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  • Quelles sont les différentes techniques utilisées pour faire un forage ?

    Quel que soit le type de forage, le principe est de réaliser un trou de 10 à 80 centimètres de diamètre, avec une profondeur variable permettant d'atteindre de l'eau en profondeur.
  • Quel est le diamètre idéal d'un forage ?

    Nous pouvons détecter ces veines d'eau au moyen d'une baguette de sourcier, d'un pendule, de baguettes en "L" ou d'une antenne Lecher. Nous pouvons également estimer la profondeur et l'intensité(*) de la veine.

Connaissances des méthodes de captage des eaux

souterraines appliquées aux forages manuels

Brouillon Final, Avril 2009

Un manuel de formation pour les équipes de forage manuel sur l"hydrogéologie appliquée, l"équipement et le développement des forages

Illustration de couverture :

Hydrogéologie et hygiène d"un forage

Publié par la Fondation

PRACTICA

Oosteind 47

NL-3356 AB Papendrecht

Pays Bas

www.practicafoundation.nl info@practicafoundation.nl

Date :

Janvier 2009

Auteur : Arjen van der Wal

Relecture : Richard C. Carter

Wouter Jan Fellinga

Melanie Stallen

Traduction Française : Julien Labas

Régis Garandeau

Stéphan Abric

Traduction Swahili : Walter Mgina

Ester Mgina-van Vugt

Illustrations : Franck Nederstigt

Internet

Photographies : Arjen van der Wal

Internet

Note de l"auteur et clause de non responsabilité

Chacune des parties de ce manuel, y compris les illustrations, peut être copiée, reproduite, ou

adaptée pour répondre aux besoins locaux, sans la permission de l"auteur ou de l"éditeur, tant que

les parties reproduites sont distribuées gratuitement ou à prix coûtant, sans faire de profit et

en faisant référence à la source. L"auteur apprécierait l"envoi d"une copie de tout document dans

lequel du texte ou des illustrations de ce manuel ont été utilisés. Pour toute reproduction de ce

document à des fins commerciales, une autorisation préalable doit être demandée au Programme de

Formation Technique de la Fondation ETC (PFT/ETC) et/ou à la Fondation PRACTICA (adresses ci- dessous).

Ce manuel de formation a été développé pour être utilisé dans des sessions de formation

technique. Au cas où vous souhaiteriez organiser une formation de ce type, n"hésitez pas à contacter

la Fondation PRACTICA et/ou le PFT/ETC pour obtenir des informations complémentaires et un appui technique. Remarque pour ceux qui souhaitent traduire ou modifier ce document : Afin d"éviter toute duplication de travail et erreurs fortuites, merci de contacter le PFT/ETC et la Fondation PRACTICA

avant de commencer toute traduction ou modification de ce manuel. Ce manuel existe déjà en version

Anglaise, Française et Swahili.

Cette publication a été rendue possible grâce au soutien financier du Fonds des Nations Unies pour

l"Enfance - UNICEF - bureau du Tchad, et du Programme de Formation Technique de la Fondation

ETC, des Pays Bas.

Bien que toutes les précautions aient été prises afin d"assurer l"exactitude des informations contenues

dans ce manuel, ni les éditeurs ni les auteurs ne peuvent être rendus responsables de quelconques

dommages résultant de l"application des méthodes décrites ci-dessous. Toute responsabilité à cet

égard est exclue.

Programme de Formation Technique

Fondation ETC, Pays Bas

P.O. Box 64

NL-3830 AB Leusden

Pays Bas

ttp@etcnl.nl www.etc-energy.org

Fondation PRACTICA

Oosteind 47

NL-3356 AB Papendrecht

Pays Bas

info@practicafoundation.nl www.practicafoundation.nl

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 1 Brouillon final, Avril 2009

Avant propos

Contexte

Au fil des années, de nombreux ouvrages traitant de la géologie, de l"hydrogéologie et des aspects

sanitaires (hygiène) des forages ont été écrits dans de nombreux pays, ces informations sont utilisées

par les décideurs politiques, les responsables de projets, les ingénieurs et techniciens pour réaliser

des forages mécanisés.

