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Révolutionner les industries avec des catalyseurs en or ultra-durables

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Révolutionner les industries avec des catalyseurs en or ultra-durables

Le nouveau revêtement protecteur développé par les chercheurs améliore la durabilité des catalyseurs en or, ce qui pourrait accroître leurs applications industrielles et leur efficacité. Crédit : SciTechDaily.com

Une couche protectrice appliquée aux nanoparticules d’or peut améliorer leur flexibilité.

Pour la première fois, des chercheurs, notamment ceux de l’Université de Tokyo, ont découvert un moyen d’améliorer la durabilité des catalyseurs en or en créant une couche protectrice d’amas d’oxydes métalliques. Les catalyseurs en or améliorés peuvent résister à une plus grande gamme d’environnements physiques que les matériaux équivalents non protégés.

Cela peut augmenter la gamme d'applications possibles, ainsi que réduire la consommation d'énergie et les coûts dans certains cas. Ces catalyseurs sont largement utilisés dans les milieux industriels, notamment dans la synthèse chimique et la production pharmaceutique, et ces industries pourraient bénéficier de catalyseurs en or améliorés.

L'attrait unique de l'or

Tout le monde aime l’or : les athlètes, les pirates, les banquiers – tout le monde. Historiquement, il s’agit d’un métal attrayant pour la fabrication d’objets tels que des médailles, des bijoux, des pièces de monnaie, etc.

La raison pour laquelle l’or nous semble brillant et attrayant est qu’il est chimiquement malléable aux conditions physiques qui déformeraient d’autres matériaux, par exemple la chaleur, la pression, l’oxydation et d’autres dommages.

Paradoxalement, cependant, à l’échelle nanométrique, les petites particules d’or inversent cette tendance et deviennent si hautement réactives qu’elles sont depuis longtemps essentielles à la réalisation de divers types de catalyseurs, d’intermédiaires qui accélèrent ou permettent d’une manière ou d’une autre une réaction chimique de se produire. Autrement dit, ils sont utiles ou nécessaires à la transformation d’une substance en une autre, d’où leur utilisation répandue en synthèse et en fabrication.

Comparaison des nanoparticules d'or

La protection contre les thiols et les polymères organiques sont deux méthodes existantes pour ajouter de la flexibilité aux nanoparticules d'or. À droite, une représentation de la nouvelle méthode des chercheurs utilisant le polyoxométalate. Crédit : ©2024 Suzuki et al.

L’innovation derrière les catalyseurs d’or améliorés

« L'or est un métal merveilleux et est loué dans la société, en particulier dans la science », a déclaré le professeur agrégé Kosuke Suzuki du département de chimie appliquée de l'université de Tokyo.

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« C'est excellent pour les catalyseurs et peut nous aider à fabriquer toute une série de choses, y compris des médicaments. Les raisons en sont que l'or a une faible capacité à adsorber les molécules, et il est également très sélectif quant à ce à quoi il se lie, il permet donc des analyses très précises. contrôle des processus. » Synthèse chimique. Les catalyseurs en or fonctionnent souvent à des températures et des pressions plus basses que les catalyseurs conventionnels, nécessitant moins d'énergie et réduisant l'impact environnemental.

Nanoparticules d'or toroïdales avec microscopie électronique à transmission par balayage

Une image à résolution atomique des nouvelles nanoparticules créées par les chercheurs à l’aide d’une technique appelée microscopie électronique à transmission par balayage à champ sombre annulaire. Crédit : ©2024 Suzuki et al.

Bien que l’or soit une bonne chose, il présente certains inconvénients. Il devient plus réactif lorsqu’il est composé de molécules plus petites, et il arrive un moment où un catalyseur en or peut commencer à souffrir négativement de la chaleur, de la pression, de la corrosion, de l’oxydation et d’autres conditions. Suzuki et son équipe ont pensé pouvoir améliorer cette situation et ont conçu un nouvel agent protecteur qui pourrait permettre au catalyseur en or de conserver ses fonctions utiles, mais dans une plus grande gamme de conditions physiques qui gêneraient ou détruiraient normalement un catalyseur en or typique.

