Lac

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Lac nahuel Huapi en Bariloche (Argentine).
Lac artificiel Tcharvak en Ouzbékistan.
Les lacs sont souvent dans les vallées, mais parfois aussi en altitude, ici près du sommet de Sunnig Grat (Canton d'Uri, Suisse).
Lac de Grand-Lieu, le plus caractéristique des lacs à faible lame d'eau en France, sa profondeur évolue selon la saison avec une profondeur (1,60 m profondeur moyenne en été, environ 4 m au max. en hiver) et une superficie qui varie saisonnièrement du simple au double (passant d'environ 35 km2 en été à 65 km2 en hiver), ce qui explique d'importantes spécificités écologiques[1]
Le lac Gentau, dans les Pyrénées béarnaises, occupe un ombilic glaciaire.
Le lac Michigan, l'un des cinq Grands Lacs d'Amérique du Nord borde la ville de Chicago (États-Unis).

En limnologie, un lac est, de manière générale, une grande étendue d'eau entourée de terre, où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer un dépôt de sédiments et/ou une stratification (une seule condition remplie suffit à lui donner ce statut)[2].

Dans le langage courant, le lac est un concept assez flou ; les noms locaux donnés aux plans d'eau par la population ne s'accordent pas toujours aux définitions officielles, et c'est souvent la grande taille ou une grande profondeur qui sont alors prises en compte. Un lac est ainsi plutôt plus grand et plus profond qu'un étang, lequel est plus grand et plus profond qu'une mare.

Les plus grands lacs sans débouché maritime sont ainsi nommés « mers fermées », à l'instar de la mer Caspienne, mais la règle est floue puisqu'on parle de la mer Morte et du Grand Lac Salé. Il est parfois proposé de distinguer les mers des lacs par le caractère salé des eaux marines et des eaux douces des lacs.

Étymologie[modifier | modifier le code]

Le terme lac provient de l'ancien français lac, lequel vient du latin lacus. La plus vieille trace écrite est une racine sanskrit qui désigne à l’origine une dépression, une rupture de l'écorce terrestre remplie d'eau. Ici, le terme exclut les masses d'eau retenues par un barrage, que celui-ci soit naturel ou artificiel. Cela s'explique par le fait que cette définition a évolué au fil des siècles.

Histoire de la définition[modifier | modifier le code]

En 1892, le Suisse François-Alphonse Forel, fondateur de la limnologie, fut le premier scientifique à définir clairement un lac[3]. Pour lui, « on désigne par un lac une masse d'eau stagnante sans communication directe avec la mer, située dans une dépression du sol fermée de tout côté[4]. »

Description[modifier | modifier le code]

L'écosystème lacustre[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Lentique.

C'est un système dynamique qui évolue lentement avec le temps et le climat, et sous l'effet des activités humaines du bassin versant[5].

Plus le lac est profond, plus l'inertie thermique et chimique de la masse d'eau est importante. Inversement, certains vastes plans d’eau superficiels et très peu profonds (« shallow lakes » en anglais) sont très sensibles et immédiatement réactifs aux changements de l'environnement (climat, hydrologie, pollution, activités anthropiques). Ceci vaut d'ailleurs pour les étangs et les mares, mais à d'autres échelles spatiotemporelles.

Les lacs superficiels à fines lames d'eau[note 1],[note 2]

Certains volcans possèdent des lacs de cratère dont certains sont des lacs acides et très minéralisés (Remarque : on parle aussi de lacs de lave dans le cas de certains volcans de type basaltique à lave fluide).

Les lacs étant relativement fermés, ils sont vulnérables à certaines espèces invasives quand elles y ont été introduites (volontairement ou non). Ils sont également pour cette raison plus sensibles à certains micro-polluants (ETM, médicaments, antibiotiques, biocides, pesticides, perturbateurs endocriniens) qui peuvent s'y accumuler ou se dégrader à une vitesse différente que dans les cours d'eau[6].

