Spécialité Hydrologie, Hydrogéologie et Sols M2...

Université Paris XI

Département des Sciences de la Terre

Bâtiment 504 91405 Orsay Cedex, France

Faculté des Sciences d’Orsay

Université Paris-Sud

MASTER SCIENCES DE LA TERRE ET DE L'UNIVERS

MASTER ENVIRONNEMENT

Spécialité Hydrologie, Hydrogéologie et Sols

M2 Recherche et Professionnel

Responsable : Christelle Marlin Tel : 33 (0)1 69 15 63 61 Fax : 33 (0)1 69 15 49 13

[email protected] Responsable pédagogique : Cécile Quantin

Tel : 33 (0)1 69 15 49 40 [email protected]

Secrétaire : Catherine Lesage Tel : 33 (0)1 69 15 48 67

[email protected]

http://masterhydro.geol.u-psud.fr

Organismes partenaires du MASTER

AGROPARITECH, INRA, IRD, CEMAGREF, IRSN, CEA, BRGM, Laboratoire des Ponts et Chaussées, VEOLIA-Eau, SERPOL, SDEC,

ANDRA

mailto:[email protected]



Université Paris Sud / Faculté des Sciences Spécialité « Hydrologie-Hydrogéologie-Sols » Masters « Sciences de la Terre et de l’Univers » et « Environnement »

Généralités

La spécialité "Hydrologie-Hydrogéologie-Sols" au sein des Masters “Sciences de la Terre et de l’Univers" et "Environnement" a vocation à former des spécialistes de haut niveau dans un domaine spécifique des sciences de la Terre et des sciences de l’environnement : l’hydrologie, l’hydrogéologie et les sciences du sol. L’expert formé aura acquis des compétences qu’il pourra utiliser dans le secteur privé ou public pour intervenir et résoudre des problèmes de ressources en eau, d’exploitation des aquifères, de protection des ressources hydriques, de qualité des eaux et des sols, de pollution et dépollution des eaux et des sols et de gestion des bassins versants. Il aura la maîtrise des champs disciplinaires de la spécialité et des outils modernes associés au domaine (chimie-géochimie, géophysique, analyse numérique, modélisation). La formation lui permet de :

− connaître et comprendre les domaines des hydrosciences et des sciences du sol ;

− conduire des projets liés à la caractérisation, l’exploitation et la réhabilitation des eaux naturelles, des réservoirs associés et des sols ;

− maîtriser une approche scientifique de pointe en matière d’hydrologie, d’hydrogéologie et de sciences du sol ;

− réaliser un diagnostic, effectuer une prospection de terrain, développer une stratégie d’échantillonnage et de mesure sur le terrain, conduire une mission sur le terrain ;

− animer et organiser des équipes (appels d’offre, communication).

Compétences acquises

Savoirs : hydrologie, hydrogéologie, géochimie, hydrogéophysique, modélisation géochimique et hydrodynamique, stockage de déchets, sciences du sol, pollution des eaux et des sols, statistique, GPS, systèmes d’information géographiques, méthodes d’étude et de mesures sur le terrain (bassins versants, aquifères), géostatistique, traitement de données, base de données, anglais scientifique, synthèse et rédaction de rapport, base de droit d’environnement et de gestion.

Savoirs-faire : modélisation numérique en hydrologie (logiciel de modélisation pluie-débit GR4J), en hydrogéologie (MODFLOW, HYDRUS, AquiferTest), en géochimie (chimie élémentaire et isotopique, calcul des âges 14C, logiciel PHREEQC, modélisation couplée hydrodynamique-transport réactif), SIG (ArcView-ArcInfo), géostatistique, traitement de données (logiciel XLStat), base de données ACCESS, exposés sous PowerPoint, synthèse de données hydrologiques, communication orale/écrite/parlée en anglais scientifique dans la spécialité.

Savoir-être : être capable de discuter avec des spécialistes de différents domaines scientifiques et généraux en Environnement, travail en équipe, recherche documentaire, présentation à l’oral de résultats et de synthèses, communication en langue anglaise.

