FR3075759A1 - Partie anterieure de nacelle d'un ensemble propulsif d'aeronef comportant un element amortisseur - Google Patents

Partie anterieure de nacelle d'un ensemble propulsif d'aeronef comportant un element amortisseur Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur une partie antérieure de nacelle d'un ensemble propulsif d'aéronef, qui comporte une lèvre d'entrée d'air à l'extrémité avant, une structure interne (3) et un panneau externe (4) prolongeant la lèvre d'entrée d'air (1), et un cadre de rigidification (5) annulaire qui comprend un bord périphérique externe (52) lié audit panneau externe (4). La partie antérieure de nacelle comporte un élément amortisseur (8) lié rigidement d'une part à un bord périphérique interne (51) du cadre de rigidification (5) et d'autre part à la structure interne (3). Cela permet la fixation d'une bride moteur (6) au niveau de l'interface entre le cadre de rigidification (5) et l'élément amortisseur (8). L'élément amortisseur (8) reprend les éventuelles déformations et protège la fixation au moteur d'éventuels impacts. L'invention porte aussi sur un ensemble propulsif comportant une telle partie antérieure, et est particulièrement adaptée aux ensembles propulsifs de grand diamètre, par exemple à fort taux de dilution.

Description

La présente invention concerne les ensembles propulsifs d’aéronef et plus particulièrement les nacelles des ensembles propulsifs d’aéronef.
Un ensemble propulsif est un dispositif permettant de générer une poussée, qui constitue la force motrice de l’aéronef équipé de l’ensemble propulsif.
Un ensemble propulsif d’aéronef est représenté à titre d’exemple à la figure 1.
La nacelle comporte classiquement une partie antérieure P1 formant entrée d'air.
La partie antérieure P1 a pour rôle de capter l’air de façon à assurer un écoulement régulier vers la soufflante.
La nacelle comporte par ailleurs une partie principale P2, constituant le reste de ladite nacelle. L’ensemble propulsif s’étend autour d’un axe appelé par la suite, axe longitudinal A.
Une structure classique de partie antérieure de nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef, telle que connue dans l’état de la technique, est décrite en référence à la figure 2.
La partie antérieure de la nacelle comprend une lèvre d’entrée d’air 1, pouvant être annulaire ou sensiblement annulaire et qui est disposée à son extrémité avant.
Dans l’ensemble du présent document, les notions d’« avant » et d’« arrière » ainsi que d’« antérieur » et de « postérieur » se comprennent selon la direction du flux d’air dans l’ensemble propulsif. Ainsi, l’air rentre par l’avant de l’ensemble propulsif, c’est-à-dire par la partie antérieure P1 de la nacelle et ressort (après qu’une partie de l’air a servi en tant que comburant) par l’arrière de l’ensemble propulsif, c’est-à-dire par l’extrémité arrière de la partie principale P2.
Dans la structure classique d’une partie antérieure P1 de l’ensemble propulsif, un cadre avant 2 est disposé à l’arrière de la lèvre d’entrée d’air 1. Une structure interne 3 comportant un panneau insonorisant, prolonge vers l’arrière une surface intérieure 11 de la lèvre d’entrée d’air 1.
Un panneau externe 4 prolonge vers l’arrière une surface extérieure 12 de la lèvre d’entrée d’air 1.
Un cadre de rigidification 5, également appelé cadre arrière est par ailleurs disposé à une extrémité arrière de la partie antérieure P1 de nacelle et relie le panneau externe 4 à la structure interne 3.
Le cadre de rigidification 5 définit ainsi la limite entre la partie antérieure P1 et la partie principale P2 de la nacelle.
Une bride moteur 6, représentée à la figure 2 bien que ne faisant pas partie de la partie antérieure P1 de la nacelle, permet de lier le cadre de rigidification 5 au moteur du groupe propulsif, c’est-à-dire à l’ensemble comportant la soufflante et la turbomachine, et en particulier de lier la partie antérieure P1 de la nacelle à un compartiment de soufflante. La bride moteur est en particulier liée à une bride arrière 7 du cadre de rigidification 5. Généralement, le cadre avant 2 et le cadre de rigidification 5 sont tous les deux disposés selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal A de l’ensemble propulsif. L’axe longitudinal peut être ainsi confondu avec un axe de révolution du cadre avant ou du cadre de rigidification 5.
