FR2877393A1 - Dispositif d'estimation d'une quantite de particules presentes dans un filtre a particules de vehicule automobile - Google Patents

Dispositif d'estimation d'une quantite de particules presentes dans un filtre a particules de vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Le système d'estimation d'une quantité de particules présentes dans un filtre à particules (22) de véhicule automobile devant être régénéré périodiquement par combustion, comprend un capteur de pression (29) pour mesurer la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre (22), des moyens (30) pour estimer ou mesurer le débit volumique (Qvol) des gaz en amont du filtre (22), et une unité de commande électronique (24). L'unité de commande électronique (24) comprend :- une cartographie mémorisée (33) de la quantité de particules présentes dans le filtre (22) en fonction de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre (22) et du débit volumique (Qvol) des gaz en amont du filtre (22) ;- des moyens de détection (34) pour détecter une chute de différence pression aux bornes du filtre (22) supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé ; et- un estimateur (32) adapté, lors de la détection d'une telle chute, pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre (22) à partir de ladite cartographie mémorisée (33) et de valeurs de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre (22).

Description

Dispositif d'estimation, d'une quantité de particules présentes dans un
filtre à particules de véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'estimation d'une quantité de particules présentes dans un filtre à particules Cie véhicule automobile, et plus particulièrement de véhicule automobile équipé d'un moteur diesel.
Les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement les moteurs de type diesel, rejettent dans l'atmosphère des particules polluantes dont il convient de diminuer la quantité. Ces particules, qui sont constituées de suies produites lors d'une combustion imparfaite dans le moteur, peuvent être piégées dans les gaz d'échappement par l'implantation d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement en aval des chambres de combustion du moteur. Un tel filtre est conçu de façon à pouvoir retenir les particules se trouvant dans les gaz d'échappement qui traversent le filtre. Au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contrepression importante à l'échappement du moteur, ainsi qu'une augmentation de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules, ce qui diminue considérablement les performances du moteur.
Afin de rétablir les performances du moteur, on sait pratiquer une régénération du filtre par combustion des particules qui s'y sont accumulées. Cette opération de combustion est rendue possible par une élévation de la température interne du filtre à particules. Pour ce faire, on procède généralement à une injection retardée de carburant dans les chambres de combustion du moteur. On peut en particulier injecter du carburant juste après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz à l'échappement.
Il est également possible de prévoir une ou plusieurs injections tardives, c'est-à-dire nettement après le point mort haut. Le carburant ainsi injecté ne brûle pas dans la chambre de combustion du moteur, mais, par exemple, dans un dispositif catalytique également prévu dans la ligne d' échappement, augmentant ainsi la température des gaz traversant ensuite le filtre à particules.
Le filtre à particules est en effet généralement associé à un dispositif catalyseur monté en amont du filtre, de façon à diminuer les émissions polluantes. Le dispositif catalytique peut être intégré dans le filtre à particules lui-même, qui peut alors comprendre un matériau catalytique, tel que du platine. Les hydrocarbures imbrûlés et l'oxyde de carbone provenant des injections retardées et des injections tardives dans les chambres de combustion, peuvent s'oxyder sur le matériau catalytique en augmentant la température au sein du filtre à particules.
La régénération du filtre à particules peut être faite périodiquement au cours de phases de régénération, dès que la quantité de particules dans le filtre devient trop importante. Les phases de régénération s'effectuent lorsque le moteur fonctionne, sans que le conducteur du véhicule en ait conscience.
Classiquement, les filtres à particules fonctionnent donc de manière périodique, en deux phases. Lors d'une première phase, le filtre stocke des particules émises par le moteur, et lors d'une deuxième phase, les particules stockées dans le filtre sont brûlées afin de régénérer le filtre.
Il existe des systèmes d'estimation de la. quantité de particules présentes dans un filtre à particules à partir de la contre pression à l'échappement ou à partir de la différence de pression, appelée également pression différentielle, aux bornes du filtres à particules.