« Les nanoparticules d'or actuellement utilisées dans les catalyseurs ont un certain niveau de protection, grâce à des agents tels que le dodécanethiol et des polymères organiques. Mais notre nouveau produit est basé sur un groupe d'oxydes métalliques appelés polyoxométalates, et il offre de bien meilleurs résultats, notamment en ce qui concerne stress oxydatif », a déclaré Suzuki.

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« Nous étudions actuellement de nouvelles structures et applications des polyoxométalates. Cette fois, nous avons appliqué des polyoxométalates à des nanoparticules d'or et avons confirmé que les polyoxométalates améliorent la durabilité des nanoparticules. Le véritable défi était d'appliquer un large éventail de techniques analytiques pour tester et vérifier tout cela. .»

Approche analytique globale

L’équipe a utilisé diverses techniques connues collectivement sous le nom de spectroscopie. Au moins six méthodes spectroscopiques ont été utilisées, qui diffèrent par les types d'informations qu'elles révèlent sur la matière et son comportement. Mais en général, ils fonctionnent en projetant un certain type de lumière sur un matériau et en mesurant comment cette lumière change d’une manière ou d’une autre à l’aide de capteurs spécialisés. Suzuki et son équipe ont passé des mois à effectuer différents tests et différentes configurations de leurs matériaux expérimentaux jusqu'à ce qu'ils trouvent ce qu'ils cherchaient.

Tendances futures et avantages sociétaux

« Nous ne sommes pas seulement motivés par l'amélioration d'une méthode de synthèse chimique. Il existe de nombreuses applications pour les nanoparticules d'or améliorées qui peuvent être utilisées au profit de la société », a déclaré Suzuki.

« Des catalyseurs pour réduire la pollution (de nombreuses voitures à essence sont déjà équipées d'un pot catalytique), des pesticides à moindre impact, de la chimie verte pour les énergies renouvelables, des interventions médicales, des capteurs pour les agents pathogènes d'origine alimentaire, et la liste est longue. Mais nous voulons aussi aller plus loin. .»

« Nos prochaines étapes consisteront à améliorer la gamme de conditions physiques dans lesquelles nous pouvons rendre les nanoparticules d'or plus flexibles, et également à voir comment nous pouvons ajouter une certaine ténacité à d'autres métaux catalytiques utiles tels que le ruthénium, le rhodium, le rhénium et bien sûr quelque chose. que les gens apprécient encore plus que l’or : le platine.

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Référence : « Catalyseurs de nanoparticules d'or colloïdal ultra-stables et hautement réactifs protégés à l'aide de nanoclusters d'oxydes métalliques à pointes » par Kang Xia, Takafumi Yatabe, Kentaro Yonesato, Soichi Kikawa, Seiji Yamazu, Ayako Nakata, Ryo Ishikawa, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara, Kazuya Yamaguchi et Kosuke Suzuki, 6 février 2024, Communications naturelles.
est ce que je: 10.1038/s41467-024-45066-9

L'étude a reçu le soutien financier de JST FOREST (JPMJFR213M pour KS, JPMJFR2033 pour RI), JST PRESTO (JPMJPR18T7 pour KS, JPMJPR19T9 pour SY, JPMJPR20T4 pour AN, JPMJPR227A pour TY), JSPS KAKENHI (22H04971 pour K.Ya) et JSPS. de noyau en noyau. Les mesures XAFS ont été effectuées à Printemps-8 Avec l'approbation du Japan Synchrotron Radiation Research Institute (numéros de proposition : 2023A1732, 2023A1554, 2022B1860, 2022B1684). Une partie de ce travail a été soutenue par l'Infrastructure de recherche avancée sur les matériaux et la nanotechnologie du Japon (ARIM) du ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie (MEXT), subventions n° JPMXP1222UT0184 et JPMXP1223UT0029.

