'environ -5 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP4.5 et de -10 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP8.5, pendant la saison DJF, en Afrique équatoriale (EA-E). Dans ces deux régions, les RCMs produisent, en moyenne multi-modèles, des tendances similaires (avec un degré de confiance élevé) à celles des GCMs, mais sur des zones d’extension spatiale plus faible que celle des GCMs. Cependant, pour la saison JJA, une augmentation de SSR, d'amplitude similaire dans les simulations GCMs et RCMs (~5 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP4.5 et 10 W/m2 selon le scénario RCP8.5), est attendue dans la région EA-E. 3). Une diminution significative de la nébulosité (environ -6% en 2099) est attendue sur le continent sud-africain pour les GCMs comme pour les RCMs. 4) Le scénario RCP8.5 produit des changements d’amplitude supérieure de 2.5W/m2 pour les GCMs forceurs et de 5W/m2 pour les RCMs en 2099 à celle pour le scénario RCP4.5. 5). Comme pour les sorties du modèle RegCM4, les structures des biais ou des changements de SSR issu des RCMs du programme CORDEX-Afrique sont globalement corrélées avec celles de couverture nuageuse totale des RCMs. L’analyse des sorties du modèle RegCM4 indique que : ..... / Changes in Surface Solar Radiation (SSR) have the potential to significantly impact diverse aspects of the climate system, and notably the socio-economic development of any nation. To identify the possible impacts of climate change on SSR at regional scales (~50 km) over Southern Africa and the South West Indian Ocean (SA-SWIO; 0-40°S ; 0- 100°E) up to the end of the 21st century, a slice downscaling experiment consisting of simulations covering three temporal windows: a) the present 1996-2005; b) the future 2046-2055 and 2090-2099 conducted with the Regional Climate Model (RCM) RegCM version 4, driven by the European Center for Medium-range Weather Forecasting (ECMWF) ERA-Interim reanalysis (ERAINT, only present) and 2 Global Climate Model (GCMs: HadGEM2-ES and GFDL-ESM2M) from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) under RCP8.5 scenario, are performed and evaluated. Since the slice simulation is of limited temporal coverage, number of regional and driven global models and climate change forcings, mainly because of the limit of available computational resources, the study towards a comprehensive knowledge of SSR changes in context of climate change is thus extended: an ensemble consisting of outputs from 20 regional climate downscaling realisations based on 5 RCMs that participated in the Coordinated Regional Downscaling Experiment (CORDEX) program (CORDEX-Africa) along with their 10 driving GCMs from CMIP5 covering southern Africa (0-40°S; 0- 100°E) during the period of 1990-2099 is analyzed under RCP4.5 and RCP8.5 up to 2099.The slice experiment indicates that 1) RegCM4 simulates present-day seasonal climatology, (surface air temperature, precipitation and SSR) quite well, but has a negative total cloud cover bias (about -20% in absolute percentage) when forced by the ERAINT and the two GCMs. 2) Internal variability of RegCM4-simulated annual means SSR (about 0.2 W/m2) is of one order smaller than the model bias compared with reference data. 3) RegCM4 simulates SSR changes in opposite signs when driven by the different GCMs under RCP8.5 scenario. 4) Electricity potential calculated using first-order estimation based on the RegCM simulations indicates a change less then 2% to 2099 with respect on present level.It is also found from the ensemble study that: 1) GCMs ensemble generally overestimates SSR by about 1 W/m2 in austral summer (December, January, and February, short as DJF) and 7.5 W/m2 in austral winter (June, July and August, short as JJA), while RCMs ensemble mean shows underestimations of SSR by about -32 W/m2 and -14 W/m2 in summer and winter seasons respectively when driven by GCMs. 2) Multi-model mean projections of SSR change patterns simulated by the GCMs and their embedded RCMs are fairly consistent. 3) GCMs project, in their multi-model means, a statistically significant increase of SSR of about 8 W/m2 in RCP4.5 and 12 W/m2 in RCP8.5 by 2099 over Centre Southern Africa (SA-C) and a highly confident decreasing SSR over Eastern Equatorial Africa (EA-E) of about -5 W/m2 in RCP4.5 and -10 W/m2 in RCP8.5 during the DJF season. RCMs simulate SSR change with statistical confidence over SA-C and EA-E area as well with a little spatial extension compared to GCMs. However, in the JJA season, an increase of SSR is found over EA-E of about 5 W/m2 by 2099 under RCP4.5 and 10 W/m2 under RCP8.5, of similar amplitudes in both the GCMs and RCMs simulations. 4) Significant cloudiness decrease (about -6 % to 2099) is found over continent of SA for GCMs and also shown in RCMs. 5) Larger SSR changes are found in the RCP8.5 scenario than in the RCP4.5 scenario in 2099, with about 2.5 W/m2 enhanced changes in GCMs and about 5 W/m2 in RCMs. 6) Either the biases or the changes pattern of SSR are overall correlated with the patterns of total cloud cover from RCMs in CORDEX-Africa program (for RegCM4 as well). The slice experiment indicates that ...

