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1 N 29 MARS 2015 LES Vers une banque nationale d échantillons des milieux aquatiques continentaux? Un séminaire organisé par les partenaires de l Observatoire de recherche sur la qualité de l environnement du grand Sud-Ouest européen (Orque Sudoe) et. Les 4 et 5 novembre derniers, quelques-uns des meilleurs experts mondiaux des banques d échantillons environnementaux étaient réunis à Pau : deux journées d échanges qui ont mis en lumière l intérêt de ce type d outils pour répondre à des enjeux de gestion des pollutions et de conservation de la biodiversité. De quoi initier la réflexion autour d une possible échantillothèque made in France pour les milieux aquatiques continentaux. Entre 1996 et 2006, la concentration en HBCDD, un retardateur de flamme, a doublé en moyenne tous les deux ans dans les tissus des lions de mer à San Francisco ce qui retrace la dispersion locale de ce contaminant émergent et confirme sa capacité de bioaccumulation. Sur la côte Est du Japon, la chair des moules ne contenait pas de césium-137 avant mars 2011 ce qui permet d attribuer sans équivoque à l accident nucléaire de Fukushima les concentrations relevées depuis lors dans ces mollusques. Dans la rivière Mulde, en Allemagne, la concentration en mercure dans la chair musculaire des brèmes communes a été divisée par quatre entre 1993 et 2009 ce qui documente la diminution de l exposition environnementale à ce polluant après fermeture d une source industrielle. Ces trois exemples illustrent les bénéfices de l exploitation de banques d échantillons environnementaux (BEE), où sont conditionnés et archivés des prélèvements (sédiments, végétaux, poissons ) issus d un échantillonnage in situ standardisé et pérenne 1. Portées au niveau national en Allemagne, aux États-Unis ou au Japon, ces «échantillothèques» y constituent depuis plusieurs décennies un puissant outil pour la recherche, la surveillance des milieux sur le long terme P. D Andra et l orientation des politiques environnementales en matière de contrôle des émissions polluantes. En France, où ce type d approche ne suscite encore qu un intérêt limité des pouvoirs publics, la communauté scientifique affiche pourtant 1 Il existe aussi des banques d échantillons «opportunistes», alimentées par exemple par des biopsies sur des cétacés échoués. 01

2 LES N 29 MARS 2015 des réalisations probantes de la banque d échantillons de bivalves marins alimentée depuis 1979 par l Ifremer aux milliers d échantillons de poissons bancarisés dans le cadre du plan national d actions sur les PCB et de sa déclinaison au niveau du bassin Rhône-Méditerranée. Comment assurer la pérennité de ces initiatives et favoriser leur mise en réseau à l échelle nationale? Dans quelle mesure la France peut-elle se doter d une nouvelle structure dédiée aux milieux aquatiques continentaux? Avec quels objectifs, quels choix techniques, quel fonctionnement économique? Pour amorcer la réflexion sur ces questions, les partenaires scientifiques du projet Orque- Sudoe 2 et l Onema ont organisé, les 4 et 5 novembre derniers à Pau, deux journées d échanges et de débats associant chercheurs et certains acteurs institutionnels œuvrant dans le domaine de l eau. Après une première journée dédiée au partage d expériences internationales, le colloque s est poursuivi par une série de tables rondes visant à identifier les enjeux et les opportunités dans le contexte français. Figure 1 : Exemple d exploitation de la banque d échantillons allemande : étude rétrospective de la concentration en méthyl-triclosan dans la chair de brèmes, entre 1996 et 2008, pour quatre stations situées sur le Rhin (Source : Institut Fraunhofer). En Allemagne, déjà 30 années en banque Considérée comme une référence au niveau mondial, la banque d échantillons environnementaux allemande (GESB) organise l archivage chaque année depuis le milieu des années 1980 d un panel d échantillons prélevés dans les milieux d eau douce, marins, forestiers et terrestres, à partir d un réseau de sites répartis dans tout le pays. Pour les eaux continentales de surface, l effort se concentre essentiellement sur 16 stations en grandes rivières (Rhin, Danube, Elbe, Sarre) et porte essentiellement sur deux espèces largement distribuées, sédentaires et reconnues pour leur capacité à accumuler les