Climatisation 1

ClimatisationLa climatisation ou le conditionnement de l’air est la technique qui consiste à modifier,contrôler et réguler les conditions climatiques (température, humidité, niveau depoussières, etc.) d’un local pour des raisons de confort (bureaux, maisons individuelles) oupour des raisons techniques (laboratoires médicaux, locaux de fabrication de composantsélectroniques, blocs opératoires, salles informatiques).Les principales caractéristiques modifiées, contrôlées ou régulées sont : • le degré de pollution de l'air ambiant (local à traiter) : renouvellement, soit par extraction

forcée de l’air hors du local, soit par introduction forcée d'air neuf (air extérieur) dans lelocal, soit par renouvellement partiel de l'air ambiant pollué (adjonction d'un caisson demélange),

• la température de l'air : modification en fonction des saisons (chauffer ou refroidir),• le degré d'hygrométrie de l’air traité : humidification ou déshumidification,• la teneur en poussières de l’air : traitement par filtration de l'air soufflé ou repris,• le maintien permanent des conditions intérieurs (la régulation). Comme le chauffage et l'élévation du degré d'humidité relèvent de techniquesélémentaires, alors que rafraîchir et déshumidifier l'air nécessite des techniques élaborées,en pratique, on parle de climatisation surtout pour ces deux derniers objectifs.La climatisation relève essentiellement de la technique des pompes à chaleur et se trouvede plus en plus associé dans un même appareil, un "climatiseur réversible"(rafraîchissement l'été, chauffage l'hiver).La climatisation moderne a été inventée par Willis H. Carrier en 1911.

Technique La climatisation est un mode de confort thermique adapté lorsque la températureextérieure est élevée. En été et en intersaisons, le besoin de climatisation est dû auxapports externes (solaire notamment) mais également aux apports interne (nombreimportant d'occupants, exemple salle de réunion, appareils électriques tels que l'éclairage,la micro-informatique, ...). La climatisation apporte le confort thermique d'été,d'intersaisons, mais également en hiver par utilisation du même système pour chauffer leslocaux. Le confort en hygrométrie est également pris en compte pour apporter unehumidité ambiante contrôlée par les actions d'humidification et de déshumidification. Uneclimatisation est essentiellement une pompe à chaleur d'une taille adaptée à l'usage(comparable à un réfrigérateur pour climatiser une voiture, mais beaucoup plus gros pourun bâtiment)

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Systèmes Le principe de fonctionnement d'un climatiseur est expliqué sur le schéma suivant.

Principe de fonctionnement d'un climatiseur

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Exemple d'une centrale de traitement d'air

Un système de climatisation doit non seulement contrer les charges thermiques ethydriques d'un local, mais il doit aussi assurer la qualité de l'air par le renouvellement d'airneuf hygénique (maintien de la teneur en CO2 et des odeurs à un niveau acceptable définipar les normes en vigueur), et bien sûr la filtration de l'air soufflé.• Les charges thermiques sont les apports ou les déperditions de chaleur externes et

internes qui sont exprimés en kilowatts [kW], • Les charges hydriques sont généralement des apports d'humidité internes exprimés

quand à eux en kilowatts [kW] ou en kilogrammes par heures (débit massique).

Les différents systèmes de climatisation Il existe dans le domaine du génie climatique plusieurs types de systèmes que l'on peutclasser en trois catégories: • les systèmes tout air :

• les centrales unizones (voir exemple ci-dessus), • les centrales multizones, • les systèmes autonomes.

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Le renouvellement d'air Il existe plusieurs solutions technologiques concernant le renouvellement de l'air au seind'un local : 1. L'air neuf est mélangé aux conditions extérieures, avec une partie de l'air repris du local

par le biais d'un caisson de mélange (voir schéma ci-dessus), 2. L'air neuf est préparé aux conditions spécifiques du local (température, hygrométrie)

par une autre centrale, appelé généralement centrale de traitement d'air neuf.

Les systèmes tout air Dans ce type de système, afin d'éviter que l'air extérieur ne vienne polluer celui du local, onaugmente légèrement la pression intérieure par rapport à la pression atmosphérique.L'intérêt du caisson de mélange est de réaliser des économies importantes d'énergies(respect de l'environnement). On a donc dans ce cas un débit massique d'air soufflé supérieur au débit massique d'airrepris. Ce type de procédé est généralement utilisé dans les bureaux, les salles de cinéma, ...

