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Adaptation dynamique de processus métier
Application au circuit du médicament à l’AP-HM Renaud Angles*,** * Aix-Marseille Université – LSIS (UMR CNRS 7296)
Domaine universitaire de St Jérôme, Av. Escadrille Normandie-Niemen
13397 Marseille cedex 20, France
{prenom.nom}@lsis.org
** Assistance Publique – Hôpitaux de Marseille / DSIO
147, Boulevard Baille
13005 Marseille, France
{prenom.nom}@ap-hm.fr
RÉSUMÉ. Les processus de santé ont pour caractéristique d’être sensibles aux contextes dans
lesquels ils sont mis en œuvre et sont donc fortement variables. Ce constat associé à une
volonté de sécurisation des processus mettant en œuvre la circulation du médicament a fait
émerger le besoin de maitriser la modélisation de ces processus, leur management ainsi que
la façon de les déployer de façon adaptée. L’AP-HM travaille dans cette optique au travers
de la modélisation de processus flexibles du circuit du médicament. Ce travail est réalisé
avec l’approche V-BPMI que nous développons pour la description, la gestion et
l’adaptation de processus métier. Ce papier présente une solution d’adaptation dynamique
reposant sur un référentiel de lignes de processus et de variantes de processus et permettant
le déploiement de processus opérationnalisables et adaptés à un environnement particulier.
La méthode V-BPMI adopte pour cela une double approche intentionnelle et contextuelle
pour la modélisation de processus flexibles.
ABSTRACT. Healthcare processes are influenced by the environment in which they are
implemented and they are so highly variable. The need for control the process modeling,
process management, and process deployment raised from this observation and the
requirements in healthcare processes security. AP-HM works on this issue throughout
flexible process modeling of the healthcare process of circulation of drugs. This work is
based on our approach, V-BPMI, which allows the description, the management and the
adaptation of opérationnalisable and adapted processes. This paper advocates a solution for
the dynamic process adaptation, supported by a process lines and process variants
repository. The V-BPMI method is based on a dual approach intentional and contextual.
MOTS-CLÉS : Processus métier, processus de santé, variabilité des processus, ligne de
processus, variante de processus, adaptation dynamique.
KEYWORDS: Business process, healthcare processes, process variability, process line, process
variant, dynamic adaptation.
2 JDL6’2013
1. Introduction
La qualité d’un produit (ou service) offert par une entreprise et le processus qui a
permis son élaboration sont étroitement liés. La notion de processus est intégrée
depuis longtemps dans les secteurs de l’industrie et devient peu à peu un enjeu
majeur dans d’autres domaines, comme celui de la santé (Berry and Bendapudi,
2007) où la connaissance et la maitrise de ces processus n’est pas encore mature
(Lenz and Reichert, 2007; Reichert, 2011).
Dans le domaine des systèmes d’information (SI), l’émergence des PAIS
(Process-Aware Information Systems) (Dumas et al., 2007) tend à considérer
l’importance de la maitrise des processus. Les PAIS se focalisent sur l’indépendance
entre le codage des fonctionnalités et la logique applicative. Leur introduction dans
les établissements de santé est confrontée à la forte variabilité des processus.
Deux problématiques de recherches ressortent de ce constat : (i) l’identification
et l’expression de la variabilité dans les modèles de processus (Rosemann and
Recker, 2006; Vervuurt, 2007) et (ii) l’adaptation de ces modèles dans un cadre
spécifique de déploiement (Weber et al., 2008; Andonoff et al., 2012; Weske, 2012).
La recherche que nous menons à l’AP-HM (Assistance Publique - Hôpitaux de
Marseille) s’inscrit dans cette double problématique et est expérimentée sur le circuit
du médicament (CDM) au travers de l’approche V-BPMI (Variability-oriented
Business Process Modeling and Implementation) que nous proposons.
Ce papier traite de l’adaptation de processus et présente une solution
d’adaptation dynamique, V-BPMI, qui permet, lors du déploiement d’un processus,
de construire par sélection et composition des lignes de processus et de variantes un
processus opérationnalisable et adapté à un contexte spécifique.