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Un signal d’alarme depuis l’Antarctique

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Un signal d’alarme depuis l’Antarctique

Dans cette illustration, l’eau de mer s’écoule profondément sous la surface dans une fissure de la banquise qui s’ouvre activement en Antarctique. De nouvelles recherches montrent que de telles fissures peuvent s’ouvrir très rapidement et que l’écoulement de l’eau de mer aide à contrôler la rapidité avec laquelle la banquise se brise. Crédit : Rob Soto

Il y a suffisamment d'eau gelée dans les glaciers du Groenland et de l'Antarctique pour que, s'ils fondaient, les mers du monde s'élèveraient de plusieurs mètres. Ce qui arrivera à ces glaciers au cours des prochaines décennies constitue la plus grande inconnue en ce qui concerne l’augmentation future du niveau de la mer, en partie parce que la physique du vêlage des glaciers n’est pas encore entièrement comprise.

La question cruciale est de savoir comment des océans plus chauds peuvent entraîner une désintégration plus rapide des glaciers. Université de Washington Les chercheurs ont démontré la fracture à grande échelle la plus rapide connue le long de la plate-forme de glace de l'Antarctique. L'étude a été récemment publiée dans Fourni par l'Université du Golfe ArabiqueIl montre qu'une fissure de 10,5 kilomètres de long s'est formée en 2012 sur le glacier de Pine Island – une plate-forme de glace en retrait retenant la plus grande calotte glaciaire de l'Antarctique occidental – en 5 minutes et demie environ. Cela signifie que la fissure s'est ouverte à une vitesse d'environ 115 pieds (35 mètres) par seconde, soit environ 80 miles par heure.

« À notre connaissance, il s'agit de l'événement d'ouverture de faille le plus rapide jamais observé », a déclaré l'auteur principal Stephanie Olinger, qui a réalisé ce travail dans le cadre de ses recherches doctorales à l'Université du Wisconsin et à l'Université Harvard et est maintenant chercheuse postdoctorale à l'Université de Stanford. . « Cela montre que, dans certaines conditions, les plates-formes de glace peuvent se briser. Cela nous indique que nous devons rechercher ce type de comportement à l'avenir et cela nous indique comment nous pouvons décrire ces fractures dans des modèles de calotte glaciaire à grande échelle. « .

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L'importance de la formation de fissures

La crevasse est une fissure qui traverse environ 1 000 pieds (300 m) de glace flottante d'une plate-forme de glace typique de l'Antarctique. Ces fissures sont un précurseur du vêlage de la banquise, où de gros morceaux de glace se détachent d'un glacier et tombent dans la mer. De tels événements se produisent souvent au glacier Pine Island, où l'iceberg observé dans l'étude s'est longtemps séparé du continent.

Image satellite de la faille

Des images satellite prises le 8 mai (à gauche) et le 11 mai (à droite), à ​​trois jours d'intervalle en 2012, montrent une nouvelle faille formant un « Y » bifurquant à gauche de la faille précédente. Trois instruments sismiques (triangles noirs) ont enregistré des vibrations qui ont été utilisées pour calculer des vitesses de propagation des failles allant jusqu'à 80 mph. Crédit : Olinger et al./AGU Advances

« Les plates-formes de glace exercent une influence importante sur la stabilité du reste de la calotte glaciaire de l'Antarctique. « Si la plate-forme de glace se brise, la glace située derrière elle s'accélère », a déclaré Ollinger. « Ce processus de fracturation est essentiellement la façon dont les plates-formes de glace de l'Antarctique travail. »Création de grands icebergs.

Dans d’autres régions de l’Antarctique, les failles se développent souvent sur des mois ou des années. Mais cela pourrait se produire plus rapidement dans un environnement en évolution rapide comme le glacier de Pine Island, où les chercheurs pensent que la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental s’est déjà formée. Un tournant est passé Quand il s'effondre dans l'océan.