contaminants : la brème commune (Figure 1) et la moule zébrée. Deux sites lacustres viennent compléter ce dispositif. Des procédures opératoires standards (modalités d échantillonnage, de préparation, de conditionnement, 2 Le projet d Observatoire de recherche sur la qualité de l environnement du grand Sud-Ouest européen coordonne l effort et les compétences d une dizaine de partenaires (Université de Pau et des Pays de l Adour comme porteur du projet) pour mettre en place des outils innovants pour suivre l évolution de la qualité des milieux marins littoraux sur le long terme. d archivage et d exploitation), détaillées lors du séminaire (Heinz Rüdel, Institut Fraunhofer), sont formalisées dans des guides méthodologiques régulièrement mis à jour. Les tissus biologiques sont réduits en poudre fine homogène par broyage cryogénique, répartis en souséchantillons de 10 g (soit 200 unités pour une brème de 2 kg) et conservés dans l azote liquide à C. En trois décennies, la banque a notamment collecté plus de spécimens de brème, générant échantillons. Placée sous la responsabilité de l Agence fédérale allemande pour l environnement et du ministère de l écologie, la plate-forme est hébergée par l institut Fraunhofer à Schmallenberg ; elle y dispose d un volume de stockage de plus de 80 m 3, soit une soixantaine de réservoirs cryogéniques. Sa maintenance et son fonctionnement mobilisent en continu une équipe de techniciens spécialisés. L ensemble des résultats d analyses des polluants dans les échantillons, effectuées en temps réel (pour les substances suivies en routine, comme le mercure et l hexachlorobenzène) ou a posteriori (pour des contaminants émergents ou dans le cadre d investigations environnementales ciblées), est 02 facilement accessible au public via le site de la GESB : Les possibilités d exploitation des données sont multiples, pour la recherche, la surveillance de la qualité des milieux ou en appui à la réglementation sur les substances dangereuses. Un aperçu en a été donné lors du séminaire (Jan Koschorreck, Agence fédérale allemande pour l environnement) : analyse spatio-temporelle de l exposition de la faune sauvage aux polluants ; suivi d efficacité des actions de gestion ; appui à la détermination de seuils sanitaires pour la consommation humaine ; comparaison des profils de bio-accumulation des substances d une espèce à l autre ou d un organe/tissu à un autre pour optimiser les stratégies de surveillance des substances prioritaires DCE dans le poisson Un exemple d exploitation a posteriori des données a été détaillé lors du séminaire (Nicolas Estrade, Université de Colombie- Britannique, CNRS) : une analyse isotopique du mercure dans la chair musculaire des brèmes de la GESB a permis d interpréter les évolutions des concentrations de ce contaminant entre 1993 et 2009 dans l Elbe et dans deux de ces affluents (rivières Saale et Mulde), et d en retracer les sources principales. Cet examen livre

3 des enseignements précieux sur les processus de formation et de dégradation de la forme bio-accumulable du mercure (le méthylmercure, MeHg), et permet d anticiper les trajectoires temporelles de ce contaminant dans l hydrosystème après élimination des rejets directs. Au Japon, la Time Capsule comme outil d investigation post-fukushima Autre réalisation emblématique, l Environmental Time Capsule japonais est le fruit d une maturation initiée par le Centre national d études environnementales dès 1979, avec la construction du premier pilote de banque d échantillons dans l archipel. Elle s appuie depuis 2004 sur une installation de pointe basée dans la région de Tokyo, où sont centralisés des milliers d échantillons de particules atmosphériques, de sédiments, de poissons, et surtout de moules prélevées de manière systématique sur tout le pourtour du littoral nippon. La banque comprend également des échantillons d ADN d espèces protégées (oiseaux, mammifères, poissons, algues). Comme en Allemagne, cette «machine à remonter le temps» repose sur l archivage à long terme d échantillons, dans des cuves remplies d azote liquide. Deux salles de congélation à - 60 C sont également utilisées. Cette plate-forme s appuie en outre sur un ensemble d équipements de pointe pour l analyse chimique des échantillons. Plusieurs exemples d utilisation de la banque ont été présentés (Akinori Takeushi, NIES) lors