Dans les pays en développement, les forages réalisés mécaniquement sont souvent très chers et

inaccessibles à une large proportion de la population. Une alternative est de forer manuellement des

forages 'peu profonds" (jusqu"à environ 35 mètres de profondeur), 4 à 10 fois moins chers que des

forages mécanisés. La réduction du coût permet aux ONG et aux Gouvernements de construire plus

de forages, mais offre également la possibilité aux villageois, agriculteurs, écoles et petites

communautés de faire construire des forages de manière indépendante par le secteur privé.

Bien que la plupart des entreprises de forage manuel existantes soient techniquement capables de

forer, des erreurs sont facilement commises pendant la construction et le développement des forages.

De plus, la bonne construction seule ne suffit pas à assurer une bonne qualité de l"eau et un rendement durable du forage. Pour améliorer cela, il est nécessaire et important d"avoir des connaissances en géologie et sur les eaux souterraines.

La majorité du personnel technique des entreprises de forage manuel ont cependant une éducation

limitée. La plupart des publications disponibles en géologie, hydrogéologie et sur les aspects

sanitaires des forages ne peuvent pas être comprises facilement sans un certain niveau de formation.

Le personnel technique est habitué à apprendre par l"expérience et la répétition. Bien sûr, des

formations peuvent être dispensées à ces travailleurs mais les formations théoriques, en classe

seulement, sont notoirement insuffisantes pour les équipes de forages. Elles doivent associer les

aspects théoriques aux problèmes pratiques réels qui arrivent régulièrement sur les chantiers de

construction de forages.

Ce manuel aborde uniquement les sujets essentiels et pertinents à l"installation pratique de forages

manuels, dans un langage simple et compréhensible.*

*Remarque : Le choix de termes techniques et la manière de traiter certains sujets dans ce manuel sont basés sur le niveau

d"éducation moyen estimé du groupe ciblé. Parfois, l"utilisation de termes géologiques compliqués est évitée pour faciliter la

compréhension. Par conséquent, certains mots (par exemple 'sol" ou 'massif filtrant") peuvent paraître peu appropriés ou

incomplets pour un géologue. Il faut cependant retenir que l"objectif de ce manuel est de faciliter une meilleure compréhension

pratique des eaux souterraines et des forages, pour le personnel technique des équipes de forage manuel pouvant avoir une

éducation limitée.

Lecteurs ciblés

Ce manuel de formation est écrit pour des équipes de forage manuel ayant une expérience pratique

du forage dans les pays en développement. Il peut servir de guide pendant des sessions de formation

(y compris par des formateurs locaux) et servir d"ouvrage de référence pour les superviseurs de

forage, les ONG, les équipes de forage manuel et les entreprises pendant le fonçage et l"installation

de forages.

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 2 Brouillon final, Avril 2009

Sommaire

Introduction............................................................................................................................................ 4

Faire un forage................................................................................................................................. 4

Le manuel......................................................................................................................................... 4

Informations complémentaires......................................................................................................... 4

1 Notions de Géologie........................................................................................................................... 5

1.1 La Géologie................................................................................................................................... 5

1.2 Les techniques de forage manuel.............................................................................................. 5

La tarière manuelle........................................................................................................................... 5

Le forage à la boue / rotatif à boue .................................................................................................. 6

Le lançage à l"eau ou Jetting ........................................................................................................... 6

Le forage à percussion / battage...................................................................................................... 7

Diverses autres techniques.............................................................................................................. 7

1.3 Classification et reconnaissance des sols................................................................................ 7

La perméabilité................................................................................................................................. 7

Quelques 'astuces" de terrain........................................................................................................... 8

La porosité........................................................................................................................................ 9

La turbidité........................................................................................................................................ 9

2 Hydrologie........................................................................................................................................ 10

2.1 Hydrologie.................................................................................................................................. 10

2.2 La circulation des eaux souterraines...................................................................................... 10

2.3 Les aquifères.............................................................................................................................. 11

2.4 L"intrusion d"eau de mer........................................................................................................... 12

2.5 Le sel, le fer et les minéraux..................................................................................................... 12

3 Les relations entre l"hygiène et la géologie................................................................................... 14

3.1 Le choix du site d"implantation................................................................................................ 14