Lors des différentes phases de vol d’un aéronef, des événements impactant l’ensemble propulsif peuvent se produire.
Ainsi, il arrive par exemple que des oiseaux ou que des objets extérieurs entrent en collision avec l’aéronef et notamment avec l’un de ses ensembles propulsifs. Ces collisions peuvent endommager les ensembles propulsifs. Dans les cas les plus graves, une rupture de pâle peut survenir.
La structure de la nacelle, et notamment le cadre de rigidification 5, doit cependant résister à de tels événements, et empêcher par exemple la projection de débris. Ainsi, le cadre avant 2 et le cadre de rigidification 5 sont dimensionnés pour absorber une énergie importante. Un tel dimensionnement a des conséquences négatives sur le poids et le coût de fabrication des cadres.
La figure 2 présente en outre, sous la forme d’un trait en pointillés, l’épure souhaitée pour une partie antérieure de nacelle d’un ensemble propulsif à très fort taux de dilution, parfois désigné par l’acronyme anglophone « UHBR » pour « Ultra HighBy Pass Ratio ».
Il apparaît que la configuration de partie antérieure de nacelle employée dans l’état de la technique n’est pas parfaitement adaptée à être employée pour un tel groupe propulsif de type UHBR, ou, plus généralement, pour un groupe propulsif présentant une nacelle de diamètre important. En effet, la distance entre la structure interne et le panneau externe est augmentée, nécessitant un cadre de rigidification de grande hauteur. Cette hauteur accrue impliquerait un renforcement augmenté. En outre, la bride moteur devant être fixée au cadre de rigidification est située à une distance supérieure de l’axe longitudinal A que la structure interne 3. En d’autres termes, la bride moteur ne peut plus être reliée au cadre de rigidification 5 au niveau de sa liaison avec la structure interne 3.
La présente invention a pour but de résoudre au moins l’un des inconvénients précités. Pour cela, l’invention propose une partie antérieure de nacelle d’un ensemble propulsif d’aéronef présentant une structure optimisée pour les nacelles de grandes dimensions.
Ainsi, l’invention porte sur une partie antérieure de nacelle d’un ensemble propulsif d’aéronef, ladite partie antérieure ayant une extrémité avant permettant l’entrée d’air et une extrémité arrière. La partie antérieure comprend : - une lèvre d’entrée d’air disposée à l’extrémité avant, - une structure interne prolongeant une surface intérieure de la lèvre d’entrée d’air, - un panneau externe prolongeant une surface extérieure de la lèvre d’entrée d’air, - un cadre de rigidification annulaire autour d’un axe de révolution, ledit cadre de rigidification comprenant un bord périphérique externe lié audit panneau externe.
La partie antérieure de nacelle comporte un élément amortisseur lié rigidement d’une part à un bord périphérique interne du cadre de rigidification et d’autre part à la structure interne. L’élément amortisseur interposé entre le cadre de rigidification et la structure interne de la partie antérieure de nacelle permet de résoudre la problématique de liaison entre le panneau externe et la structure interne dans le cas d’une nacelle de grande dimension et en particulier de grande épaisseur (distance entre le panneau externe et la structure interne). L’élément amortisseur permet également d’absorber les déformations, liées à des charges accidentelles ou non, des éléments constitutifs de la partie antérieure de nacelle. Cela protège notamment les moyens de fixation d’un moteur, par exemple par une bride, à ladite partie antérieure.
Un ou plusieurs éléments amortisseurs peuvent ainsi être prévus, le long de tout ou partie du bord périphérique externe du cadre de rigidification. L’élément amortisseur peut comporter une structure déformable formée en tout ou partie en matériau composite ou en matériau hybride composite / métallique.
La partie antérieure de peut comporter une bride arrière conformée pour être liée à un moteur d’aéronef, ladite bride arrière comportant une première extrémité liée au cadre de rigidification au niveau de son du bord périphérique interne. La bride arrière peut en outre liée à l’élément amortisseur par une jonction commune.