Systèmes utilisés en recyclage total Dans ce type de procédé, le renouvellement d'air neuf sera obtenu soit par un système deventilation mécanique contrôlée ou le mélange d'air s'effectuera directement dans le local,soit l'air neuf sera préparé dans une centrale dite "centrale d'air neuf". Cet air estdirectement soufflé aux conditions intérieures du local. Un circuit d'air neuf particulierassure le renouvellement d'air neuf, et on aura un débit d'air rejeté égale au débit d'air neufapporté.

Système fonctionnant en tout air neuf Dans ce type de procédé, il n'y a pas de recyclage de l'air du local. En fonction du type delocal il sera soit en surpression afin d'éviter toute pollution de l'air intérieur (blocsopératoires, laboratoires de produits pharmaceutiques, ...), soit à la pressionatmosphérique.L'inconvénient de ce type d'installation est qu'il est générateur de puissances thermiquestrès élevées, donc peu économiques. Toute fois, afin de diminuer les coûts énergétiques, onpeut installer un récupérateur de chaleur (à plaques par exemples) sur ces centrales.

Système fonctionnant avec récupérateur d'énergie Durant les trois dernières décennies, les constructeurs automobiles ont réalisé d’importants progrès sur la consommation spécifique de carburant et les émissions de polluants du moteur. Cependant, l’impact de ces améliorations sur la consommation des véhicules a été limité par l’accroissement des performances dynamiques (vitesse maximale, couple), des prestations de sécurité (direction et freinage assisté ou intelligent) ou de confort (réduction desbruits et vibrations, lève-vitres et confort thermique). De ce fait, le niveau réel de rejets de CO2 des véhicules est encore élevé, dans un contexte où les transports routiers ont une grande responsabilité dans le bilan des émissions de gaz à effet de serre, et donc dans le respect de la convention internationale sur le climat. Bien que les constructeurs européens, japonais et coréens aient signé un accord important avec la Commission européenne sur la réduction volontaire des émissions de CO2 de leurs véhicules, avec un objectif d’émission

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moyenne pondérée par les ventes de 140 grammes par km sur le cycle d’homologationMVEG en 2008, il convient de noter que les procédures européennes de mesure desconsommations et des rejets de CO 2 ne prennent pas en compte le fonctionnement desauxiliaires, notamment celui de la climatisation. L’essor de cet équipement, reconnu commeétant très consommateur d’énergie et employant un fluide frigorigène à fort potentiel deréchauffement de l’atmosphère, a conduit l’ADEME à mettre en place une série d’actionsd’évaluation de son impact énergétique et environnemental. Elles comportent notammentl’étude du taux d’équipement des véhicules, l’analyse des effets sur la consommation decarburant, ainsi que sur les rejets de polluants réglementés à l’échappement, lacaractérisation des niveaux de fuite en fluide frigorigène, puis l’estimation des rejets de gazà effet de serre de l’ensemble des véhicules climatisés.

Conditions de base

Dans une cour ou un environnement fermé ou peuaéré, par temps chaud, les climatiseurs peuvententretenir une bulle de chaleur auto-entretenue,

contribuant au phénomène d'ilot de chaleur urbain

Avant d'installer un système declimatisation, il est important de définir lesconditions de température et d'hygrométrieintérieures et extérieures.

Définition des conditions extérieures

Ces valeurs dépendent de la saison et de lasituation géographique où seront situés leslocaux à climatiser. Les donnéesmétéorologiques déjà classifiéespermettront de fixer les températuressèches et les hygrométries. Ces donnéesvont nous permettre de calculer les chargesmaximales à combattre dans nos locaux.

Définition des conditions intérieures

Les températures et hygrométriesintérieures dépendent du type de local : • pour les locaux comme les habitations

individuelles, les bureaux, les grandsmagasins, .... (climatisation dite de «confort »), la température etl'hygrométrie dépendront des saisons.

• pour les locaux de types industriels, latempérature et l'hygrométrie dépendront de l'usage que l'on fait des locaux. Ellespeuvent rester constantes toute l'année (local informatique par exemple).

