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photon dans la matiere



  1. #1
    vinze

    photon dans la matiere


    ------

    Bonjour a tous,
    Je souhaiterai savoir que deviens un photon ou la lumiere quand elles se propage dans un materiaux transparent:
    -est ce que le photon se propage comme dans le vide mais avec un potentiel electrique different qui explique sont ralentissement (indice de refraction>1),
    -ou bien les ondes electromagnetiques constituant le photon excitent les electrons du materiaux (verre par exemple) et c est cette perturbation electronique qui se propage?

    Quelle experience permet de differencier entre ces deux hypotheses?
    Merci

    -----

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  3. #2
    scientist

    Re : photon dans la matiere

    Puisque le photon se déplace à c dans le vide, dans les matériaux, il choque les atomes du matériaux ce qui va moins vite que sans obstacle.

    Par contre, doit y avoir une légère perte d'énergie, sinon ça colle pas. Par contre pour les déviations, à part dans les formules, je ne sais trop commen on pourrait expliquer ça.

  4. #3
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    C'est une terrible interpretation de la propagation d'ondes electromagnetiques dans les materiaux ! On ne peut pas devier un photon : on l'absorbe et on en reemet un autre.

    La seconde proposition dans la question initiale est bien plus pertinente.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  5. #4
    scientist

    Re : photon dans la matiere

    Pourtant le photon passe (enfin pas tous mais si c'est transparent, bcp y arrive!).

    Les photons choquent les atomes, d'accord là dessus quand même, non?
    ensuite, ils réémettent en retournant à leur niveau d'équilibre, mais est-ce le même photon?
    On peut toujours dire que oui pour être sûr, il faudrait discerner 2 points de 2 autres points? Mais si vous préférez, c'en est un autre. En puis, il existe aussi des photons qui ne touchent pas aux atomes. (enfin c'est statistique).
    Dernière modification par scientist ; 21/09/2004 à 18h00.

  6. #5
    charly

    Re : photon dans la matiere

    Je crois que dans le cas de materiaux relativement homogene ( genre le verre ) avec un indice de refraction precise , un electron captera le photon a un endroit et le relachera a un endroit precis , et deviant la lumiere . Il ne doit pas y avoir de perte d'energie , puisque l'electron exités va monter d'un rang puis redescendre en le rebalancant ! Enfin je crois

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    scientist

    Re : photon dans la matiere

    Si tu laisses une vitre en plein soleil, elle chauffe...

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  10. #7
    isozv

    Re : photon dans la matiere

    Salut

    tu veux un aspect corpusculaire pour des photons hautement énergétiques (type : gamma ou X) ?

  11. #8
    Lambda0

    Re : photon dans la matiere

    En première approche, la théorie électromagnétique permet de comprendre la propagation de la lumière dans la matière en introduisant les champs D et H et les polarisations électrique P et magnétique M : les équations de Maxwell dans la matière couplent les champs E,D,H,B.
    Le passage de l'onde déforme le nuage électronique des atomes, ce qui crée un dipôle qui va rayonner une onde déphasée par rapport à l'onde incidente.
    Les ondes réémise par chaque dipôle interfèrent constructivement dans une direction et l'onde résultante se substitue complètement à l'onde incidente : résultat connu sous le nom de "théorème d'extinction" (Ewald & Oseen).
    Il faut noter que le théorème d'extinction permet également de retrouver la loi de réfraction et décrit donc correctement la propagation aussi bien au niveau des interfaces.
    Le fait que ce champ secondaire soit déphasé par rapport au champ incident est relié à la notion d'indice optique : le dipôle rayonne avec un certain retard, la célérité de la lumière dans la matière est donc inférieure à sa célérité dans le vide.

    Il s'agit bien sûr d'une première explication, linéaire et non quantique. Dès que le champ électrique de l'onde incidente devient important, le rayonnement dipolaire n'est plus proportionnel à l'excitation, et on voit apparaitre des harmoniques qui génèrent toute sorte de phénomènes non linéaires (doublement de fréquence, effet Kerr, etc.). D'autre part, à partir du moment où le champ excite préférentiellement des niveaux d'énergie discrêts, il faut passer à un traitement quantique.