du séminaire, notamment pour l étude de la distribution spatio-temporelle, dans la chair des mollusques bivalves, de contaminants émergents comme l acide perfluoro-octane sulfonique (PFOS) ou de contaminants «historiques» comme le DDT. L illustration la plus marquante reste cependant l analyse rétrospective d échantillons de moules, réalisée à la suite de l accident nucléaire de la centrale de Fukushima survenu en mars 2011 : l absence de césium-137 et de strontium-90 dans les organismes prélevés sur les côtes japonaises avant cette date a permis d attribuer l intégralité des concentrations observées en radio-contaminants aux conséquences des fuites du réacteur nucléaire provoquées par le séisme. L analyse a également mis en évidence la très forte augmentation de la présence de HAP dans les milieux côtiers à cette même période, composés émis par la combustion accidentelle de produits pétroliers. Ainsi la Time capsule japonaise s est-elle avérée un outil précieux pour la quantification des dommages portés à l environnement par cet événement, et pour la gestion de leurs conséquences écologiques et sanitaires. L archive américaine : au service des administrations fédérales Intervenant en visio-conférence depuis les États-Unis, le Pr. Paul Becker (National Institute of Standards and Technology) a poursuivi ce tour d horizon international par une présentation de la e Environmental Specimen Bank (MESB). Implantée depuis 2002 à Charleston (Caroline du Sud), celle-ci met ses moyens humains et ses équipements au service de différentes agences gouvernementales, depuis le US Fish and Wildlife Service jusqu au ministère de la Défense ou à la FDA (Food and Drugs Administration). À la faveur de différents programmes de recherche thématiques impulsés par ces administrations, la MESB regroupe aujourd hui des prélèvements issus de plus de spécimens, soit échantillons, dont 68 % de mammifères marins et 24 % d oiseaux de mer, ainsi que des mollusques, sédiments, coraux et poissons. Très axée sur la biologie, elle contribue notamment, via deux programmes dédiés à l archivage de tissus des mammifères marins d Alaska et des oiseaux de mer, au programme international de surveillance et d évaluation de l Arctique (AMAP). Plus largement, elle alimente de nombreux projets de recherche en écologie ou en écotoxico logie, et constitue une ressource de premier plan pour la gestion des ressources aquatiques et la préservation de la biodiversité. Le cas français : des synergies à trouver Ailleurs dans le monde, un nombre croissant de pays développe ce type d instrument. En Europe (Tableau 1), 03 Catherine Galy, Andra : Une structure pensée pour le long terme Pour l écothèque de l Andra, mise en service l an dernier à Bure (Meuse), les études de dimensionnement ont été lancées dès 2008 avec nos partenaires scientifiques (Inra, Ademe, Université de Lorraine ). Une fois fixés les objectifs d échantillonnage, l enjeu était de doter la structure d une capacité d accueil suffisante pour 20 années de bancarisation par exemple, nous estimons remplir en moyenne chaque année 3 % de l espace de stockage sec. À plus long terme, un emplacement est prévu pour doubler la capacité de stockage. Pour la mise en place de l installation, nous avons largement bénéficié de l expérience de l institut Fraunhofer et de l Inra d Orléans. Cette mise en réseau des expertises est essentielle, alors que la communauté française des banques d échantillons environnementaux reste assez peu structurée. En ce sens, l atelier de Pau a été une précieuse occasion d échanger. Ce sera aussi le cas lors de la prochaine conférence internationale, organisée à Nancy les 30 juin et 1 er juillet le Royaume-Uni (échantillonnage des poissons de la Tamise et de rivières de l est de l Angleterre) ou la Norvège disposent déjà d une banque d échantillons opérationnelle. D autres projets d envergure nationale ou régionale sont annoncés. Au Pays Basque espagnol, un partenariat scientifique développe (I. Marigomez, Orque-Sudoe) la Banque d échantillons environnementaux du Golfe de Gascogne (BBEBB), conçue comme un appui à la mise en œuvre sur le littoral gascon des réglementations européennes DCSMM, DCE Elle possède déjà une unité de stockage sec pour la conservation d échantillons d ADN, de coquilles de mollusques et d otolithes de poissons. Elle dispose également de congélateurs à - 40 C et de grande contenance et d une première capacité de stockage cryogénique. De l autre côté des Pyrénées, à Pau, un projet Equipex (Olivier Donard, CNRS-Orque-Sudoe) se concrétisera en

