FfcS^o 2<r/ô. CENTRE D»ETUDES NUCLEASES DE SACLAY Service de Documentation F91I9I GIF SUR YVETTE CEDEX CEA-CONF 8342 ESSAIS LOFT - GROSSES BRECHES

FfcS^o 2<r/ô

COMMISSARIAT A L ' E * E * € I E ATOMIQUE

CENTRE D»ETUDES NUCLEASES DE SACLAY Service de Documentation

F91I9I GIF SUR YVETTE CEDEX

C E A - C O N F — 8342

RI

ESSAIS LOFT - GROSSES BRECHES

WCHETEAU, Y. CEA CEN Socloy, 91-Gif-sur-Yv«tte ^Fronce). IRDI, DEMT, SERM*

Communication présentée à

RELAP TRAC S.minor

Font»noy-oux-Ro»«» \Fzanc»)

15 Nov 1983

SEMINAIRE REUP-TRAC DU 15 NOVEMBRE 1983

E S S A I S LOFT

"GROSSES BRÈCHES'

PAR

Y.MACHETEAÛ

PLAN DE L'EXPOSE

' - PRÉSENTATION DES ESSAIS LOFT "GROSSES BRÈCHES"

- ETUDE DES ESSAIS : (PHASE DE DÉPRESSURISATION) -, AVEC RELAP i» MOD 6 : Ll-5, L2-3 ET L2-5 - AVEC TRAC-PF1 : Q - 5

• MODÉLISATION RELAP 4 MOD 6

* MODÉLISATION TRAC-PF1

• PRINCIPAUX RÉSULTATS : PRESSION - REMOUILLAGE PRÉCOCE REMPLISSAGE

- ESSAI L2-5 : ETUDE DU RENOYAGE AVEC RELAP 4 ?WD 6

#

MODÉLISATION

#

PRINCIPAUX RÉSULTATS

- CONCLUSIONS CONCERNANT LES ÉTUDES EFFECTUÉES AVEC LES CODES

RELAP H, MOD 6 ET TRAC-PF1.

L O F T

ESSAIS "GROSSES BRÈCHES

⁴

AVEC ÙN COEUR NUCLÉAIRE

SIMULER UNE DOUBLE BRÈCHE (OUVERTURE 200 Z) DANS LA BRANCHE FROIDE D'UN RÉACTEUR COMMERCIAL P.W.R.

EN FONCTIONNEMENT NOMINAL.

ESSAIS REALISES

Q - 5 : SANS PUISSANCE

L2-2. : P

^L

« 2 6 , 4 KW/M - <2*b88 MW) L2-3 : P

^L

«. 3 M KW/M - <36,7 MW) L2-5 ; P

^L

» HQ,0 ^KW/M - (36^0 ^MW)

- POUR LES TROIS PREMIERS ESSAIS, LES POMPES ÉTAIENT MAINTENUES EN MARCHE. DURANT TOUT LE TRANSITOIRE.

- POUR L'ESSAI L2-5/ CELLES-CI ÉTAIENT ARRÊTÉES AU DÉBUT ' DE LA DÉPRESSURISATION (A 0,94 S) ET LES INJECTIONS DE . SECOURS (LPIS ET HPIS) ÉTAIENT RETARDÉES DE FAÇON

SIGNIFICATIVE.

. PRINCIPAUX OBJECTIFS DES ESSAIS "GROSSES BRECHES*

- L'ESSAI Q - 5 PERMIT DE CONTRÔLER LE COMPORTEMENT MÉCANIQUE DU COEUR LORS D'UNE PERTE DE RÉFRIGÉRANT ET DE VÉRIFIER L'ENSEMBLE DE L'INSTRUMENTATION.

- LES ESSAIS APPARTENANT A LA SÉRIE 12 DEVAIENT RÉPONDRE AUX OBJECTIFS SUIVANTS :

* ÉTUDIER DE MANIERE APPROFONDIE LA RÉPONSE THERMIQUE DU COEUR

• * IDENTIFIER LES PHÉNOMÈNES THERMOHYDRAULIQUES ET DÉTERMINER LEUR INFLUENCE SUR LA RÉPONSE THERMIQUE DU COEUR

* DÉTERMINER LES PERFORMANCES DU SYSTÈME D'INJECTION AINSI QUE LES CARACTÉRISTIQUES DU RENOYAGE DU COEUR

f ÉTUDIER DE FAÇON GÉNÉRALE LE COMPORTEMENT DE U GAINE DU COMBUSTIBLE

- FOURNIR UN ENSEMBLE DE RÉSULTATS THERMOHYDRAULIQUES AFIN DE

LES COMPARER AUX PRÉDICTIONS, AINSI QU'A D'AUTRES DONNÉES

EXPÉRIMENTALES DANS LE BUT DE VÉRIFIER ET D'AMÉLIORER LES

CODES DE CALCUL.