Selon l'espèce considérée, la qualité de l'eau, la saison et le type de lac, les organismes lacustres ont une stratégie d'occupation spatiale du lac qu'ils adaptent aux variations des conditions environnementales. L'étude de réservoirs (de centrale nucléaire par exemple) non soumis à un marnage ni aux fluctuations naturelles a permis d'étudier la manière dont les poissons et d'autres organismes se répartissent dans l'espace et le temps dans la masse d'eau dans ces conditions de faibles contraintes abiotiques[7]. Selon Holmgren & Appelberg (2000)[8], sept principaux facteurs (variables) environnementaux ont un effet significatif sur le nombre d'occurrences de chaque espèces de poisson dans les différentes couches d'un lac naturel, la conductivité, la température, la surface, la latitude et l’altitude du lac, sa transparence et sa profondeur maximale. La profondeur de vie d'un poisson semble résulter de choix combinant principalement des variables biogéographiques et de productivité du milieu, avec quelques variations interannuelles notamment liées aux variations météorologiques et de pluviométrie[9].

Éléments de définition, du vernaculaire au scientifique[modifier | modifier le code]

La définition des lacs ou étangs, et plus encore celle des zones humides peut varier selon les époques, les pays et les acteurs et fait encore l'objet de débats. D'un point de vue populaire que reprend la toponymie, un lac serait fait d'eau douce, à la différence des mers et des océans, quant à eux salés. Toutefois, cette définition est incorrecte, la mer Baltique comprenant ainsi moins de 4 g/l de sel tandis que le Grand Lac Salé en compte environ 250 g/l.
Une autre possibilité était de classer un plan d'eau en lac ou étang selon son appellation locale dans la toponymie. Cependant, il arrive qu'un même plan d'eau soit indifféremment nommé étang ou lac, ou lac et mer. Le critère parfois retenu d'une zonation verticale exclut les lacs plats et très plats dont les couches sont constamment mélangées par le vent.

