Gourmandise énergétique des transports : de la marche à l’avion
Sans énergie exploitable par l’homme, pas d’industries, pas de services, pas de chauffage, pas de logements, pas de transports, moins de nourriture, etc. Sans énergie rien n’est possible, car elle est à la base de tout processus de transformation.
La consommation d’énergie ne cesse de croître à l’échelle mondiale, grâce aux énergies fossiles encore abondantes à l’échelle planétaire et qui restent relativement bon marché malgré les envolées épisodiques des prix.
Alors dans un monde où l’énergie est omniprésente, nécessaire à tous nos gestes quotidiens, n’’est-il pas intéressant d’avoir en tête quelques repères ou ordres de grandeur sur la consommation individuelle d’énergie en fonction de l’utilisation qu’on en fait.
Je propose dans cette petite étude de fournir quelques points de repères sur la gourmandise énergétique de nos principaux modes de transports (marche, vélo, bus, voiture, train, avion).
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Tout d’abord un rappel sur quelques équivalences énergétiques
- 1 kilowatt-heure (KWh) ou 1000 watts-heure (Wh) = énergie consommée par un appareil d’une puissance de 1000 watts fonctionnant pendant 1 heure. Equivalent également à 3 600 000 Joules (1000*3600 secondes).
- 1 litre essence équivaut à 9 KWh ou 9000 Wh (environ ! tout dépend de la qualité du produit)
- 1 litre d’oxygène consommé par une personne permet de fournir à l’organisme une énergie de 21 kilojoules (21000 Joules) environ (tout dépend du substrat énergétique consommé : lipides ou glucides). Le rendement musculaire est de l’ordre de 20 à 25%. Avec un litre d’oxygène consommé par minute, l’organisme fournit au mieux une puissance utile de 87 Watts (Une ampoule électrique !). Un sportif de haut niveau peut consommer 5 litres d’oxygène à la minute en mode aérobie.
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Voyons maintenant les consommations des principaux modes de transports. Pour harmoniser les résultats, j’utiliserai le Watt-heure (Wh), et la consommation sera rapportée au KM parcouru et par passager. Comme la plupart des résultats tourneront autour de quelques dizaines ou centaines de Wh, il est assez facile de se les représenter en imaginant votre ancienne ampoule de 100 Watts qui allumée pendant 1 heure aurait consommé 100 Wh.
- La marche
La marche entraîne une consommation d’oxygène de 3 ml (millilitre) environ par kg, par minute et par Km/heure.
Une personne de 70 Kg consommera donc environ 210 ml d’oxygène par minute et par Km/h.
La puissance développée totale est alors égale : 0,210 * 21000 / 60 = 73,5 Watts par Km/h
La puissance mécanique utile (celle qui du mouvement) avec un rendement de 20% est environ égale à 15 Watts par Km/h
==> Energie dépensée pour 1km parcouru : 73 Wh. On est proche de 1 Wh par Kg de poids
Bien sûr il est inutile d’être trop précis, car de nombreux facteurs interviennent tels que le poids, le rendement musculaire, l’économie de locomotion, etc…
- La course à pied
Le besoin en énergie pour 1 km parcouru n’est pas très différend de la marche. La consommation d’oxygène est plutôt proche de 3,5ml par kg/min/Km/h. Il faut donc compter 15% à 20% de plus que la marche
- Le vélo sur terrain plat
Il est plus difficile en comparaison de la marche de calculer l’énergie dépensée pour un Km parcouru sur terrain plat par un cycliste, car de nombreux facteurs entrent en jeu : le poids du vélo, les pneus (surtout la largeur et la pression), le poids de la personne, l’état de la route, le vent, etc… mais on peut quand même donner des ordres de grandeur.
Les puissances utiles développées en vélo (en aérobie) vont de quelques dizaines de watts à 450 watts pour les cyclistes professionnels (beaucoup moins dans les années 70, 80 !).
