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Brève histoire du téléphone mobile
Présentation réalisée par l’AHTI pour le compte du Service Mécénat d’IBM France
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Les hommes ont toujours communiqué à distance
MP3tropical
télégraphetropical
Mailmarin
Télégrapheindien
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Les hommes ont toujours communiqué à distance
On a gagné!!
Athènes Marathon
490 avant J C
4 heures
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Pendant les croisades (11eme et 12eme siècle), les Turcs et les Arabes maîtrisaient déjà l'élevage des pigeons pour transmettre des messages ce qui leur rendait bien des services aux dépens des Croisés.
Les hommes ont toujours communiqué à distance
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Les hommes ont toujours communiqué à distance
Jusqu’à la fin du 18 eme siècle, la poste a été le seul moyen organisé pour la communication à distance entre les hommes
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Les hommes ont toujours communiqué à distance
Le Télégraphe optique de Chappea été inventé pendant la Révolution française. La ligne Paris Lille fut créée en 1794. Il suffisait d’une heure au lieu d’un jour pour envoyer un message
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Le télégraphe électrique: première application de l’électricité pour la transmission d’informations
1837 : L'Américain Samuel Morse invente un télégraphe électrique simple: des piles, un interrupteur, un électro-aimant et des fils suffisent.
Code binaire Morse
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1 seconde
Les fréquencesUne fréquence mesure le nombre de vibrations par seconde. S’applique au son , à l’électricité (courant alternatif), aux ondes radio, etc. S’exprime en cycles/seconde ou en Hertz (Hz)
3 Hz.....
15 Hz
Amplitude d’énergie
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20 Hz 20 000 Hz
55 Hz 7 000 Hz
300 Hz 3 400 Hz
Les fréquences sonores
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Les fréquences radioélectriques Exemples de fréquences
Courant EDF: 50 Hz Radio AM: 200 KHz Radio FM: 87.5 MHz-108 MHz Télévision: 110 MHz GSM: 900 MHz; 1800 MHz WiFi: 2.5 GHz Micro-ondes 2.5 GHz
K= 1000 KiloM= 1000 000 Méga G= 1000 000 000 Giga
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Le problème de la transmission du son à distance
Le son dans l’air ne se propage pas très loin et pas très vite
Ici un soldat avec des « grandes oreilles » pour mieux recevoir le son afin de détecter des avions (avant le RADAR, dans les années 1930)
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La transmission mécanique ne permet pas non plus une bonne transmission du son à distance
?
Le problème de la transmission du son à distance
?
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SON SON
Courant électrique
MicroHaut Parleur
Le 10 mars 1876 Graham Bell réussit à transmettre par fil électrique une première phrase devenue célèbre :" Monsieur Watson , veuillez venir dans mon bureau , je vous prie“.
C’était l’invention du téléphone.
L’électricité a révolutionné les communications: le téléphone
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La transmission a fait des progrès continus:
On a développé des moyens de transmission de plus en plus puissants (c.a.d en nombre de circuits téléphoniques simultanés et en distance):
Câbles métalliques symétriques Câbles métalliques coaxiaux Faisceaux hertziens Satellites Fibre optique
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Le réseau téléphonique a rapidement dû être organisé
?
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On a donc introduit très tôt des points d’aiguillage (les commutateurs téléphoniques) et un annuaire des abonnés.
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Les commutateurs téléphoniques ont été automatisés à partir de 1920
1920: premiers commutateurs
électromécaniques
1975: premiers
Commutateurs électroniques
Les demoisellesdu téléphone
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X
1888: Hertz (*) a fait la preuve expérimentale des ondes RADIO
La naissance de la radio (Télégraphie Sans Fil)
(*) on parle d’ondes hertziennes et de fréquences en Hertz
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1912: Le naufrage du Titanic: premier
usage célèbre de la TSF
S O Stititi tatata
tititi
La naissance de la Télégraphie Sans Fil
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Le son transporté par radio
Son
Onde radio
+Le son est transporté
par l’onde radio
Il faut « moduler » l’onde radio pour transporter le son. La restitution du son se fait par « démodulation ». Ces opérations complexes sont à la base de la radio.