Le lac 
Il est défini par le limnologue Laurent Touchart[10] comme « un plan d’eau continental (séparé de la mer, dominé par son bassin d’alimentation et développant son caractère propre), dont la superficie, la profondeur ou le volume sont suffisants pour provoquer une zonation, un étagement ou une régionalisation des processus limnologiques. » La dimension verticale et le mélange des couches[11] tendent à prendre de l'importance pour la classification des lacs et étangs, de même que les interactions entre le lac et son bassin d'alimentation[12]. Pour l’auteur, celles-ci peuvent être déterminantes lorsqu’elles sont suffisamment importantes, et ce de manière conjointe ou indépendante. Or, un plan d’eau que nous qualifions de superficiel ou pelliculaire doit a priori ne posséder qu’une dimension verticale réduite. Par conséquent, les plans d’eau que nous étudions ne peuvent être qualifiés de lacs que lorsqu’ils possèdent, outre les autres caractères de la définition, des dimensions horizontales suffisantes pour provoquer une zonation ou une régionalisation des processus limnologiques ». On parle parfois aussi de lacs souterrains et depuis peu de lacs sous-marins (accumulation d'eau hypersalée dans les grands fonds marins, souvent près d'un suintement froid). Il reste difficile de fixer précisément la frontière entre les concepts de lac et étang ; par exemple le Lac Balaton a été présenté comme un Lac-étang[13].
La profondeur absolue 
(noté Zm, sans unité) C'est la profondeur mesurée (en mètres) au point le plus profond du lac. Plus un lac est profond et petit, moins les couches d'eau s'y mélangent.
La profondeur relative 
(notée Zr, exprimée en %) Quand Goldman et Horne en 1983 ont cherché des critères pour bien différencier les mares des étangs)[note 3]. Constatant que la profondeur ne pouvait à elle seule différencier une mare d'un étang, et un étang d'un lac, en prenant les exemples du lac Tchad et du lac Winnipeg, ils ont réutilisé un autre concept : la profondeur relative, calculée d'après la profondeur, pondérée par le critère de superficie (plusieurs modes différents de calcul de cet indice existent). À l'époque, Goldman et Horne ne différenciaient toujours pas par une définition claire les plans d’eau profonds des plans d'eau superficiels. Il est depuis admis que « la plupart des lacs ont une profondeur relative de 2 % et que les plans d’eau très creux dépassent les 4 % »[14].
L'indice de creux 
(Ic) ; Indice pour décrire la profondeur relative d'un lac, en mettant en rapport sa profondeur et sa superficie. Il a été proposé par Delebecque en 1898[15]. Cet indice de creux (sans unité) correspond au quotient de la profondeur maximale (Zm, mesurée en mètres) et de la racine carrée de la superficie (Ao, mesurée en hectares) :
L'indice de creux moyen 
C'est un autre concept, dérivé de l'indice de creux, promu par Meybeck en 1995 pour classer les plans d’eau selon un indice de profondeur pondéré. Il se calcule à partir de l’indice de creux préalablement proposé par Delebecque, mais en utilisant la profondeur moyenne (plus difficile à calculer). Meybeck classe ainsi tous les lacs en 5 classes de plans d’eau suivant leur indice de creux. Quand la profondeur moyenne est inférieure à un indice de 0,1, il parle de Lac très plat, puis de lac plat (de 0,1 à 0,5), lacs normaux (0,5 à 2,5), lacs creux (2,5 à 12,5), et enfin de Lac très creux (12,5 et plus). Le seuil qui sépare chaque catégorie reste néanmoins arbitraire.
Plans d'eaux superficiels ou pelliculaires (peu et très peu profonds) : ils ont été mieux définis par deux manuels de limnologie, de Wetzel (1983) puis de Burgis et Morris (1987). Leur fonctionnement écologique est original[16]. Leurs processus morphologiques sont différents de ceux des eaux profondes[17]. En particulier ; à cause du brassage par convection des couches d'eau par les courants superficiels et secondaires induits par le vent[18], on n'y constate pas de stratification thermique (homothermie) ou elle ne dure pas plus de quelques jours et on les dits polymictiques, c’est-à-dire avec un rythme de brassage plus rapide que le rythme saisonnier[19] Ils sont nombreux autour de l'arctique (reliques glaciaires)[20]. Ils sont également nombreux dans certaines grandes plaines alluviales inondées par de grands fleuves (ex. : Yang Tsé Kiang ou Amazone). Leur écologie particulière[16] est liée à des variations plus intenses et rapides des températures et de la salinité, à la pénétration de la lumière dans toute la couche d'eau, ce qui permet une présence relative potentiellement plus importante des macrophytes, et parfois à une turbidité pouvant devenir importante, liée aux remise en suspension de sédiments en période très venteuses[21],[22],[23], à leur redistribution par les vagues[24] ou à cause de blooms planctoniques. Dans ces lacs, les cycles biogéochimiques (du phosphore, de l’azote et du carbone notamment) peuvent être accélérés, notamment en zone tropicale[25] et tempérée. Les vaguelettes induites par le vent érodent les berges et transportent les sédiment avec un bilan sédimentaire différent de ce qu'il serait dans un lac profond[26]. Ils sont sensibles aux pollutions et à l'eutrophisation.
« L’intensité de la réponse du lac au forçage dépend de deux paramètres : le rapport entre le volume du lac et sa superficie (profondeur moyenne) et le rapport entre le volume du lac et l’apport par les rivières (temps de séjour de l’eau). »[27].
Convections 
Les courants de convection sont dits « libres » ou « mécaniques» ; La convection libre ou passive résulte de l'enfoncement naturel d'une couche superficielle rendue plus dense (plus salée le jour avec l'évaporation, plus rapidement refroidie la nuit…)[28], ce qui dans une faible couche d'eau contribue significativement au brassage de toute la colonne d’eau. La convection mécanique est le brassage des couches d'eaux forcées par le vent[29], l'arrivée d'un courant d'eau, des sources sur le fond du lac, etc. Les mouvements du plancton (daphnies, copépodes notamment) peuvent aussi contribuer aux micromélanges de couches d'eau qui sans cela se stratifieraient plus facilement. La présence active de nombreux poissons ou de gros animaux (crocodiles ou caïmans, lamantins, hippopotamesetc.) contribue aussi au brassage de l'eau.