La bride arrière peut comporter une deuxième extrémité présentant une collerette arrière adaptée à être fixée à une bride moteur dudit moteur d’aéronef. L’élément amortisseur peut en particulier présenter une structure déformable sous l’effet d’un impact provenant de l’intérieur de ladite partie antérieure, de sorte qu’une déformation de ladite structure déformable absorbe l’énergie de l’impact pour protéger la bride arrière. La structure déformable peut être déformable de sorte qu’une déformation de ladite structure déformable absorbe l’énergie d’impact d’une pâle de soufflante dudit moteur se séparant de ladite soufflante à un régime maximum dudit moteur. L’élément amortisseur peut présenter par exemple une section triangulaire dont un sommet est lié au cadre de rigidification et les deux autres sommets sont liés à la structure interne. Dans ce cas, l’élément amortisseur peut être lié au cadre de rigidification par une première surface d’extension conformée pour prendre appui sur ledit cadre de rigidification, et l’élément amortisseur peut être lié à la structure interne par une deuxième et une troisième surface d’extension respectivement conformées pour prendre appui sur la structure interne. L’invention porte également sur un ensemble propulsif d’aéronef comportant une nacelle, ladite nacelle comportant une partie antérieure telle que précédemment décrite. En particulier, l’ensemble propulsif peut comporter un moteur ayant un taux de dilution supérieur à quinze. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 représente selon une vue schématique en trois dimensions un ensemble propulsif d’aéronef ; - la figure 2 représente selon une vue partielle de principe en coupe une partie antérieure d’une nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef conforme à l’art antérieur; - la figure 3 représente, selon une vue analogue à celle de la figure 2, une partie antérieure de nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef conforme à un mode de réalisation de l’invention.
Les figures 1 et 2, présentant respectivement des généralités sur les ensembles propulsifs d’aéronef et une configuration de partie antérieure de nacelle conforme à l’état de la technique ont été décrites ci-avant en préambule du présent document.
La figure 3 représente la partie antérieure d’une nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef conforme à un mode de réalisation de l’invention. La figure 3 est une vue en coupe qui est partielle, en ce que la partie antérieure est une structure sensiblement de révolution autour de l’axe longitudinal A de l’ensemble propulsif qu’elle est destinée à équiper. La figure 3 ne représente qu’une section de cette structure sensiblement de révolution.
La configuration présentée correspond en particulier à une partie antérieure de nacelle de moteur de type UHBR. Un moteur UHBR présente un taux de dilution (ratio massique entre le flux secondaire et le flux primaire) supérieur ou égal à quinze. Un tel moteur présente une nacelle de grande dimension, en particulier de grand diamètre et présentant entre sa surface externe et sa surface interne un profil aérodynamique épais. La présente invention est particulièrement adaptée aux ensembles propulsifs présentant de telles caractéristiques géométriques.
La partie antérieure P1 de nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef représentée à la figure 3 comporte une lèvre d’entrée d’air 1. Bien que représentée de manière schématique par un simple trait sur la figure 3, la lèvre d’entrée d’air 1 est une pièce physique qui définit le bord d’attaque de la partie antérieure de nacelle, et donc le bord d’attaque du carénage aérodynamique formé par la nacelle une fois celle-ci constituée avec ladite partie antérieure.
La lèvre d’entrée d’air 1 forme l’extrémité avant de la partie antérieure de nacelle. Elle présente une forme fermée, sensiblement annulaire, mais n’est pas nécessairement parfaitement circulaire (de révolution).
La lèvre d’entrée d’air 1 présente une surface interne 11 qui est prolongée par une structure interne 3. La structure interne 3 comporte en particulier un panneau qui forme la surface aérodynamique interne de la partie antérieure de nacelle, canalisant le flux d’air entrant dans la nacelle. La structure interne 3 a un rôle acoustique important, afin de limiter le bruit émis par l’ensemble propulsif. La structure interne 3 peut en particulier comporter un panneau insonorisant, connu dans l’état de la technique, ayant une configuration permettant d’éviter la transmission des ondes acoustiques ou d’en favoriser l’absorption.