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La naissance de la radiodiffusion
1922: première émission de radio à Paris
Les triodes étaient les Composants critiques
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Pourquoi utiliser la radio pour le téléphone ?Les avantages du sans fil:
Permet la mobilité Est économique : pas besoin de
câble reliant chaque utilisateurLes problèmes par rapport au
téléphone fixe: Il faut des fréquences radio Il faut se protéger contre les
brouillages des ondes radio Les récepteurs sont compliqués Besoin d’énergie électrique
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La télégraphie sans fil en avion !!
Pendant la guerre de 1914-1918 on utilisait encore des pigeons voyageurs pour envoyer des messages depuis les avions!!
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Les débuts du radio téléphone
Le radio téléphone a débuté sur les avions , navires et autres véhicules militaires: il n’a été opérationnel sur les avions qu’à partir de la guerre 39-45
Puis on a commencé à l’utiliser dans le civil avec des systèmes spécialisés;
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Les débuts du radio-téléphone civil
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Les débuts du radiotéléphone
Un des premiers radiotéléphones militaires portables (radiotéléphone de campagne)
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Les premiers téléphones mobiles commerciaux en France
En France, le premier service commercial significatif de radiotéléphone fut lancé en 1984: RADIOCOM 2000. Juste avant le GSM, vers 1992, il n’y avait que 200 000 abonnés en France: le téléphone mobile était pour les professionnels.
10 Kg
3000 €
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Un essai : le BIBOPEn 1991, France Télécom a lancé un service limité de téléphonie sans fil de poche. Il fallait s’arrêter près d’une borne marquée du signe BIBOP et s’identifier. Il a été abandonné rapidement au profit du GSM.
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Le lancement du GSM
En 1982 les opérateurs européens de télécom se sont mis d’accord sur:1. La réservation de la même plage
de fréquences radio dans tous les pays pour la téléphonie mobile.
2. L’étude d’un nouveau système mobile appelé GSM (Global System for Mobile communications).
Le GSM a démarré en Europe au début des années 1990
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Les principes du GSM
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Le GSM est très innovant
Il utilise le principe de la téléphonie cellulaire;
La voix est numérisée dès le poste téléphonique;
Il faut beaucoup d’intelligence (grâce à l’informatique) pour gérer la mobilité;
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La gestion des fréquences radio
Il faut des arbitres internationaux
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Les fréquences radio
GSM
Une ressource naturelle très disputée!
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La gestion des fréquences
Dans les premiers systèmes de radiotéléphonie (radio maritime, CiBi) un principe simple était appliqué: les échanges se partageaient le même canal (bande de fréquences): il fallait parler chacun son tour!
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La gestion des fréquencesAvec un seul émetteur, la plage des fréquences réservées pour le GSM permet d’écouler au plus de l’ordre de 1000 communications simultanées.
On a donc cherché à multiplier le nombre d’émetteurs, avec un nouveau problème: comment éviter le brouillage entre émetteurs? C’est pourquoi on a inventé le téléphone cellulaire (Bell Labs vers 1947)
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Le téléphone cellulaireOn divise le territoire en cellules, chacune desservie par un émetteur.
Deux cellules voisines doivent utiliser des fréquences différentes (représentés ici par des couleurs)
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Le téléphone cellulaireProblèmes:
• Il faut savoir où sont tous les mobiles par la gestion de la mobilité
• Il faut que la communication ne soit pas interrompue quand on passe d’une cellule à l’autre (piéton, voiture, train).
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Le téléphone cellulaireOn a introduit le mécanisme de "hand over“ permettant de changer de cellule sans couper les communications
Ne coupez
pas
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Le prix des portablesUn portable est un appareil très complexe, en fait un véritable ordinateur de poche.
Principales fonctions d’un portable Numérotation d’un appel Identification et gestion de la carte
SIM (Subscriber Identity Module), facteur de sécurité
Microphone / haut-parleur Numérisation (codage/décodage) Gestion des SMS Gestion de l’annuaire local Internet
Et il faut une bonne batterie
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Le prix des portables
1993 Ces terminaux complexes sont devenus économiques grâce aux progrès technologiques.
Entre 1970 et 2000, la puissance des composants a été multipliée par 100 000 (loi de MOORE)
2006
Poid
s, prix
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La numérisation
De plus en plus, on numérise l’information, et pas seulement celle qui est échangée sur Internet.
Exemples: Musique: CD, MP3 Télévision: la TNT Photographie : JPEG Bientôt la radio Téléphonie: GSM, voix/Internet Etc...