Dans le droit[modifier | modifier le code]

En droit international, un lac est entièrement administré par son ou ses États riverains, et ce quelle que soit la distance par rapport au rivage. Dans certains pays, les berges et une bande de terre riveraine ne peuvent pas devenir propriété privée. La libre-circulation sur les rives reste ainsi permise pour tous. En France le Conservatoire du littoral a également compétence sur les « rivages lacustres ».
Dans le droit européen de l'environnement, les lacs peuvent être intégrés dans le réseau Natura 2000, et le bon état écologique est une cible pour 2015 (sauf dérogation), imposée par la Directive cadre sur l'eau. Certains auteurs ont proposé une typologie paneuropéenne de critères d'appréciation de leur qualité[30].

Origines des lacs[modifier | modifier le code]

Une classification des lacs peut se faire sur le type d'événement géologique qui a présidé à leur formation :

Répartition[modifier | modifier le code]

Les lacs naturels sont inégalement répartis. Le contexte hydro-géomorphologique les rend bien plus nombreux dans les anciennes zones glaciaires. Leur géographie varie aussi selon que les hommes les ont vidés ou drainés ou au contraire artificiellement aménagés, construits ou agrandis en établissant des digues et barrages.

En Europe, il y a environ 500 000 lacs de plus de 1 ha (dont près de 50 % en Suède et Finlande), 16 000 dépassant 1 km2[31].

Dans le monde, hormis zone glaciaire Arctique et Antarctique, le nombre de lac d'une superficie supérieure à 0,002 km2 est d'environ 117 millions. Leur surface totale couvre environ 5 millions de km2, soit 3,7 % de la surface terrestre[32][réf. insuffisante].

Équilibre hydrique[modifier | modifier le code]

Ce schéma montre les possibles apports en eaux et pertes qui font varier la quantité d'eau présente dans un lac.

Les lacs sont généralement alimentés en eaux par plusieurs sources. Les précipitations sont les premières sources, mais leur bilan est relativement faible. Un lac peut aussi être alimenté par un ou plusieurs cours d'eau en amont, par des résurgences, ou par des glaciers. L'eau peut s'évacuer naturellement, principalement par un cours d'eau appelé émissaire, mais aussi par évaporation. Cependant, certains lacs sont dits endoréiques et n'ont pas de cours d'eau émissaires. Le lac peut aussi perdre de l'eau par évaporation, ce mécanisme étant important en été ou sous certains climats. Certains lacs sont ainsi des lacs temporaires, qui ne survivent que lors de certaines saisons et disparaissent en été. Plus rarement, l'eau peut s'infiltrer dans le sol situé sous le lac, si celui-ci est perméable.

Retenue du barrage de Carbonne.

Les lacs constituent une importante réserve d'eau douce utilisée par l'homme pour l'irrigation des cultures, comme source d'eau potable et dans certains cas pour produire de l'énergie électrique. En revanche, certains lacs de retenue sont responsables de l'assèchement de la partie aval de leur bassin.

Courants[modifier | modifier le code]

Ce schéma montre comment les vents peuvent former des vagues à la surface d'un lac, et comment le vent pousse les eaux sur les berges.

Bien que stagnante, l'eau des lacs connaît de nombreux mouvements internes. Outre les courants créés par les cours d'eau, en amont ou en aval, et les sources souterraines, il peut se produire des tourbillons ou des ondes dus à diverses causes, parmi lesquelles l'action du vent à la surface de l'eau. En outre, les lacs sont sujets à une série de mouvements, véritables déplacements périodiques d'eau d'un côté à l'autre du bassin, observables comme de réelles dénivellations d'une partie à l'autre de la côte. Dans le lac de Bolsena, malgré sa taille relativement limitée, on a ainsi enregistré des variations de niveau allant jusqu'à 50 cm.

De plus, l'eau des grands lacs dans les villes métropolitaines sont des lacs artificiels (cf. lac du parc des Buttes-Chaumont) dont l'eau ne va pas au sol (source Bodo Groening, 2004, Madrid).

Enfin, les différentes couches d'eau se déplacent en profondeur en raison des différences de température en fonction de la profondeur, de la journée et des saisons.