Les latrines..................................................................................................................................... 14

Les zones de décharge (dépotoirs) et les stations services.......................................................... 14

Au soleil ou à l"ombre ?.................................................................................................................. 14

3.2 Migration des pathogènes (bactéries)..................................................................................... 15

Dans plusieurs aquifères................................................................................................................ 15

Dans un seul aquifère .................................................................................................................... 15

3.3 Le joint d"étanchéité sanitaire.................................................................................................. 15

4 Les coupes de forage...................................................................................................................... 17

4.1 Pourquoi fait-on des coupes de forage ?................................................................................ 17

4.2 Prendre des échantillons de sol............................................................................................... 17

4.3 Les profondeurs de forage....................................................................................................... 17

4.4 Comment remplir les fiches de coupe de forage ?................................................................ 18

4.5 Déterminer la profondeur de la crépine et des remblais....................................................... 19

La profondeur et la longueur de la crépine .................................................................................... 20

Le décanteur (ou tube de décantation, ou encore sabot de lavage) ............................................. 20

L"épaisseur du massif filtrant.......................................................................................................... 20

L"épaisseur du joint d"étanchéité sanitaire..................................................................................... 20

Les déblais (ou éléments d"excavation, ou encore cuttings) ......................................................... 20

Le joint d"étanchéité sanitaire de surface (ou cimentation de tête de forage) ............................... 20

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 3 Brouillon final, Avril 2009

5 La pression de l"eau et les fluides de forage................................................................................. 21

5.1 Forer avec la pression de l"eau................................................................................................ 21

Le prétubage .................................................................................................................................. 21

La pression de l"eau....................................................................................................................... 21

Le trou de forage............................................................................................................................ 22

5.2 Les fluides additifs de forage................................................................................................... 22

La bentonite.................................................................................................................................... 23

Les autres argiles naturelles .......................................................................................................... 23

Les polymères................................................................................................................................ 23

La bouse de vache fraîche............................................................................................................. 23

Les fibres végétales et les autres solides ...................................................................................... 24

5.3 Retirer les additifs du forage.................................................................................................... 24

6 La construction du forage............................................................................................................... 25

6.1 La conception du forage........................................................................................................... 25

Le diamètre du trou de forage........................................................................................................ 25

La profondeur du forage................................................................................................................. 25

La finalisation du forage................................................................................................................. 25

Les instruments de mesure............................................................................................................ 25

6.2 Matériaux: tuyau d"équipement et crépines en PVC.............................................................. 26

Le diamètre et l"épaisseur des tuyaux............................................................................................ 26

Les fentes de la crépine................................................................................................................. 26

Le décanteur .................................................................................................................................. 27

L"assemblage des tuyaux............................................................................................................... 27

6.3 Matériaux : le massif filtrant..................................................................................................... 28

6.4 Matériaux : le joint d"étanchéité sanitaire............................................................................... 28

6.5 La construction du forage......................................................................................................... 28

7 Le développement du forage et les essais de débit..................................................................... 31

7.1 Le développement du forage.................................................................................................... 31

Le développement au piston.......................................................................................................... 31

Le développement par pompage discontinu (cycles de pompage) ............................................... 32

Le 'redéveloppement"..................................................................................................................... 33

7.2 Les essais de débit - la productivité du forage...................................................................... 33

La sonde piézométrique................................................................................................................. 33

Les essais de débit avec des motopompes ou des pompes immergées ...................................... 33

Les essais de débit avec des pompes manuelles.......................................................................... 34

Instrument de mesure du niveau de l"eau...................................................................................... 34

7.3 Analyser la qualité de l"eau....................................................................................................... 35

Prélever des échantillons représentatifs........................................................................................ 35

La désinfection du forage - la chloration ....................................................................................... 35

8 La finalisation du forage.................................................................................................................. 36

8.1 La dalle sanitaire en béton........................................................................................................ 36

8.2 Le puits perdu............................................................................................................................ 36

8.3 Le choix de la pompe................................................................................................................ 36

Glossaire des termes techniques......................................................................................................37

Annexes................................................................................................................................................ 40

A Réglementations spécifiques au pays.................................................................................. 40

B Conditions géologiques spécifiques au pays...................................................................... 40