Prenons le cas d’une balade où le cycliste développe une puissance utile de 100 Watts. Le rendement musculaire étant de l’ordre de 20 à 25%, la puissance totale développée au niveau de l’organisme sera donc égale à 100*5= 500 watts (si je prends le plus faible rendement). On peut raisonnablement imaginer que le cycliste va parcourir en une heure à cette puissance un minimum de 20km sur le plat.
==> Energie dépensée pour 1 km parcouru = 500/20 = 25 Wh (ordre d’idée)
- La voiture
Prenons une voiture qui consomme en moyenne 6 litres au 100 km.
==> Energie dépensée pour 1km parcouru pour 1 passager : 6*9000/100 = 540 Wh
Le coût énergétique d’une voiture est entre 6 et 10 fois plus élevé que la marche, et plus de 20 fois plus élevé que le vélo.
- Le Bus
Prenons les hypothèses suivantes : consommation au 100km : 40 litres. Nombre moyen de passagers : 20
Encore une fois, inutile de chercher la précision, surtout pour ce moyen de transport !
==> Energie dépensée pour 1km parcouru par passager : 40*9000/20 = 180 Wh
- Le TGV
Il est difficile de donner des chiffres précis pour la consommation des TGV, car il y existe plusieurs générations (TGV Sud-est, TGV Atlantique, …) et donc des puissances motrices et des capacités en voyageurs différentes.
Les motrices du TGV Atlantique encadrant une rame offrent une puissance maximale de 8800 KW. Elles ont une capacité de 500 personnes environ. Prenons un taux d’occupation moyen de 70% (350 personnes).
Pour le TGV Atlantique l’énergie consommée est de l’ordre de 20000 kWh pour 100 km parcouru à 300km/h).
==> Energie dépensée pour 1km parcouru par passager : 20000*1000/350/100 = 57 Wh
On observe un facteur proche de 10 environ avec la voiture en faveur du TGV.
En fait on peut définir une fourchette entre 60 et 100 Wh, selon la configuration du train, des motrices utilisées, et du taux d’occupation.
- L’avion
La consommation par passager se situe autour de 4 litres au 100km. Les avions récents peuvent descendre en dessous de 3,5 litres.
==> Energie dépensée pour 1km parcouru par passager : 4*9000/100 = 360 Wh
L’avion consomme moins que la voiture au KM/passager mais il faudra compter 1000 litres de carburant sur un trajet A/R de 25000 km ! Bien plus que le quota qui nous est accordé pour éviter un réchauffement climatique.
- En bonus : le Rafale
De tous les transports (j’exclus la fusée) le Rafale a toute chance d’avoir le prix d’excellence en consommation énergétique : là encore, inutile de viser la précision. Tout dépend de l’altitude, de la vitesse, et du poids total en charge. Sa consommation peut monter facilement à 4000 litres de carburant à l’heure pour une distance parcourue de plus de 1800 km (il peut voler à Mach 2). Prenons cette hypothèse.
==> Energie dépensée pour 1km parcouru : 4000*9000/1800 = 20000 Wh
(30 à 40 fois plus que notre voiture étudiée plus haut).
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A noter que ces chiffres ne tiennent pas compte de tous les processus amont qui permettent d’aboutir à un produit fini comme l’avion ou le TGV (recherche, fabrication, sites, etc…), ni des processus aval de destruction ou de recyclage des objets en fin de vie, ni des processus d’entretien des appareils et des infrastructures (lignes ferroviaires, gares, aéroports). C’est dire s’il faut prendre énormément de précautions lorsque les médias publient des études comparatives sur les coûts énergétiques de tel ou tel équipement ou modes de transport.
Le transport idéal :
- Si votre parcours est de 1 à 3 km, l’idéal est la marche.
- Si votre parcours est de 3 à 20 km, l’idéal est le vélo (électrique).