Les changements climatiques bouleversent toute la planète. Leurs impacts écologiques et socio-économiques sont une menace pour tous les pays, surtout ceux en voie de développement. Depuis 1990, la communauté internationale a pris conscience de ce phénomène et les pays développés sont pointés du doigt pour en être des responsables. Par conséquent, ils doivent fournir des efforts financiers et technologiques pour aider les pays les moins avancés à s’adapter. Aujourd’hui, les changements climatiques représentent un enjeu des relations internationales et sont abordés dans presque toutes les réunions internationales. Cependant, la gouvernance climatique mondiale peine à se mettre en place malgré les efforts accomplis par la communauté internationale. Les conférences sont le théâtre de rapports de force entre les États où prévalent les intérêts nationaux, souvent contradictoires. Les impacts des changements climatiques étant localisés, le Tchad apparaît comme un pays vulnérable, aux conséquences graves : avancée du désert, sécheresse, inondations, perte de biodiversité, appauvrissement des sols et diminution des ressources en eau, qui entrainent la baisse de la production agricole, l’insécurité alimentaire, les maladies, les conflits et les déplacements des populations. Bien que le Tchad soit mobilisé pour lutter contre les changements climatiques, il manque des capacités nécessaires pour relever ce défi. Cette thèse considère la zone sahélienne comme une des plus pertinentes pour l’analyse précise de ces impacts et pour la proposition de stratégies mieux adaptées pour lutter contre les changements climatiques. Il s’agit de mesures d’atténuation et d’adaptation qui consistent à mettre en œuvre des politiques nationales plus innovantes et plus ciblées, à créer de nouvelles infrastructures dans les secteurs des transports, des télé-communications, de l’énergie, et à impliquer l’ensemble des acteurs concernés. / Climate changes are upseting the whole planet. Their écologic and socio-economic impacts are a real threat for all countries, principally the developping ones. Since 1990, the international community has becoming aware of this and the developped countries are clearly showned as being mainly responsible. Consequently, they have to financially and technologically strive in order to help the less advanced countries to adapt. Nowadays, the climate changes represent a big stake in the inter-national relationships, they are debated in almost all international meetings. However, the world climatic governing is difficult to establish by the international community. The conferences are dominated by the frequent oppositions of the States’ national interests. As the impacts of climate changes are specifically localised, Chad appears as a vulnerable country suffering dramatic conse-quences: progression of desert, dryness, flood, loss of biodiversity, empoverishment of soils and diminishing water ressources which imply the decreasing ot the agricultural production, food unse-curity, deseases, conflicts and deportation of population. Although Chad is mobilised to struggle against climatic changes, it lacks the necessary capacity to confront this challenge. This thesis con-siders the sahelian zone as one of the most relevant to precisely analyse these impacts and for pro-posal of efficient strategies adapted to act against climate changes. It is about measures of mitiga-tion and adaptation which consist in operating more innovative and more targeted national politics, in creating new infrastructures in the sectors of transport, telecommunications, energy and in in-volving all the concerned actors.

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