4 2015 par la construction d un nouveau bâtiment accueillant des équipements du même type et une plate-forme analytique de haut niveau, qui travaillera en synergie avec la BBEBB. Un autre projet d envergure a récemment vu le jour en 2014 sous la conduite de l Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs) : sur le site pressenti pour accueillir le stockage de déchets radioactifs (Projet Cigéo) à Bure, un périmètre de 900 km 2 est dévolu à un Observatoire pérenne de l environnement (OPE), où est réalisée une surveillance à long terme des écosystèmes locaux. Ce projet transdisciplinaire associe une large palette d outils (C. Galy, Andra) : station atmosphérique, stations de suivi de la qualité des eaux, site expérimental forestier, site expérimental agricole L OPE inclut également une banque d échantillons environnementaux sols, végétaux, animaux, produits alimentaires locaux dans une double perspective alliant recherche et conservation de la mémoire de l environnement (principalement la chimiodiversité). Baptisée «écothèque», cette installation de pointe est opérationnelle depuis quelques mois. Elle a bénéficié à sa conception de l expertise de plusieurs organismes : institut de Fraunhofer, NIST/IRD, Inra d Orléans et UPPA Pau. Les premières stratégies d échantillonnage ont été définies et la bancarisation des échantillons a débuté en L écothèque, outil intégré à l OPE, est localisé au Centre de Meuse/Haute-Marne de l Andra dans un bâtiment dédié, doté notamment de 280 m 2 de surface pour le stockage en sec (échantillons de sols) et de 470 m 2 pour le stockage cryogénique. Ce dimensionnement lui permettra d accueillir l ensemble des échantillons attendus pendant 20 ans et, potentiellement, de mettre à disposition une partie de ses capacités d accueil pour d autres projets. Mais pour l heure, l exemple le plus abouti de banque d échantillons environnementaux en France reste la «mytilothèque» alimentée depuis 1979 par l Ifremer dans le cadre du ROCCH (Réseau d observation de la contamination chimique du littoral qui en 2008 a pris la suite du Réseau national d observation, RNO, qui existait depuis 1974). Cette collection de plus de échantillons de moules et d huîtres, issues de prélèvements annuels sur un réseau pérenne de 80 stations sur le pourtour français de la Manche, de l Atlantique et de la Méditerranée, est aujourd hui conservée à Nantes dans une salle de stockage sec (lyophilisats). Tableau 1 : Principales banques d échantillons environnementaux en activité en Europe (adapté de Koschorreck et al. 2011, Conférence for European Environmental Specimen Banks). Pays Ville Année de mise en place Couverture spatiale Référence/ Pollué Température de stockage Écosystème concerné Type Suède Stockholm 1964 Pays entier R - 25 C Danemark Aarhus 2000 Groenland R - 21 C Îles Féroé Tórshavn 1998 Pays entier R - 25 C Finlande Paljakka/ Helsinki 1994 Pays entier R et P T ambiante Norvège Oslo 2005 Pays entier R et P - 25 C Allemagne Schmallenberg/ Munich 1985 Pays entier R et P Phoques, poissons, moules, œufs d oiseaux, sédiments Mammifères, oiseaux, vers de terre, mousses, boues Phoques, ours, poissons, oiseaux Oiseaux Cétacés, phoques, poissons Phoques Mammifères, herbe, sol Mousses, lichens, graines, écorce et aiguilles de pin Phoques, ours, poissons, moules, œufs d oiseaux, sédiments Mammifères, oiseaux, mousses, boues Plantes, animaux, sédiments et échantillons humains (sang, cheveux) France Nantes 1976 Littoral français T ambiante Moules, huîtres France Pau 2004 Gironde, Landes, Huîtres, bivalves, anguilles, sédiments Pyrénées Aiguilles de pin, feuilles, lichens, sols et matières en suspension France Bure 2009 Bure R T ambiante Feuilles et écorce d arbre, sols, oiseaux, vers de terre, produits alimentaires Royaume-Uni Wallingford/ 2007 Tamise Lancaster Royaume-Uni Cardiff 1992 Angleterre R et P Loutres et Pays de Galles Pologne Varsovie projet Pays entier Plusieurs spécimens représentatifs de chaque écosystème Portugal Braga/Aveiro 2000 Côte R et P Tissus animaux méditerranéenne Espagne Pontevedra 1990 R et P Tissus animaux Espagne Pentzia- Bizkaia 2007 Baie de Biscaye R et P - 40 C Italie Padoue 2002 Côte méditerranéenne Italie Gênes 1994 Antarctique R - 25 C, bivalves, anguilles Vers de terre R et P Tissus animaux Eau de mer, glace de mer, MES, sédiments, poissons, mollusques, éponges Eau, algues macroscopiques, sédiments Neige, sol, mousses, particules atmosphériques 04