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Défis liés à la surveillance des changements glaciaires

Les images satellite fournissent un retour d’information continu. Mais les satellites en orbite autour de la Terre ne traversent chaque point de la Terre que tous les trois jours. Il est difficile de déterminer ce qui se passera pendant ces trois jours, surtout compte tenu de la vue dangereuse de la fragile banquise antarctique.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont combiné des outils pour comprendre la formation des failles. Ils ont utilisé des données sismiques enregistrées par des instruments placés sur la banquise par d'autres chercheurs en 2012 ainsi que des observations radar de satellites.

La glace glaciaire se comporte comme un solide sur de courtes échelles de temps, mais plutôt comme un liquide visqueux sur de longues échelles de temps.

« La formation d'une fissure ressemble-t-elle davantage à un bris de verre ou à un bris de Silly Putty ? C'était la question », a déclaré Ollinger. « Nos calculs de cet événement montrent que c'est très similaire au bris de verre. »

Le rôle de l’eau de mer et les recherches futures

Si la glace était un simple matériau fragile, elle se décomposerait plus rapidement, a déclaré Olinger. Une enquête plus approfondie a mis en évidence le rôle de l'eau de mer. L'eau de mer contenue dans les crevasses maintient l'espace ouvert contre les forces intérieures du glacier. Étant donné que l’eau de mer a une viscosité, une tension superficielle et une masse, elle ne peut pas combler un vide instantanément. Au lieu de cela, la vitesse à laquelle l’eau de mer remplit l’ouverture de la fissure contribue à ralentir la propagation de la fissure.

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« Avant de pouvoir améliorer les performances des modèles de calotte glaciaire à grande échelle et les prévisions de l'élévation future du niveau de la mer, nous devons avoir une bonne compréhension, basée sur la physique, des nombreux processus différents qui influencent la stabilité de la plate-forme de glace », a déclaré Olinger.

Référence : « Le couplage océanique limite la vitesse de rupture pour l'événement de propagation de fissure de plate-forme glaciaire le plus rapide » par Stephanie D. Olinger et Bradley B. Lipofsky et Marin A. Denol, 05 février 2024, Fourni par l'Université du Golfe Arabique.
est ce que je: 10.1029/2023AV001023

La recherche a été financée par la National Science Foundation. Les co-auteurs sont Brad Lipofsky et Marine Degnole, tous deux membres du corps professoral de l'UW en sciences de la terre et de l'espace, qui ont commencé à conseiller leurs travaux à Harvard.

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La puce NVMe de l'iPhone 6S a été exploitée avec un PCB flexible

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La puce NVMe de l'iPhone 6S a été exploitée avec un PCB flexible

Psst ! Hé, gamin ! Vous souhaitez procéder à l'ingénierie inverse sur certains iPhones ? Eh bien, saviez-vous que les iPhones modernes utilisent PCIe, en particulier NVMe pour leurs puces de stockage ? Si oui, vous êtes-vous déjà demandé comment détecter ces communications ? Ce n'est plus étonnant, comme cette équipe de recherche Nous montre comment les exploiter Avec un interposeur BGA à circuit imprimé flexible (FPC) sur l'iPhone 6S, le premier iPhone à utiliser le stockage basé sur NVMe.

La recherche a été menée par [Mohamed Amine Khelif], [Jordane Lorandel]Et [Olivier Romain], et nous montre les détails de l'accès à une puce NVMe – à condition que vous soyez à l'aise avec le soudage BGA et que vous disposiez peut-être d'un appareil à rayons X pratique pour vérifier les erreurs. Au fur et à mesure que la recherche progressait, ils ont réussi à retirer la puce mémoire qui traitait des nuances de soudure, du manque d'emballage et du BGA, et ont ajouté une carte FR4 1:1 pour le premier test, qui s'est avéré concluant. Ensuite, ils ont créé un intermédiaire FPC qui a également exploité les broches de signal et de données, soudé la puce flash dessus, et l'iPhone 6S a démarré avec succès, analysant les lignes de données pour que nous puissions les voir.

