Quelques rappels sur la notion de sécheresse Bilan de l

Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
Quelques rappels
sur la notion de sécheresse
Bilan de l’année hydrologique
Une sécheresse se définit comme un déficit en pluie, conjoncturel, significatif, pendant une
période assez longue (saison, année, voire plusieurs années) par rapport à une moyenne.
Ce déficit concerne une étendue assez vaste.
L’année moyenne n’est qu’un concept statistique. L’habitude qui consiste à qualifier de
« normale » cette moyenne de référence suggère à tort, que toute situation qui s’en écarte
serait « anormale ». Les sécheresse font partie de la variabilité du climat et ne constituent
des situations exceptionnelles qu’en cas de sévérité, de durée ou d’étendue extrêmes. Les
climats tempérés sont précisément caractérisés par une variabilité assez forte.
Les sécheresses peuvent être ressenties différemment selon leurs conséquences socioéconomiques, notamment sur l’agriculture (« sécheresse agricole »), sur les
approvisionnements en eau ou sur la production électrique. Il ne faut pas pour autant
confondre « sécheresse » et « pénurie » qui désigne une inadéquation de l’offre et de la
demande entraînant une insatisfaction des usagers et une impression de « manque d’eau ».
Un cours d’eau est assimilable à un flux : un cours d’eau qui baisse s’assèche. Une nappe
est assimilable à un flux assorti d’un stock : une nappe qui baisse ne s’assèche pas (au
moins en climat tempéré) et conserve un stock, parfois important. Ce stock garantit la
capacité régulatrice des nappes libres qui assurent le débit des cours d’eau hors période de
pluie. Indirectement les nappes atténuent les effets de la sécheresse à travers le régime des
cours d’eau.
En termes de ressources, une gestion plus précise des eaux souterraines permettrait de
mieux mettre à profit le potentiel régulateur des nappes notamment –et sous certaines
conditions- à travers une surexploitation temporaire.
Pour bien comprendre l’état de remplissage des nappes et leur évolution au cours de la
période dite de « sécheresse 2005 » il faut :
1. se remémorer les années antérieures dont les plus grandes nappes ont gardé la
marque.
2. retenir que la recharge des nappes se fait essentiellement à l’automne et, dans une
moindre mesure, au début du printemps qui correspondent à la période d’arrêt ou de
moindre croissance de la végétation.
Toutes les nappes ne présentent pas la même « sensibilité » à la sécheresse :
− Les moins sensibles sont principalement les nappes captives (qui ne sont pas directement
alimentées par les précipitations) et les nappes de faible étendue dont les niveaux sont
soutenus par des plans d’eau ou des cours d’eau. (ex. la nappe de la plaine d’Alsace)
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
− Les plus sensibles sont les nappes libres alimentées par les précipitations et de faible
réserve (aquifères minces et peu capacitifs). Leur recharge est comparable d’une année
sur l’autre. Elles présentent des fluctuations dites « annuelles »
− Les nappes libres de grande extension, puissantes, peu drainées par les cours d’eau sont
sensibles à des sécheresses pluriannuelles. Leur fluctuation suit des cycles pluriannuels.
(Nappe de Beauce, nappes de la craie). Les karsts étendus, à ample zone noyée,
débitant par débordement (Vaucluse) sont de ce type.
Ce sont, en définitive les plus petites nappes, superficielles et peu profondes, qui sont les
plus sensibles à la sécheresse.
Rappel des années antérieures
L’année civile 2002 a été dans son ensemble plus arrosée que la moyenne. Elle a été
fortement marquée par l’épisode pluvieux du 8 et 9 septembre dans le Gard. Si bien qu’en fin
d’année la recharge automnale des nappes était satisfaisante même si elle partait d’une
situation de fin d’étiage très disparate.