La surface extérieure 12 de la lèvre d’entrée d’air 1 est prolongée par un panneau externe 4. Le panneau externe 4 forme la surface aérodynamique extérieure de la partie antérieure de nacelle. Lorsque la nacelle est constituée, le panneau externe 4 est lui-même prolongé au niveau de la partie principale P2 afin de former la surface aérodynamique externe de la nacelle, qui est notamment configurée pour limiter la traînée aérodynamique.
La figure 3 illustre une partie antérieure de nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef conforme à un mode de réalisation de l’invention. La partie antérieure représentée correspond à une partie antérieure de nacelle de grande dimension, par exemple d’un ensemble propulsif de type UHBR.
La partie antérieure comporte un cadre de rigidification 5. Le cadre de rigidification constitue un élément structurel important de la partie antérieure de la nacelle.
Le cadre de rigidification 5 a de nombreuses fonctions, liées à la résistance mécanique de ladite partie antérieure de nacelle.
En particulier, le cadre de rigidification 5 est destiné à être lié au moteur de l’ensemble propulsif. Par moteur on entend de façon générale les moyens de propulsion qui sont compris dans la nacelle une fois celle-ci constituée Le moteur comprend généralement une turbomachine et une soufflante entraînée par la turbomachine. Le cadre de rigidification 5 peut en particulier être lié à un compartiment de soufflante, c’est-à-dire à un carter de la soufflante, ou à un autre élément du moteur.
Le cadre de rigidification 5 a un rôle de liaison entre les parois de la partie antérieure de nacelle, c’est-à-dire de liaison entre le panneau externe 4 et la structure interne 3. Le cadre de rigidification 5 est lié à la paroi annulaire externe 4, soit directement, soit par un anneau d’interface 9 qui est lui-même fixé d’une part à un bord périphérique externe 52 du cadre de liaison et d’autre part au panneau externe 4. Ces fixations peuvent être réalisées par rivetage. L’anneau d’interface 9 peut avoir une section en cornière, avec un angle adapté pour être en contact surfacique avec le cadre 5, le long du bord périphérique externe 52, et avec le panneau externe 4.
Dans le cas d’une nacelle de grande dimension comme représenté à la figure 3, la distance entre le panneau externe 4 et la structure interne 3 est importante, de sorte que le niveau auquel la liaison avec le moteur doit être réalisé n’est pas celui de la surface aérodynamique interne de la nacelle, définie par la structure interne 3. Afin de maintenir une liaison avec le moteur au niveau de la partie basse du cadre de rigidification 5, ce dernier est complété dans sa fonction de liaison entre le panneau externe 4 et la structure interne 2 par un élément amortisseur 8 interposé entre un bord périphérique interne 51 du cadre de rigidification 5 et ladite structure interne 3. L’élément amortisseur est fixé, par exemple riveté, d’une part au bord périphérique interne 51, et d’autre part au cadre de rigidification au niveau de son bord périphérique interne. L’ensemble de ces éléments étant sensiblement de révolution, la liaison peut être réalisée par des séries de rivets répartis le long des surfaces à lier entre elles.
La liaison de la partie antérieure de nacelle avec le moteur est assurée via deux brides liées l’une à l’autre. Une bride arrière 7 permet la liaison entre le cadre de rigidification 5 et une bride moteur 6 (qui ne fait pas partie de la partie antérieure de la nacelle), qui peut être par exemple une bride du compartiment de soufflante.
La bride arrière 7 présente ainsi, dans l’exemple représenté, une collerette avant 71 permettant la fixation au cadre de rigidification 5. La bride arrière 7 présente une collerette arrière 72 permettant la liaison à la bride moteur 6, qui vient en appui sur la collerette arrière 72.
Les liaisons précitées peuvent être réalisées par rivets.