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Charges d'un local Lors de l'étude d'un projet de climatisation, il est important afin de pouvoir dimensionnercorrectement la centrale de traitement d'air, d'étudier au préalable les charges que devrasupporter la centrale. Il faudra tenir compte des charges dites sensibles et des chargesdites latentes.

Charges sensibles Les charges sensibles venant de l'extérieur sont positives en été (à cause del’ensoleillement, par exemple) et négatives en hiver (à causes des déperditions).Les charges sensibles venant de l'intérieur du local proviennent essentiellement : • des occupants, • des machines à l'intérieur du local, • de l'éclairage.

Charges latentes Les apports de chaleur latente (dégagement d'humidité sous forme de vapeur d'eau)viennent essentiellement : • des locaux (comme les piscines par exemple), • du matériel à l'intérieur des locaux, • des occupants (odeurs et de humidité).

Charges hydriques La relation mathématique suivante donne les charges hydriques nommé [øL] :• øL = M x Lv [kW]

• M = masse d'eau dégagée par heure• Lv = chaleur latente de vaporisation de l'eau.

Charges totales Les charges totales sont la somme algébrique des charges sensibles et latentes nommé'[øT].' Elle peut être positive ou négative et est donnée par la relation mathématiquesuivante :• øT = øS + øL [kW]

Bilan énergétique d'un local Si la température et l'hygrométrie du local sont constantes, le bilan énergétique de celui-cipeut être expliqué de la façon suivante : 1. La puissance apportée au local (air soufflé et apports internes) est égale à la puissance

perdue par celui-ci (air repris ou perdu), 2. L'humidité apportée au local par l'air soufflé et les apports d'humidités intérieur est

égale à l'humidité perdue sous forme de condensation ou d'extraction d'air. ?????

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Bilan enthalpique Pour cela on supposera que le débit massique d'air sec soufflé est égal au débit massiqued'air repris : • øair soufflé = øair reprisLa puissance apportée au local est la somme de la puissance apportée par l'air dans lelocal, c'est à dire à øT (voir au chapitre précédent).• øT= qmas x has-harpSachant cela, on peut déterminer les conditions de soufflage.

Conditions de soufflage Pour déterminer les conditions de soufflage de l'air dans un local, il faut connaître : • le débit massique d'air sec au soufflage (qmas [kgas/s], • le taux de brassage τ ,• l'écart de température Δθ entre le soufflage et le local,• le point de soufflage, dont les coordonnées sont déterminées en reportant sur un

diagramme psychrométrique deux valeurs comme l'enthalpie et la teneur en eau, parexemple.

Les conditions du point de soufflage (plus précisément les conditions de confort)permettront de dimensionner les éléments de l'installation : • le débit massique permettra de calculer les puissances des batteries et le débit d'eau

piégé par celle-ci (batterie froide humide), le débit d'eau à injecter (humidificateurvapeur),

• l'enthalpie, la température sèche et l'humidité absolue permettront de placer le point surle diagramme.

Positionnement du point de soufflage Le positionnement du point de soufflage par rapport à celui du local dépend des chargessensibles et latentes (apports ou déperditions). Les conditions à maintenir dans le local sont : θL, rLLes conditions du point de soufflage sont : θs, rsLes charges sensibles peuvent être: =0; <0 ou >0Les charges latentes peuvent être: =0; <0 ou >0Suivant les valeurs des charges, on peut considérer 9 positions significatives du point desoufflage par rapport à celui du local. En fonction du bilan thermique (apports ou déperditions), on peut donc prévoir à l’avance laposition du point de soufflage par rapport à celui du local.

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Écart au soufflage et du taux de brassage L'écart de température au soufflage représente la différence algébrique entre latempérature de soufflage et la température du local : • Δθ = θs - θL ou Δθ = θL - θsCet écart est toujours positif quelle que soit la position du point de soufflage par rapport àcelui du local. Il dépend du type de bouches utilisées. On peut prendre en première approximation les valeurs suivantes : • Soufflage été : Δθ = de 5 à 15 K• Soufflage hiver : Δθ = de 5 à 20 KLe taux de brassage représente le volume d'air traité renouvelé dans le local pendant uneheure : • τ =qv/V

• τ = taux de brassage en h-1

• V = volume du local en m³• qv = débit volumique de soufflage en m³/h.