C Coupe de forage...................................................................................................................... 40

D Formulaire d"essais de débit.................................................................................................. 40

E Chloration................................................................................................................................. 40

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 4 Brouillon final, Avril 2009

Introduction

Faire un forage

La construction d"un forage utilisant les techniques de forage manuel est un procédé complexe. Avant

de commencer le fonçage, un bon site d"implantation doit être sélectionné, où l"expérience laisse à

penser qu"il y aura une quantité d"eau souterraine suffisante et de bonne qualité. Au cours de

l"opération de fonçage, il est nécessaire d"être attentif à de nombreux aspects afin d"éviter tout

problème. En plus des compétences pratiques de forage mises en oeuvre à la surface du sol, il est

important de comprendre ce qui se passe dans le sous-sol pendant le fonçage. L"eau utilisée pour

forer (eau ou fluide de forage) pourrait s"échapper dans le sol ou pire, le trou pourrait s"effondrer,

enfouissant ainsi une partie des outils de forage. Enfin, une fois que le trou a été foré, le tubage, la

crépine et les joints d"étanchéité sanitaires doivent être installés à la bonne profondeur, pour assurer

un rendement suffisant et empêcher de l"eau contaminée de rentrer.

Dans de nombreux pays, les équipes de forage manuel rencontrent divers problèmes de sélection du

site de forage, de perte de fluide de forage, de détermination des types de sols, de profil

stratigraphique de forage, d"équipement et développement du forage, de qualité de l"eau et de

rendement (débit). Ces problèmes arrivent couramment lorsque le forage n"est pas compris dans sa

totalité et que des étapes importantes sont omises.

Ce manuel traite de nombreux sujets et décrit des problèmes que vous pouvez rencontrer en forant. Il

vous aidera à comprendre le processus de forage, aussi bien à la surface que dans le sous-sol. L"ensemble de ces informations vous permettra de comprendre ce qui se passe dans le trou pendant

le fonçage, et de réaliser un travail professionnel en construisant des forages d"eau de grande qualité.

Le manuel

Comment utiliser ce manuel ? Le sommaire (voir la page précédente) présente une vue d"ensemble

des sujets traités, ainsi que les pages où les trouver.

Les chapitres 1 à 8 contiennent toutes les informations nécessaires à une bonne compréhension du

processus de construction d"un forage. En annexes, vous trouverez des réglementations spécifiques à

votre pays. Celles-ci sont définies par le gouvernement ou l"ONG pour laquelle vous travaillez, et ont

été conçues pour des forages communautaires. Vous trouverez également en annexes certaines

conditions géologiques spécifiques à la zone ou au pays dans lequel vous travaillez. Enfin, un modèle

simple de profil stratigraphique 'vide" a été inclus, pour être photocopié et utilisé sur le terrain.

Informations complémentaires

Les décideurs politiques, les responsables de projets, les ONG exécutant des projets, les formateurs

et les superviseurs, pourront obtenir des informations plus détaillées sur le sujet traité en consultant la

liste des ouvrages de référence située à la fin de ce manuel.

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 5 Brouillon final, Avril 2009

Une tarière manuelle

1 Notions de Géologie

1.1 La Géologie

La géologie est l"étude de la terre. Elle décrit les origines et la formation des types de roches sous la

surface du sol. Les matériaux originel de la terre sont les roches dures comme les granites et les

formations volcaniques, qui se sont formées quand de la matière en fusion s"est refroidie sous la terre

ou à sa surface. On les appelle roches magmatiques ("solidification de la matière en fusion"). C"est à

partir de ces roches qu"ont été formées les couches sédimentaires.

Les couches sédimentaires sont formées par l"érosion, le transport (par le vent ou les rivières) et le

dépôt (sédiments) de particules des roches originelles. La taille de ces particules peut être très fine

(particules d"argiles), moyenne (limon), ou grande (sable et graviers). Les couches sédimentaires

peuvent être non consolidées (meubles comme l"argile ou le sable) ou cimentées (consolidée) pour

former des roches plus dures comme le grès ou le calcaire.