Le papier est organisé en 4 parties. Cette partie décrit le contexte d’application
de nos travaux de recherche en présentant le circuit du médicament et les exigences
liées à son adaptation. La partie 2 propose une revue des travaux dans le domaine de
la modélisation de processus et de leur adaptation. La partie 3 introduit l’approche
V-BPMI que nous proposons comme solution. La partie 4 conclut le papier.
1.1. Présentation et enjeux du circuit du médicament (CDM) au sein de l’AP-HM
L’AP-HM (Assistance Publique - Hôpitaux de Marseille) est constituée de quatre
sites hospitaliers majeurs disposant chacun d’une pharmacie. Les pharmacies de ces
sites jouent un rôle central dans le processus de circulation du médicament (CDM).
Il s’agit d’un processus complexe dont la qualité de sa mise en œuvre a des
conséquences directes sur la qualité du service fourni aux patients. Il se déroule en
trois phases majeures : la prescription, la dispensation, puis l’administration.
Adaptation dynamique de processus métier 3
La prescription est effectuée par le médecin en service hospitalier. Ce service
transmet la demande à la pharmacie afin de recevoir les médicaments nécessaires ou
reconstituer son stock. Une fois les prescriptions ou demandes validées par les
pharmaciens, les préparateurs en pharmacie réalisent les préparations qui sont
acheminées jusqu’aux services demandeurs. Il s’agit de la phase de dispensation1.
Enfin, les infirmiers procèdent à l’administration des médicaments aux patients.
L’ANAP (Agence Nationale d’Appui à la Performance) propose une description
du CDM (ANAP, 2012)2 et distingue des variations dans sa mise en œuvre selon des
paramètres comme le type de produit, l’organisation ou les ressources disponibles.
Le processus de circulation du médicament est complexe et soumis à de nombreuses
exigences générales (règlementaires, sanitaires, …) et spécificités locales
(ressources, organisation, …). Sa sécurisation, qui est un enjeu majeur (Montana et
al., 2009), requiert la prise en compte des éléments suivants.
Pour assurer la bonne mise en œuvre de ce processus complexe, les acteurs ont
besoin de le comprendre. La phase de modélisation permet de formaliser,
documenter et cartographier les processus. Les modèles doivent être décrits à haut
niveau d’abstraction (indépendamment des cas de mise en œuvre) et à un niveau
opérationnel et adapté (à différents cas spécifiques de mise en œuvre).
Mettre à disposition des acteurs une base de modèles partagés permet d’éviter la
production de doublons dans les modèles. Cela permet aussi de rationaliser les
modèles et mutualiser les connaissances de chacun pour assurer l’évolution et
l’amélioration des modèles et donc de fait, leur qualité.
Établir un référentiel commun permet d’éviter les incompréhensions et
irrégularités dans les procédures. La rationnalisant des termes entrant dans la
définition des processus permet d’assurer une meilleure lisibilité des modèles et de
produire des modèles réutilisables. Cela passe par la définition d’une ontologie de
domaine s’appuyant sur la description légale des hôpitaux afin d’homogénéiser le
vocabulaire dans les services et de s’aligner sur la terminologie officielle.
Identifier et gérer les sources de variabilité et les spécificités de mise en œuvre
permet de produire des modèles pertinents. Il n’existe pas à l’heure actuelle au sein
de l’AP-HM d’approche systématique pour organiser, fédérer et gérer toutes ces
spécificités. Les contraintes pesant sur l’exploitation de ce processus évoluent
rapidement et il est compliqué d’assurer une évolution cohérente du modèle. Il est
donc nécessaire de proposer des outils permettant de structurer, de gérer et
d’exploiter la variabilité inhérente à ce processus et de guider son adaptation aux
différents environnements (les quatre pharmacies de l’AP-HM dans notre cas)
dans lesquels on veut le déployer.
1. Dans la suite de cet article, tous les exemples et illustrations sont tirés de la partie
« dispensation » du processus de circulation du médicament. 2 L’étude concernant ce circuit se limite au côté « dispensation » du processus.
4 JDL6’2013
1.2. Identification des sources de variabilité
Le circuit du médicament se décline en un nombre conséquent de cas spécifiques
de mise en œuvre, selon des contraintes de différents types. Il est possible
d’identifier quatre types de contraintes impactant un processus : légales,
organisationnelles, environnementales et techniques.