  12. #9
    spi100

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par humanino
    C'est une terrible interpretation de la propagation d'ondes electromagnetiques dans les materiaux ! On ne peut pas devier un photon : on l'absorbe et on en reemet un autre.

    La seconde proposition dans la question initiale est bien plus pertinente.
    Ca dépend des effets :
    Pour l'effet compton on parle bien d'un choc photon-electron. Mais il n'y a pas que compton et effectivement il y a aussi le phénomène d'absorption et réémission de photons par les atomes.
    Les deux cas coexistent.

  13. #10
    Agel

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par vinze
    Bonjour a tous,
    Je souhaiterai savoir que deviens un photon ou la lumiere quand elles se propage dans un materiaux transparent:
    -est ce que le photon se propage comme dans le vide mais avec un potentiel electrique different qui explique sont ralentissement (indice de refraction>1),
    -ou bien les ondes electromagnetiques constituant le photon excitent les electrons du materiaux (verre par exemple) et c est cette perturbation electronique qui se propage?

    Quelle experience permet de differencier entre ces deux hypotheses?
    Merci
    Avertissement:

    Si ta question est destinée à préparer un devoir, ne lis pas ce qui suit, restes dans le classique. Dans le cas contraire, tu l'analyses avec bon sens, intelligence et esprit critique. Ici, ma pensée d'hier est l'analyse que j'en fais aujourd'hui. Mais celle-ci est aussi la prémisse de mes pensées de demain.

    Un photon (ou du moins l'action qu'on nomme comme tel) ne peut exister que dans le vide. En effet, si l'énergie qui est le "produit" d'une onde, interagit avec un des constituants de la matière-ionisante, l'énergie de cette fraction d'onde serra :

    1/ ou biens transformée en chaleur par l'agitation de l'atome ou molécule impliqué dans cette interaction,

    2/ ou, si l'interaction ce produit sur un électron, celui-ci peut être soit:

    1:2/ arraché de la matière créant l'ionisation de celle-ci,
    2:2/ ou et si la matière est conductrice, être arraché de l'atome et créer un courent électrique
    3:2/ mais il peut être absorbé par l'électron qui, en "restituant" l'énergie acquise de l'onde, en crée une nouvelle rigoureusement identique.
    C'est cette onde réfléchie qui permet de voir toutes les choses de l'Univers, sans ces ondes réfléchies, nous serions plongés dans un monde uniformément et perpétuellement noir.

    Donc répondre concrètement à tes deux questions, est plus du domaine de Madame Soleil que de l'état actuel des connaissances scientifiques. Cependant, comme tu le poses dans ta deuxième question, les multitudes d'inters actions des ondes dans le milieu traversé, ici le verre et dont l'indice de réfraction est de 1,5, doivent créer un imbroglio de champ électriques et magnétiques tels, que l'onde peut être ralentie?

    Je doute que, dans l'état actuel des connaissances acquises dan ce domaine, tu puises obtenir des réponses cohérentes à tes deux questions.
    Le savoir c’est bien, le comprendre c’est mieux.

    Agel

  14. #11
    spi100

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Agel
    Avertissement:

    Si ta question est destinée à préparer un devoir, ne lis pas ce qui suit, restes dans le classique. Dans le cas contraire, tu l'analyses avec bon sens, intelligence et esprit critique. Ici, ma pensée d'hier est l'analyse que j'en fais d'aujourd'hui. Mais celle-ci est aussi la prémisse de mes pensées de demain.