Le document FR 2 781 251 porte sur un procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules monté en aval d'un moteur à combustion interne. Le filtre est régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé. Le chargement est déduit de la pression différentielle aux bornes du filtre et d'une grandeur A représentative de l'écoulement des gaz dans le moteur.
Le document EP 1 281 843 décrit un procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules, monté en aval d'un moteur à combustion interne. Le filtre est régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé. Le chargement est déduit de la pression différentielle aux bornes du filtre et d'une grandeur QVO, représentative des gaz traversant le filtre à particules. Le chargement est déduit de la formule AP = f(Qvoi,m) dans laquelle m correspond à la masse de suies piégées dans le filtre à particules.
Cependant, aucun de ces documents ne tient compte d'une non monotonie de chargement du filtre en particules, due à une réaction chimique dite de régénération passive: NO2 + C > CO + NO. Cette réaction s'effectue à une température correspondant à un roulage extra-urbain du véhicule (350 à 500 C en amont du filtre à particules). Cette réaction fait fortement chuter la pression aux bornes du filtre à particules, sans qu'une masse de particules soit réellement brûlée. Une telle chute de pression différentielle aux bornes du filtre entraîne une imprécision de l'estimation du chargement du filtre, ce qui peut entraîner une casse du filtre à particules. En effet, la masse de suies estimée est inférieure à la masse de suies réelle, et lors d'une régénération par combustion du filtre, un emballement de la réaction de combustion peut avoir lieu, et provoquer la casse du filtre à particules.
L'invention a pour but de tenir compte des effets de cette réaction chimique de régénération passive pour éviter un risque de casse du filtre à particules lors de sa régénération par combustion.
Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système d'estimation d'une quantité de particules présentes dans un filtre à particules de véhicule automobile (levant être régénéré périodiquement par combustion, comprenant un capteur de pression pour mesurer la pression différentielle aux bornes du filtre à particules, des moyens pour estimer ou mesurer le débit volumique des gaz en amont du filtre à particules, et une unité de commande électronique. L'unité de commande électronique comprend une cartographie mémorisée de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules en fonction de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules et du débit volumique des gaz en amont du filtre à particules, et des moyens de détection pour détecter une chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé, à partir de valeurs de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules fournies par ledit capteur de pression. L'unité de commande électronique comprend en outre un estimateur adapté, lorsque lesdits moyens de détection détectent une chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules supérieure à ladite valeur prédéterminée de chute de pression durant un intervalle de temps inférieur audit intervalle de temps prédéterminé, pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre à particules à partir de ladite cartographie mémorisée et de valeurs de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules fournies par ledit capteur de pression.
La quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules est alors précise même lorsque se produit la réaction chimique dite de régénération passive. On évite alors ainsi le risque de casse du filtre à particules par emballement de la réaction de combustion de régénération du filtre, due à une sous-estimation de la quantité de particules présente dans le filtre.
Dans un mode réalisation préféré, les moyens de détection sont adaptés pour déterminer un instant de début de ladite chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules, et un instant de fin de ladite chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'estimateur est adapté pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre à particules à partir de ladite cartographie mémorisée et d'une valeur maximale de la quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules avant ledit instant de début.
Dans un mode réalisation préféré, l'estimateur est adapté pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre à particules en sommant ladite valeur maximale et la quantité de particules stockées dans le filtre à particules après ledit instant de fin.
Avantageusement, l'estimateur est adapté pour estimer ladite quantité de particules stockées dans le filtre à particules après ledit instant de fin à partir de ladite cartographie mémorisée.
Par exemple, ladite chute de pression prédéterminée est comprise entre 50 et 500 mbar, et ledit intervalle de temps prédéterminé est compris entre 10 s et 100 s.
Selon un autre aspect de l'Invention, il est également proposé un procédé d'estimation d'une quantité de particules présentes dans un filtre à particules de véhicule automobile devant être régénéré périodiquement par combustion. Dans ce procédé, on utilise une cartographie mémorisée de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules en fonction de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules et du débit volumique des gaz en amont du filtre à particules. On détecte une chute de différence de pression aux bornes du filtre à particules supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé, à partir de valeurs de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules. En outre, on estime, lorsqu'une chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules supérieure à ladite valeur prédéterminée de chute de pression durant un intervalle de temps inférieur audit intervalle de temps prédéterminé est détectée, la quantité de particules présentes dans le filtre à particules à partir de ladite cartographie mémorisée et de valeurs de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on détermine un instant de début et un instant de fin de ladite chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules.
