Un émetteur infrarouge et son récepteur

Figure 1.

Il existe de nombreux schémas d’émetteurs et de récepteurs à rayons infrarouges. Celui qui en a réalisé quelques-uns a immédiatement constaté que la portée ne dépassait que rarement 2 mètres. En outre, si un éclairage est allumé, il n’est pratiquement plus possible de capter un signal, parce que la diode réceptrice est saturée. Nous vous proposons, dans cet article, un système de transmission audio par infrarouge, simple, performant et, ce qui ne gâte rien, économique !

Comme vous le savez, un casque à rayons infrarouges sert essentiellement pour écouter, sans déranger le voisinage direct, le son de la radio ou de la télévision.
Une fois la fiche de l’émetteur infrarouge reliée à la prise casque de la radio ou du téléviseur, il est possible d’écouter n’importe quel programme, tout en restant confortablement installé dans son fauteuil, sans gêner ceux qui jouent ou qui lisent.
Comme la transmission est assurée par un rayon de lumière invisible, la photodiode réceptrice doit, si possible, être orientée vers les diodes émettrices. Il faut également que la puissance soit suffisante pour que la diode réceptrice ne soit pas aveuglée par la moindre source lumineuse.
Pour réaliser un émetteur et un récepteur à rayons infrarouges au fonctionnement satisfaisant, il faut avoir recours à des circuits un peu plus techniquement sophistiqués que ceux que l’on rencontre d’habitude, comme celui que nous vous proposons maintenant. Si vous avez déjà réalisé un tel montage, comparez son schéma à celui des figures 2 et 6 et vous noterez sans peine la différence !
Précisons immédiatement, que la portée de ces rayons invisibles est d’environ 6 mètres. Néanmoins, pour l’augmenter, il suffirait de placer des lentilles optiques devant les diodes. Avec ces rayons infrarouges, vous pourrez aussi réaliser des expérimentations intéressantes, par exemple, en les faisant se réfléchir sur des pièces métalliques mobiles, sur des miroirs, etc.
Il est bien entendu, que si l’on place une main devant les diodes émettrices ou devant la diode réceptrice, le rayon infrarouge est interrompu.

L’étage émetteur

Figure 2 : Schéma électrique de l’étage émetteur. La diode DL1 indique que l’émetteur est alimenté, la diode DL2 indique que le signal BF dépasse le niveau maximum permis. Les diodes émettrices DTX1, DTX2 et DTX3 à infrarouge sont celles reliées au collecteur du transistor TR1.

Figure 3: Comme c’est un signal mono qu’il faut appliquer aux deux broches internes du jack relié à l’entrée de l’émetteur, il est nécessaire de souder deux résistances de 1 000 ohms 1/8 de watt.

Figure 4 : De la broche 3 du circuit intégré IC3 sort un signal carré avec un rapport cyclique de 90 %. Lorsque le signal carré passe sur le niveau logique "0", le collecteur du transistor TR1 pilote les diodes émettrices à l’infrarouge avec un rapport cyclique de 10 %.

Figure 5: Photo du prototype de l’étage émetteur. En bas, vous pouvez voir les trois diodes émettrices à l’infrarouge.