Cela ressemble aux débuts d’une plateforme amusante pour la rétro-ingénierie des appareils iOS ou iPhone, et nous attendons avec impatience d’autres résultats ! Cette équipe de chercheurs En particulier, il était prolifique, abordant des sujets comme les attaques du MITM. I2C Et PleurerEn plus des recherches sur la sécurité des appareils et des smartphones de l'Internet des objets. Nous n'avons vu aucun fichier Eagle CAD publié pour les intrus, mais heureusement, la plupart des connaissances tournent autour de la technique de soudage, et l'article en décrit beaucoup. Vous voulez en savoir plus sur ces puces ? Nous avons parlé d'un autre pirate informatique qui a déjà tenté de les réutiliser. Ou peut-être souhaitez-vous en savoir plus sur NVMe ? Si tel est le cas, nous avons l’article pour vous.

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Nous te remercions [FedX] Pour le partager avec nous sur le serveur Hackaday Discord !

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Une expérience gravitationnelle sur une petite table de cuisine pourrait révolutionner la physique

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Une expérience gravitationnelle sur une petite table de cuisine pourrait révolutionner la physique

Il y a un peu plus d'une semaine, des physiciens européens Annoncer Ils ont mesuré la force de gravité à la plus petite échelle jamais réalisée.

Dans une expérience intelligente sur table, des chercheurs de l'Université de Leiden aux Pays-Bas, de l'Université de Southampton au Royaume-Uni et de l'Institut de photonique et de nanotechnologie en Italie ont mesuré une force d'environ 30 tonnes sur une particule d'une masse d'un peu moins d'un demi-milligramme. . Un newton est un milliardième de milliardième de newton, qui est l’unité standard de force.

Des chercheurs Il dit Ces travaux pourraient « révéler davantage de secrets sur la structure de l’univers » et constituer une étape importante vers la prochaine grande révolution de la physique.

Mais pourquoi est-ce ? Ce n'est pas seulement le résultat : c'est la méthode, et ce qu'elle dit sur la voie à suivre pour une branche des critiques scientifiques qui, comme le disent les critiques scientifiques, peut être piégée dans une boucle de Des coûts en hausse et des rendements en baisse.

la gravité

Du point de vue du physicien, la gravité est une force très faible. Cela peut paraître étrange à dire. Ne vous sentez pas faible lorsque vous essayez de vous lever le matin !

Cependant, comparée à d’autres forces que nous connaissons – comme la force électromagnétique, qui lie les atomes entre eux et génère de la lumière, et la forte force nucléaire, qui lie les noyaux des atomes – la gravité exerce une attraction relativement faible entre les objets.

À plus petite échelle, les effets de la gravité deviennent de plus en plus faibles.

Il est facile de voir les effets de la gravité sur des objets de la taille d’une étoile ou d’une planète, mais il est très difficile de détecter les effets de la gravité sur des objets petits et légers.

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La nécessité d'un test de gravité

Malgré la difficulté, les physiciens souhaitent réellement tester la gravité à petite échelle. En effet, cela pourrait aider à résoudre un mystère vieux d’un siècle dans la physique actuelle.

La physique est dominée par deux théories très réussies.

La première est la relativité générale, qui décrit la gravité et l’espace-temps à grande échelle. La seconde est la mécanique quantique, qui est la théorie des particules et des champs – les éléments constitutifs de la matière – à petite échelle.

Ces deux théories sont contradictoires à certains égards et les physiciens ne comprennent pas ce qui se passe dans les situations où les deux théories devraient s'appliquer. L'un des objectifs de la physique moderne est de combiner la relativité générale et la mécanique quantique dans la théorie de la « gravité quantique ».

Un exemple de cas où la gravité quantique est nécessaire est la compréhension complète des trous noirs. La relativité générale l’avait prédit – nous avons observé des trous massifs dans l’espace – mais de petits trous noirs pourraient également apparaître au niveau quantique.

Cependant, à l’heure actuelle, nous ne savons pas comment associer la relativité générale et la mécanique quantique pour expliquer le fonctionnement de la gravité, et donc des trous noirs, dans le monde quantique.