Quelques exemples :

Les particules d"argile d"une couche d"argile que vous avez rencontrée pendant un forage peuvent

venir d"ailleurs. Ces particules ont été formées par l"effritement de roches. Elles peuvent ensuite avoir

été érodées et transportées jusqu"à votre site de forage par une rivière ou par la mer. Enfin, ces

particules d"argiles se sont déposées (sédimentées, décantées) dans de l"eau stagnante, par exemple

dans un lac.

De la même manière, une couche de sable ou de gravier peut s"être déposée. Les particules de sable

et de gravier peuvent avoir été transportées par une rivière et s"être déposées le long de son lit. Bien

qu"il n"y ait peut-être plus de rivière ou de lac aujourd"hui, le dépôt de ces particules peut s"être passé

des milliers ou même des millions d"années auparavant. Un autre mode de transport des particules

est le transport éolien (vent). Des particules peuvent être transportées d"un endroit à un autre par le

vent.

Quand un mélange de sable et de particules fines a été compacté par la pression résultant du poids

des couches situées au-dessus, et cimenté par les minéraux présents dans ce mélange, cela forme

du grès. Le grès est dur et peut ressembler à une roche solide, mais il est en fait formé à partir de

sédiments consolidés, et peut être foré manuellement.

Il ne s"agit que de quelques exemples de base. Il serait trop long de décrire en détail le dépôt de

toutes les couches sédimentaires. Les couches sédimentaires de la surface de la terre sont les plus

importantes pour les foreurs manuels. Les couches dures comme le grès, l"argile compactée, les

fragments de roche non érodés et la latérite posent plus de problèmes pour le forage manuel, en

raison de leur dureté.

1.2 Les techniques de forage manuel

Pour forer à travers tous ces différents types de formations (sols), de nombreuses techniques de forage manuel ont été développées et sont utilisées de par le monde. Dans tous les cas, la technique de forage doit (a) casser ou couper la formation, (b) dégager les matériaux coupés (le sol) du trou, et (c) si nécessaire, fournir un support aux parois du trou, pour éviter qu"il ne s"effondre pendant le forage. Voici une brève présentation des principales techniques :

La tarière manuelle

La tarière manuelle est constituée de tiges métalliques extensibles, pouvant être tournées par une poignée. A l"extrémité de la dernière tige peuvent être fixés différents types de tarières métalliques (outil de fonçage). La tarière sélectionnée est tournée dans le sol jusqu"à ce quelle soit remplie de matériau, puis elle est remontée à la surface pour y être vidée. A chaque type de formation (sol) correspond un type de tarière avec une forme spécifique. Au-dessus du niveau de la nappe

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 6 Brouillon final, Avril 2009

La foreuse rotative à boue en action

Le lançage à l"eau

d"eau (niveau statique), le trou de forage reste en général ouvert sans être soutenu. En dessous du

niveau statique, un pré-tubage temporaire en PVC peut être nécessaire pour éviter que le trou ne

s"effondre. En forant à l"intérieur d"un pré-tubage temporaire, les débris de sol peuvent être enlevés

soit avec une tarière classique, soit avec une tarière à clapet. Le pré-tubage temporaire est descendu

dans le trou au fur et à mesure du fonçage. Une fois la profondeur finale atteinte, on peut installer le

tubage permanent, puis enlever le tubage temporaire. Les tarières peuvent être utilisées jusqu"à une

profondeur d"environ 25 mètres. Avantage : facile à utiliser au-dessus du niveau de la nappe. Inconvénient : il est parfois très difficile d"enlever le pré-tubage temporaire.