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Débouchés

Secteurs d’activités

Entreprises du secteur public ou privé, bureaux d’étude (environnement, hydrogéologie, hydrologie, sites-sols pollués, ressources naturelles, géosciences), collectivités locales et territoriales, laboratoires ou organismes de recherche, ONG en environnement, associations.

Types d’emplois accessibles

Hydrologue, Hydrogéologue, Hydrogéophysicien, Hydrogéochimiste, Spécialiste de sols, Chef de projet / Chargé(e) d’étude / Chargé(e) de mission en hydrologie, environnement et développement durable, Ingénieur, Chercheur / enseignant formateur, Eco-consultant expert, Responsable Environnement.

Condition d’accès en M2

La spécialité proposée est une formation Recherche et Professionnelle, ouverte aux étudiants ayant obtenu 60 ECTS en Master 1 dans une filière en Sciences de la Terre en France ou à l’étranger. Dans certains cas, des étudiants sortant d’un cursus Master 1 de chimie ou de physique ou étant titulaires d’un diplôme d’ingénieur pourront être acceptés.

Pré-requis : connaissances en hydrologie et hydrogéologie de base.

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Organisation

M2 H2S

Tronc commun 18 ECTS

(6 UE de 3 ECTS)

Parcours Pro – M2 H2S

18 ECTS Options

(choix de 6 UE de 3 ECTS)

Parcours Recherche – M2H2S

18 ECTS Options

(choix de 6 UE de 3 ECTS)

SEMESTRE 1 Unités d’enseignement (UE) de tronc commun (ECTS) / 30

Hydrologie continentale 3

Hydrogéologie 3

Traceurs chimiques et isotopiques dans les eaux naturelles 3

Transfert d’eau et de solutés en ZNS 3

UE optionnelles

Géochimie des aquifères et transfert 3

Méthodes géophysiques en hydrosciences 3

Milieux hydrologiques et hydrogéologiques atypiques 3

Cycles biogéochimiques des éléments dans les sols 3

Pollution des eaux et des sols 3

Hydrogéologie appliquée 3

Acquisition et traitement de données en hydrologie 3

Données localisées : SIG et GPS 3

UE libre 3

SEMESTRE 2 UE de tronc commun ECTS/ 30

Anglais scientifique 3

Stage de terrain 3

Stage labo/entreprise 24

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Descriptif des Unités d’Enseignement

M2STU01 : Hydrologie continentale – Systèmes fluviaux et lacustres - 3 ECTS Équipe enseignante : Laurent Bergonzini (Responsable de l'UE, MCF, UPS), Elisabeth Gibert (CR, CNRS-UPS), Cécile LOUMAGNE (DR, CEMAGREF), Marine RIFFARD (Ing. CEMAGREF), Didier JEZEQUEL (MDC, UD), Philippe BRANCHU (MDC-LRPCOP) Volume horaire : 30h (cours : 20 h, TD : 4 h, TP : 6 h) Objectif : Fournir les bases nécessaires pour débuter un travail d'étude ou de recherche en hydrologie continentale. Programme : Présentation du module, introduction aux activités : l’eau continentale de surface. Les Systèmes fluviaux :

- Hydrologie fluviale, acquisition des données hydrologiques, régimes, bassin versants, événements extrêmes

- Bilans hydriques, la relation pluie-débit, apport des traceurs naturels - TD-TP : Modélisation de la relation pluie-débit

Les Systèmes lacustres : - Limnologie, origine des lacs, endoréisme exoréisme, stratification, classification - Bilans hydriques et hydrochimiques des systèmes lacustres, gestion des

réservoirs - Hydrochimie lacustre, profils redox, cycles des nutriments, lacs salés, paléo-lacs

Exposé d’un travail bibliographique personnel, discussion Conclusion : rôles des réservoirs fluviaux et lacustres dans le cycle de l’eau et des éléments