- Si votre parcours est de 20 à 100 km, j’hésite … l’idéal est peut-être le train. Mais c’est sûrement la voiture qui aura le dernier mot.
- Si votre parcours est de 100 à 1000 km et si vous êtes seul, l’idéal est le train.
- Si votre parcours est de 10000 km ou plus, l’idéal est de rester chez vous car 10000 km en avion c’est 400 litres de kérosène consommés ! pas bon pour la nature.
- Si vous êtes très pressé, si vous avez beaucoup d’argent, si vous êtes proche d’une base militaire, si vous connaissez un pilote complaisant, si vous vous fichez de la nature, prenez le Rafale (minimum 30000 euros de l’heure !). Mais attention pas question de se rendre en Australie car son périmètre d’action est limité et le confort non assuré !
RESUME
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Transports |
Consommation Wh/km parcouru et par passager |
Equivalent essence au 100 km |
Remarques |
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Marche |
70 à 80 |
0,8 litre |
C’est bon pour la santé ! |
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Course à pied |
80 à 90 |
1 litre |
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Vélo |
20 à 30 |
0,3 litre |
Le champion en économie d’énergie. Son côté pratique ! |
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Bus |
80 à 400 |
1 à 5 litres |
Très variable selon trafic et nombre de passagers |
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Voiture |
350 à 700 |
4 à 8 litres |
Les constructeurs peuvent mieux faire |
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TGV |
60 à 100 |
0,7 à 1,1 litre |
Le train classique consomme moins. |
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Avion |
300 à 400 |
3,3 à 4 litres |
Attention : comme on va loin, on dépense énormément d’énergie ! |
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Rafale |
10000 à 20000 |
Plus de 120 litres |
Tellement gros consommateur qu’il nécessite un ravitailleur en vol |
Voici le graphique qui résume tout
Alain Desert
19 réactions à cet article
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Intéressant.
Il aurait en plus été très informatif d’inclure dans ces calculs l’énergie grise, ainsi que des variantes en fonction du nombre de personnes, mais j’imagine que le temps nécessaire à la rédaction aurait également fortement augmenté.
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Article intéressant, je prends bonne note des diverses consommations.
Dans la comparaison train/voiture/avion il n’y a pas que le bilan énergétique qui compte dans la décision de prendre tel ou tel moyen de transport. Les prix du train sont anormalement élevés.Pour aller à Nice depuis Paris par exemple on peut souvent y aller avantageusement en avion.Pour la cohésion de l’article vous ne devriez pas mélanger les carburants ( essence....) avec l’oxygène (comburant). De plus les uns sont payants et l’autre gratuit.Comparez l’essence, les KWh d’origine électrique, le jetfuel avec les plaquettes de chocolat, les steak frites...-
Il y a effectivement une lecture différente à faire, et je ne sais pas pourquoi l’auteur a mélangé les genres. Ignorance ?
Les véhicules à moteurs consomment également de l’oxygène, et produisent du CO2 mais aussi des nano-particules très nocives. L’auteur le sait-il ?
Il y a un point sur lequel il faut insister : c’est la pollution engendrées par les moteurs diésel. Il faut savoir que plus de la moitié du parc automobile français est diésel alors qu’aux USA et au Japon, il est de l’ordre de 1% ! Que ces différences ahurissantes ont pour conséquence (ou pour objet, c’est selon !), de générer un trafic océanique colossal d’hydro-carbures qui entraîne une pollution non moins colossale, et pour le seul bénéfice des compagnies pétrolières.
Les 15 plus gros porte-conteneurs du monde polluent autant que l’ensemble du parc automobile mondial 30/9/09. Que dire des super-tankers ?
