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Louis de Broglie

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Louis de Broglie
Fonctions
Président
Comité national français d'histoire et de philosophie des sciences(d)
-
Président de l'Union internationale d'histoire et de philosophie des sciences et de la technologie
-
Fauteuil 1 de l'Académie française
-
Professeur
Faculté des sciences de Paris
-
Titre de noblesse
Duc
Biographie
Naissance
Décès
Sépulture
Nom dans la langue maternelle
Louis Victor Pierre Raymond, duc de BroglieVoir et modifier les données sur Wikidata
Nom de naissance
Louis Victor Pierre Ramon de BrogliVoir et modifier les données sur Wikidata
Nationalité
Domicile
Formation
Activité
Famille
Père
Mère
Pauline Célestine de La Forest d'Armaillé(d)Voir et modifier les données sur Wikidata
Fratrie
Autres informations
A travaillé pour
Membre de
Conflit
Maître
Directeur de thèse
Distinctions
Prononciation
Blason
Œuvres principales
signature de Louis de Broglie
Signature

LouisVictorde Broglie,prince, puis 8ème ducde Broglie(prononcé en Francede Breuil[dəbʁɔj][1]), né leàDieppeet mort leàLouveciennes[2],est unmathématicienetphysicienfrançais.À seulement 37 ans, il devient lauréat duprix Nobel de physiquede 1929« pour sa découverte de la nature ondulatoire desélectrons»[3],qui a révolutionné la physique en généralisant à toute la matière la dualité onde-corpuscule proposée par Einstein pour la lumière.

Louis de Broglie, fils deVictor de Broglie(1846-1906),5educ de Broglie, et de son épouse, Pauline de La Forest d'Armaillé, est issu de lamaison de Broglie.À ce titre, il compte d'illustres ancêtres tels lestrois maréchaux de Broglie,le banquier et ministre de Louis XVIJacques Neckeret sa filleGermaine de Staël.Comme tous les membres cadets mâles de cette famille, il porte d'abord le titre deprince de Broglieet c'est sous ce titre qu'il sera connu durant la plus grande partie de sa carrière. Ce n'est que le,à la mort sans enfant survivant[note 1]de son frère aîné, le ducMaurice de Broglie,qu'il devient à son tourduc de Broglieà l'âge de 68 ans[4].

Il est licencié ès lettres (en histoire) à 18 ans en 1910[5].Ensuite, il est initié à la physique par son frère aîné, Maurice, à l'époque secrétaire duCongrès Solvayqui réunit les plus éminents physiciens du monde. Louis de Broglie découvre ainsi lesminutesdu congrès de 1911 en avant-première[6].Selon son frère, la lecture de celles-ci provoque« un coup d’état intérieur »et il se destine entièrement à la physique[7].Il passe dès lors une licence de sciences en deux ans en 1913[7].

Il fait son service militaire, en,au régiment des radiotélégraphistes duMont-Valérien;il est affecté durant laPremière Guerre mondialeà l’émetteur de radio de latour Eiffel[8]mis en place parGustave Ferrié;simple sapeur en 1913, il termine la guerre avec le grade d'adjudant.

Dès 1923, dans trois notes à l’Académie des sciences, il posel'hypothèse d'une onde associée aux particules de matièredonnant les bases de la mécanique ondulatoire à l'origine de la physique quantique[9],[10],[11],[12].L'année suivante, à 32 ans, il expose sa théorie dans une thèse de doctorat en physique théorique, soutenue devant un jury comprenantPaul Langevin[13]etJean Perrin[14],[15].Quatre ans plus tard, cette thèse lui vaut d’être nommémaître de conférencesà la faculté des sciences de l’université de Paris(Institut Henri-Poincaré), puis, un an plus tard, de recevoir en1929,à 36 ans, leprix Nobel de physiquepour sa « découverte de la nature ondulatoire de l’électron ».

Auparavant sa thèse avait été confirmée par deux expérimentateurs américains,DavissonetGermer,qui avaient mis en évidence des interférences et diffractions d’électrons par un cristal.