Pour réaliser un étage émetteur convenable modulé en FM, il suffit de deux circuits intégrés, un transistor et trois diodes infrarouges (voir figure 2).
Le signal à appliquer sur la prise d’entrée BF est prélevé sur la prise casque d’une radio ou d’un téléviseur, par l’intermédiaire d’un jack.
Comme le signal que nous transmettons est du type monophonique, nous devons relier deux résistances de 1 000 ohms de 1/8 de watt aux deux contacts internes de la prise jack comme cela est représenté sur la figure 3.
Le signal BF passant à travers le condensateur C8 de 1 microfarad, rejoint le trimmer R3 qui sert à doser l’amplitude du signal BF à appliquer sur l’entrée non-inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC2/B, utilisé comme préamplificateur et égaliseur de préaccentuation.
Le signal amplifié est ensuite appliqué, sur la broche 5 de IC3, un NE555, par l’intermédiaire de la résistance R14 et du condensateur C14.
Le NE555 est utilisé pour moduler en fréquence le signal carré que nous recueillons sur la broche de sortie 3.
En manoeuvrant le trimmer R12 de 10 kilohms placé sur la broche 7, nous pouvons faire varier la fréquence de la porteuse, d’un minimum de 180 kHz, jusqu’à un maximum de 200 kHz, afin de pouvoir facilement la syntoniser sur la fréquence sur laquelle se trouve calé le récepteur.
Le secret de cet émetteur, se trouve entièrement sur le circuit intégré IC3, lequel nous permet, non seulement de modifier la fréquence de syntonisation et de moduler la porteuse générée en FM, mais aussi de fournir sur la broche 3, un signal carré avec un rapport cyclique de 90 % (voir figure 4).
Ce dernier nous sert à piloter le transistor TR1, utilisé comme générateur de courant constant, pour alimenter les trois diodes émettrices infrarouges connectées en série sur le collecteur.
Lorsque le signal carré reste pour un temps de 90 % au niveau logique "1", le transistor TR1, qui est un PNP, ne conduit pas. Par contre, lorsque le signal commute sur le niveau logique “0” pour une durée de 10 %, le transistor devient conducteur et permet d’alimenter les trois diodes infrarouges.
Dans ce circuit, l’amplificateur opérationnel IC2-A est utilisé pour contrôler que le signal BF utilisé pour moduler le circuit intégré IC3 ne dépasse le niveau maximum consenti, afin d’éviter toute distorsion.
Si, en cours de modulation, vous notez que la diode DL2 s’illumine, vous devez tourner le curseur du trimmer R3, ou bien baisser le volume du téléviseur, jusqu’à son extinction.
Cet émetteur à rayons infrarouges est alimenté avec une tension stabilisée de 12 volts, que nous prélevons de l’étage d’alimentation composé du transformateur T1, du pont redresseur RS1 et du circuit intégré stabilisateur IC1.

L’étage récepteur

Figure 6 : Schéma électrique de l’étage récepteur. Pour capter et démoduler le signal FM accordé sur la fréquence de 180 à 200 kHz, nous utilisons le circuit intégré NE615 (voir figure 7).

Figure 7 : Schéma synoptique du circuit intégré NE615. L’étage mélangeur et l’étage oscillateur de ce circuit intégré ne sont pas utilisés dans cette application.

Figure 8 : Schéma d’implantation des composants de l’étage émetteur. Lorsque vous replierez en "L" les pattes des diodes émettrices à infrarouge pour pouvoir les insérer en bas, sur le circuit imprimé, vous devez faire en sorte que la patte la plus longue "A" soit placée à gauche. De même, lorsque vous placerez le transistor ZTX753 (voir TR1) sur le circuit imprimé, vous devez contrôler que la partie plate de son corps est bien orientée vers C5. Le brochage de ce transistor, reproduit à droite, est vu de dessous.

Figure 9 : Les brochages des circuits intégrés TL082 et NE555 sont vus de dessus, en orientant vers la gauche leur repère de positionnement en U.

Figure 10: Photo du prototype de l’étage émetteur monté dans son boîtier. Comme vous pouvez le voir, l’interrupteur de mise en service S1 est fixé sur le panneau arrière.

Figure 11: Photo du prototype de l’étage récepteur monté dans son boîtier. Il faut pratiquer les perçages pour la diode DRX et pour la diode DL1, la prise casque et une découpe pour le bouton du potentiomètre.

Figure 12 : Schéma d’implantation des composants de l’étage récepteur.

Note : Le montage terminé mais avec seulement le récepteur allumé, vous devez entendre un souffle assez fort dans le casque. Si vous n’entendez rien, vous devez dessouder l’inductance JAF1 et la ressouder dans l’autre sens afin d’inverser le sens de son enroulement interne.
Dans la photo du bas, vous pouvez voir comment se présente le récepteur une fois le montage achevé.


Figure 13 : Photo du prototype de la platine récepteur.
Remarquez le plan de masse sous les inductances.


Figure 14 : Avant de fixer la photodiode réceptrice sur le circuit imprimé, vous devez déterminer quelle est la patte "A" et la patte "K".