En particulier, une jonction commune 10 entre le cadre de rigidification 5, la bride arrière 7 et l’élément amortisseur 8 peut être réalisée, par exemple par un ensemble de rivets traversant chacune de ces trois pièces. D’autres moyens de liaisons peuvent bien évidemment être envisagés. L’élément amortisseur 8, outre le complément géométrique de la liaison entre le panneau externe 4 et la structure interne 3 (en partie assurée par le cadre de liaison 5), est dit « amortisseur » en ce qu’il permet de reprendre les déformations que peut subir la partie antérieure de nacelle, et d’avoir une géométrie correspondant au profil aérodynamique défini par la structure interne 3, et par ailleurs par le panneau externe 4. L’élément amortisseur 8 a un rôle de protection pour le reste de la structure, en ce qu’il peut se déformer pour absorber l’énergie d’un impact subi par la partie antérieure de nacelle. En particulier, l’élément amortisseur présente une structure déformable permettant l’absorption d’énergie par déformation. Le caractère déformable de la structure de l’élément amortisseur est lié à sa géométrie et/ou à ses matériaux constitutifs. Une part de l’absorption d’énergie peut être réalisée au niveau de la liaison de l’élément amortisseur 8 avec la structure interne 3. L’élément amortisseur 8 est constitué de préférence d’un ou plusieurs matériaux permettant l’absorption d’énergie d’un impact. L’élément amortisseur peut être métallique ; il peut en particulier être fait en tout ou partie d’un métal ou alliage métallique présentant des caractéristiques mécanique (résistance, module élastique) élevées. L’élément amortisseur peut être réalisé en tout ou partie en matériau composite. Les matériaux composites envisagés comportent notamment les matériaux composites à matrice organique et renforts par fibre de carbone et/ou d’aramide. L’élément amortisseur peut être réalisé en tout ou partie en matériau hybride composite/métallique. L’impact subi peut être un impact avec un objet extérieur (oiseau, débris), voire une rupture de pale de la soufflante (incident parfois désigné par l’acronyme anglophone FBO pour « Fan Blade Off »), par exemple causé par un impact avec un objet extérieur. L’élément amortisseur 8 protège en particulier l’intégrité de la liaison avec le moteur, en protégeant la bride arrière 7 et la bride moteur 6. L’élément amortisseur 8 peut présenter une configuration optimisée pour ces fonctions d’adaptation géométrique et de protection. En particulier, l’élément amortisseur 8 peut présenter une section triangulaire. Dans ce cas, un sommet du triangle est lié au cadre de rigidification 5, et les deux autres sommets sont liés à la structure interne 3.
Les deux côtés du triangle formé par la section de l’élément amortisseur reliant respectivement le sommet lié au cadre de rigidification 5 et la structure interne 3 peuvent être constitués du même matériau ou de matériaux différents. De même, le matériau constitutif desdits côtés de l’élément amortisseur 8 peut changer le long de sa périphérie.
En particulier, la section peut former un triangle isocèle dont le sommet principal est lié au cadre de rigidification 5 et les deux autres sommets sont liés à la structure interne 3.
La liaison peut être réalisée à l’aide de surfaces d’extension de l’élément amortisseur 8, à savoir une première surface d’extension 81 orientée de sorte à prendre appui sur le cadre d’extension 5, une deuxième surface d’extension 82 et une troisième surface d’extension 83 prenant appui sur la structure interne 3. Les surfaces d’extension sont liées, par exemple par rivetage, aux éléments sur lesquels elles prennent respectivement appui.
Dans le mode de réalisation représenté, mais également dans tous les modes de réalisation de l’invention, la liaison de l’élément amortisseur 8 sur la structure interne 3 peut être réalisée sur la périphérie dudit élément amortisseur 8, ou sur une partie seulement de sa circonférence. En particulier, l’élément amortisseur peut être ajouré dans certaines zones dites non-travaillantes, où il n’est pas en contact avec la structure interne 3. Dans certains modes de réalisation, l’élément amortisseur 8 peut être lié à la structure interne 3 par des liaisons ponctuelles, distantes les unes des autres.
Dans le mode de réalisation illustré, dans certaines parties de sa circonférence, un seul des côtés du triangle formé par la section de l’élément amortisseur 8 peut être étendu jusqu’à la structure interne 3. L’invention propose ainsi une structure de partie antérieure de nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef optimisée pour les nacelles de grande dimension, en particulier de grand diamètre. Cela concerne notamment les nacelles pour moteur à très fort taux de dilution, pour lesquelles la liaison entre la partie antérieure de nacelle et le moteur ne peut pas se faire au niveau de la surface aérodynamique intérieure de la nacelle.