Ses travaux sur les « ondes de matière » établissent la dualité onde-corpuscule, c'est-à-dire que toutes les particules, et pas seulement les photons comme l'avait prouvé Einstein, sont à la fois énergie et masse.

En1933,il obtient la chaire de physique théorique de l’Institut Henri-Poincaré,succédant àLéon Brillouin.En 1934, il édifie une théorie de la lumière, ditethéorie de la fusionouthéorie des particules àspin,qui suppose le photon constitué d'une particule et de son antiparticule[16].

Il enseigne à lafaculté des sciences de Parisjusqu'en 1962, y dirigeant les études et les thèses de nombreux étudiants.

À l'Institut

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Après en avoir été trois fois lauréat, en 1926, 1927 et 1929, il est élu le 29 mai 1933 membre de l’Académie des sciences,dont il deviendra secrétaire perpétuel en 1942, jusqu'à sa démission, le 29 septembre 1975[17].

Louis de Broglie est élu à l’Académie française,en même temps qu'André SiegfriedetLouis Pasteur Vallery-Radot,à l'unanimité des 17 votants, le,deux mois après laLibération de Paris.Du fait de l'Occupation allemande pendant quatre ans, l'Académie comptait une douzaine de membres décédés, plusieurs autres en exil ou emprisonnés, et ne put réunir que dix-sept votants, trois de moins que le quorum exigé. Néanmoins les trois élections ont été considérées comme valides et les trois nouveaux académiciens ont pris part aux élections suivantes, avant d'avoir été reçus en séance solennelle.

Elu au premier fauteuil de l'Académie, il y succède àÉmile Picard.Sa réception officielle a lieu le,donnant l’occasion d’une scène inédite depuis trois siècles: l’accueil d’un académicien par son propre frère, le ducMaurice de Broglie[18].

Œuvre scientifique

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L'œuvre de Louis de Broglie est abondante: 153 mémoires et 46 autres ouvrages et livres, dont certains de haute vulgarisation (Matière et Lumière,Sur les sentiers de la science,Certitudes et incertitudes de la science,Recherches d'un demi-siècle).

Il est admis membre étranger de laRoyal Societybritannique en1953.

De Broglie est le premier scientifique de haut niveau à avoir demandé la création d'un laboratoire multinational, proposition qui a conduit à la création del'Organisation européenne pour la recherche nucléaire(CERN)[19].

Il prend sa retraite en 1962. Les années suivantes il introduit une troisième grande théorie, dite dela particule isolée ou thermodynamique cachée des particules,qui propose de considérer la mécanique comme un cas particulier de la thermodynamique, et qui introduit un début d'explication de l'indétermination ouincertitude quantique[20].Ses deux dernières notes à l'Académie portentSur les véritables idées de base de la mécanique ondulatoire[21],[22]etSur la réfutation du théorème de Bell[23].Son dernier texte, en 1979, est un plaidoyer sur laNécessité de la liberté dans la recherche scientifique[24].

Dernières années

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Mais son esprit se brouille progressivement et sa santé décline. À la fin de l’été 1981, après une opération pour une affection rénale, il perd complètement la mémoire et devient totalement dépendant. Il séjourne plusieurs années à l’hôpital américain de Neuillyet passe les derniers mois de sa vie dans une clinique, àLouveciennes[7].Il y décède le[21].

Ses obsèques ont lieu à l’église Saint-Pierre de Neuilly-sur-Seine.« La seule manifestation officielle fut une séance solennelle sous la coupole de l’institut. Ni l’Université, ni leCNRS,ni laSociété française de physique(qu’il présida), ni leCERN,ne firent quoi que ce soit. Il n’y eut rien à l’Institut Henri-Poincaré,ni dans aucun laboratoire de physique, ni à la télévision, ni à la radio. La presse en parla à peine[7]

Contrairement à de nombreux membres de sa famille, il n’est pas inhumé au cimetière privé deBroglie (Eure)mais aucimetière ancien de Neuilly-sur-Seine[25],3edivision,69erangée.