Figure 15: Le montage de l’émetteur et du récepteur étant terminé, vous pouvez faire d’intéressantes expérimentations sur la propagation des rayons infrarouge.
Précisons que la portée maximale de ces rayons dépasse difficilement une distance de 6 mètres.


Figure 16 : Brochages du circuit intégré NE5532 vu de dessus et des deux transistors BC547 et BC328 vus de dessous.

Figure 17 : Les deux broches qui sortent du corps du potentiomètre R14 sont celles de l’interrupteur S1.

Si nous avons un émetteur en mesure de générer un rayon infrarouge syntonisé sur 180-200 kHz modulé en FM, nous avons besoins également d’un récepteur capable de capter cette fréquence et ensuite de la démoduler de manière à prélever sur sa sortie, un signal BF exempt de distorsions.
Pour capter ce signal, nous utilisons une diode réceptrice sensible à l’infrarouge, type BPW34, qu’il est possible de remplacer avec un modèle ayant des caractéristiques similaires. Comme cela apparaît sur la figure 6, cette diode est connectée entre le collecteur et la masse du transistor PNP, référencé TR1.
Le transistor TR1, câblé dans cette configuration, n’amplifie aucun signal, mais s’occupe d’une fonction beaucoup plus utile, car il évite que la photodiode réceptrice DRX ne soit saturée, dans le cas où elle serait frappée par une lumière intense.
Le signal modulé, capté par cette photodiode, passe à travers le condensateur C3, rejoint la base du transistor TR2 qui procède à son amplification.
Sur le collecteur de ce transistor, nous trouvons un circuit LC (voir CA et JAF1), syntonisé sur la fréquence de 200 kHz environ, ce qui permet de rendre l’entrée très sélective.
Ainsi, par la broche d’entrée 18 du circuit intégré IC1, n’entre que la seule fréquence de 200 kHz.
Pour calculer la fréquence d’accord de ce filtre, il est possible d’utiliser la formule suivante :


kHz = 159 000 : √(picofarads x microhenry)

En consultant la liste des composants, on peut noter que la JAF1 a une valeur de 220 microhenrys et que le condensateur C4 a une valeur de 3 300 picofarads.
En plaçant dans la formule ci-dessus les valeurs de C4 et de JAF1, ce circuit se syntonisera sur la fréquence de :

159000: √(3300 x 220) = 186,60 kHz

Considérant la tolérance du condensateur C4 et de l’inductance JAF1, ce circuit s’accordera sur 180-200 kHz, mais il ne faut pas se préoccuper de cela, parce que nous pouvons corriger cette tolérance en tournant le trimmer R12 de l’émetteur.
Occupons-nous à présent du circuit intégré IC1, qui est, en fait, un récepteur FM complet référencé NE615, fabriqué par la société Philips (voir schéma synoptique figure 7).
Nous n’utilisons pas le premier mélangeur, ni l’oscillateur de ce circuit (voir broches 1, 2, 3, 4 et 20).
Par contre, nous utilisons l’étage amplificateur MF et son démodulateur FM.
Comme nous l’avons déjà signalé, la fréquence de 200 kHz environ, prélevée du collecteur du transistor TR2, est envoyée sur la broche 18 de IC1 pour être amplifié.
Le signal amplifié qui sort de la broche 16 passe au travers d’un filtre passebande, accordé sur 200 kHz, composé des inductances JAF2 et JAF3 et des condensateurs C12, C13 et C14. Après quoi, il est envoyé sur la broche 14 pour être démodulé.
De la broche de sortie 9 nous prélevons notre signal BF, que nous appliquons, à travers la résistance R11, à la base du transistor TR3.
Le signal que nous prélevons sur son émetteur, avant d’être appliqué sur le potentiomètre de volume R14, subit un filtrage à travers la résistance R13 et le condensateur C25.
Comme ce signal n’est pas en mesure de piloter une charge basse impédance comme celle d’un casque, nous l’amplifions avec un étage final en pont, mettant en oeuvre un circuit intégré NE5532, qui présente l’avantage de consommer un courant dérisoire.
Comme nous pouvons le voir sur le schéma de la figure 6, les deux écouteurs du casque, sont directement connectés aux sorties de IC2-A et de IC2-B.
Les deux écouteurs d’un casque stéréo doivent êtres connectés en série et, pour ce faire, il suffit de ne pas relier à la masse la partie métallique arrière du jack.
Dans la réalisation pratique, nous avons déjà prévu de ne pas relier à la masse le corps du connecteur femelle.
De cette façon, les deux
écouteurs se retrouveront connectés
en série.
Ce récepteur est alimenté avec une classique pile de 9 volts.
La tension d’alimentation du circuit intégré IC1 ne devant jamais dépasser 8 volts, nous avons prévu d’abaisser les 9 volts de la pile d’environ 1,3 volt, en connectant en série deux diodes au silicium (voir DS1 et DS2).
Simple et efficace !