« Le transport maritime est responsable de 18 à 30% de la pollution mondiale par oxyde d’azote et de 9% de la pollution par oxyde de soufre. Les bateaux de transport utilisent un carburant de basse qualité qui contient environ 2000 fois plus de soufre que le diesel utilisé dans les voitures européennes et américaines…une recherche conjointe de l’agence NOAA et de l’Université Boulder du Colorado, selon laquelle la pollution des 90’000 bateaux de commerce à travers le monde (cargos, pétroliers et bateaux de croisière) est responsable de 60 000 morts chaque année, et entraîne des coûts de santé de 330 milliards de dollars. »
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Bonjour,
Effectivement, difficile de comparer le vélo et l’avion. Dans un cas on dépense de l’énergie fossile et dans l’autre cas de la nourriture pour apporter les calories. Je suis bien conscient que les comparaisons ne sont pas aisées. J’ai voulu simplement faire apparaître une hiérarchie dans le besoin énergétiqure quel que soit le ’carburant’ exigé.
Merci pour les ramarques -
Je n’ai pas mélangé carburant et comburant, je me suis servi de la consommation d’oxygène pour les calculs ; le carburant pour le marcheur et le cycliste c’est bien entendu les glucides ou les lipides et un peu de protéines. L’article se veut avant tout pédagogique en faisant abstraction des types d’énergies utilisées, des tarifs, etc...
Merci pour vos remarques -
à JL,
« L’ignorant » c’est toi : « le diesel utilisé dans les voitures » (vue le contexte tu dois sûrement parler de gazole.) Par ailleurs les moteurs de bateaux sont aussi des diesels (sans accent car cela vient du nom de l’inventeur Rudolf Diesel.) -
@ Croa,
Hé oui, je n’en connais pas autant que croa, ce puits de science reconnu par tous ici !
Ceci dit :
1 - j’ai copié collé ça sur un article dont je ne peux remettre le lien, il est aujourd’hui corrompu.
2 - je sais bien que diesel est le nom de l’inventeur du même nom d’un moteur utilisant le gasoil, gazole, fuel, fioul, ... et fonctionnant sur un cycle à quatre temps comme un moteur à essence avec la différence suivante : l’allumage n’est pas électrique mais l’explosion est naturelle et instantanée dès qu’on injecte le carburant dans le piston sous pression, vu que la forte pression qui y règne - 3 fois plus élevée que dans un moteur à essence - a fait monter la température à quelques centaines de degrés. Cette forte pression explique deux choses : un poids plus élevé, un couple plus important, une puissance disponible dès les bas régimes, et donc une plus grande souplesse. Et pas de pannes d’origine électrique.
Les moteurs diesel d’aujourd’hui, bien qu’encore un peu bruyants, sont de petits bijoux de technologie et seraient parfaits s’il existait un filtre efficace, ce qui n’est hélas pas le cas et ne le sera probablement jamais, c’est rédhibitoire.
Plutôt que de taxer le gasoil, il faudrait infliger un malus écologique dissuasif sur les voitures diesel neuves : ceci ne pénaliserait pas les professionnels (tant qu’on n’a pas trouvé d’alternative au diesel) ni les pauvres qui n’ont pas les moyens de changer leur véhicule actuel, et aurait pour effet de diminuer progressivement sur quelques années, le parc diesel.
nb. à l’adresse des libéraux, décidément ma bête noire : oui, il faut taxer les mauvaises pratiques, même si ça défrise les idéologues et les jemenfoutistes.
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« j’ai copié collé ça » : Je te crois !
L’erreur est courante
même de la part de journalistes TV sortis de la cuisse de Jupiter.
(Je taquine vu l’attaque de l’auteur qui ne le méritait pas non plus.)« Les moteurs diesel d’aujourd’hui, bien qu’encore un peu bruyants, sont de petits bijoux de technologie et seraient parfaits s’il existait un filtre efficace, ce qui n’est hélas pas le cas et ne le sera probablement jamais, c’est rédhibitoire. »
Plus simplement il faudrait, pour qu’ils soient plus propres, qu’ils puissent fonctionner à l’essence ce qui est techniquement possible... Mais plus cher et surtout commercialement inopportun ! Lorsque l’essence sera moins chère que le gazole, ce qui se produira en cas d’alignement des TIPP, peut-être que des équipementiers proposeront des systèmes d’injection diesel tous carburants (ça a déjà existé autrefois pour des camions militaires.)