5 LES N 29 MARS 2015 Plusieurs exemples probants de son utilité ont été donnés (J-F. Chiffoleau, Ifremer) lors du séminaire. Elle a notamment permis de retrouver des états de référence avant des pollutions accidentelles (comme le naufrage du pétrolier Erika fin 1999, dont la contribution aux teneurs en nickel et en vanadium observées dans Estuaire de la Gironde Milieux aquatiques continentaux : tout reste à faire Cet état des lieux français, bien que non exhaustif 3, met en évidence la valeur mais aussi la relative dispersion des banques d échantillons, opérationnelles ou en devenir, à l échelle nationale. Il souligne la nécessité de pérenniser les ressources existantes et d œuvrer à une meilleure mise en réseau, pour faciliter l accès aux échantillons et leur exploitation. En creux, il souligne enfin l absence actuelle de toute structure de ce type pour les milieux aquatiques continentaux. Ainsi, les échantillons de poissons collectés de 2008 à 2010 dans le cadre du plan national d actions sur les PCB (voir les n 18) sont actuellement stockés sous forme de lyophilisats par l ADIV 4 à la faveur d une convention avec l Onema qui arrive à échéance début Au-delà de la sauvegarde à court terme de ces prélèvements, se pose donc la question de l opportunité, au niveau national, du développement d une banque d échantillons pour les milieux d eau douce (O. Perceval, Onema). Outre les moules a pu être retracée) ; ou de suivre les effets de décisions politiques comme l arrêt en 1986 de l extraction de cadmium dans le bassin de la Gironde, qui s est traduite par une forte réduction de la présence de ce métal dans les mollusques de l estuaire de la Gironde (voir Figure 2) Figure 2 : Exemple de résultats de la mytilothèque. Suivi de la concentration (µg par gramme de poids sec) en cadmium dans la chair des moules de la baie de Marennes-Oléron (en bleu) et de l estuaire de la Gironde (Source : Ifremer). le plan PCB, une demi-douzaine de programmes et d études ont conduit depuis 2008 à des prélèvements dans les milieux aquatiques sur un réseau étendu de sites : cet ensemble pourrait constituer le socle initial d une future banque nationale d échantillons des milieux aquatiques. La pertinence d un tel outil se trouve en outre renforcée par certaines évolutions actuelles de la DCE, qui introduit notamment une surveillance en routine dans le biote pour le prochain cycle de gestion, ainsi que par la création annoncée de l Agence française pour la biodiversité, pour laquelle une échantillothèque serait un véritable atout. Quelles options techniques? Les présentations plénières du séminaire et les tables rondes qui ont suivi ont permis d identifier un certain nombre de points communs entre les principales banques opérationnelles au plan mondial, et d esquisser in fine les contours d un tel outil dans le cadre français, en termes d objectifs et de choix techniques. Ces banques d échantillons, conçues comme des outils nationaux au Baie de Marennes-Oléron service de l intérêt général, ont d abord en commun d avoir été bâties sous l impulsion des pouvoirs publics. Elles sont pour la plupart adossées à des programmes pérennes de surveillance de la qualité des milieux, qui incluent des prélèvements additionnels pour alimenter l échantillothèque sur une base régulière. En France, il serait ainsi naturel d appuyer cet échantillonnage sur l effort de surveillance en routine d une partie des stations du Réseau de contrôle et de surveillance de la DCE le nombre de stations de prélèvement devant bien sûr résulter d un compromis économique. Les espèces échantillonnées (poissons, mollusques, invertébrés) doivent vérifier un certain nombre de critères : être répandues (et le rester à long terme) sur l ensemble des sites de prélèvement, posséder des propriétés de bio-accumulation bien documentées. Le dimensionnement des échantillons et souséchantillons est donc un autre point déterminant dans une perspective d exploitation à long terme. Pour mémoire, dans la banque allemande, chaque spécimen de poisson (des brèmes de 2 kg en moyenne) permet de constituer environ 200 d échantillons de 10 g chacun pour une date donnée. Au Japon, les échantillons composites de moules de 150 g chacun sont répartis en quatre ou cinq tubes. Il apparaît ainsi indispensable de doter la banque, dès l origine, d une politique d utilisation pour prioriser l accès des différents «usagers» de la banque aux échantillons. F. LAMAND Onema La moule zébrée (Dreissena polymorpha) est un mollusque bivalve d eau douce largement utilisé dans le cadre des banques d échantillons environnementaux pour le suivi à long terme des contaminants chimiques. 