Le processus de CDM est encadré par un contexte légal fort. Les lois influant sur
ce circuit sont nombreuses et évoluent fréquemment, imposant à l’hôpital une grande
capacité d’adaptation et de vigilance. Par exemple, la traçabilité des produits est
décrite de façon précise et complexe. Nous parlons alors de contraintes légales. Les
ressources matérielles, la situation géographique ou encore la disposition des locaux
ont des conséquences sur la façon de mettre en œuvre les processus. Ces contraintes
sont appelées contraintes environnementales. Le déroulement d’un processus
dépend aussi des personnes qui le mettent en œuvre. Par exemple, un pharmacien
pourra modifier et valider les ordonnances alors qu’un préparateur devra attendre la
validation après une modification. De même, chaque unité de soin peut affecter ses
ressources comme elle le souhaite (dans la mesure de la conformité avec la loi). Il
s’agit de contraintes organisationnelles. Les logiciels ou la disponibilité du réseau,
par exemple, peuvent varier. Il s’agit de contraintes techniques.
L’ensemble de ces contraintes sont des sources de variabilité qu’il est nécessaire
de prendre en compte dans la définition du CDM.
2. État de l’art
Divers domaines de recherche s’intéressent à l’adaptation de processus comme la
production et la logistique avec C-EPC (Mendling et al., 2006), qui étend EPC et de
façon plus générale la méthode ARIS (Scheer, 2000). Cet état de l’art se limite à
l’étude d’approches orientées SI.
La variabilité comme support à l’adaptation est une problématique notamment
traitée au travers des lignes de produits (Klaus Pohl et al., 2005; Metzger et al.,
2007). L’émergence des PAIS a développée des courants de recherche relatifs à la
variabilité en ingénierie des processus (Ayora et al., 2011; Denekere et al., 2011).
Le langage BPMN (Object Management Group (OMG), 2008) (Business Process
Model and Notation) fournit un mécanisme d’expression de variabilité dans un
processus via les processus ad-hoc. Cependant, BPMN ne fournit pas de guide pour
la sélection et l’organisation d’activités dans un sous-processus ad-hoc. De plus,
bien que l’OMG ait défini dans le standard BMM (Business Motivation Model) la
notion de but (OMG, 2003), BPMN ne reprend pas cette notion, pourtant
fondamentale de notre point de vue.
Adaptation dynamique de processus métier 5
L’approche PROVOP (Hallerbach et al., 2010) considère que les différentes
façons de mettre en œuvre un processus ont une structure commune à partir de
laquelle il est possible de produire des processus adaptés. PROVOP définit un
processus générique comme un graphe d’activités contenant des points d’ajustement
qui permettent de localiser les zones de variabilité. L’utilisation d’options permet
d’ajouter, modifier ou supprimer des activités du processus générique. S’il est
possible de stipuler un contexte informel d’application des options, l’absence d’un
contexte formalisé rend difficile un déploiement automatisé de la méthode.
Un modèle BPCN (Ruopeng et al., 2006, 2009) est également composé d’une
structure figée. La variabilité est exprimée à l’aide d’ensembles ad-hoc qui
définissent un ensemble non ordonné d’activités. La définition de contraintes de
sélection et d’ordonnancement permet de spécifier des règles de composition. Ces
règles ne sont cependant pas caractérisées : il n’est pas possible de spécifier des
contraintes applicables dans certains cas de mise en œuvre et pas dans d’autres.
Le « framework » DECLARE/YAWL (Aalst and Hofstede, 2005; Pesic et al.,
2007) décrit un processus selon un paradigme déclaratif, basé sur l’expression de
contraintes (obligatoires ou facultatives). Tout agencement d’activités en conformité
avec les règles définies est un processus DECLARE valide.
Les méthodes étudiées introduisent des notions intéressantes pour supporter la
variabilité mais sont confrontées à la problématique de l’automatisation à grande
échelle. La formalisation des notions de but et de contexte semble être un moyen de
supporter ce déploiement. Dans (Chaabane et al., 2010), les versions de processus
sont associées à un but et un contexte. Dans (Nurcan and Edme, 2005), la notion
d’intention est associée à la description d’un processus et permet de supporter la
variabilité. L’approche contextuelle est aussi abordée dans (Saidani and Nurcan,
2009) comme support à la variabilité. Aucune méthode offrant un guidage à la
production et à une automatisation de l’adaptation ne semble s’imposer actuellement.