Avantageusement, on estime la quantité de particules présentes dans le filtre à particules à partir de ladite cartographie mémorisée et d'une valeur maximale de la quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules avant ledit instant de début.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système selon l'invention; la figure 2 illustre une chute de pression différentielle aux bornes du filtre à particules selon l'invention; la figure 3 illustre le fonctionnement de l'invention; Tel qu'il est illustré sur la figure, le moteur à combustion interne 1, représenté schématiquement, comprend une pluralité de chambres de combustion, telles que la chambre de combustion 2 illustrée sur la figure dans la partie haute d'un cylindre 3 à l'intérieur duquel se déplace un piston 4. Une soupape d'admission 5 permet de commander l'admission en ouvrant ou obturant le conduit d'admission 6, en communication avec la chambre de combustion 2. Une soupape d'échappement 7 permet, quant à elle, d'obturer ou d'ouvrir le passage des gaz d'échappement en provenance de la chambre de combustion 2 dans le conduit d'échappement 8.
L'air frais à la pression atmosphérique, dont le flux est symbolisé par la flèche 9, pénètre dans une conduite 10. La pression de l'air est augmentée par un compresseur 11 monté dans la conduite 10. Le compresseur est monté sur un arbre 12 commun à une turbine 13, ici à géométrie variable, montée dans le conduit d'échappement 8. Les gaz d'échappement traversant la turbine 13 entraînent ainsi le compresseur 11, de façon à augmenter la pression de l'air admis dans la chambre de combustion 2 par le conduit d'admission 6.
Dans l'exemple illustré, le moteur comprend en outre un système de réinjection partielle des gaz d'échappement à l'admission. A cet effet, une conduite de dérivation 14 est piquée sur la conduite d'échappement 8 en amont de la turbine 13. Une vanne de régulation 15, dite vanne EGR , commande la quantité de gaz d'échappement qui peut ainsi être réinjectée par une conduite 16 dans le conduit d'admission 6 après avoir été convenablement mélangés dans une chambre de mélange 17. Un volet d'orientation réglable 18 est en outre monté dans la conduite d'admission d'air comprimé 10 en aval du compresseur 11 et en amont de la chambre de mélange 17.
La ligne d'échappement 19 relie la sortie de la turbine 13 à l'atmosphère, la sortie des gaz d'échappement étant référencée 20.
Dans la ligne d'échappement 19, se trouvent montés un dispositif catalyseur 21 directement en aval de la turbine 13, et un filtre à particules 22 en aval du dispositif catalytique 21. Le filtre à particules 22 est de type classique et comporte des moyens, par exemple électrostatiques, pour piéger les particules provenant du moteur 1 et véhiculées par les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement 19. Un silencieux 23 est monté en aval du filtre à particules 22 afin de limiter les bruits de l'échappement.
Une unité électronique de commande 24 assure le fonctionnement du moteur 1 et reçoit à cet effet un certain nombre d'informations sur le fonctionnement du moteur 1. Différents capteurs, non représentés sur la figure, sont placés dans les conduites et leurs signaux sont amenés sur l'unité électronique de commande 24.
L'unité électronique de commande 24 peut commander notamment la position de la vanne EGR 15 par une connexion 25, et la position du volet mobile 18 par une connexion 26. L'unité électronique de commande pilote également les injecteurs de carburant 27 par une connexion 28.
Pour l'estimation de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules 22, le dispositif comprend un capteur de pression différentielle 29 capable de mesurer la différence de pression, ou pression différentielle, Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 et un module d'estimation 30 du débit volumique Q,,,, des gaz en amont du filtre à particules 22 à partir de données disponibles au niveau de l'unité électronique de commande 24. Ces données peuvent, par exemple, comprendre le débit d'alimentation en air frais du moteur, le débit recyclé par la vanne EGR, et des données de fonctionnement du moteur. Le capteur de pression 29 est relié à l'unité de commande électronique 24 par une connexion 31.