Réalisation de l’étage émetteur
Tous les composants de l’étage émetteur sont montés sur le circuit imprimé comme indiqué sur le schéma de câblage de la figure 8.
Les premiers composants à mettre en place, sont les deux supports des circuits intégrés IC2 et IC3 en veillant à leur orientation.
Soudez toutes les résistances et, près de IC2, le trimmer R3 de 50 kilohms, qui se reconnaît par le chiffre 503 marqué sur son corps.
Près de IC3, insérez le trimmer R12 de 10 kilohms, qui se reconnaît par son marquage 103.
Après ces composants, vous pouvez insérer toutes les diodes, en orientant leur bague, comme cela est clairement représenté sur le dessin de la figure 8.
Poursuivez le montage par la mise en place des deux condensateurs céramiques, puis des 7 condensateurs polyesters et enfin des 6 condensateurs électrolytiques en respectant la polarité de leurs pattes + et –.
A ce point, prenez le transistor TR1 et contrôlez quel côté de son corps a les angles légèrement arrondis (voir figure 8), parce que ce côté doit obligatoirement être tourné vers les diodes émettrices.
Le circuit intégré stabilisateur IC1 est placé entre les deux condensateurs électrolytiques C1 et C4, en orientant la partie métallique de son boîtier vers le transformateur T1.
Sur la gauche de C1, insérez le pont redresseur RS1 en respectant la polarité des deux pattes + et –.
En dernier, montez le transformateur T1 et, de chaque côté, les borniers à 2 plots.
Utilisez le bornier de gauche pour raccorder le fil venant du secteur 220 volts et le bornier de droite pour relier les deux fils qui partent de l’interrupteur de mise en service S1.
Insérez le circuit intégré TL082 dans le suppor t IC2 et le circuit intégré NE555 dans le support IC3 en orientant leur repère-détrompeur en forme de U comme cela est indiqué sur le schéma pratique de câblage de la figure 8.
Pour compléter le montage, il faut insérer les diodes émettrices DTX1, DTX2 et DTX3 sur le circuit imprimé en repliant leurs deux pattes en "L".
Durant l’accomplissement de cette opération, vérifiez que la patte la plus courte de ces diodes, en l’occurrence la cathode "K", soit bien dirigée vers
la droite. Si vous vous trompez, l’émetteur ne fonctionnera pas.
Cette règle s’applique également aux deux diodes DL1 et DL2, pour lesquelles vous devez respecter la polarité de leurs deux pattes "A" et "K".
Lorsque vous connecterez le câble blindé aux broches du jack, n’oubliez pas de monter les deux résistances de 1000 ohms 1/8 de watt comme cela est représenté sur la figure 3.
Le circuit imprimé est ensuite placé à l’intérieur du coffret en plastique, après avoir fixé les deux collerettes chromées, destinées à recevoir les deux diodes DL1 et DL2, sur le panneau avant et l’inverseur S1 sur le panneau arrière.
N’insérez pas la fiche secteur dans une prise 220 volts sans avoir au préalable vérifié consciencieusement votre travail et avoir fixé le circuit imprimé à l’intérieur du coffret.
En effet, les pistes de cuivre situées près du transformateur T1 sont parcourues par les 220 volts du secteur et, si par mégarde, vous veniez à les toucher, vous pourriez recevoir une décharge électrique dangereuse.