Célibataire, il meurt sans descendance et son cousinVictor-François de Broglie(1949-2012), issu d'une branche collatérale, lui succède comme8educ de Broglie (1987-2012).

Principales théories

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Matière et dualisme onde-corpuscule

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« L’idée fondamentale de [ma thèse de 1924] était la suivante: « Le fait que, depuis l’introduction par Einstein desphotonsdans l’onde lumineuse, l’on savait que la lumière contient des particules qui sont des concentrations d’énergie incorporée dans l’onde, suggère que toute particule, comme l’électron, doit être transportée par une onde dans laquelle elle est incorporée […] Mon idée essentielle était d’étendre à toutes les particules la coexistence des ondes et des corpuscules découverte par Einstein en 1905 dans le cas de la lumière et des photons. » « À toute particule matérielle de masse m et de vitesse v doit être associée une onde réelle », reliée à la quantité de mouvement par la relation:

est lalongueur d'onde,laconstante de Planck,laquantité de mouvement,lamasse au repos,savitesseetlacéléritéde la lumière dans le vide.

Cette théorie posait les bases de lamécanique ondulatoire.Elle fut soutenue par Einstein, confirmée par les expériences dediffraction des électronsdeDavisson et Germer.Par leurs travauxSchrödingeretMax Bornl'ont généralisée, mais en remplaçant son « onde réelle » par une onde de probabilité.

Le caractère purement statistique de cette généralisation n’était pas approuvée par de Broglie. Il disait « que la particule doit être le siège d’un mouvement périodique interne et qu’elle doit se déplacer dans son onde de façon à rester en phase avec elle, [fait] ignoré des physiciens quantistes actuels [qui ont] le tort de considérer une propagation d’onde sans localisation de particule, ce qui était tout à fait contraire à mes idées primitives[26]

Du point de vue philosophique, cette théorie des ondes de matière est ce qui a le plus contribué à ruiner l’atomismede jadis. À l’origine, de Broglie pensait qu’une onde réelle (c’est-à-dire ayant une interprétation physique directe) était associée aux particules. Il s’est avéré que l'aspect ondulatoire de la matière est formalisé par unefonction d'ondegouvernée par l’équation de Schrödingerqui est une pure entité mathématique ayant une interprétation probabiliste, sans support d’éléments physiques réels. Cette fonction d’onde donne à la matière les apparences d’un comportement ondulatoire, sans pour autant faire intervenir des ondes physiques réelles. Cependant, de Broglie est revenu vers la fin de sa vie à une interprétation physique directe et réelle des ondes de matière, à la suite des travaux deDavid Bohm.Lathéorie de De Broglie-Bohmest au début duXXIesiècle la seule interprétation donnant un statut réel aux ondes de matière et respectant les prédictions de lathéorie quantique.Mais présentant un certain nombre de problèmes de fond, et n’allant pas plus loin dans ses prédictions que l’interprétation de Copenhague,elle est peu reconnue par la communauté scientifique.

Non nullité et variabilité de la masse

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Point important, chez de Broglie leneutrinoet lephotonont tous deux une masse au repos non nulle, quoique très faible. La masse du photon s’impose par la cohérence de sa théorie.Accessoirement ce rejet de l’hypothèse d’un photon de masse nulle lui permettait de douter de l’hypothèse de l’expansion de l'Univers.[Comment?]

Également, il considère que la masse propre des particules n’est pas constante mais variable, chaque corpuscule pouvant être représenté comme une machine thermodynamique équivalente à une intégrale cyclique d’action.

Généralisation du principe de la moindre action

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Dans la seconde partie de sa thèse de 1924, de Broglie a utilisé l’équivalence duprincipe mécanique de la moindre actionavec leprincipe optique de Fermat:« Le principe de Fermat appliqué à l’onde de phase est identique au principe de Maupertuis appliqué au mobile; les trajectoires dynamiques possibles du mobile sont identiques aux rayons possibles de l’onde ». Cette équivalence avait été remarquée parHamiltonun siècle auparavant, et publiée par celui-ci vers 1830, à une époque où aucune expérience ne justifiait de remettre en cause les principes fondamentaux de la physique pour la description des phénomènes atomiques.