Dans une variante de réalisation, le module d'estimation 30 du débit volumique Q,,o, des gaz en amont du filtre à particules 22 peut être remplacé par un débitmètre disposé en amont du filtre à particules 22, un capteur de température, et un capteur de pression.
L'unité de commande électronique 24 comprenant un estimateur 32 de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules 22, comprend également une cartographie mémorisée 33 de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules 22 en fonction de la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 et du débit volumique Q,o, des gaz en amont du filtre à particules 22.
L'unité de commande électronique 24 comprend en outre un module de détection 34 permettant de détecter une chute de pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé, à partir de valeurs de la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 fournies par ledit capteur de pression 29. La chute de pression prédéterminée est, par exemple, comprise entre 50 et 500 mbar, et l'intervalle de temps prédéterminé est compris entre 10 s et 100 s.
L'estimateur 32 estime la quantité de particules présentes dans le filtre à particules à partir de la cartographie mémorisée 33 et de valeurs de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules 22 fournies par le capteur de pression 29.
La figure 2 illustre une chute de pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé. On a, dans cet exemple, une chute de la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22, d'une valeur p, à une valeur p2, inférieure à p,, de la pression différentielle Pdiff. On a ici la différence p,-p2 qui est supérieure à la chute de pression prédéterminée. En outre L'instant de début td et l'instant de fin tf de chute de la pression différentielle Pdiff sont tels que l'intervalle de temps séparant les instants de début td et de fin tf est inférieur à l'intervalle prédéterminé. L'instant t2 est l'instant le plus proche de l'instant de début td tel qu'entre t2 et td on a un régime transitoire avec une faible variation de la pression différentielle PdiffÉ L'instant t, est l'instant le plus proche de l'instant de fin tf tel qu'entre tf et t, on a un régime transitoire avec une faible variation de la pression différentielle Pdiff. Le temps t représente l'intervalle de temps de fonctionnement du moteur 1 séparant l'instant considéré de l'instant de fin de la dernière régénération par combustion du filtre à particules 22.
Le fonctionnement de l'estimateur est illustré par la figure 3, suite à une chute de pression différentielle telle que représentée sur la figure 2.
Sur la figure 3 sont représentés des courbes m,, m2, m3, m,, et m5 de quantités (masses) de particules présentes dans le filtre en fonction de la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules et du débit volumique Quo, des gaz en amont du filtre à particules. On a sur cet exemple: ml < m2 < m3 < m4 < m5. Chacune de ces courbes est associée à un instant respectif t,, t2, t3, t4 et t5, car à deux instants distincts de fonctionnement du moteur 1, le filtre à particules 22 comprend deux quantités distinctes de particules.
Le module de détection 34 est capable de déterminer un instant de début:d et un instant de fin tf d'une telle chute de pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22.
L'estimateur 32 a mémorisé la valeur maximale MA de la quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules 22 avant ledit instant de début td, soit à l'instant t2, et les valeurs p, de la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 et Q, du débit volumique Quo, des gaz en amont du filtre à particules 22 correspondantes. La valeur maximale MA de la quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules 22 est déduite à partir de la cartographie mémorisée 33 et des valeurs pi de la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules 22 et Q, du débit volumique Q,,,, des gaz en amont du filtre à particules 22.
L'estimateur 32 mémorise également la quantité de particules MB présentes dans le filtre à particules 22 à l'instant t,, et les valeurs P2 de la pression différentielle Pdjff aux bornes du filtre à particules 22 et Q2 du débit volumique Quo, des gaz en amont du filtre à particules 22.