D'après François-Alphonse Forel, « en opposition avec les fleuves, rivières et autres eaux courantes, les lacs sont formés d'eaux stagnantes ; ces eaux ne sont pas entraînées dans une direction toujours la même »[33]. L'eau des courants lacustres change souvent de direction, à cause des changements de direction du vent, des obstacles rencontrés (côte, îleetc.) et des variations de températures entre différentes zones.

De nos jours, il est proposé d'employer à la place de « masse d'eau » le terme de plan d'eau, ou nappe d'eau, pour raison que de grands mouvements existent mais ne suivent pas une pente comme un cours d'eau.

Strates[modifier | modifier le code]

Les lacs sont plus ou moins stratifiés thermiquement, en termes de, pH, d'oxygénation et écologiquement. Cette stratification, qui peut faire l'objet d'importantes variations saisonnières, peut être enregistrée dans les sédiments) ainsi que les teneurs en certains polluants. Certains mollusques (limnées et bivalves tels que les pisidies) selon qu'ils colonisent ou non la zone profonde des lacs peuvent être des indicateurs de phénomènes d'anoxie ou de toxicité des fonds[34].

Stratification des eaux d'un lac suivant la saison

En hiver, l'ensemble des eaux du lac a température relativement faible. La température des eaux est constante, mais supérieure à zéro, et augmente avec la profondeur. La raison est que les eaux sont protégées de la froideur de l'hiver par la couche de glace. L'ensemble des eaux du lac est pauvre en oxygène, vu que la glace isole les eaux de l’atmosphère.

En été, les eaux du lac sont chargées en oxygène (vu qu'elles sont au contact de l’atmosphère) et sont recouvert par une couche chauffée par le soleil. Cette couche d'eau chaude surmonte une couche d'eaux froides et peu oxygènes (l'oxygène et la chaleur diffusent sur une faible profondeur dans le lac). Les deux couches sont relativement homogènes. Entre les deux couches, la zone de contact voit sa température et son taux d'oxygénation varier rapidement avec la profondeur.

Au printemps ou en automne, les eaux du lac se mélangent à la suite de phénomènes de convection thermique, liées à un inversion thermique.

Disparition d'un lac[modifier | modifier le code]

Au fur et à mesure de milliers, voire de millions d'années, les sédiments se déposent au fond des lacs, s'accumulent sur des mètres ou dizaines de mètres. Dans le même temps les tourbières ou ceintures de végétation arborée peuvent coloniser la partie centrale d'un lac peu profond. Un lac peut ainsi finir par évoluer vers un réseau d'étangs puis une zone de marais puis une tourbière et une forêt alluviale humide (dans les zones restant suffisamment humides) et enfin être totalement comblé.

Incidence des lacs sur les activités humaines[modifier | modifier le code]

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Lac du barrage de Caramany, (Pyrénées-Orientales).
Lac d'Aguelmim à Tikjda, Algérie.

Les lacs constituent d'importantes réserves d'eau douce et de ressources halieutiques. L'irrigation des cultures, la pêche, le pompage d'eau potable (ou à potabiliser) et l'énergie électrique, certaines formes de tourisme et d'activités sportives et nautiques sont des activités qui en dépendent et qui les affectent quantitativement et qualitativement.

Les activités de loisirs et sportives telles que le canotage, la voile ou la planche à voile, des promenades en barque ou en bateau, et de la plongée se pratiquent plutôt l'été en zone tempérée. Dans les pays froids, le ski, la marche en raquette, etc. peuvent être pratiqués sur les lacs gelés.
Dans certains pays, de nombreux lacs ou leurs berges appartiennent au domaine privé. La pêche y est pratiquée par des professionnels, ou amateurs en toute saison dans les domaines privés, et plus généralement, pendant la période de fermeture de la première catégorie) pour la pêche à la mouche.

La baignade peut être interdite dans les lacs non aménagés plus dangereux que les côtes maritimes. L'eau y est parfois glacée (lacs de montagne). L'eau y est aussi moins salée, et donc moins dense, ce qui explique qu'elle porte moins le corps. Localement des courants ou tourbillons inattendus peuvent survenir. Dans la nature, ils sont souvent sans surveillance, sans petit bain pour les enfants, et sans équipements de sauvetage.