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Un article bien dans l’air du temps, la peur de manquer, nous rend sourds et aveugles et nous fais foncer dans le mur.
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Belle démonstration, très instructive et suffisamment précise pour le commun des mortels.
Une petite précision ! Le rendement d’un moteur à explosion est de 30%.Donc, pour 8L aux cents, la consommation « Kms » est d’à peu prêt 2,4 litres.Soit une production uniquement « chaleur » de 5,6 litres.Conclusion :Les moteurs à explosion, voitures, camions, engins de chantier, cargos etc sont d’excellents chauffages atmosphériques...ou plutôt troposphériques (épaisseur 15 Kms).Mais ne le répété pas.Tout le monde croit que le réchauffement, c’est le CO2 (0,003% de la masse atmosphérique).-
Je me prends au jeu : quelle quantité de pétrole est nécessaire pour augmenter la température du premier km d’atmosphère de 1°C ? On s’intéresse juste aux ordre de grandeur.
Il faut environ 1kJ pour réchauffer 1 m3 d’air, moins quand on monte en altitude. Gardons cette approximation.
Le volume du premier km d’atmosphère est d’environ 450 millions de km3 soit 4,5 x 10^17 m3
Il faudrait donc environ 4,5 x 10^20 J pour réchauffer la basse atmosphère de 1°C.La production annuelle de pétrole est d’environ 30 milliards de barils.
Un baril contient environ 5,8 milliards de joules.
On produit donc environ 1,75 x 10^20 J de pétrole par an.Si l’on s’amusait à brûler tout le pétrole que l’on produit, il suffirait donc d’attendre 2 ans et demi pour réchauffer la basse atmosphère de 1°C.
Je parie 6,022 x 10^23 kopecs que je me suis planté dans les ordres de grandeur, quelqu’un saura-t-il me corriger ?
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Belle démonstration à laquelle je voudrais ajouter deux infos :Cette voiture a un rendement deux fois supérieur aux électriques actuelles : http://www.youtube.com/watch?v=mxvPtKKAOtI 6 kwh pour 240KMH
L’Aérotrain sur coussin d’air de l’ingénieur français Jean Bertin, solidement défendu par Jacques Cheminade, a un rendement proche de 95%, https://www.google.fr/search?q=A%C3%A9rotrain&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:fr:official&client=firefox-a.
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La première info est en effet correcte quoiqu’il faille la relativiser. La seconde est illusoire.
- La technologie représentée par le moteur-roue correspond à l’évolution normale et demain toutes les automobiles seront ainsi et tu as raison d’être pressé car les constructeurs ont tendance à garder leurs réserves d’innovations pour mieux amortir l’existant. Le moteur-roue n’est qu’un moteur synchrone inversé appelé aussi moteur bruchless. Cette technologie est depuis belle lurette dans le domaine public. Ce sont deux évolutions récentes qui la rendent aujourd’hui pertinente, d’abord la qualité actuelle des aimants permanents (autrefois il fallait exciter les moteurs synchrones de puissance) et surtout les progrès de l’électronique de puissance (l’onduleur à frèquences variables, généralement de 0 à 400hz nécessaire au pilotage du moteur.) Pour des raisons de tenue mécanique et de simplicité les petits moteurs synchrones sont généralement inversés (bruchless) mais il en existe des puissants ( en puissances moyennes ils sont déjà populaires chez les aéromodélistes.) Tous les fabricants de moteurs électriques proposent aujourd’hui des moteurs synchrones (normaux ou bruchless) ainsi que leurs électronique de commande. L’ACV, dernière génération du TGV (train à grande vitesse) est justement équipé de moteurs synchrones (normaux.) Le moteur-roue est donc tout simplement un moteur synchrone inversé (de type bruchless.)