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La numérisation
La numérisation a de nombreux avantages. Elle permet:
Une bonne protection contre les parasites (le bruit)
La compression (on ne transmet que l’information utile, on élimine les répétitions) ce qui permet des économies de fréquences, (TNT, GSM) ou de mémoire (MP3)
Des appareils à bas prix (grâce aux composants numériques en grande série)
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La numérisation
Salut
SON SON
Courant électrique analogique
MicroHaut Parleur
Dans le téléphone classique, un courant électrique reproduit les vibrations du son. Pour que la voix soit compréhensible on transmet les fréquences entre 300 Hz et 3400 Hz
Hz: Hertz ou cycle par seconde
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La numérisation
T’es où?
SON SON
Canal numérique
Micro
COD 0101101101 DEC
Haut Parleur
Dans le téléphone numérique le courant électrique de la voix est codé en chiffres binaires (0 et 1): c’est sous cette forme que la voix est échangée entre les deux appareils avec un CODEUR et un DECODEUR.
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La numérisationCourant électrique
mesure de l’énergie du courant 8000 fois par seconde (Echantillonnage)
Codage binaire
Ce procédé de numérisation de la parole est utilisé depuis les années 1970 dans le cœur du réseau téléphonique fixe avec un débit de 64 000 b/s par communication téléphonique.
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La numérisation
Dans le "vieux" réseau fixe: le local est analogique
Dans le GSM la communication est tout numérique
Numérique
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La numérisation
La compression dans le GSM permet de réduire le débit à 13 000 b/s par communication téléphonique.
Le mécanisme de compression de la voix pour le GSM a été mis au point dans les années 80 dans les labos d’IBM la Gaude.
64 000 b/s 13 000 b/sCOMPRESSION
débit divisé par 5
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La gestion de la mobilité n’est possible qu’avec des ordinateurs puissants (le réseau sait à tout instant localiser tous les mobiles allumés!)
Pour comprendre le fonctionnement du réseau nous allons suivre ce qui se passe quand Mr ZAVATTA qui a pris l’avion pour Montpellier appelle Mr ZIGOTO qui est resté à Paris.
L’intelligence dans le réseau
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L’intelligence dans le réseauINFORMATIQUE
CENTRALE
C001
C002
C1000
C1001
CXXX Numéro de cellule
(environ 5000 cellules en France
Commutateurs
Les principaux composants d’un réseau GSM
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L’intelligence dans le réseau
Zigoto06 87 65 43 21
AnnuaireLocalisationConsommation
INFORMATIQUECENTRALE
C001
C002
C1000
C1001
CXXX
N° de Cellule
NOM N° GSM N° DE STATION CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….RIGOLO 06 12 34 56 78 éteint 10 €……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001 45 €……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 51
NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 éteint……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….
L’intelligence dans le réseau
Données Permanentes
Données mises à jour
en temps réel
La base de données centrale, cœur du fonctionnement du réseau
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Zavatta06 12 34 56 78
L’intelligence dans le réseau
Zigoto06 87 65 43 21
AnnuaireLocalisationConsommation
INFORMATIQUECENTRALE
C001
C002
C1000
C1001
Zavatta arrive à Montpellier et allume son portable. L’ordinateur central est informé et mis à jour
Information sde service
(numérotation, SMS)
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NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 éteint……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….
L’intelligence dans le réseau
Données Permanentes
Données mises à jour
en temps réel
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 54
NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 C001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….
L’intelligence dans le réseau
Données Permanentes
Données mises à jour
en temps réel
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 55
Zavatta06 12345678
L’intelligence dans le réseau
Zigoto06 87 65 43 21
AnnuaireLocalisationConsommation
INFORMATIQUECENTRALE
C001
C002
C1000
C1001
Zavatta appelle Zigoto
• Il numérote• ça sonne chez
Zigoto
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 56
Zavatta06 123 45678
L’intelligence dans le réseau
Zigoto06 87 65 43 21
AnnuaireLocalisationConsommation
INFORMATIQUECENTRALE
C00 1
C00 2
C1000
C1001
Zigoto répond et ils se parlent:
T’es où?
Le compteur de facturation de Zavatta est mis à jour
Voix
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NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 C001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….