Le forage à la boue / rotatif à boue

Le forage à la boue (ou forage rotatif à boue lorsqu"un mouvement de rotation de l"outil de fonçage est actionné) utilise la circulation de l"eau pour faire remonter à la surface du sol les matériaux forés. Le train de tiges de forage est actionné de haut en bas. Pendant la descente des tiges, le choc créé par le trépan fixé au bout du train de tiges ameubli/fragmente les matériaux du sol et pendant le mouvement de remontée, l"extrémité du train de tiges est obturée avec la main, créant ainsi une aspiration de l"eau et des débris qu"elle contient jusqu"à la surface. Au cours du mouvement de descente suivant, la main est retirée du train de tiges et l"eau gicle dans le bassin préalablement creusé à coté du forage. Dans ce bassin de décantation, les débris se séparent de l"eau pour se déposer au fond du bassin alors que l"excédent d"eau redescend à nouveau dans le trou. La pression de l"eau sur les parois du forage évite l"effondrement de ces dernières. Le forage à boue (avec ou sans rotation) peut être utilisé jusqu"à une profondeur d"environ 35 mètres. Avantage : simple d"utilisation et aucun pré-tubage n"est en principe nécessaire. Un massif filtrant et un joint d"étanchéité sanitaire peuvent être mis en place. Permet de forer également dans l"argile et les formations de roches semi-consolidées. Inconvénient : le niveau d"eau dans le trou doit être maintenu tout au long de l"opération de fonçage. Le niveau de la nappe n"est pas connu avec précision pendant le forage.

Le lançage à l"eau ou Jetting

Le lançage à l"eau (ou 'Rotary" quand il est mécanisé) est également basé sur la circulation et la pression de l"eau. A la différence du forage à boue, l"eau est désormais injectée à l"intérieur du train de tiges et la boue (eau et débris) remonte le long des parois du forage. Afin d"obtenir une pression d"eau suffisante, on utilise une motopompe. On peut laisser l"extrémité inférieure du tuyau de forage simplement ouverte, ou on peut y rajouter un outil de fonçage (trépan). On peut également faire tourner totalement ou partiellement le train de tiges. La technique du lançage à l"eau peut être utilisée jusqu"à une profondeur d"environ 35 mètres. Avantage : très rapide dans les formations de sable fin et moyen. Inconvénient : généralement limité aux sols sableux. Il peut être difficile d"installer correctement un massif filtrant et un joint d"étanchéité sanitaire. Le niveau de la nappe d"eau n"est pas connu avec précision pendant le forage.

Fondation PRACTICA Captage des eaux souterraines & forages manuels

ETC Energy / UNICEF 7 Brouillon final, Avril 2009

Nom des particules Taille des

particules

Argile < 0,004 mm

Limon 0,004 - 0,06 mm

Sable (fin, moyen,

grossier) 0,06 - 2,0 mm

Gravier 2,0 - 64 mm

Cailloux et pierres > 64 mm

Outil de battage manuel au trépan

Le forage à percussion / battage

Dans le forage à percussion, un lourd trépan (ou cuiller) attaché à une corde ou un câble, est descendu dans le trou de forage ou à l"intérieur du pré-tubage. Un trépied (ou chèvre) est en général utilisé pour suspendre ces outils. En actionnant la corde ou le câble de haut en bas, le trépan ameublie et fragmente le sol ou la roche consolidée dans le trou de forage, dont les débris sont ensuite extraits grâce à la cuiller. Comme pour le forage à la tarière, un pré-tubage en métal ou PVC peut être utilisé pour éviter l"effondrement du trou. Une fois le tubage définitif (tuyaux et crépines en PVC) installé, le pré-tubage doit être enlevé. Le forage à percussion est généralement utilisé jusqu"à une profondeur de

25 mètres.

Avantage : permet de retirer les gros morceaux de roche et de forer dans les formations semi-consolidées. Inconvénient : l"équipement peut être très lourd et relativement cher. Cette méthode est lente en comparaison aux autres méthodes.

Diverses autres techniques

Il existe un certain nombre d"autres techniques en plus de ces quatre principes de forage, mais toutes

ces techniques découlent de l"un des quatre principes décrits plus haut.

1.3 Classification et reconnaissance des sols

L"une des qualités essentielles d"un foreur

professionnel est sa capacité à reconnaître et décrire les différents types de sols (formations) rencontrés au cours du fonçage. Le tableau suivant montre une classification des différentes particules dans un échantillon de sol (une description plus détaillée est donnée dans le glossaire des termes techniques à la fin de ce manuel) :

Pour la construction d"un forage de bonne qualité, il est essentiel de connaître les caractéristiques des

différents sols et leur influence sur le rendement (débit du forage), la qualité de l"eau et la performance

du forage. En fait, connaître les caractéristiques des sols est bien plus important que connaître leur nom.quotesdbs_dbs41.pdfusesText_41
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