V-PMI propose une approche centrée sur les notions de but et de contexte pour
guider l’adaptation.
3. V-BPMI : une approche pour le support de la variabilité
Cette partie introduit les concepts de V-BPMI pour la modélisation et
l’exploitation de la variabilité.
3.1. Vue générale de la production de processus adaptés avec V-BPMI
V-BPMI supporte la production, la gestion et le déploiement de modèles de
processus flexibles (cf. Figure 1) selon une double approche intentionnelle et
contextuelle. On considère que la mise en œuvre d’un processus permet de satisfaire
un but donné, ce qui correspond à la dimension intentionnelle de V-BPMI, et que la
6 JDL6’2013
façon de satisfaire ce but peut varier en fonction du contexte dans lequel un
processus est mis en œuvre, ce qui correspond à la dimension contextuelle de
V-BPMI.
Professionnelde santé
Besoin utilisateur
Production de processus de CDM
adaptés dynamiquement
Processus BPMN et BPEL de CDM
MoteurV-BPMI
Réalise
Référentiel V-BPMI pour le
CDM
Ontologiesdu CDM
Figure 1. Vue générale de la production de processus adaptés avec V-BPMI
Dans V-BPMI, la formulation des buts et contextes est guidée par l’usage d’une
ontologie de domaine (Gruber, 1993; Guarino, 1998; Dmitrieva and Verbeeck,
2008), actuellement en cours de formalisation et de validation à l’AP-HM.
V-BPMI permet la production de processus BPMN adaptés (opérationnalisables
en BPEL, (White, 2005)) en réponse à un besoin utilisateur. Cette production se base
sur un référentiel des modèles de processus
Le métamodèle des concepts de V-BPMI et l’architecture de l’approche sont
détaillés dans (Angles et al., 2013).
3.2. Le référentiel V-BPMI et l’ontologie de domaine
L’approche V-BPMI définit une base (appelée « référentiel V-BPMI »3) qui
regroupe les lignes de processus et les variantes de processus. Les concepts de
lignes de processus et de variantes de processus sont décrits avec le langage
V-BPMN (Variability-oriented Business Process Model and Notation) (cf. Figure
2), intégré à V-BPMI, qui embarque le standard BPMN (OMG, 2011).
Ligne de processus
But satisfait par la ligne de processus Variante de processus
abstraite
Contexte dans lequel cette variante est
pertinente
Variante de processus opérationnalisable
Contexte dans lequel cette variante est
pertinente
Figure 2. Formalisme V-BPMN des lignes de processus et variantes de processus
3 Dans la suite de l’article, le « référentiel V-BPMI » désigne la base contenant les lignes de
processus et les variantes de processus.
Adaptation dynamique de processus métier 7
Une ligne de processus abstrait l’ensemble des façons de satisfaire un même but
métier. Ce concept est similaire à celui des lignes de produits (Klaus Pohl et al.,
2005) utilisé dans le monde du génie logiciel et, depuis plus longtemps, dans le
monde de l’industrie. Un but peut être de plus ou moins haut niveau : (Assurer
l’approvisionnement du stock de la pharmacie)But est un exemple de but stratégique
et (Réceptionner une livraison)But est un exemple de but technique.
Une variante de processus contient un processus V-BPMN. Elle est caractérisée
par un contexte et est associée à une ligne de processus. Ce processus V-BPMN
exprime la façon de satisfaire le but de la ligne de processus à laquelle la variante est
rattachée, dans le contexte qui caractérise la variante. Un contexte est une
conjonction (AND) d’assertions contextuelles (pouvant être négativées : NOT). Un
contexte permet d’identifier sans ambiguïté un cadre spécifique d’exécution. Les
variantes associées à une même ligne de processus sont discriminées par des
contextes4 différents deux à deux.
Par exemple, on souhaite satisfaire le but (Ranger un produit livré par un
fournisseur dans le stock de la pharmacie)But. Celui-ci est associé à une ligne de
processus, qui contient un certain nombre de variantes. On souhaite pouvoir
satisfaire ce but dans deux pharmacies disposant de modes de stockage différents
(l’une avec robot de stockage et des étagères et l’autre ne disposant que d’étagères
par exemple). Ces deux cas de mise en œuvre sont donc décrits dans autant de
variantes associées à la ligne de processus (cf. Figure 3).