    Un photon (ou du moins l'action qu'on nomme comme tel) ne peut exister que dans le vide. En effet, si l'énergie qui est le "produit" d'une onde, interagit avec un des constituants de la matière-ionisante, l'énergie de cette fraction d'onde serra :

    1/ ou biens transformée en chaleur par l'agitation de l'atome ou molécule impliqué dans cette interaction,

    2/ ou, si l'interaction ce produit sur un électron, celui-ci peut être soit:

    1:2/ arraché de la matière créant l'ionisation de celle-ci,
    2:2/ ou et si la matière est conductrice, être arraché de l'atome et créer un courent électrique
    3:2/ mais il peut être absorbé par l'électron qui, en "restituant" l'énergie acquise de l'onde, en crée une nouvelle rigoureusement identique.
    C'est cette onde réfléchie qui permet de voir toutes les choses de l'Univers, sans ces ondes réfléchies, nous serions plongés dans un monde uniformément et perpétuellement noir.

    Donc répondre concrètement à tes deux questions, est plus du domaine de Madame Soleil que de l'état actuel des connaissances scientifiques. Cependant, comme tu le poses dans ta deuxième question, les multitudes d'inters actions des ondes dans le milieu traversé, ici le verre et dont l'indice de réfraction est de 1,5, doivent créer un imbroglio de champ électriques et magnétiques tels, que l'onde peut être ralentie?

    Je doute que, dans l'état actuel des connaissances acquises dan ce domaine, tu puises obtenir des réponses cohérentes à tes deux questions.
    Du domaine de Madame Soleil ou de Monsieur Agel ?

  15. #12
    spi100

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Agel
    Avertissement:


    Un photon (ou du moins l'action qu'on nomme comme tel) ne peut exister que dans le vide. En effet, si l'énergie qui est le "produit" d'une onde, interagit avec un des constituants de la matière-ionisante, l'énergie de cette fraction d'onde serra :
    Et tu sors ça d'où, un photon existe dans le vide et dans la matière. Si tu veux parler d'un un photon localisé, ce serait même plutot dans la matière. Agel, je suis désolé de devoir te dire ça mais tu racontes n'importe quoi.
    Dernière modification par spi100 ; 22/09/2004 à 12h41.

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  17. #13
    Félix

    Re : photon dans la matiere

    Car les vitres alors seraient opaques. L'atmosphère aussi...

  18. #14
    scientist

    Re : photon dans la matiere

    D'accord avec ce qui précède... les photons dans la matière, ça doit bien exister.

    Et encore une question : pourquoi un faisceau lumineux traverse -t-il bien un matériaux en droite (approximative) et non pas en se diffusant par les nombreux chocs avec les atomes (électrons à priori)?

    Et au fait comment 2 points peuvent-ils se rencontrer (photon-électron)? C'est impossible... sauf si c'est pas vraiment des points!

  19. #15
    Félix

    Re : photon dans la matiere

    Sauf que l'électron n'est pas une particule ponctuelle localisée, au sens classique d'une boule de billard "infiniment" petite.

  20. #16
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par spi100
    Ca dépend des effets :
    Pour l'effet compton on parle bien d'un choc photon-electron. Mais il n'y a pas que compton et effectivement il y a aussi le phénomène d'absorption et réémission de photons par les atomes.
    Les deux cas coexistent.
    Je tiens a preciser que meme dans la diffusion Compton, le photon est absorbe et un autre est reemis, alors qu'il n'y a pas de probleme profond a dire qu'un seul electron est implique dans le processus. On ne devie pas un photon.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  21. #17
    Lambda0

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par scientist
    D'accord avec ce qui précède... les photons dans la matière, ça doit bien exister.

    Et encore une question : pourquoi un faisceau lumineux traverse -t-il bien un matériaux en droite (approximative) et non pas en se diffusant par les nombreux chocs avec les atomes (électrons à priori)?

    Et au fait comment 2 points peuvent-ils se rencontrer (photon-électron)? C'est impossible... sauf si c'est pas vraiment des points!
    Déjà expliqué en 8 : les dipoles rayonnent dans tout l'espace mais les champs rayonnés n'interfèrent constructivement que dans la direction du faisceau.
    En toute rigueur, il reste quand même de ce processus un peu de diffusion Rayleigh.