L’intelligence dans le réseau
Données Permanentes
Données mises à jour
en temps réel
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 58
NOM N° GSM N° DE CELLULE CONSOMMATION……………. ………………… ……………………. …………………….ZAVATTA 06 12 34 56 78 C001 10 €……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….ZIGOTO 06 87 65 43 21 C1001……………. ………………… ……………………. …………………….……………. ………………… ……………………. …………………….
L’intelligence dans le réseau
Données Permanentes
Données mises à jour
en temps réel
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Zavatta06 12345678
Le SMS: un bonus inattendu!
Zigoto06 87 65 43 21
C001
C002
C1000
C1001
Zavatta envoie un SMS à Zigoto
Centre de service de
SMS
1 SMS= 160 caractères de 7 eb ou 140 caractères de 8 eb sur le canal de signalisation
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CONCLUSION
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Quinze ans après
Le téléphone mobile d’aujourd'hui est le résultat de près de 150 ans de progrès scientifiques, techniques et industriels en télécommunications et informatique;
Il se développe partout dans le monde, pays riches et pauvres;
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Évolutions en cours au-delà de la voix et du SMS
Internet mobile rapide (la 3G appelée aussi UMTS)
TV mobile (dérivée de la TNT) Services de localisation avec GPS Télépaiement Etc…
A vos imaginations!
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Le mobile en France
Fin 200752 millions GSM
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Nombre de GSM
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1995 2003 2006 2010
Mill
ions
ASIE
EUROPE WEST
AFRIQUE/ME
AMERIQUE NORD
Le mobile dans le monde
En 2010
~50% de la population mondiale disposera
d’un téléphone
mobile
3 milliards
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ANNEXES
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http://www.ahti.fr/
Présentation réalisée par l’AHTI pour le compte du service Mécénat d’IBM France
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 67En partenariat avec :
Conçu par :
Cette présentation a été faite dans le cadre du programme MOBI3 pour le compte de la Direction du bénévolat d’IBM France.
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Les 6 collèges du projet pilote MOBI3
78 - YvelinesCollège Magellan - 33 bis, avenue de Poissy 78570 Chanteloup les VignesCollège Ariane - Place des Frères
Voisins - 78280 GuyancourtCollège Albert Thierry - rue Albert
Thierry 78520 Limay
91 - EssonneCollège Galilée - 10, place des Fédérés
- BP 149 91005 Evry cedex
92 - Haut-de-SeineCollège Jean-Baptiste Clément - 58 rue du Président Kennedy 92700 Colombes
95 - Val d’OiseCollège Louis Aragon - 1, place Eugène Delacroix 95370 Montigny les Cormeilles
4
1
2
3
5
6
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La naissance de la radio (Télégraphie Sans Fil) La découverte des ondes radio (ondes
électromagnétiques) a été faite à la fin du 19eme siècle:
1865: Maxwell : découverte théorique 1888: Hertz (*): preuve expérimentale
Démarrage de la radio: 1898: première liaison radio télégraphique 1922: émissions régulières de radio diffusion
depuis la Tour Eiffel(*) on parle d’ondes hertziennes et de fréquences en Hertz
© AHTI / Philippe Picard, janvier 2008 70
Satellite Inmarsat
600 canaux simultanés par satellite
432 Kb/seconde
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Capacité des cellules en GSM
8 IT par trametemporelle
fréquences= < 124 canaux
full duplex
1
122
123
124
1 2 8577µs
4,615ms (c.a.d. 216 trames/s)1 trame GSM
1voie de téléphone est portée par un débit de 13,8 kb/s
Jusqu’à 8 x 124 = 992 canaux logiques théoriques; 1/7 avec le plan de fréquencessoit ~ 140 canaux simultanés par cellule.
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Entre 1970 et 2000, la puissance des composants a été multipliée par 100 000 (loi de MOORE)
Loi de Moore
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La compression
SANS COMPRESSION
AVEC COMPRESSION
Voix GSM 4 64 13Musique MP3 16 320 128Télévision TNT 8 000 4 000 2 000
DEBIT NUMERIQUE (kb/s)LARGEUR DE BANDE DE
FREQUENCES Khz
Exemples de taux de compression
TNT: la TNT a été lancée en France en 2006. Elle permet 4 fois plus de chaînes que le TV analogique qui disparaitra en 2011. Les fréquences libérées par la TV analogique s’appellent le dividende numérique.
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