(Source : Bulletin n°67 – Situation hydrologique – Bilan annuel 2002)
Pluie efficace
1er septembre 2002 – 31 août 2003
Source MEDD/DE à partir des données Météo France
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Situation des nappes
au 1er septembre 2003
Source BRGM
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
L’année civile 2003 a été, dans son ensemble, nettement moins arrosée que la
moyenne. Elle a été caractérisée par une longue période de sécheresse estivale,
particulièrement marquée dans le sud-est, et par des épisodes pluvieux d’automne
exceptionnels en Languedoc-Roussillon et en vallée du Rhône. A l’automne, la quantité
d’eau disponible pour l’écoulement et la recharge des nappes a été inférieure à la
normale dans la moitié nord et supérieure à la normale dans le sud-est. En fin d’année,
certains aquifères affichaient encore des niveaux inférieurs à la normale, en particulier à l’est
du bassin de Paris. La baisse, d’une exceptionnelle durée, se poursuivait en début d’année
2004 pour les nappes à grande inertie.
(Source : Bulletin n°68 – Situation hydrologique – Bilan annuel 2003)
Pluie efficace
1er septembre 2003 – 31 août 2004
Situation des nappes
au 1er septembre 2004
Source MEDD/DE à partir des données Météo France Source BRGM
Voir légendes ci-dessus
L’année civile 2004 a été, dans son ensemble, sensiblement moins arrosée que la
moyenne particulièrement en région PACA et, à un degré moindre, en Poitou-Charentes et
en Aquitaine. Elle faisait suite à un automne 2003 contrasté (nettement déficitaire dans le
nord mais très humide dans le Sud-Est).
(Extrait du Bulletin n°69 – situation hydrologique - bilan annuel 2004)
L’année hydrologique 2004/2005
Après un mois d’octobre 2004 humide, surtout dans l’Est, les mois de novembre et
décembre 2004 ont été plutôt secs. Cette période habituelle de recharge des nappes a
été très nettement déficitaire sauf dans le Centre-Est et en Corse.
L’hiver 2005 a été particulièrement sec dans le sud-est où l’on pouvait constater un déficit
pluviométrique cumulé pouvant dépasser 80% de la normale, et dans l’ouest où il dépassait
50%. Si bien que la baisse des nappes s’est engagée très précocement.
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Précipitations efficaces 2004- 2005
Source : MEDD/DE à partir des données de météo France
Il faut attendre avril pour noter des pluies abondantes mais surtout concentrées dans l’Est le Centre-Ouest et le Sud-Est restant déficitaires (sauf la vallée du Rhône)-. Ces
précipitations n’ont eu que peu d’influence sur les nappes à part dans le Centre-Est.
Précipitations au printemps 2005
Source : MEDD/DE à partir des données de météo France
En été, si le mois de juillet s’est avéré humide dans le Nord mais toujours sec au Sud, en
revanche le mois d’août a été majoritairement sec sauf en Corse, Rhône-Alpes, MidiPyrénées, etc. Alliées à des températures généralement clémentes les précipitations sont
venues au bon moment, dans plusieurs régions, pour les cultures d’été qui, comme le maïs,
supportent très mal toute restriction de l’alimentation en eau durant la période de floraison en
BRGM – Service Eau
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
juillet précisément. Les pluies ont permis, indirectement, de soulager certaines grandes
nappes qui n’ont pas eu à subir de prélèvements excessifs et ont baissé de manière moins
marquée qu’à l’accoutumée.
Précipitations à l’été 2005
Source : MEDD/DE à partir des données de météo France
Au 1er septembre la plupart des nappes sont largement en baisse et certaines avoisinent
leur plus bas niveau de l’année. Seules les nappes à forte inertie continueront leur baisse
jusqu’en fin d’année ou plus. Toutefois si l’automne s’avérait particulièrement déficitaire en
pluie, la baisse pourrait se poursuivre de manière préoccupante pour 2006.
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L’année civile 2005, à fin août s’est avérée nettement déficitaire particulièrement dans le
sud-est et le long d’une large frange atlantique. Le Centre-Est et la Corse sont globalement
dans une situation pluviométrique voisine de la normale.