M2STU02 : Traceurs chimiques et isotopiques des eaux naturelles - 3 ECTS

Équipe enseignante : Christelle MARLIN (Responsable de l’UE, PR-UPS), Florent BARBECOT (MCF-UPS), Laurent DEVER (PR- UPS), Jean-Luc MICHELOT (CR-CNRS), Gian Maria ZUPPI (PR, Univ. Venise), José CORCHO (Lecturer, Univ. Lausanne) Volume horaire : 30h (cours : 20h, TD : 10h) Objectif : Sous la forme de cours, TD et de travail personnel, il s'agira d'une présentation de l'origine des principaux composés chimiques et isotopiques des eaux naturelles et des principales réactions bio-géochimiques impliquant ces éléments dans le cycle des eaux. Les outils de datation des eaux font l'objet d'une attention plus particulière dans cette UE. Programme : Composés chimiques majeurs, mineurs et traces des eaux naturelles - Composés organiques. Origine des éléments et principaux processus. Traçage isotopique du cycle de l’eau (18O, 2H) Traçage isotopique des solutés et origine de la minéralisation des eaux : 13C, 34S, 15N, 11B, 87Sr/86Sr Méthodes de datation des eaux souterraines récentes (222Rn, 3H et 3H/3He, 85Kr, CFCs, 39Ar, 226Ra, 14C, 36Cl) et applications en hydrologie Datation des eaux anciennes (14C, 36Cl) et applications en hydrologie Visite de laboratoire

M2STU03 : Hydrogéologie - 3 ECTS

Équipe enseignante : Florent BARBECOT (responsable de l'UE, MCF, UPS), Véronique DURAND (MCF, UPS) et Laurent DEVER (PR-UPS) Volume horaire : 30h (cours : 18h, TD-TP : 12h) Objectif : Fournir les bases théoriques et pratiques nécessaires pour débuter un travail de recherche en hydrogéologie. Programme : Rappels : Propriétés des aquifères : porosités, perméabilités, transmissivités, coefficient d’emmagasinement, compressibilité, homogénéité et isotropie. Principes de l’écoulement des eaux souterraines : Charge hydraulique, Loi de Darcy, Piézométrie, Equations d’écoulements en milieux captif et libre, principaux aquifères libres et captifs de France et du Bassin parisien, cartographie des aquifères à l’échelle régionale Système aquifères régionaux : aires de recharge et de décharges, aquifères homogènes/hétérogènes, écoulements en régime permanent/régime transitoire, eaux renouvelables/fossiles, interaction avec les eaux de surface (rivières, lacs, zones humides) Géologie des eaux souterraines : Aquifères sédimentaires non consolidés (alluvions, sables), aquifères sédimentaires consolidés (calcaires, grès,...), aquifères ignés, aquifères côtiers. Les milieux peu perméables : milieux argileux, socles cristallins

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M2STU04 : Transferts d'eau et de solutés dans la zone non saturée - 3 ECTS

Équipe enseignante : Yves Coquet (PR-AgroParisTech, responsable UE), Marc PESSEL (MCF-UPS), Pierre Vachier (CR-INRA), Albane Saintenoy (MCF-UPS). Volume horaire : 30h, (cours : 18h, TD : 12h). Objectif : La compréhension des mécanismes de transport de l'eau et des solutés dans la zone non saturée (ZNS) est indispensable à la prévision et à la remédiation des problèmes de pollution des ressources en eau. Ce module a pour but d'asseoir un socle de connaissances solide, à base physique, sur les processus de transfert de masse dans les milieux poreux variablement saturés en eau. A l'issue de ce module, les étudiants seront capables d'utiliser un modèle standard de simulation des transferts d'eau et de solutés dans les sols et la ZNS et de l'appliquer à des problèmes de contamination des eaux souterraines. Programme : États physiques de l’eau dans les milieux poreux saturés et non saturés. Rétention de l'eau dans les milieux poreux. Modèles de rétention en eau des milieux poreux et relation avec la porosité. Conductivité hydraulique des milieux poreux. Modèles de conductivité hydraulique des milieux poreux et relation avec la rétention en eau. Rôle de la végétation dans les transferts d'eau. Équation de Richards et modalités de résolution analytique ou numérique. La solution du sol et de la zone non saturée. Processus de transport des solutés. Interactions avec les phases solide et gazeuse. Transformations des solutés dans les sols. Équation de convection-dispersion. Utilisation d'un modèle de transfert de l'eau et des solutés dans les sols et la ZNS. Application à des cas concrets de contamination des eaux souterraines.