    Si on veut absolument raisonner en photons et parler de choc photon-électron, on décrit la probabilité d'interaction au moyen d'une section efficace de diffusion : l'électron n'est donc pas ponctuel de ce point de vue

  22. #18
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Lambda0
    l'électron n'est donc pas ponctuel de ce point de vue
    L'influence EM de l'electron n'est pas ponctuelle. Le vertex du diagramme de Feynman correspondant est celui d'une particule ponctuelle. Le vertex de la meme interaction pour un proton est parametrise par deux facteurs de forme pour tenir compte de la non-ponctualite de cette particule composite.

    Si une personne sur ce forum arrivait a remettre en question le modele standard, je serais fascine. Si cela devait arriver, on s'attend plutot a le voir dans une revue telle que Physics Review Letter. Vous pouvez toujours faire honneur a FS.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

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  24. #19
    Agel

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par spi100
    Et tu sors ça d'où, un photon existe dans le vide et dans la matière. Si tu veux parler d'un un photon localisé, ce serait même plutot dans la matière. Agel, je suis désolé de devoir te dire ça mais tu racontes n'importe quoi.
    Salut spi100

    Je dis, et je le maintiens, que le photon ne peut exister que dans le vide. Sans quoi, lors de l'interaction il y a transfert de l'énergie portée par celui-ci sur la matière. Donc, le photon transfère son énergie à la matière et disparaît.

    Ceci dit un photon peut, et il le fait, "naviguer" dans le vide inter atomes ou moléculaire. Mais le photon n'est pas une balle de ping-pong qui ricocherait d'un électron à l'autre, sil y a interaction entre un photon et un constituant de la matière, c'est le cas par exemple lors d'une mesure sur ce celui-ci, on mesure alors les conséquences physiques que produit le photon sur les constituants du détecteur, qui lui est, composer de matière-ionique.
    Le savoir c’est bien, le comprendre c’est mieux.

    Agel

  25. #20
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Agel
    Je dis, et je le maintiens, que le photon ne peut exister que dans le vide.
    Que dis-tu des quantas du champ EM dans la matiere ?
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  26. #21
    spi100

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Agel
    Salut spi100

    Je dis, et je le maintiens, que le photon ne peut exister que dans le vide. Sans quoi, lors de l'interaction il y a transfert de l'énergie portée par celui-ci sur la matière. Donc, le photon transfère son énergie à la matière et disparaît.

    Ceci dit un photon peut, et il le fait, "naviguer" dans le vide inter atomes ou moléculaire. Mais le photon n'est pas une balle de ping-pong qui ricocherait d'un électron à l'autre, sil y a interaction entre un photon et un constituant de la matière, c'est le cas par exemple lors d'une mesure sur ce celui-ci, on mesure alors les conséquences physiques que produit le photon sur les constituants du détecteur, qui lui est, composer de matière-ionique.
    Oui, Agel, mais pour un physicien, 'dans la matière' veut dire 'dans un milieu contenant des atomes'. Effectivement, je comprend maintenant - que pour toi - 'dans la matière' veut dire 'dans la particule'. Mais ce n'est pas le sens usuel, et le sens de 'dans la matière' de la question initiale, est bien le sens usuel.

  27. #22
    Agel

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par humanino
    Que dis-tu des quantas du champ EM dans la matiere ?
    Qu'ils sont simplement dans le vide inter atomique de la matière, se qui est le cas général lorsque ceux-ci sont "captés".
    Le savoir c’est bien, le comprendre c’est mieux.

    Agel

  28. #23
    Lambda0

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par humanino
    L'influence EM de l'electron n'est pas ponctuelle. Le vertex du diagramme de Feynman correspondant est celui d'une particule ponctuelle. Le vertex de la meme interaction pour un proton est parametrise par deux facteurs de forme pour tenir compte de la non-ponctualite de cette particule composite.