Jusqu’à ses derniers travaux, il paraît être le physicien qui a le plus poursuivi cette dimension d’action dontMax Planck,au début duXXesiècle, avait montré qu’elle est finalement la seule unité universelle (avec sa dimension d’entropie).

Dualité des lois de la nature

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Loin de prétendre faire « disparaître la contradiction » commeMax Borncroyait y parvenir avec une approche statistique, de Broglie a étendu ladualité onde-corpusculeà tous les corpuscules (et aux cristaux qui révèlent des effets dediffraction), et a étendu le principe de dualité aux lois de la nature.

Ses derniers travaux font de lathermodynamiqueet de la mécanique deux grands systèmes de lois qu’il réunit en un seul système:

« Quand Boltzmann et ses continuateurs ont développé leur interprétation statistique de la Thermodynamique, on a pu considérer la Thermodynamique comme une branche compliquée de la Dynamique. Mais, avec mes idées actuelles, c’est la Dynamique qui apparaît comme une branche simplifiée de la Thermodynamique. Je pense que, de toutes les idées que j’ai introduites en théorie quantique dans ces dernières années, c’est cette idée-là qui est, de beaucoup, la plus importante et la plus profonde. »

Cette conception paraît correspondre à la dualité continu–discontinu, sa dynamique pouvant être la limite de sa thermodynamique quand des enchaînements aux limites continues sont postulés. Elle est aussi proche de celle deLeibniz,qui posait la nécessité de« principes architectoniques »pour compléter le système des lois mécaniques.

Cependant il y a chez lui moins de dualité, au sens d’opposition, que de synthèse (l’une est la limite de l’autre) et l’effort de synthèse est constant chez lui, déjà dans sa toute première formule, où le premier membre appartient à la mécanique et le second à l’optique:

.

Théorie de la fusion

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Datant de 1934, cette théorie, aussi dite théorie neutrinienne de la lumière, est une théorie générale des particules à spin, qui introduit l’idée que lephotonserait équivalent à une fusion d'une particule et de son antiparticule, comme desneutrinosde Dirac[16].

Elle montre que le mouvement du centre de gravité de ces deux particules obéit auxéquations de Maxwell— ce qui implique que le neutrino et le photon ont tous deux une masse au repos non nulle, quoique très faible.

La particularité de cette théorie est de concevoir la fusion de particules avec des anti-particules. Par exemple, de Broglie suggère que le proton serait la fusion d'unneutronavec un anti-électron et un anti-neutrino, par laquelle il acquiert la stabilité qui manque au neutron seul.

La thermodynamique cachée

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La dernière grande idée de de Broglie est contenue dans ce qu'il appelle la thermodynamique cachée de la particule isolée[20].C’est une tentative de réunir les trois principes extrémaux de la physique: les principes deFermat,deMaupertuiset deCarnot.

De Broglie suppose commeBohmetVigierqu'il existe un« milieu subquantique »à l'origine des phénomènes probabilistes de lamécanique quantique.Il assimile alors ce milieu à unthermostatet considère qu'une particule isolée est en contact permanent avec ce dernier. La particule, d'énergie,peut alors avoir une températuredéfinie par la formule,oùest laconstante de Boltzmannetest laconstante de Planck[20].

Après avoir défini l'entropieassociée à la particule dans un état donné, on constate qu'elle peut fluctuer à cause de l'influence du« milieu subquantique »qui modifie l'état de la particule. De plus, grâce à laformule de Boltzmann,on peut l'associer à la probabilitépour que la particule soit dans cet état:.On peut alors vérifier que les trajectoires qui minimisent l'action de la particule sont celles qui sont associées à l'entropie maximale, et donc à la trajectoire la plus probable. On s'attend alors à observer des trajectoires qui obéissent auprincipe de moindre actionlorsque les fluctuations quantiques sont négligeables[20].

Conséquence de grande portée, cette théorie rapporte l’indétermination quantiqueà des écarts autour des extrema de l’action, écarts correspondant à desdiminutions de l’entropie.