Si la voiture de demain n’est pas toute électrique, elle sera au moins diesel-électrique, voire turbo-électrique et entre le moteur principal et les roues ne passeront que des câbles électriques.- Par contre l’Aérotrain de Bertin a été et est toujours une impasse technologique. Ce, d’abord à cause de son moteur (un turbopropulseur) qui consomme énormément. Même les turbotrains sur rails classiques, qui avaient contrairement à ce que tu t’imagines, un moins mauvais rendement, ont été abandonnés par la SNCF !
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« Si votre parcours est de 10000 km ou plus, l’idéal est de rester chez vous »
Et les bateaux à voiles... c’est pour les chiens ?
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Les bateaux à voile de course font aujourd’hui le tour du monde en moins de 80 jours...
On attend vainement les applications pour tout le monde !
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L’électricité est une énergie secondaire. Elle est produite avec une énergie de base.
Il faut convertir l’énergie électrique « voiture » en énergie primaire utilisée.Aujourd’hui, on fait le plein électrique pour quelques euros. Etes vous sûr que ce soit le vrai prix ? L’électricité coûte forcement plus cher que l’énergie primaire utilisée pour la produire...Non ?Dans ma facture ERDF, le rechargement de mon portable est négligeable...Mais, il ne s’agit que d’une batterie de 40 ou 50 grammes !!!Quel prix à payer pour 150 Kgs de batterie à recharger tout les jours ?On ne paie pas des Volts, 220 pour la maison et 12 ou 24 pour la voiture.On paie une puissance en Watts.Pensez aussi que le réservoir (batteries) ne dure que quelques années.Quel prix pour le remplacement ? Si l’une d’elle « faiblit » avant l’heure, quelle incidence sur la conduite ?Bizarrement, personne ne parle de la consommation aux 100 pour les voitures électriques.Pourquoi ? Serait ce une énergie gratuite ?-
Ce serait intéressant de calculer le coût effectivement en tenant compte de tout (fabrication des batteries, recyclage, coût réel du nucléaire, etc...)
La voiture électrique n’est pas une solution, si elle ne pollue pas les villes, elle pollue ailleurs, dans la production d’électricité (déchets nucléaires, polluants divers si centrales thermiques ,,,) -
Merci pour l’article.
> Si votre parcours est de 1 à 3 km, l’idéal est la marche.On peut tout aussi bien prendre son vélo. Ça va encore plus vite et on n’a pas les problèmes de stationnement de la voiture.> Si votre parcours est de 3 à 20 km, l’idéal est le vélo (électrique).La loi impose que le moteur d’un VAE se coupe à 25km/h. Sur du plat et sans vent, le VAE n’a donc pas d’intérêt puisque c’est la vitesse d’un cycliste habitué.> Si votre parcours est de 20 à 100 km, j’hésite … l’idéal est peut-être le train. Mais c’est sûrement la voiture qui aura le dernier mot.Vous oubliez d’autres contraintes : la localisation des gares, le prix, la liberté des horaires, et le problème du trajet gare-lieu final.Si nos dirigeants politiques avaient une formation d’ingénieur et oubliaient enfin l’idéologie court-termiste libérale, ils mettraient le paquet sur les transports non-carbonés (marche, vélo, transports en commun électriques, voiture électrique, auto-partage). De toute façon, la fin du pétole va nous y obliger, mais ça serait plus intelligent d’anticiper afin de garder cet argent chez nous plutôt que de financer des dictatures pétrolières (ami Poutine, bonjour).-
Grossière erreur sur le calcul de l’énergie consommée par le TGV 571 Wh et non 57.1 Wh. Du coup perte totale de crédibilité de cet article... qui « dope » les trains à grande vitesse...
Article paru aussi avec la même erreur sur d’autres média.
Intox ?
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même de la part de journalistes TV sortis de la cuisse de Jupiter.
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