M2STU05 : Cycles biogéochimiques des éléments dans les sols - 3 ECTS

Équipe enseignante : Cécile QUANTIN (MCF-UPS), intervenants extérieurs selon les années Volume horaire : 30h (cours : 15h, TD : 15h) Objectif : Le fonctionnement biogéochimique des sols est essentiel dans l'acquisition de la minéralisation des solutions. Une attention particulière sera portée dans cet enseignement sur les origines et les acteurs des réactions biogéochimiques, ainsi que sur les paramètres environnementaux les contrôlant. Les cycles biogéochimiques clés pour le fonctionnement des sols seront étudiés en détail, en cours magistraux et par l'analyse détaillée de la littérature scientifique. Programme : Introduction : le sol, un réacteur bio-physico-chimique complexe Rappels sur les constituants organiques des sols (origine, nature, voies de transformation, propriétés, réactivité, méthodes d'étude) et sur l'activité microbienne dans les sols (processus d'oxydo-réduction ; fonctionnement et métabolisme microbien, hétérotrophie/autotrophie, "diversité" microbienne) Biodégradation des matières organiques, cycles du carbone et de l'azote Altération microbienne des minéraux [acido(complexo)lyse, réduction, oxydation], couplage des cycles du fer et du soufre avec le cycle du carbone Incidences sur l'acquisition de la minéralisation des solutions et sur la dynamique des polluants métalliques Analyse de résultats scientifiques de la littérature

M2STU06 : Géochimie des aquifères et Transferts - 3 ECTS

Équipe enseignante : Christelle MARLIN (Responsable de l'UE, PR, UPS) et Florent BARBECOT (MCF-UPS) Volume horaire : 30h (cours : 18h, TD : 12h) Objectif : Sous la forme de cours, TD et exposés, présentation des connaissances récentes obtenues par des méthodes hydrochimiques et isotopiques sur différents systèmes aquifères superficiels et profonds de grands bassins sédimentaires. L’UE comprend aussi un apprentissage des méthodes de modélisation des transferts … Programme : Recharge actuelle et passée d'aquifères du Bassin Parisien et du Bassin Aquitain : calcaires jurassiques, Craie, l’Albien/Néocomien, ... Approches géochimiques et isotopiques des grands systèmes aquifères de l’Afrique saharienne et sub-saharienne, de différents aquifères américains ainsi que le Great Artesian Basin en Australie. Modélisation de la dispersion et du transfert de solutés dans les aquifères.

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M2STU07 : Milieux hydrologiques et hydrogéologiques atypiques - 3 ECTS

Équipe enseignante : Jean-Luc MICHELOT (Responsable de l'UE, CR-CNRS), Christelle Marlin (PR, UPS), Lionel Mercury (MC, UPS), Olivier Grunberger (CR, IRD), Pierre Ribstein (PR, Paris VI) , Helmut Pitsch (Ing. IRSN) et Patrick Allard (DR CNRS) Volume horaire : 30h (cours : 20h, TD :10h) Objectif : Définir les particularités du comportement hydro(géo)logique d'une série de milieux "extrêmes". Examiner plus particulièrement les conditions d'utilisation des traceurs chimiques et isotopiques dans ces milieux. Programme : Milieux très peu perméables : limites de validité du modèle de Darcy, cas particulier des milieux nanoporeux, transferts "non-darciens", applications à l'étude du stockage géologique de déchets en formations profondes (roches argileuses, socles cristallins,...) Milieux "chauds" : fonctionnement des systèmes géothermaux, géothermométrie chimique et isotopique. Milieux "froids" : Hydrologie, recharge et circulations sous climats périglaciaires (latitude, altitude). Milieux "secs" : Recharge et décharge par évaporation des aquifères sous climats semi-aride et aride, Milieux salins continentaux : origine de la salinisation des sols et des eaux souterraines.