Précipitations cumulée au cours de l’année hydrologique 2004-2005
Source : MEDD/DE à partir des données de météo France
Les récentes pluies de début septembre ont permis d’améliorer l’état d’humidité des sols et
la recharge des nappes dans un large quart sud-est. En revanche les Pays-de-la-Loire, le
Poitou-Charentes et l’ouest de la région Centre étaient toujours en attente de pluies
substantielles.
Il faudra un cumul de précipitations entre l’automne 2005 et l’hiver 2006 supérieur à la
normale pour voir les nappes se reconstituer selon des niveaux plus habituels, sans oublier
que ces pluies vont devoir saturer les sols avant qu’une infiltration durable ne contribue à la
recharge des nappes.
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
QUELQUES GRANDES SÉCHERESSES PASSÉES
Si 1976 et 2003 ont marqué les esprits, 1976 par son « impôt sécheresse » et 2003 par la
« canicule » et ses conséquences tragiques, de nombreuses autres périodes de sécheresse
se sont produites.
En général, les sécheresses estivales n’ont que peu d’impact sur le niveau des nappes. Ce
fut le cas en 1986 par exemple.
Par contre, des années consécutives présentant chacune un déficit modéré en pluies, et
accompagnées de recharges hivernales insuffisantes, peuvent avoir des impacts importants
sur les eaux souterraines, parfois bien supérieurs à ceux provoqués par une sécheresse
caractérisée. Ce fut notamment le cas de la période 1989 -1992 (printemps).
1976 : La période se caractérise par une très longue période sèche de décembre 1975 à août 1976.
L’absence de précipitations efficaces en hiver a fortement affecté les nappes (sécheresse
" hydrologique "), surtout dans la moitié nord de la France.
1985-1986 : Ce sont essentiellement des sécheresses de fin d'été, surtout dans la moitié sud, qui ont
affecté les sols. Elles sont par conséquent peu marquées dans l’historique des niveaux de nappes,
sauf pour les régions où un déficit de recharge était déjà constaté à l'automne 1985.
1989-1992 (printemps): Années déficitaires consécutives, recharges hivernales souvent insuffisantes
et sécheresses estivales intéressant des régions variées.
--> 1992 a été marqué par une très forte sécheresse hydrologique (bien souvent plus importante qu’en
1976) mais qui a peu frappé la mémoire collective car masquée par un été particulièrement humide
qui a même provoqué dans le sud-ouest des recharges estivales de nappes.
2003 : la période de mars à août 2003 se présente comme une longue sécheresse de printemps et
d’été pendant laquelle les eaux souterraines semi-profondes ne subissent pas d’impact important.
Eléments de comparaison – 1976 / 2005
Quelques éléments d'appréciation des années hydrologiques 1975/1976 et 2004/2005 :
− 1976 concernait essentiellement la moitié nord de la France. Le Sud et surtout le SudOuest étaient en situations normales voire excédentaires;
− 2005 concerne essentiellement le Sud-Est (surtout à l’ouest du Rhône) et une large
frange ouest partant du sud de la Bretagne. Le Centre-Est n'est pas concerné.
1976 et 2005 sont caractérisées par un automne sec mais ....
− en 1976 la sécherese débute en décembre, elle est très accentuée en fin de printemps et
suivie d'un été particulièrement chaud et sec
− 2005 est beaucoup plus mitigée (sauf dans le sud-est). Le déficit pluviométrique est très
important dès novembre (voire octobre). La recharge automnale est nulle à faible avec
des niveaux en début d’hiver inférieurs à ceux observés en 1976 là où la comparaison a
pu être faite. Printemps et été furent moins chauds et plus humides sauf dans le sud-est
et la frange ouest.