Le taux de brassage dépend du type de bouches de soufflage installées. Il ne dépasse pas15 en climatisation de confort et peut aller jusqu'à 30 en climatisation industrielle.

Inconvénients et polémiques La climatisation assistée présente des avantages et des inconvénients sanitaires, mais aussides risques pour la santé et l'environnement.

Pour la santé • Certains climatiseurs ou systèmes extérieurs de refroidissement produisent des eaux où

peuvent proliférer des organismes pathogènes s'ils sont mal entretenus. L'exemple leplus cité est celui de la Légionellose.L'injection de désinfectants dans ces systèmes (produits chlorés en général) peut aussiposer des problèmes de santé, et d'apparition de pathogènes chloro-résistants.

• Presque tous les systèmes de climatisation comportent des filtres, qui doivent être soitnettoyés, soit changés périodiquement, ce qui n'est pas toujours le cas.

• Une climatisation n'a de sens que dans un espace relativement « fermé », où diverspolluants et contaminants biologiques (microbes) peuvent se concentrer, même s'ils sedéveloppent moins grâce à une moindre chaleur (dans le cas où la climatisation rafraîchitl'air).

• Une climatisation excessive expose à un choc thermique lorsqu'on retourne dans l'espacenon climatisé. D'après l'Ademe [1] il est recommandé de ne pas descendre en dessous de26 °C et de garder une différence de température compris entre 5 °C à 7 °C. De plus laconsommation d'énergie augmente aussi avec ce différentiel.

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Pour l'environnement La climatisation est critiquée pour les raisons suivantes : • Elle dépense de l'énergie, augmente la consommation énergétique des bâtiments ou

véhicules qui en sont équipés. L'ADEME estime à 5% le surcoût annuel de laclimatisation des automobiles (1 litre/100 km lorsqu'elle est en fonctionnement).

• La consommation énergétique est telle que par exemple la consommation électrique enété atteint et dépasse en France la consommation électrique faite en hiver, notammentdepuis la canicule de 2003 qui a entraîné l'équipement d'un nombre élevé de foyers enclimatiseurs. Alors que, dans un même temps, le parc énergétique Français (NotammentNucléaire) ne peut fournir toute l'energie car devant fonctionner à régime réduit à causedes difficultés de refroidissement rencontrées[2] .

• Elle fait souvent appel à des dispositifs frigorigènes utilisant des gaz à effet de serre(HFC dont le pouvoir en terme d'effet de serre est 2.000 fois plus fort que celui du CO2),et dont une partie s'échappe inévitablement dans l'atmosphère (accidents, fuites,mauvaise gestion de la fin de vie du matériel). Toujours selon l'ADEME, cet effet équivautà une augmentation de 10% de l'impact d'un véhicule sur l'effet de serre.

• Trop de climatiseurs fuient. Les ruptures de circuit de climatisation de maisons, hôtels etlieux publics sont fréquentes dans les pays très chauds en raison des chocs thermiques.50 % des fluides frigorigènes vendus le sont pour compenser des fuites. Les fuites sontfréquentes sur les véhicules (deux bouchons sont destinés à compenser les pertes ducircuit), et on trouve dans les garages des publicités pour des recharges de gaz fréon oumélange gaz-lubrifiant)[3] .

• Le circuit de la récupération/recyclage des gaz dans les appareils et véhicules en fin devie reste opaque.

• Enfin, la climatisation par un gaz pourrait souvent être remplacée par une climatisationmécanique, des bâtiments ou véhicules mieux conçus (isolation, pare-soleil), et desdispositifs plus "naturels" utilisés par exemple par l'architecture bioclimatique (mursépais à inertie thermique élevée, puits provençal, etc.).

Pour la santé et pour l'environnement Certains produits tels que le Bromure de lithium (LiBr) sont à la fois dangereux pour lasanté et pour l'environnement. Utilisé dans les machines à absorption (climatisationutilisant de l'eau, de l'ammoniac et le gaz naturel comme source d'énergie, dans unemachine à absorption produisant de l'eau chaude et glacée utilisable simultanément) àraison de centaines de litres (plus de 1000 litres souvent dans les climatiseurs industriels),il peut fuir et doit être vidangé par des professionnels qualifiés en fin de vie de la machine.Après les faillites ou cessations d'activité, il est parfois difficile de savoir ce que sontdevenus ces produits.