Ranger un produit livré par un fournisseur dans le stock de la pharmacieB
ut
Var
ian
tes
réd
uit
es
Lign
e d
e p
roce
ssu
s
(Mode de stockage = Étagères)Ressource
(Mode de stockage = Robot)Ressource AND
(Mode de stockage = Étagères)Ressource
Figure 3. Exemple de ligne de processus associée à deux variantes
Une variante peut à son tour contenir des références à des lignes de processus
pour lesquelles plusieurs cas de mise en œuvre (i.e. variantes) sont définis : il s’agit
alors d’une variante abstraite. Si au contraire, il n’existe qu’un moyen de la mettre
en œuvre, il s’agit d’une variante opérationnelle. Le processus V-BPMN embarqué
dans une variante opérationnelle est donc un « pur » processus BPMN.
La variante de gauche dans la Figure 3, sous sa forme étendue, contient une
référence vers une ligne de processus, comme le montre la Figure 4. Cette ligne de
4 Dire que deux contextes sont différents n’implique pas qu’ils soient disjoints.
8 JDL6’2013
processus est elle-même associée à trois variantes. Cela signifie qu’il existe plusieurs
façons de ranger un produit dans le contexte de cette variante.
Valider la réception
Pro
cess
us
V
-BPM
N
ContexteVar
ian
te a
bst
rait
e d
e p
roce
ssu
s
(Mode de stockage = Robot)Ressource AND (Mode de stockage = Étagères)Ressource
Approvisionner le stock d un produit réceptionné
(Retour = Automatique robot)Ressource
(Retour = Manuel
robot)Ressource
(Retour = Étagère)Ressource
Figure 4. Exemple de variante de processus abstraite
La méthode V-BPMI est basée sur l’usage d’une ontologie de domaine, définie
par des professionnels de la santé, dans le cas de la mise en œuvre de V-BPMI au
sein de l’AP-HM, en collaboration avec des modélisateurs. À haut niveau, elle décrit
cinq types de concepts : les buts métier, les activités du domaine, les acteurs, les
ressources et les contextes. Cette ontologie a notamment un double usage : (i) elle est
utilisée pour formuler des buts et des contextes identifiant respectivement les lignes
de processus et les variantes de processus et (ii) elle permet la mise en œuvre de
l’adaptation dynamique (cf. 3.4).
3.3. Organisation du référentiel V-BPMI
Dans le référentiel V-BPMI, une ligne de processus est liée de façon statique
avec ses variantes. Il est possible de représenter cette structure sous forme d’arbre
de variabilité à deux niveaux : la ligne de processus est la racine et les variantes
définissent les feuilles. Le référentiel V-BPMI peut donc être vu comme une forêt
d’arbres de variabilité (cf. Figure 5) tous indépendants, un par ligne de processus.
Ligne de processus 1
But 1
Variante 1.1
Contexte 1.1
Variante 1.2
Contexte 1.2
Variante 1.n
Contexte 1.n
...
Variante 2.1
Contexte 2.1
Variante 2.n
Contexte 2.n
...
Ligne de processus 2
But 2
Variante m.1
Contexte m.1
Variante m.n
Contexte m.n
...
Ligne de processus m
But m
...
OUOU OU
Figure 5. Le référentiel V-BPMI : une forêt d’arbres de variabilité
Cette représentation est utilisée pour l’adaptation dynamique de processus,
présentée dans la partie suivante.
Adaptation dynamique de processus métier 9
3.4. Adaptation dynamique de processus
La phase d’adaptation est initiée par l’expression d’un besoin utilisateur
caractérisé par un but et un contexte (cf. Figure 6). Le résultat est un processus
BPMN adapté, opérationnalisable en BPEL.
Besoin
métier
But Réceptionner une livraison
Contexte (Mode de stockage = Robot)Ressource
AND NOT(Type de livraison = Dépôt-vente)Environnement
Figure 6. Exemple de besoin métier
Ce besoin utilisateur va pouvoir évoluer au cours des itérations du cycle
d’adaptation dynamique présenté ci-dessous (soit en étant reformulé, que ce soit au
niveau du but et/ou du contexte, soit en étant complété au niveau de son contexte).