Fondation Louis-de-Broglie

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Fondation Louis-de-Broglie,Conservatoire national des arts et métiers.

LaFondation Louis-de-Brogliea été créée en 1973, à l'occasion du cinquantenaire de la mécanique ondulatoire, sous la présidence deLouis Néel,avec la présidence d'honneur de Louis de Broglie, et présidée par la suite parRené Thom,puis parGeorges Lochak.Elle a été accueillie par leConservatoire national des arts et métiers.La fondation se définit comme« un lieu de rencontre et de discussion à la pointe de la science contemporaine pour tous les physiciens désireux d'exposer et de confronter des résultats et des points de vue, dans l'esprithumanisted'ouverture et detolérancede Louis de Broglie ».

Elle publie depuis1975larevue scientifiqueLes Annales de la Fondation Louis de Broglie.

Ondes et mouvements,1926.

Pour une liste complète des œuvres de Louis de Broglie, voir Œuvres de Louis de Broglie,éd. Fondation Louis de Broglie.

  • Recherches sur la théorie des quanta,Paris, 1924 (thèse de physique);
  • Introduction à la physique des rayons X et gamma,avecMaurice de Broglie,Gauthier-Villars,1928;
  • Ondes et mouvements,Gauthier-Villars, 1926;
  • Rapport au5eConseil de physique Solvay,Bruxelles, 1927;
  • La Mécanique ondulatoire,Gauthier-Villars, 1928;
  • Matière et lumière,Paris Albin Michel, coll. «Sciences d'aujourd'hui», 1937;
  • La Physique nouvelle et les quanta,Flammarion,Bibliothèque de philosophie scientifique,1937;
  • L'Avenir de la science,en collaboration avecAndré Thérive,Raymond Charmet,Pierre Devaux,Daniel-RopsetAntonin-Dalmace Sertillanges,o.p.,ÉditionsPlon,coll.« Présences », Paris, 313 p., 1941
  • Continu et discontinu en physique moderne,Paris Albin Michel, coll. «Sciences d'aujourd'hui», 1941;
  • Ondes, corpuscules, mécanique ondulatoire,Paris Albin Michel, coll. « Sciences d'aujourd'hui », 1945;
  • Physique et microphysique,Albin Michel, coll. « Sciences d'aujourd'hui », 1947;
  • Notice sur la vie et l'œuvre dePaul Langevin,Académie des sciences, 1947;
  • Optique électronique et corpusculaire,Herman, 1950;
  • Savants et découvertes,Paris,Albin Michel,coll.«Les Savants et le Monde»,,400p.(BNF31876423)
  • Une tentative d'interprétation causale et non linéaire de la mécanique ondulatoire: la théorie de la double solution,Paris: Gauthier-Villars, 1956;
  • Nouvelles perspectives en microphysique,Albin Michel, coll. « Sciences d'aujourd'hui », 1956;
  • Sur les sentiers de la science(Recueil de discours, de conférences et d'articles extraits de diverses publications), Paris,Albin Michel,coll.«Les savants et le monde»,,419p.(BNF32933994)
  • Introduction à la nouvelle théorie des particules de M.Jean-Pierre Vigieret de ses collaborateurs,Gauthier-Villars, 1961, Albin Michel, 1960;
  • Étude critique des bases de l'interprétation actuelle de la mécanique ondulatoire,Gauthier-Villars, 1963;
  • Thermodynamique “cachée” des particules,vol.section A des Annales de l’Institut Henri Poincaré,t.1, p. 1-19, Paris,(lire en ligne);
  • Certitudes et incertitudes de la science,Albin Michel, coll. « Sciences d'aujourd'hui », 1966;
  • Recherches d'un demi-siècle,Paris, Albin Michel, coll. « Sciences d'aujourd'hui »,(présentation en ligne);
  • Les Incertitudes d'Heisenberget l'interprétation probabiliste de la mécanique ondulatoire,Gauthier-Villars, 1982.
Le centre culturel Louis-de-Broglie à Neuilly-sur-Seine.