L'estimateur 32 estime alors la quantité de particules présentes dans le filtre à particules 22 en additionnant la valeur maximale MA avant ledit instant de début td et la quantité de particules stockées dans le filtre à particules 22 après l'instant de fin tf. La quantité stockée dans le filtre à particules 22 après l'instant de fin tf correspond à l'augmentation estimée de la quantité de particules depuis la valeur minimale MB de la quantité de particules après l'instant de fin tf. En d'autres termes, La quantité stockée dans le filtre à particules 22 après l'instant de fin tf est la différence entre la quantité de particules estimée à l'instant t et la quantité MB. Ces valeurs minimale MB et maximale MA correspondent à des valeurs d'états stabilisés en dehors de la période transitoire de chute de pression différentielle aux bornes du filtre 22.
Sur cet exemple, on a MA=m2 et MB=m cependant en général on calcule la quantité ou masse correspondante de particules en effectuant une interpolation de courbes m; de la cartographie mémorisée 33.
L'invention permet d'estimer précisément la quantité de particules présentes dans un filtre à particules à partir de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules, en tenant compte de la réaction chimique de régénération passive pouvant se dérouler lors de roulages extra urbains, et de commander une régénération par combustion du filtre en évitant une casse du filtre.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Système d'estimation d'une quantité de particules présentes dans un filtre à particules (22) de véhicule automobile devant être régénéré périodiquement par combustion, comprenant un capteur de pression différentielle (29) pour mesurer la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22), des moyens (30) pour estimer ou mesurer le débit volumique (Q,01) des gaz en amont du filtre une cartographie mémorisée (33) de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) en fonction de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) et du débit volumique (Q,o, ) des gaz en amont du filtre à particules (22) ; des moyens de détection (34) pour détecter une chute de différence pression aux bornes du filtre à particules (22) supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé, à partir de valeurs de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) fournies par ledit capteur de pression (29) ; et un estimateur (32) adapté, lorsque lesdits moyens de détection (34) détectent une chute de pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) supérieure à ladite valeur prédéterminée de chute de pression durant un intervalle de temps inférieur audit intervalle de temps prédéterminé, pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) à partir de ladite cartographie mémorisée (33) et de valeurs de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) fournies par ledit capteur de pression (29).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection (34) sont adaptés pour déterminer un instant de début (td) de ladite chute de pression différentielle (Pdiff) aux bornes à particules (22), et une unité de commande électronique (24), caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (24) comprend: du filtre à particules (22), et un instant de fin (tf) de ladite chute de pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que, l'estimateur (32) est adapté pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) à partir de ladite cartographie mémorisée (33) et d'une valeur maximale (MA) de la quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules (22) avant ledit instant de début (td).
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'estimateur (32) est adapté pour estimer la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) en sommant ladite valeur maximale (MA) et la quantité de particules stockées dans le filtre à particules (22) après ledit instant de fin (tf).
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'estimateur (32) est adapté pour estimer ladite quantité de particules stockées dans le filtre à particules (22) après ledit instant de fin (tf) à partir de ladite cartographie mémorisée (33).
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite chute de pression prédéterminée est comprise entre 50 et 500 mbar, et ledit intervalle de temps prédéterminé est compris entre 10 s et 100 s.
7. Procédé d'estimation d'une quantité de particules présentes dans un filtre à particules (22) de véhicule automobile devant être régénéré périodiquement par combustion, caractérisé en ce que: on utilise une cartographie mémorisée (33) de la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) en fonction de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) et du débit volumique (Q dl) des gaz en amont du filtre à particules (22) ; on détecte une chute de différence pression (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) supérieure à une chute de pression prédéterminée durant un intervalle de temps inférieur à un intervalle de temps prédéterminé, à partir de valeurs de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) ; et 1:3 on estime, lorsqu'une chute de pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22) supérieure à ladite valeur prédéterminée de chute de pression durant un intervalle de temps inférieur audit intervalle de temps prédéterminé est détectée, la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) à partir de ladite cartographie mémorisée (33) et de valeurs de la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (22).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on détermine un instant de début (td) et un instant de fin (tf) de ladite chute de pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on estime la quantité de particules présentes dans le filtre à particules (22) à partir de ladite cartographie mémorisée et d'une valeur maximale (MA) de la quantité estimée de particules présentes dans le filtre à particules (22) avant ledit instant de début (td).
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