    Si une personne sur ce forum arrivait a remettre en question le modele standard, je serais fascine. Si cela devait arriver, on s'attend plutot a le voir dans une revue telle que Physics Review Letter. Vous pouvez toujours faire honneur a FS.

    Ai-je dit que l'électron n'était pas ponctuel ?
    J'ai parlé de section efficace d'interaction, mais, pour dissiper tout malentendu, il ne s'agit bien que d'une définition mathématique. Et de toute façon, cette section efficace dépend de la longueur d'onde, et ne peut donc définir une extension à l'électron.

    Le sens de mes explication est qu'il faut déjà avoir une compréhension de la propagation de la lumière par la théorie électromagnétique avant d'aller plus loin, comprendre le contenu du théorème d'extinction et de la formule de Lorentz-Lorenz pour ce qui est de la propagation dans la matière.
    C'est de la physique du 19ème siècle, mais il faut bien commencer par là.

    A+

  29. #24
    spi100

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par humanino
    L'influence EM de l'electron n'est pas ponctuelle. Le vertex du diagramme de Feynman correspondant est celui d'une particule ponctuelle. Le vertex de la meme interaction pour un proton est parametrise par deux facteurs de forme pour tenir compte de la non-ponctualite de cette particule composite.
    Question naïve: les protons et neutrons sont composés de quarks, mais pas les electrons, c'est bien ça ?

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  31. #25
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Lambda0
    Le sens de mes explication est qu'il faut déjà avoir une compréhension de la propagation de la lumière par la théorie électromagnétique avant d'aller plus loin, comprendre le contenu du théorème d'extinction et de la formule de Lorentz-Lorenz pour ce qui est de la propagation dans la matière.
    C'est de la physique du 19ème siècle, mais il faut bien commencer par là.
    Nous sommes absolument d'accord ! Ton message me fait grand plaisir.

    Sur la ponctualite, j'ai reagi a cause d'autres discussions que je trouve deplacees, certaines personnes negligeant les connaissances les plus elementaires et pourtant ont la pretention d'avoir de nouvelles theories remplacant d'autres plus avancees.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  32. #26
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par spi100
    Question naïve: les protons et neutrons sont composés de quarks, mais pas les electrons, c'est bien ça ?
    Tout a fait ! Les quarks forment une famille de hadrons et il y a 6 quarks. Les electrons font partie de l'autre famille : les leptons, qui n'interagissent pas fortement. Il y a aussi dans cette famille le muon et le tau, soit trois leptons charges, et encore trois leptons neutres associes : les neutrinos (dont la masse est au moins tres proche de zero sinon nulle). 6 leptons egalement donc. Troublant ! cela n'est pas explique dans le modele standard. Encore plus troublant, il y a en fait 3 generations de paires (telles up/down et electron/neutrino electronique)...
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  33. #27
    spi100

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par humanino
    Je tiens a preciser que meme dans la diffusion Compton, le photon est absorbe et un autre est reemis, alors qu'il n'y a pas de probleme profond a dire qu'un seul electron est implique dans le processus. On ne devie pas un photon.
    Oui, je suis parfaitement d'accord avec toi. Je préfère de loin le point de vue de la théorie des champs.

  34. #28
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Agel
    Qu'ils sont simplement dans le vide inter atomique de la matière, se qui est le cas général lorsque ceux-ci sont "captés".
    C'est naif. Le champ EM dans la matiere, comme d'autres l'ont deja signale, n'a pas les meme proprietes que dans le vide. Les ondes se propageant dans la matiere n'ont par consequent aucune raison de "porter" les memes quantas. Decrire tous les details des interactions photons/particules materielles n'est pas seulement le mauvais chemin pour obtenir un resultat : c'est probablement inadapte pour decrire la realite du phenomene qui n'est en verite pas si complexe. Il y a une equation d'onde de la propagation dans un materiau de laquelle on peut deduire l'existence de quasi-particule, que l'on a en fait fort a gagner a considerer comme les veritables particules interagissant dans la matiere. De ce point de vue, un photon incident sur une plaque de verre provoque une excitation electromagnetique qui se propage dans la matiere (mais pas le photon) et qui lorsqu'elle atteint l'autre cote de la plaque de verre libere son energie sous la forme d'un autre photon.