M2STU08 : Méthodes géophysiques en hydrosciences - 3 ECTS

Équipe enseignante : Marc PESSEL (Responsable de l’UE, MCF, UPS), Roger GUERIN (co-Responsable de l’UE, PR, UPMC), Stéphanie GAUTHIER (MCF, Géosciences Montpellier), Jean-Michel VOUILLAMOZ (IRD), Marie BOUCHER (BRGM), Hermann ZEYEN (PR, UPS). Volume horaire :30h (cours : 13,5h, TD : 10,5h, TP : 6 h) Objectif : Ce module a pour finalité de permettre à de futurs hydrologues-hydrogéologues d’avoir des connaissances et un oeil critique et avisé sur les données géophysiques et leurs interprétations. Programme : Cet enseignement commence par une présentation de la géophysique appliquée à l’hydrologie-hydrogéologie. Ensuite les différentes méthodes de prospection adaptées à l’hydrogéologie sont abordées : thermique, sismique, électrique, électromagnétique, radar, résonance magnétique. Pour chaque méthode : les phénomènes physiques, les équations de base, l‘ordre de grandeur des paramètres mesurés, les appareils d‘acquisition, et les méthodes de traitement sont étudiés. De nombreuses études de cas d’utilisation de la géophysique pour des objectifs liés à l’eau dans le sol sont présentées. Le stage de terrain permettra d’employer (acquisition-interprétation) quelques techniques sur une problématique hydrogéologique.

M2STU09 : Données localisées : SIG et GPS - 3 ECTS

Équipe enseignante : V. DURAND (Responsable de l’UE, MCF-UPS), Marc PESSEL (MCF-UPS), D. LAFFLY (PR. Univ. Toulouse). Volume horaire : 30h (cours : 9h, TD : 12h, TP : 9h) Objectif : Fournir les clés pour comprendre et utiliser les méthodes et les outils informatiques dédiés à l'acquisition, à l'intégration, au traitement, à l'édition et à l'analyse des données localisées. Programme : Système de coordonnées, changement de référentiel Modèle numérique de terrain Systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l'hydrogéologie (délimitation de bassin versant, estompage, calcul de pente, réseau de drainage, intégration de données géophysiques localisées etc ...)

M2STU10 : Hydrogéologie appliquée - 3 ECTS

Équipe enseignante : Véronique DURAND (Responsable de l’UE, MCF-UPS), Christian LEDUC (DR, IRD), Florent BARBECOT (MCF-UPS) et Raphaël PENO-MAZZARINO (Ing. SDEC-France) Volume horaire : 30h (cours : 12h, TD : 12h, TP : 6h) Objectif : Aborder des problèmes concrets en hydrogéologie et savoir utiliser les outils nécessaires en modélisation et expérimentation Programme : Théorie : Pompage et Rabattement, Équation de diffusivité, Solutions en milieu captif, semi-captif et libre, Détermination des propriétés des aquifères, Essai de débits, Slug test Études de cas divers illustrant la théorie Notions de protection des ressources en eau : périmètres de protection, plan d'exploitation (choix des horaires de pompages, alternances sur champs captants), et recharge artificielle Essai par pompage sur le terrain Modélisation hydrogéologique à l’aide du logiciel MODFLOW

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M2STU11 : Acquisition et traitement de données en Hydrologie - 3 ECTS

Équipe enseignante : Laurent BERGONZINI (Responsable de l’UE, MCF-UPS), Albane SAINTENOY (co-responsable de l’UE, MCF-UPS), Véronique DURAND (MCF-UPS), Danièle VALDES (MCF-UPMC), Antoine TOGNELLI (CEA), Anne WINCKEL (Ing. BRGM), Emmanuel BERTHIER (Ponts et Chaussées) Volume horaire : 30h (cours : 12h, TD : 12h, TP : 6h) Objectif: Introduction aux outils statistiques pour l'hydrologue. Programme : Cet enseignement sera basé sur des analyses de données de terrain et des études de cas présentées sous forme de cours/TD intégrés. Quatre thèmes seront abordés:

- l'acquisition de données en hydrologie (politique de mesures, échantillonnage, estimation d'incertitudes,...)

- l'analyse de chroniques (tendance, rupture, seuil, périodicité, corrélation, ondelettes,...)

- l'analyse de bases de données (récupération, visualisation, recoupement, distribution, corrélogramme, variogramme, composantes principales,...)