Nouvelles théories et nouvelles données

Un certain nombre d'approches ont été développées pour une éventuelle théorie de la gravité quantique, notamment… La théorie des cordes, Gravité quantique en boucle Et Théorie des ensembles causals.

Cependant, ces méthodes sont complètement théoriques. Nous n'avons actuellement aucun moyen de le tester via des expériences.

Pour tester expérimentalement ces théories, nous aurons besoin d’un moyen de mesurer la gravité à de très petits niveaux où les effets quantiques dominent.

Jusqu’à récemment, de tels tests étaient insaisissables. Il semble que nous aurons besoin de très gros équipements : encore plus gros que le plus grand accélérateur de particules au monde, le Large Hadron Collider, qui envoie des particules de haute énergie en orbite autour d'un anneau de 27 kilomètres de long avant d'entrer en collision les unes avec les autres.

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Expériences de table

C’est pourquoi mesurer la gravité à petite échelle est devenu important récemment.

L’essai mené conjointement par les Pays-Bas et le Royaume-Uni est un essai « de simulation ». Cela ne nécessitait pas d’énormes machines.

L'expérience fonctionne en faisant flotter une particule dans un champ magnétique, puis en faisant passer un poids devant elle pour voir comment elle « vibre » en réponse.

Ceci est similaire à la façon dont une planète « vibre » lorsqu’elle se balance devant une autre planète.

En faisant léviter la particule avec un aimant, elle peut être isolée de nombreuses influences qui rendent très difficile la détection de faibles effets gravitationnels.

La beauté de ces expériences de laboratoire est qu’elles ne coûtent pas des milliards de dollars, éliminant ainsi l’un des principaux obstacles aux expériences gravitationnelles à petite échelle et peut-être aux progrès de la physique. (La dernière proposition pour un successeur plus grand au Large Hadron Collider serait… Pour un coût de 17 milliards de dollars américains.)

Travail à faire

Les essais sur laboratoire sont très prometteurs, mais il reste encore beaucoup de travail à faire.

La dernière expérience se rapproche du domaine quantique, mais n’y arrive pas vraiment. Il faudrait que les masses et les forces impliquées soient plus petites pour savoir comment fonctionne la gravité à cette échelle.

Nous devons également nous préparer à la possibilité qu’il ne soit pas possible de pousser les expériences sur table aussi loin.

Il existe peut-être encore certaines limitations technologiques qui nous empêchent de réaliser des expériences gravitationnelles à l’échelle quantique, nous repoussant ainsi vers la construction de collisionneurs plus grands.

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Retour aux théories

Il convient également de noter que certaines des théories de la gravité quantique qui peuvent être testées à l’aide d’expériences sur table sont assez radicales.

Certaines théories, comme la gravité quantique, suggèrent L'espace et le temps peuvent disparaître À très petite échelle ou à hautes énergies. Si cela est vrai, il ne sera peut-être pas possible de mener des expériences à ces échelles.

Après tout, les expériences telles que nous les connaissons sont le genre de choses qui se produisent dans un certain endroit, sur une certaine période de temps. Si de telles théories sont correctes, nous devrons peut-être repenser la nature même de l’expérimentation afin de pouvoir lui donner un sens dans des situations où l’espace et le temps sont absents.

D’un autre côté, le fait que nous puissions réaliser des expériences directes impliquant la gravité à petite échelle peut indiquer que l’espace et le temps existent finalement.

Qu'est-ce qui prouvera sa validité ? La meilleure façon de le savoir est de continuer à expérimenter des expériences sur table et de les pousser aussi loin que possible.

Sam Barron reçoit un financement du Conseil australien de la recherche.

/Avec l'aimable autorisation de The Conversation. Ce matériel provenant de l'organisation/des auteurs d'origine peut être de nature chronologique et est édité pour des raisons de clarté, de style et de longueur. Mirage.News ne prend pas de position ou de parti d'entreprise, et toutes les opinions, positions et conclusions exprimées ici sont uniquement celles du ou des auteurs.

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