    Je doute que, dans l'état actuel des connaissances acquises dan ce domaine, tu puises obtenir des réponses cohérentes à tes deux questions.
    Tu lis le Kittel ou le Ashcroft & Mermin en phy. du solide, et apres on verra si tu continues a parler de ce vaste domaine de cette facon blessante.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  35. #29
    humanino

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par Lambda0
    Déjà expliqué en 8
    Voila : c'est qui, des le post 8, a parfaitement explique le bon point de vue sur la question.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  36. #30
    scientist

    Re : photon dans la matiere

    Citation Envoyé par humanino
    Sur la ponctualite, j'ai reagi a cause d'autres discussions que je trouve deplacees, certaines personnes negligeant les connaissances les plus elementaires et pourtant ont la pretention d'avoir de nouvelles theories remplacant d'autres plus avancees.
    J'ai bien compris.

    Seulement je tiens à dire que je connais ces théories, les connaissances les plus élémentaires. Mais il y a qq chose qui me choque quand j'essaye de comprendre. Je m'explique :

    Un photon est sensé être un point se déplaçant dans le vide en ligne droite et autour de lui, il émet un champ E et B constant avec une pulsation donnée.
    L'électron est sensé être également un point se "déplaçant" (autant que le photon) autour des atomes (quand ils sont dehors, c'est pas notre cas ici). Ca localité autour de l'atome est reproduite par sa probabilité de présence.

    Bon alors admettons que l'on ne considère que la zone de probabilité de l'électron lui-même, le photon a de très nombreuses chances de ne pas passer par cette petite zone. Maintenant si par hasard un photon passe dedans (c'est quand même faisable), la vitesse du photon étant c>vitesse de l'électron (on ne peut pas prendre la zone de probabilité là, sinon, ce serait une probabilité de 1 partout!).
    Donc parmi tous les photons qui passe à proximité, bon nombre devrait aussi s'en échapper. Et puis les photons qui percutent le noyau, on n'en parle pas bcp!

    Si l'on considère maintenant les interactions des champs, pour que le photon soit attiré par l'électron, la probabilité de rencontre est plus grande mais encore faut-il que les champs créent une attraction! ce qui est loin d'être le cas à proximité.

    D'où ma conclusion qui ne te (vous) plaît pas. Je comprends votre réaction mais c'est la seule solution que j'ai trouvé pour que ça colle (donc plus vous me contredisez en m'enrichissant, plus je suis content!).
    Donc pour ceux qui le savent pas encore, j'ai modélisé le photon et l'électron (enfin tous les points de la théories) par un anneau (cercle en fait). Mais ce n'est pas un véritable anneau de matière (ce serait pas logique en plus), c'est on va dire un anneau de taille inférieur à la distance de planck (sinon on l'aurait vu). La rotation de l'anneau (imagé) entraine la vision d'un ou deux points en fonction de l'axe de rotation (le photon ou l'électron aux 2 spins). En tournant (toujours une image, c'est comme pour une densité de manière, c'est dure à représenter), on a l'apparition de champs (comme le grand oméga ou le J en cinétique du solide) : les champs E et B ou E tout seul.

    De ce fait, la probabilité de rencontre entre deux "points" est bien plus grande. MAis comment sont régis les lois pour les objets sous la distance de Planck, j'en sais rien.

    Ensuite, la rencontre entre deux anneaux doit être possible par un cumule des deux. Mais 2 anneaux superposés, c'est comme 1 (sauf en énergie).

    Si vous souhaitez rajouter qq chose, n'hésitez pas. Chaque remarque peut vous débarasser des mauvaises idées.

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