Réalisation de l’étage récepteur
Tous les composants de l’étage récepteur sont montés sur le circuit imprimé comme indiqué sur le schéma de câblage de la figure 12.
Comme pour le circuit émetteur, les deux premiers composants à mettre en place, sont les deux supports pour les circuits intégrés IC1 et IC2.
Vous pouvez poursuivre par la mise en place de toutes les résistances et du potentiomètre R14, du corps duquel sortent les deux contacts de l’interrupteur S1, comme vous pouvez le voir à la figure 17.
Ces deux opérations étant terminées, insérez les deux diodes DS1 et DS2, en orientant leur bague vers la gauche.
Placez la prise pour le casque, les condensateurs céramique, les polyesters et les électrolytiques en respectant, pour ces derniers, la polarité de leurs pattes.
Parvenus à ce point, prenez l’inductance JAF1, sur le corps de laquelle est marqué le chiffre "1K", et insérez-la près du transistor TR2.
Insérez ensuite les deux inductances JAF2 et JAF3, sur le corps desquelles est marqué le chiffre "3,3K", et insérez- les près du circuit intégré IC1.
Montez alors la quatrième inductance JAF4, marquée "470", sur la droite du circuit intégré IC1 (voir figure 12).
Avant de mettre en place les transistors dans leur position requise, contrôlez bien la référence marquée sur leur corps.
Placez le BC328 qui est un PNP en haut sur le côté droit du circuit imprimé (voir TR1), en orientant vers le bas la partie plate de son corps.
Le transistor BC547, qui est un NPN, est placé en haut sur le côté gauche du circuit imprimé (voir TR2), en orientant la partie plate de son corps vers le haut.
Même le dernier transistor, qui est également un BC547, est monté à proximité du potentiomètre R14, en orientant vers la gauche la partie plate de son corps.
A présent, il faut souder la photodiode réceptrice DRX, surélevée sur deux petits morceaux de fils rigides en veillant à ne pas intervertir la cathode "K" et l’anode "A" (voir figure 14).
La diode DL1, qui indique si le récepteur est allumé ou éteint, est mise en place après avoir replié en "L" ses deux pattes, tout en contrôlant que la plus longue, celle de l’anode "A", soit orientée vers la prise de sor tie du casque.
Pour compléter le montage, placez le bouton sur le potentiomètre et connecter les deux fils de la prise destinée à recevoir la pile.
Mettez en place les deux circuits intégrés IC1 et IC2 dans leur support respectif, en respectant le sens de leur repère-détrompeur, comme cela est représenté sur le schéma d’implantation de la figure 12.

Liste des composants TX
R1 = 820 Ω
R2 = 12 kΩ
R3 = 50 kΩ trimmer
R4 = 22 kΩ
R5 = 820 Ω
R6 = 100 kΩ
R7 = 22 kΩ
R8 = 4,7 kΩ
R9 = 68 kΩ
R10 = 1 kΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 10 kΩ trimmer
R13 = 1 kΩ
R14 = 4,7 kΩ
R15 = 15 kΩ
R16 = 2,2 kΩ
R17 = 1,5 Ω
R18 = 1,5 Ω
C1 = 470 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 μF électrolytique
C5 = 100 μF électrolytique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 10 μF électrolytique
C8 = 1 μF polyester
C9 = 2,2 μF électrolytique
C10 = 1 nF polyester
C11 = 68 pF céramique
C12 = 180 pF céramique
C13 = 100 nF polyester
C14 = 10 μF électrolytique
C15 = 1 nF polyester
RS1 = Pont redresseur 100 V 1 A
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4150
DS3 = Diode 1N4150
DL1 = Diode LED
DL2 = Diode LED
DTX1-3 = Diode infrarouge TX CQX89
TR1 = Transistor PNP ZTX753
IC1 = Intégré L7808
IC2 = Intégré TL082
IC3 = Intégré NE555
T1 = Transfo. 3 watts (T003.02) sec. 0-8-12 V 0,2 A
S1 = Interrupteur