BRGM – Service Eau
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
Quelques exemples d’évolution de nappes
La nappe de Beauce avait bénéficié d’une recharge cumulée importante pendant la période
1999-2001. Elle avait retrouvé ses plus hauts niveaux connus depuis trente ans. Elle est
maintenant en baisse constante depuis 2003. Néanmoins elle affiche un niveau encore
voisin de la « normale » et peut encore supporter deux années de déficit hydrique avant
d’être en situation « de crise », ou du moins en situation « historiquement basse ». A noter
que la baisse estivale 2005 a été moins prononcée qu’à l’habitude en raison de moindres
prélèvements pour l’irrigation. Les précipitations estivales se sont produites au moment de la
croissance des cultures.
maximum
moye nne
minimum
103 m
janv mars mai
2006
103
2004
104 m
2002
104
2000
105 m
1998
105
1996
106 m
1994
106
1992
107 m
1990
108 m
107
1988
108
1986
109 m
1984
110 m
109
1982
110
1980
111 m
1978
111
1976
Moyenne pondérée
Indicateur de situation générale de la nappe de la Beauce
1 976
2 005
juil
se pt
nov
Source : DIREN Centre
BRGM – Service Eau
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
BATILLY-EN-GATINAIS (03287X0018)
Calcaire de Beauce
Centre
-26 m
janv mars mai
2006
-26
2004
-24 m
2002
-24
2000
-22 m
1998
-22
1996
-20 m
1994
-20
1992
-18 m
1990
-18
1988
-16 m
1986
-16
1984
-14 m
1982
-14
1980
-12 m
1978
-12
1976
Profondeur en m/sol
maximum
moyenne
minimum
2 005
1 976
juil
se pt
nov
Source : BRGM, DIREN Centre
La nappe des calcaires de Champigny (en Brie) présente une évolution « cyclique »
comparable, mais les recharges à l’automne 2002 et encore plus à l’automne 2003 ayant été
très faibles, elle baisse depuis le printemps 2002 sans réelles compensations. Elle rejoint
son évolution de 1976 et si la saison hivernale s’avère encore déficitaire, elle pourrait
dépasser ses plus bas niveaux enregistrés ces 30 dernières années (1992).
ST-MARTIN-DE-CHENNETRON (02603X0009)
Calcaire de Champigny
2006
2004
-30 m
janv mars mai
2002
-30
2000
-25 m
1998
-25
1996
-20 m
1994
-20
1992
-15 m
1990
-15
1988
-10 m
1986
-10
1984
-5 m
1982
-5
1980
0m
1978
0
1976
Profondeur en m/sol
Ile-de-France
maximum
moyenne
minimum
2 005
1 976
juil
se pt
nov
Source : BRGM Ile-de-France
L’important déficit de recharge automnale de la nappe de la craie, beaucoup plus marqué
qu’en 1976, a été en partie pallié par les précipitations de printemps (avril) suivies de
périodes relativement humides donc moins propices aux prélèvements qu’en 1976.
FRESNES-LES-REIMS (01086X0011)
Craie
Champagne-Ardenne
2006
2004
2002
2000
-30 m
janv mars mai
1998
-30
1996
-25 m
1994
-25
1992
-20 m
1990
-20
1988
-15 m
1986
-15
1984
-10 m
1982
-10
1980
-5 m
1978
-5
1976
Profondeur en m/sol
maximum
moye nne
minimum
2 005
1 976
juil
se pt
nov
Source : BRGM Champagne-Ardenne
BRGM – Service Eau
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
maximum
moyenne
minimum
TINCQUES
TINCQUES (00254X0003)
Craie
2006
2004
2002
2000
1998
1996
-20 m
janv mars mai
1994
-20
1992
-16 m
1990
-16
1988
-12 m
1986
-12
1984
-8 m
1982
-8
1980
-4 m
1978
-4
1976
Profondeur en m/sol
Nord-Pas-de-Calais
2 005
1 976
juil
se pt
nov
Source : BRGM Nord-Pas de Calais
Les nappes karstiques du sud de la France, sont beaucoup plus réactives et les évolutions
pluri-annuelles sont plus estompées même sur des nappes aussi importantes que celle du
Vaucluse ou, à un degré moindre, du pli ouest de Montpellier.