Le cycle d’adaptation dynamique, itératif, est au centre de l’adaptation
dynamique. Il est organisé en quatre activités majeures (cf. Figure 7).
Sous-butSous-but Recherche
Sélection
Opérationnalisation
Co
mp
osi
tio
n
But Ligne de processus
Contexte
Variante de processus
Variante de processus
partiellement ou totalement
exécutable
Services
Variante abstraite
Sous-but
Référentiel V-BPMI pour le
CDM
Figure 7. Le cycle d’adaptation dynamique
La phase de recherche prend en entrée un but (fourni par un besoin utilisateur
lors de la première itération) et permet d’identifier dans le référentiel la ligne de
processus la plus pertinente satisfaisant ce but, s’il en existe une. Cette identification
est rendue possible par la partie but de l’ontologie de domaine. Il est possible d’en
produire une manuellement si aucune ne répond au besoin, ou de reformuler le but
du besoin utilisateur.
10 JDL6’2013
La phase de sélection prend en entrée une ligne de processus (sélectionnée en
phase de recherche) et un contexte et permet de sélectionner la variante dont le
contexte est le plus proche de celui spécifié dans le besoin utilisateur initial. Cette
sélection est basée sur l’utilisation de la partie contexte de l’ontologie de domaine.
L’utilisateur peut là aussi produire une variante spécifique si aucune ne répond à son
contexte de mise en œuvre ou reformuler/compléter le contexte du besoin utilisateur.
La sortie de cette phase est le processus V-BPMN contenu dans cette variante.
La phase d’opérationnalisation permet de lier des web services à tout ou partie
des activités présentes dans le processus V-BPMN sélectionné en phase précédente.
En sortie, ce processus V-BPMN est totalement opérationnalisé s’il ne contenait que
du BPMN en entrée, ou partiellement opérationnalisée sinon (i.e. si au moins une
ligne de processus est référencée dans ce processus). Dans le second cas, il est
nécessaire de réitérer le cycle d’adaptation, en passant par la phase de composition.
La phase de composition prend en entrée une variante abstraite de processus et
invoque autant d’instances du cycle d’adaptation qu’il y a de lignes de processus
référencées en son sein. Les processus BPMN produits par ces itérations sont
composés en remplaçant la référence à la ligne de processus ayant déclenché
l’itération qui les a produits.
Ainsi, chaque itération dans le cycle fournit un fragment du processus BPMN
final. Il est à noter que, de par sa construction, ce processus BPMN peut être
opérationnalisé en BPEL et exécuté fragment par fragment (V-BPMI permet de ne
pas attendre que le processus BPMN soit totalement produit pour ensuite
l’opérationnaliser et l’exécuter).
4. Conclusion
Ce papier présente la méthode V-BPMI, permettant l’adaptation contextuelle des
processus. Cette méthode est expérimentée dans le cadre de la sécurisation du circuit
du médicament à l’AP-HM. Ce cadre d’expérimentation a permis d’identifier les
manques dans les méthodes existantes (cf. partie 2) et de formaliser les concepts qui
semblent nécessaires à la mise en œuvre d’une méthode d’adaptation à grande
échelle. Dans l’approche V-BPMI, un processus n’est pas simplement décrit par un
graphe organisé d’activités : il est défini par le but qu’il permet de satisfaire et le
contexte dans lequel sa mise en œuvre est pertinente. La prise en compte de ces deux
dimensions (contextuelle et intentionnelle) permet la représentation et le stockage
des processus sous forme d’arbres de variabilité. Le cycle d’adaptation permet de
produire des processus BPMN adaptés et opérationnalisable en BPEL, en se basant
sur une ontologie de domaine.
L’ontologie de domaine est actuellement en cours de modélisation, en
collaboration avec les professionnels de la santé qui fournissent la connaissance
métier. Ils contribuent également à la validation expérimentale de la méthode. La
Adaptation dynamique de processus métier 11
définition d’opérateurs, aussi bien de comparaison et de manipulation des concepts
présents dans l’ontologie de domaine que de mise en œuvre du cycle d’adaptation est
en cours. La définition de ces opérateurs permettra le développement du moteur
d’adaptation en apportant un support outillé pour chacune des quatre phases
présentées précédemment. Nous étudions également la définition de graphes
d’adaptation dynamique supportant et traçant la mise en œuvre du cycle
d’adaptation.
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