Récompenses et honneurs

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Notes et références

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  1. Son frère Maurice n'eut qu'une fille, Laure (1904-1911), morte dans l'enfance.
  1. Jean-MariePierret,Phonétique historique du français et notions de phonétique générale,Louvain-la-Neuve, Peeters,(lire en ligne),p.102
  2. (en)FrancisLeroy,A Century of Nobel Prize Recipients: Chemistry, Physics, and Medicine,New York,CRC Press,,380p.(ISBN0-8247-0876-8,lire en ligne),p.141Extrait de la page 141
  3. (en)«For his discovery of the wave nature of electrons»inPersonnel de rédaction, «The Nobel Prize in Physics 1929»,Fondation Nobel,1929. Consulté le 25 janvier 2018
  4. Arnaud Chaffanjon,Madame de Staël et sa descendance,Paris, Editions du Palais Royal,,199p.,p.129-134
  5. «Louis de BROGLIE | Académie française», surwww.academie-francaise.fr(consulté le)
  6. annael.le-poullennecIntroduction au Conseil international de Physique Solvay», surPSL Explore,(consulté le)
  7. abcetdGenelle, Alexandre,«Biographie de Louis de Broglie»,Lycée Louis de Broglie, 22 décembre 2015.
  8. «Biographie», surAcadémie française(consulté le)
  9. «Louis de Broglie», surAcadémie des sciences(consulté le)
  10. Louis de Broglie, «Ondes et quanta»,Comptes rendus de l'Académie des sciences,t.177,‎,p.507-510(lire en ligne[PDF])
  11. Louis de Broglie, «Quanta de lumière, diffraction et interférences»,Comptes rendus de l'Académie des sciences,t.177,‎,p.548-560(lire en ligne[PDF])
  12. Louis de Broglie, «Les quanta, la théorie cinétique des gaz et le principe de Fermat»,Comptes rendus de l'Académie des sciences,t.177,‎,p.630-632(lire en ligne[PDF])
  13. Paul Langevin envoie la thèse de Louis de Broglie à Albert Einstein. Ce dernier réagit en disant à ce sujet que Louis de Broglie a« soulevé un coin du grand voile ».Entretien avec Louis de Broglie,Académie des sciences,1er janvier 1967.
  14. Biographie Nobel,Biographie Nobel,sur le sitenobelprize.org.
  15. Recherches sur la théorie des Quanta,thèse de Louis de Broglie, sur le siteThèses en ligne.
  16. aetbUne nouvelle conception de la lumière,Hermann, Paris, 1934, Exposés de physique théorique, fascicule XIII.
  17. «Louis de Broglie», suracademie-sciences.fr(consulté le)
  18. «Réponse au discours de réception de Louis de Broglie | Académie française», surwww.academie-francaise.fr(consulté le)
  19. «Louis de Broglie», surwww.nndb.com(consulté le)
  20. abcetdComptes rendus de l'Académie des sciences, 257, 1963, p. 1822.Thermodynamique “cachée” des particules,p.14.
  21. aetbAndrier, Bernard; Herry, Michel et Ramette, Jacques«Hommage à Louis de Broglie»,23 novembre 2011.
  22. Comptes rendus de l'Académie des sciences, 277, série B, 1973, p. 71-73.
  23. Comptes rendus de l'Académie des sciences, 278, série B, 1974, p. 721.
  24. Annales de la Fondation Louis de Broglie, 4, n° 1, 1979, p. 62-62.
  25. Cimetières de France et d’ailleurs,« Broglie (27): cimetière ».
  26. Recherches d'un demi siècle,p.12.
  27. «Louis de Broglie | CNRS», surwww.cnrs.fr(consulté le)
  28. «Le timbre représentant la formule de Louis de Broglie»,lycée Louis-de-Broglie, 9 novembre 2005.
  29. « Ancienne Mairie (centre culturel Louis de Bröglie) »,neuillysurseine.fr, consulté le 8 mai 2023.

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Bibliographie

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Articles connexes

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Liens externes

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Bases de données et dictionnaires

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