L'imagerie satellitale et les nouvelles technologies de géolocalisation (GPS, ainsi que des outils tels que Google Earth) ont facilité la connaissance et l'accès aux nombreux lacs qui existent sur la planète. Nombre d'entre eux font l'objet d'une surveillance de la qualité de l'eau, voire de plans de restauration.

Symbolique[modifier | modifier le code]

Le lac symbolise en général l'œil de la terre, un lieu par lequel les habitants d'un monde souterrain pourraient regarder la surface[35]. Pour les gaulois, les lacs étaient considérés comme des divinités, ou des demeures des Dieux[35].

Lac extraterrestre[modifier | modifier le code]

Cliché d'une formation ressemblant à un lac, pris par l'instrument THEMIS de la sonde Mars Odyssey le }.

Mars[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Eau sur Mars.

En 2004, l'équipe scientifique de THEMIS, l'instrument de Mars Odyssey prévu pour détecter la présence d'eau passée sur Mars, a découvert sur une des images de la sonde une « structure qui ressemble à un lac situé au centre du cratère »[36]. En 2005, la sonde Mars Express a détecté, à proximité du pôle nord, un lac de glace d'eau dans un cratère[37].

Titan[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Lacs de Titan.

Sur Titan, satellite naturel de Saturne, la sonde Cassini a confirmé la présence de lacs d'hydrocarbures liquides.

Pluton[modifier | modifier le code]

Structure pouvant être un ancien lac d'azote gelé, localisée au Nord de la plaine Spoutnik.

Des structures à la surface de Pluton suggèrent l'existence d'anciens lacs sur la planète naine[38].

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

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  • (en) Hejný S., Raspopov I. & Květ J., 1986, Studies on shallow lakes and ponds. Prague, House of the Czechoslovak Academy of Sciences, 256 p.
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Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Dr Papon Pierre ; Les plans d’eau superficiels : définition, fonctionnement et aménagements. Étude du lac Balaton, du lac de Grand-Lieu et de l’étang de Cieux ; Univ. Limoges ; thèse de doctorat en géographie, 311 p., soutenue le 27 septembre 2007 (Résumé (Notice) de la thèse, et version intégrale en HTML.
  2. (fr) Laurent Touchart, « Qu'est-ce qu'un lac ? », Bulletin de l'association de géographes français, CNRS, vol. 4,‎ , p. 320 (ISSN 0004-5322).
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  6. Torsten Vennemann (Professeur à l’Université de Lausanne), [Une étude de cas sur l'origine, la distribution et le destin des (micro-)polluants dans le Lac Léman : perspective sur la base de la composition isotopique de l'eau et du CID] (5,41 Mo), Suisse.
  7. Dembski S (2005) Stratégies d'occupation spatiale en milieu lacustre[PDF] (thèse soutenue le 28 novembre 2005).
  8. (en) Holmgren K & M Appelberg (2000) Size structure of benthic freshwater fish communities in relation to environmental gradients. Journal of Fish Biology 57: 1312-1330.
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  10. Touchart L., 2000, Qu’est-ce qu’un lac ? Bulletin de l’Association de Géographes Français, 77(4) : 313-322.
  11. (en) Lewis W. M. Jr, 1983, A revised classification of lakes basing on mixing, Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 40 : 1779-1787.
  12. (fr) Meybeck M., 1995, Les lacs et leurs bassins in Pourriot R. & Meybeck M., 1995, Ed, Limnologie générale. Paris, Masson, 956 p. : 6-59
  13. (fr) Papon P. & Touchart L., 2003, » Le Balaton, archétype du lac-étang ? » Annales de Géographie, 112(632) : 339-356.
  14. (fr) Pierre Papon (citant Wetzel, 1983, p. 32) dans sa thèse intitulée Les plans d'eau superficiels : définition, fonctionnement et aménagements - Étude du lac Balaton, du lac de Grand-Lieu et de l'étang de Cieux.
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