3 Certaines structures créées récemment au niveau français ne sont pas répertoriées ; c est le cas notamment des «écothèques» associées aux dispositifs d observation et d expérimentation sur le long terme pour la recherche en environnement (SOERE) labélisés par AllEnvi. 4 Institut technique agro-industriel des filières viandes. 05

6 O. Perceval Onema Andra Cryogénisation ou congélation à - 20 C de tissus biologiques lyophilisés, deux options techniques pour la conservation d échantillons sur le long terme. Enfin, le choix des modes de conservation conditionne étroitement l usage qui pourra être fait des échantillons, notamment les types de paramètres qui pourront être mesurés, et le maintien dans le temps de leur intégrité. La conservation d échantillons lyophilisés à température ambiante (utilisée par l Ifremer pour la mytilothèque) est l option la moins coûteuse, mais restreint les possibilités de rétro-analyse. La surgélation à assure une conservation des échantillons sans dégradation des composés chimiques pour une décennie. Les options de cryogénie en phase gazeuse (- 150 C à C) ou en phase liquide (- 196 C), mises en œuvre notamment par les banques allemande et japonaise, exigent un investissement initial et des coûts de fonctionnement significatifs mais présentent des avantages incomparables : ils permettent un blocage très rapide des processus de dégradation et garantissent l intégrité des échantillons pendant plusieurs décennies. Par ailleurs, ce mode de conservation permet d avoir accès à certaines réponses biologiques mesurées à partir de ces échantillons (par ex. des biomarqueurs), permettant de poser un diagnostic sur l état de santé des organismes en réponse à une exposition à un ou plusieurs polluants. En cas d interruption de l alimentation électrique, l inertie thermique des réservoirs d azote liquide présente en outre l intérêt de maintenir l intégrité des échantillons pendant plus de dix jours. Ces éléments ne constituent bien sûr qu un point de départ pour la réflexion, au niveau national, sur l opportunité de développer une banque d échantillons des milieux aquatiques continentaux, qui ne sont pas couverts par les structures existantes. La structuration de ce chantier appelée de ses vœux par le ministère chargé de l écologie, s inscrit dans le cadre du prochain plan micropolluants 2, dans la continuité des recommandations émises à l issue de la mission d évaluation du plan d action sur les polychlorobiphényles. Également, entre temps, des actions de démonstration de l intérêt de ces outils ont été évoquées par le biais de projets collaboratifs autour de la mise en œuvre pratique de ces structures ou pour la réalisation d études d impacts à l échelle mondiale de certains polluants globaux (mercure). 06 Organisation du séminaire Projet Orque-Sudoe/Université de Pau et des Pays de l Adour : Olivier Donard (directeur de l Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l environnement et les matériaux) et Christelle Bonnemason-Carrere (coordinatrice du projet Orque-Sudoe) Onema : Olivier Perceval (chargé de mission «écotoxicologie», direction de l action scientifique et technique) Les Directrice de publication : Elisabeth Dupont Kerlan Coordination : Véronique Barre (direction de l action scientifique et technique) et Claire Roussel (délégation à l information et la communication) Rédaction : Laurent Basilico et Olivier Perceval Secrétariat de rédaction : Béatrice Gentil, délégation à l information et la communication Maquette : Eclats Graphiques Réalisation : Impression : IME by Estimprim Impression sur papier issu de forêts gérées durablement : Onema : 5 Square Félix Nadar Vincennes Disponible sur :

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