Législation Outre les normes concernant les appareils, leur consommation électrique, la légionellose oule recyclage des matériaux qui les composent, la législation évolue pour mieux appliquer lesprotocoles de Montréal (protection de la couche d'ozone, qui a justifié l'interdiction decertains gaz) et de Kyoto, mais souvent en permettant l'utilisation des stocks d'ancienproduits et avec une certaine lenteur.

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Réglementation française En France, le décret n°2007-363 du 19 mars 2007[4] , Art. R. 131-29, interdit lefonctionnement des climatiseurs lorsque la température des locaux est inférieure ou égale à26 °C. Le décret n'est encore qu'une recommandation dont la non application n'est paspoursuivie par la loi. Le but est simplement de pousser les utilisateurs à modérer leurutilisation de ce type d'équipement.À partir du 4 juillet 2009, les spécialistes de la climatisation et/ou réfrigération devront : • présenter une « attestation de capacité » fournie par un organisme agréé, certifiant que

son personnel est compétent et qu'il dispose de l'outillage adéquat. • déclarer à l'Ademe, annuellement, la quantité de fluides utilisée et récupérés (Cf.

statistiques et « traçabilité » de ces produits soumis à réglementation). Qualiclimafroid, association de professionnels s'est porté candidat[5] ) pour être organismeagréé et délivrer des attestations de capacité.

Voir aussi

Liens externes • Climatisation.com http:/ / climatisation. online. fr Le portail du génie climatique.

Articles connexes • climatiseur pour automobile• puits provençal ;• habitat passif ;• arcologie ;• construction de Haute Qualité Environnementale (HQE) ;• construction bioclimatique ;• fluide frigorigène ;• Sadi Carnot (physicien) ;• canicule.

Bibliographie • Allan Cain et al., La climatisation naturelle, article dans L'Ecologiste [6] n°20,

sept-oct-nov. 2006, p. 42-43.• Philippe Nunes Climatisation douce, article dans Climamaison [7] revue de presse

environnement mai 2008.

Notes et références [1] http:/ / www. ademe. fr/ particuliers/ fiches/ confort_ete/ rub4. htm[2] Les centrales nucléaires doivent s'adapter aux canicules (http:/ / www. notre-planete. info/ actualites/ actu_326.

php) sur notre-planete.info[3] Source : Serge Bresin, président de Qualiclimafroid, organisme de qualification professionnel spécialisé dans

le circuit frigorifique[4] [http://www.legifrance.gouv.fr/WAspad/UnTexteDeJorf?numjo=SOCU0710409D Décret n°2007-363 du 19 mars

2007, Journal Officiel n°68 du 21 mars 2007, page 5146][5] Communiqué Aout 2007 AFP[6] http:/ / www. ecologiste. org[7] http:/ / www. climamaison. com/ chauffage-a-basse-temperature-vmc-double-flux-dpe. php?T=2& Rp=429

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Climatisation et canicule, article de Roger Cadiergues (http:/ / www. xpair. com/expert-energies-renouvelables-reglementation. php?uint_lettreId=10& P=)

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Sources des articles et contributeursClimatisation  Source: http://fr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=40333993  Contributors: 08pb80, A2, Alno, Alphatwo, Apollon, Arnaud.Serander,Asclepias, Axdesign, Bebertz, Benne, Bob08, BruceMéryl, Calay, Ceedjee, ChLenclud, Chani, Chaps the idol, CommonsDelinker, Céréales Killer,Dadounayon, David Berardan, Deep silence, Demaiz, Desaparecido, Dhatier, DjaZz, DocteurCosmos, Dr gonzo, Durand83, Epop, Esprit Fugace, Fafnir,Fimac, Gh, Gjacquenot, Gonioul, Gronico, Guillaumeb86, Gy, IAlex, Icefreeze, JB, Jeanbraye, Jerome66, JujuTh, Jybet, KoS, Kyro, Lamiot, Leszek Jańczuk,LinkLink, Ludo29, Mamat, Marc Mongenet, Mattwikipédia, Maxdedracy, Maximb, Med, Michka B, Moez, Neuceu, NicDumZ, Niouniou46, Nono64, Oblic,Oxo, Paglop, Painelli, Papillus, Phe, Piglop, Pranja, Pulsar, Raph egg, Ratigan, Romary, Sanao, Sherbrooke, Ske, Skiff, Solveig, Sonusfaber, Spooky, Ste73, Surveyor, TigH, Toutoune25, Trex, Vi..Cult..., Wanderer999, Xavierfederwisch, Yelkrokoyade, Zedh, 138 anonymous edits