Dans de telles nacelles, le cadre avant peut avoir une fonction structurelle moindre et présenter une structure simplifiée ou allégée. Dans certaines configurations, la partie antérieure de nacelle peut être dépourvue de cadre avant. Les fonctions annexes comme le dégivrage peuvent être assurées par des moyens électriques
Par ailleurs, l’invention permet, par l’emploi d’un élément amortisseur interposé entre le cadre de rigidification et la structure interne de la partie antérieure de nacelle, une protection accrue de la liaison entre la partie antérieure de nacelle et le moteur qui équipe ladite nacelle. Par exemple, cette liaison, pouvant mettre en œuvre une bride arrière de liaison au cadre de rigidification, présente une protection accrue (comparativement à une structure sans élément amortisseur) vis-à-vis des impacts avec des objets extérieurs ou des ruptures de pâle de la soufflante du moteur.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Partie antérieure de nacelle d’un ensemble propulsif d’aéronef, ladite partie antérieure ayant une extrémité avant permettant l’entrée d’air et une extrémité arrière, ladite partie antérieure comportant : - une lèvre d’entrée d’air (1) disposée à ladite extrémité avant, - une structure interne (3) prolongeant une surface intérieure (11) de la lèvre d’entrée d’air (1 ), - un panneau externe (4) prolongeant une surface extérieure (12) de la lèvre d’entrée d’air (1 ), - un cadre de rigidification (5) annulaire autour d’un axe de révolution, ledit cadre de rigidification (5) comprenant un bord périphérique externe (52) lié audit panneau externe (4), caractérisée en ce que ladite partie antérieure de nacelle comporte un élément amortisseur (8) lié rigidement d’une part à un bord périphérique interne (51 ) du cadre de rigidification (5) et d’autre part à la structure interne (3).
  2. 2. Partie antérieure de nacelle selon la revendication 1, dans laquelle l’élément amortisseur (8) comporte une structure déformable formée en tout ou partie en matériau composite ou en matériau hybride composite/métallique.
  3. 3. Partie antérieure de nacelle selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant une bride arrière (7) conformée pour être liée à un moteur d’aéronef, ladite bride arrière (7) comportant une première extrémité liée au cadre de rigidification (5) au niveau de son du bord périphérique interne (51).
  4. 4. Partie antérieure de nacelle selon la revendication 3, dans laquelle la première extrémité de la bride arrière (7) est en outre liée à l’élément amortisseur par une jonction commune (10).
  5. 5. Partie antérieure de nacelle selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans laquelle la bride arrière (7) comporte une deuxième extrémité présentant une collerette arrière (72) adaptée à être fixée à une bride moteur (6) dudit moteur d’aéronef.
  6. 6. Partie antérieure de nacelle selon l’une des revendications 3 à 5, dans laquelle l’élément amortisseur (8) présente une structure déformable sous l’effet d’un impact provenant de l’intérieur de ladite partie antérieure, de sorte qu’une déformation de ladite structure déformable absorbe l’énergie de l’impact pour protéger la bride arrière (7).
  7. 7. Partie antérieure de nacelle selon la revendication 6, dans laquelle la structure déformable est déformable de sorte qu’une déformation de ladite structure déformable absorbe l’énergie d’impact d’une pâle de soufflante dudit moteur se séparant de ladite soufflante à un régime maximum dudit moteur.
  8. 8. Partie antérieure de nacelle selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément amortisseur (8) présente une section triangulaire dont un sommet est lié au cadre de rigidification (5) et les deux autres sommets sont liés à la structure interne (3).
  9. 9. Partie antérieure de nacelle selon la revendication 8, dans laquelle l’élément amortisseur (8) est lié au cadre de rigidification (5) par une première surface d’extension (81) conformée pour prendre appui sur ledit cadre de rigidification (5), et l’élément amortisseur (8) est lié à la structure interne (3) par une deuxième et une troisième surface d’extension (82,83) respectivement conformées pour prendre appui sur la structure interne (3).
  10. 10. Ensemble propulsif d’aéronef comportant une nacelle, ladite nacelle comportant une partie antérieure (P1) conforme à l’une des revendications précédentes.
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