A Montpellier, la nappe a atteint ses plus bas niveaux depuis 29 ans mais les très fortes
précipitations du 6 septembre ont permis un retour proche d’un niveau moyen de fin d’étiage.
ST-JEAN-DE-VEDAS (09907X0321)
Jurassique
Languedoc-Roussillon
2004
-15 m
janv mars mai
2002
-15
2000
-14 m
1998
-14
1996
-13 m
1994
-13
1992
-12 m
1990
-12
1988
-11 m
1986
-11
1984
-10 m
1982
-10
1980
-9 m
1978
-9
1976
Profondeur en m/sol
maximum
moyenne
minimum
2 005
1 976
juil
se pt
nov
Source : BRGM Languedoc-Roussillon
La Fontaine de Vaucluse affiche ses plus bas débits depuis 1966 : 4.76 m3/s en août (débit
journalier : 4.46 m3/s le 31 août 2005). En 1976, il était de 7.46 m3/s proche du débit moyen
qui est de 9.2 m3/s pour un mois d’août. Mais 1976 n’était pas une année de sécheresse
pour le sud de la France.
FONTAINE DE VAUCLUSE (09672X0038)
Urgonien
Provence-Alpes-Côte d'Azur
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
2 005
1 976
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
0
1976
3
Débit en m /s
maximum
moyenne
minimum
0
janv mars
mai
juil
se pt
nov
Source : Banque Hydro V6155010
BRGM – Service Eau
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
Qu’est-ce-qu’une sécheresse en France
Pourquoi une sécheresse estivale n’accentue pas forcément la baisse des nappes ?
En règle générale il n’y a plus de recharge de mai à septembre : la nappe baisse en suivant sa
courbe de décroissance. Une nappe qui n’est plus rechargée s’écoule par gravité (nappes de
plateaux par exemple) vers les points plus bas que sont les vallées, en suivant une courbe
d’évolution qui s’amortit dans le temps, invariable d’une année sur l’autre, et caractéristique du
bassin considéré. La partie supérieure de la nappe est en général suffisamment profonde pour qu’il
n’y ait pas de reprise d’eau par les plantes ou par l’atmosphère, quelle que soit la température de
l’air. Que l’air soit chaud et sec ne changera donc plus rien à la baisse de la nappe qui suit un rythme
interne au sous-sol.
En supposant qu’il n’y ait pas de pompage on peut, dès le mois de mai, prévoir (simuler) avec
précision ce que sera son niveau en septembre ; une nappe légèrement déficitaire comparativement
aux données historiques de tous les mois de mai, évolue généralement en une nappe légèrement
déficitaire par rapport à toutes les données historiques de septembre.
Si la sécheresse du sol survient à une période de croissance ou de floraison des cultures, le
besoin important en eau peut occasionner des pompages qui provoquent une baisse de nappe :
c’est une baisse artificielle de nappe, consécutive à une sécheresse superficielle naturelle.
En l’absence de recharge et de pompage, plus une nappe est basse moins vite elle baisse. En
effet, son niveau baisse selon une loi exponentiellement décroissante. En début de courbe de
décroissance, la baisse est rapide. En fin de courbe, c’est-à-dire lorsque le niveau est plus bas, la
baisse est lente.
Quelles sont les conséquences d’une baisse de nappe ?
Les nappes en France contiennent des réserves considérables. On évalue à 2000 milliards de
mètres cubes le stock théoriquement mobilisable. On prélève annuellement 7 milliards de mètres
cubes non restitués aux nappes. Pour les nappes de faible profondeur (moins de 300 mètres environ)
ce stock se renouvelle au rythme des pluies qui les rechargent, et des écoulements gravitaires vers
les vallées. Ce renouvellement est de l’ordre de 100 milliards de mètres cubes par an. Certaines
nappes renouvellent leur eau plus vite que d’autres. L’ "horloge hydrologique" des nappes varie de
quelques semaines pour les nappes calcaires de Provence à plusieurs années pour les grandes
nappes des grands bassins sédimentaires (3 ans pour la nappe de Beauce – chiffres approximatifs).