Liste des composants RX
R1 = 1,2 kΩ
R2 = 100 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 12 kΩ
R5 = 220 Ω
R6 = 680 Ω
R7 = 100 kΩ
R8 = 100 kΩ
R9 = 100 kΩ
R10 = 3,3 kΩ
R11 = 4,7 kΩ
R12 = 1 kΩ
R13 = 15 kΩ
R14 = 47 kΩ pot. log.
R15 = 10 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 100 kΩ
R18 = 4,7 kΩ
R19 = 22 kΩ
R20 = 22 kΩ
R21 = 22 kΩ
R22 = 4,7 kΩ
R23 = 10 Ω
R24 = 10 Ω
C1 = 47 μF électrolytique
C2 = 220 pF céramique
C3 = 470 pF céramique
C4 = 3,3 nF céramique
C5 = 10 nF céramique
C6 = 10 μF électrolytique
C7 = 10 nF céramique
C8 = 10 nF céramique
C9 = 47 μF électrolytique
C10 = 100 nF céramique
C11 = 100 nF céramique
C12 = 220 pF céramique
C13 = 820 pF céramique
C14 = 220 pF céramique
C15 = 100 nF céramique
C16 = 100 nF céramique
C17 = 100 pF céramique
C18 = 47 pF céramique
C19 = 10 nF céramique
C20 = 820 pF céramique
C21 = 820 pF céramique
C22 = 100 μF électrolytique
C23 = 100 nF polyester
C24 = 100 nF polyester
C25 = 2,2 nF polyester
C26 = 1 μF polyester
C27 = 1 μF polyester
C28 = 100 nF polyester
C29 = 10 μF électrolytique
C30 = 10 μF électrolytique
C31 = 10 μF électrolytique
JAF1 = Self 220 μH
JAF2 = Self 3,3 mH
JAF3 = Self 3,3 mH
JAF4 = Self 470 μH
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4150
DL1 = Diode LED
DRX = Diode infrarouge RX BPW34
TR1 = Transistor PNP BC327 ou BC328
TR2 = Transistor NPN BC547
TR3 = Transistor NPN BC547
IC1 = Intégré NE615
IC2 = Intégré NE5532
S1 = Interrupteur sur R14

Le réglage
Pour que le signal émis puisse être reçu, il faut nécessairement accorder la fréquence de l’émetteur avec celle du récepteur. Comme nous l’avons déjà dit, elle peut être comprise entre un minimum de 180 kHz et un maximum de 200 kHz.
Pour effectuer ce réglage, nous vous conseillons de procéder de la façon suivante :
Reliez le jack de l’émetteur à la prise de sortie casque du récepteur radio ou du téléviseur. Réglez le volume de cet appareil sur une valeur moyenne, puis tournez le trimmer R3 de l’émetteur, jusqu’à ce que la diode LED DL2 s’allume.
Cette condition étant obtenue, baissez légèrement le volume jusqu’à ce qu’elle s’éteigne.
Prenez le récepteur à infrarouge et placez-le à environ 1 mètre de distance de l’émetteur, en orientant les diodes émettrices vers la diode réceptrice.
Maintenant, tournez lentement le curseur du trimmer R12 de l’émetteur, jusqu’à ce que vous entendiez le signal émis dans le casque.
Pour syntoniser avec une plus grande précision la fréquence émise par l’émetteur, éloignez-vous de 3 ou 4 mètres, puis retouchez le curseur du trimmer R12.
La portée maximale que vous parviendrez à atteindre se situe aux alentours des 6 mètres. Lorsque vous dépassez cette distance, vous vous en rendrez compte immédiatement, car le signal audio, en plus de s’atténuer, sera accompagné d’un léger bruit.
Si vous ne parvenez pas à capter de signal, vous pouvez avoir commis l’erreur de ne pas avoir orienté vers la droite toutes les pattes courtes des diodes émettrices ou bien d’avoir connecté à droite au lieu de la gauche la patte "A" de la diode réceptrice BPW34.

7 commentaires:

  1. Merci pour cette page très complète. Elle va bcp m'aider dans la réalisation d'un projet électronique pour mon école. Les L7808, TL082 et NE555 existent-ils sur le logiciel LTSpice?

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  2. oui je crois que les L7808, TL082 et autres sont disponibles..... dans ton cul!

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  3. La popup de pub google est insupportable, elle masque le contenu et impossible de la refermer ou de la masquer !!

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  4. Bonjour, es que vous pouvez m'indiquer un magasin où je pourrai acheter un pareil émetteur et merci.

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  5. Ce commentaire a été supprimé par l'auteur.

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