- l’hydraulique urbaine

M2STU12 : Pollution des eaux et des sols - 3 ECTS

Équipe enseignante : Florent BARBECOT (Responsable de l’UE, MCF-UPS) , Alain DUMESTRE (Ing. SERPOL), Eric GOMEZ (Ing. BRGM) , Cécile QUANTIN (MCF-UPS), Claire ZUCCARELI (Ing. SITA) Volume horaire : 30h (cours : 10h, TD : 14h, TP : 6h) Objectif : L’objectif de cette UE est de faire connaître les mécanismes de pollutions, qu’elles soient ponctuelles ou diffuses, et décrire les moyens de traitement susceptibles d’être utilisés pour réhabiliter les sols et nappes d’eau souterraines. Programme : Description des grandes familles de polluants et de leur propriétés et comportement sur site Processus et mécanismes de contamination, les identifier, les prévoir Analyse, diagnostic de site et normes environnementales Dimensionnement et mise en œuvre des techniques de dépollution

Semestre 2

M2STU13 : Stage de terrain - 3 ECTS

Équipe enseignante : Marc PESSEL (Responsable de l’UE, MCF-UPS), Christelle MARLIN (PR-UPS), Piotr TUCHOLKA (PR-UPS), Florent BARBECOT (MCF-UPS), Vincent SCHNEIDER (Ing. ANDRA) Volume horaire : 30h (8 jours) Objectif : Application sur le terrain des principales méthodes d'investigations hydrogéologiques hydrogéophysiques et géochimiques, utilisées en recherche et en milieu professionnel, pour étudier la recharge, la dynamique et la décharge des nappes d'eau de sub-surface, ainsi que la pollution d’une nappe libre. Les problèmes posés par le stockage de déchets radioactifs Programme : Stage 1 : étude de la nappe de la Crau (région d’Istres) – 5 jours Étude bibliographique du site. Acquisition de données hydrologiques, hydrogéochimiques et géophysiques Traitement et interprétation des données Synthèse et présentation des résultats. Stage 2 : visite des sites ANDRA (3 jours) – Laboratoire souterrain.

M2STU14 : Anglais scientifique - 3 ECTS

Équipe enseignante : Christelle MARLIN (Responsable de l’UE, PR-UPS), Corinne LE GAL LA SALLE (MCF, Univ. Nîmes) et Véronique DURAND (MCF-UPS) Volume horaire : 30h Objectif : L’anglais scientifique est enseigné avec pour objectif la maitrise à l’oral et à l’écrit de l’anglais et du vocabulaire de la spécialité (sciences de l’eau et du sol) par les étudiants. L’enseignement est basé sur la compréhension orale de la langue (exposé, film, vidéo) et écrite (écriture de texte, lecture d’articles) sur des études de cas environnementales. Programme : Apprentissage du vocabulaire de l’hydrologie et l’hydrogéologie. Exercices de compréhension orale de la langue anglaise (exposés, films, vidéos) et de compréhension écrite (écriture de texte, lecture d’articles) sur des études de cas environnementales. Rédaction d’un CV en anglais.

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Stage en entreprise ou en laboratoire Le stage se déroule durant une période de 5 mois (février-juin) pour les stages Recherche à 7 mois (février-mi-septembre) pour les stages Pro en entreprise. Stage Recherche : Les laboratoires qui ont accueilli ou qui accueillent des étudiants du M2 H2S sont les suivants : UMR IDES, UMR Hydrosciences, UMR G-Eau, UMR Environnement et Grandes Cultures, division Hydrologie-CEMAGREF, DAM-CEA, IRSN, LSCE (Gif sur Yvette), GEOTOP-UQAM (Université du Québec à Montréal-Canada), CIRAD, différents laboratoires à l’étranger (Marrakech, Cocody-Abidjan, Berlin,…). Stage Pro en entreprise : Les entreprises ou bureaux d’étude qui accueillent des étudiants ou qui sont prêts à accueillir des étudiants en stage sont les suivants : BRGM/ANTEA, SOGREAH, VEOLIA-Eau, SAFEGE, SITA-Remédiation, Lyonnaise des Eaux, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées-Trappes, collectivités locales ou territoriales (Agence de bassins, CLE-Yvette-Orge, SIMA,…).

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