L’écoulement gravitaire vers les vallées assure le débit des cours d’eau que l’on voit couler au
coeur de l’été, même après des semaines sans pluies. Le débit des cours d’eau provient alors
uniquement des nappes et notamment des grandes nappes de plateaux, énormes objets naturels dont
on sous-estime souvent l’importance en s’arrêtant à la seule considération des nappes alluviales. Ces
nappes rechargent " par en dessous " les nappes alluviales, qui elles-mêmes transfèrent l’eau vers les
cours d’eau.
Une baisse de niveau affecte souvent moins la capacité globale de la nappe que les eaux
superficielles associées et certaines structures de surface. Les effets consécutifs à une baisse du
niveau des nappes peuvent être très préoccupants : assèchement des cours d’eau supérieurs, baisse
du débit des cours moyens et inférieurs, gêne au fonctionnement des centrales électriques en raison
du débit insuffisant qui ne permet plus de diluer les eaux chaudes issues du cycle de refroidissement,
perturbations de la navigation, perturbation des faunes et flores aquatiques, dysfonctionnement des
zones humides, mais aussi assèchement des forages peu profonds, baisse de la productivité des
forages de profondeur moyenne, …. Toutefois forage à sec n’est souvent pas synonyme de nappe à
sec.
Lorsque s’opère une conjonction entre la baisse des nappes et une sécheresse superficielle
des sols en période de croissance des cultures, la demande en eau pour l’irrigation conduit à pomper
les nappes et à accentuer artificiellement la baisse naturelle de leur niveau, et, consécutivement, les
effets superficiels signalés. C’est pourquoi il convient d’être vigilant, moins sur le stock en eau des
nappes qui est très important dans certaines régions, mais surtout sur les baisses anormales des
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Bilan de l’année hydrologique 2004 – 2005 – Eaux souterraines
niveaux dont les effets en surface peuvent être graves.
Hors des grands bassins sédimentaires, les nappes sont bien plus réduites et plus fragiles.
Si en général elles ne s’assèchent pas, leur stock peut être affecté dans une large proportion. Leur
sur-exploitation n’est pas recommandée.
Le comportement des nappes en période de sécheresse
La baisse estivale naturelle des nappes est la conséquence d’une interruption de leur recharge
pendant plusieurs mois. La baisse du niveau d’une nappe dure jusqu’à ce qu’une recharge se
produise à nouveau : elle dépend très souvent plus de la durée de la période sèche et que de la
sévérité de la sécheresse estivale.
Sol et sous-sol confondus, on distingue trois degrés de " sécheresse " :
Premier degré : la sécheresse des sols agricoles, phénomène superficiel se manifestant à la
suite d’une absence prolongée des pluies. Il n’y a pas encore d’effet sur les nappes.
Second degré : il concerne essentiellement la première nappe rencontrée sous la surface du sol
dans les bassins sédimentaires et les plaines alluviales. Une baisse de niveau accentuée et
inhabituelle dénoie les puits et les forages insuffisamment profonds. Cette baisse est souvent
présentée à tort comme un " assèchement de la nappe ". De 1983 à 1990, la nappe de Beauce avait
localement baissé de 16 mètres : des puits se sont asséchés. Pourtant l’épaisseur restante de la
nappe était encore de près de 200 mètres en son centre. Sous la nappe des " calcaires de Beauce "
se trouvent plusieurs autres nappes, dont les niveaux n’avaient pratiquement pas varié.
Troisième degré : il s’agirait d’un réel assèchement de nappe, hautement improbable en pays
tempéré, sauf cas particuliers de nappes perchées ou de nappes de très petite dimension. Dans de
tels cas, il est rare de ne pas trouver une autre nappe plus importante en profondeur.
BRGM – Service Eau
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