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Source des images, licences etcontributeursImage:Air_conditioning_unit-fr.svg  Source: http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fichier:Air_conditioning_unit-fr.svg  unknownContributors:User:Pbroks13Image:C.T.A Unizones.JPG  Source: http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fichier:C.T.A_Unizones.JPG  unknownContributors: IcefreezeImage:Aircon.jpg  Source: http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fichier:Aircon.jpg  License: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.0 Contributors: Original uploader was DL5MDA at de.wikipedia (Original text : Götz 00:53, 22. Sep 2006 (CEST))

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13. Delete any section Entitled "Endorsements". Such a section may not be included in the Modified Version.14. Do not retitle any existing section to be Entitled "Endorsements" or to conflict in title with any Invariant Section.15. Preserve any Warranty Disclaimers.If the Modified Version includes new front-matter sections or appendices that qualify as Secondary Sections and contain no material copied from theDocument, you may at your option designate some or all of these sections as invariant. To do this, add their titles to the list of Invariant Sections in theModified Version's license notice. These titles must be distinct from any other section titles. You may add a section Entitled "Endorsements", provided it contains nothing but endorsements of your Modified Version by various parties--for example,statements of peer review or that the text has been approved by an organization as the authoritative definition of a standard. You may add a passage of up to five words as a Front-Cover Text, and a passage of up to 25 words as a Back-Cover Text, to the end of the list of CoverTexts in the Modified Version. Only one passage of Front-Cover Text and one of Back-Cover Text may be added by (or through arrangements made by)any one entity. If the Document already includes a cover text for the same cover, previously added by you or by arrangement made by the same entityyou are acting on behalf of, you may not add another; but you may replace the old one, on explicit permission from the previous publisher that added theold one. The author(s) and publisher(s) of the Document do not by this License give permission to use their names for publicity for or to assert or implyendorsement of any Modified Version.

5. COMBINING DOCUMENTS You may combine the Document with other documents released under this License, under the terms defined in section 4 above for modified versions,provided that you include in the combination all of the Invariant Sections of all of the original documents, unmodified, and list them all as InvariantSections of your combined work in its license notice, and that you preserve all their Warranty Disclaimers. The combined work need only contain one copy of this License, and multiple identical Invariant Sections may be replaced with a single copy. If there aremultiple Invariant Sections with the same name but different contents, make the title of each such section unique by adding at the end of it, inparentheses, the name of the original author or publisher of that section if known, or else a unique number. Make the same adjustment to the sectiontitles in the list of Invariant Sections in the license notice of the combined work. In the combination, you must combine any sections Entitled "History" in the various original documents, forming one section Entitled "History"; likewisecombine any sections Entitled "Acknowledgements", and any sections Entitled "Dedications". You must delete all sections Entitled "Endorsements."

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8. TRANSLATION Translation is considered a kind of modification, so you may distribute translations of the Document under the terms of section 4. Replacing InvariantSections with translations requires special permission from their copyright holders, but you may include translations of some or all Invariant Sections inaddition to the original versions of these Invariant Sections. You may include a translation of this License, and all the license notices in the Document,and any Warranty Disclaimers, provided that you also include the original English version of this License and the original versions of those notices anddisclaimers. In case of a disagreement between the translation and the original version of this License or a notice or disclaimer, the original version willprevail. If a section in the Document is Entitled "Acknowledgements", "Dedications", or "History", the requirement (section 4) to Preserve its Title (section 1) willtypically require changing the actual title.

9. TERMINATION You may not copy, modify, sublicense, or distribute the Document except as expressly provided for under this License. Any other attempt to copy, modify,sublicense or distribute the Document is void, and will automatically terminate your rights under this License. However, parties who have receivedcopies, or rights, from you under this License will not have their licenses terminated so long as such parties remain in full compliance.

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