COHDITIOKS INITIALES SYSTEHE PRIMAIRE

PARAMETRE LL-5 L2-2 L2-3 L2-5

PRESSION (RPA) 15,45 15,64 15,06 M , 94 TEMPÉRATURE

BRANCHE CHAUDE 555 • 580,4 592,9 589,7 (K)

TEMPÉRATURE

BRANCHE FROIDE 555 557,7 560,7 556,6

(K) ^»

DÉBTT (K6/SÎ 176,1 194,2 1S9,8 192,4

DONNEES CONCERNANT LE SECONDAIRE

DU GENERATEUR DE VAPEUR ET LES INJECTIONS DE SECOURS

" - — ^ ^ _ E S S A I

VARI ABLE ^ ~ •

Ll-5 L2-3 L2-5

PRESSION SECONDAIRE 6 . V .

(BAR) 86 61,7 58,5

PRESSION ACCUMULATEUR (BAR)

41,7 41,8 42,9

DEBIT ACCUMULATEUR

> ( K 6 / S )

MAX,45 MAX.50 MAX.43

DÉBIT HP IS (CONSTANT) (KG/S)

* 1,6 . * 1,5 * 0,7

DÉBIT LPIS (KG/S)' MAX. 6 MAX. 5 , 4 MAX. 6

y

- LES DÉBITS D'ALIMENTATION DU SECONDAIRE DU

GÉNÉRATEUR DE VAPEUR ÉTAIENT INFÉRIEURS À 2 0 KG/S.

ILS FURENT PROGRESSIVEMENT ARRÊTÉS ENTRE 2 ET 5 SECONDES.

- LES DÉBITS VAPEUR FURENT COUPÉS VERS M SECONDES.

J

PRINCIPAUX PHENOMENES OBSERVES

•ESSAI SANS PUISSANCE • 1.1-5 APPARITION DU

FLUX CRITIQUE (S)

DURÉE (S)'

AUGMENTATION DE LA TEMPÉRATURE

(•C)

OBSERVATIONS APPARITION DU

FLUX CRITIQUE (S)

DURÉE (S)'

AUGMENTATION DE LA TEMPÉRATURE

(•C)

L'AUGMENTATION DE LA TEM- PÉRATURE EST DÉFINIE PAR RAPPORT À LA TEMPÉRATURE DE SATURATION. APRÈS 10-13 SECONDES^ LE RE- MOUILLAGE EST IMMÉDIAT

* 3 5 \ + 10-13 20 'C

L'AUGMENTATION DE LA TEM- PÉRATURE EST DÉFINIE PAR RAPPORT À LA TEMPÉRATURE DE SATURATION. APRÈS 10-13 SECONDES^ LE RE- MOUILLAGE EST IMMÉDIAT

ESSAIS AVEC PUISSANCE

ESSAI

PREMIÈRE APPARITION DU FLUX CRITIQUE (S

DURÉE (S)

TEMPÉRATURE MAXIMALE ATTEINTE

(K)

COTE 8MAX (M)

OBSERVATIONS

L2-2 + 2 % 6 * 790 * 0,38

REMOUILLAGE PRÉCOCE SUR TOUT LE COEUR A 8 SECONDES

*

L2-3 * 0,9 * 7,1 <v914 * 0,30

REMOUILLAGE PRÉCOCE SUR TOUT LE COEUR A 8 SECONDES. INTERVALLES D'ÉBULLITION PAR FILM PLUS LONGS QUE POUR L2-2

L2-5 %2 * 28 _*

1 0 7 7

* 0,61 PAS DE REMOUILLAGE

PRÉCOCE

EXPLICATION DU REMOUILLAGE PRECOCE OBTENU SUR L2-2 ET L2-3

PEU APRÈS L'OUVERTURE DES VANNES/ LES CONDITIONS DE STAGNATION ET .D'INVERSION DE DÉBIT FURENT RÉUNIES DANS LE COEUR, ALORS QUE LE FLUIDE LE PLUS CHAUD S'ÉCOULAIT VERS LA BRANCHE FROIDE ROMPUE.

LE DÉBIT DANS CETTE BRANCHE DEVINT INFÉRIEUR A CELUI DE LA BRANCHE FROIDE ACTIVE/ D'OU LE RÉTABLISSEMENT D'UN DÉBIT POSITIF A L'ENTRÉE DU COEUR.

CECI EÛT DONC POUR EFFET DE RALENTIR L'ÉCHAUFFEMENT DES GAINES/ PUIS DE LES REMOUILLER.

'LE DÉSTOCKAGE D'ÉNERGIE QUI EN RÉSULTE FACILITERA

ENSUITE L£ RENOYAGE.

800,

PRELIMINARY

600

4

4fBZ ^BRANCHE FROIDE i s s u .

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— — - - Broken loop cold leg Intact loop cold leg

BRANCHE FROIDE LACTIVE

•200 ± _{4 6}

Tim* after rupture (s)

S 10

INIL-A-IÎ 304

Fig. 23 Broken loop and intact loop cold leg mass flows.

•

r

ETUDE DES ESSAIS

(PHASE DE DÉPRESSURISÂTION)

- AVEC RELAP H MOD 6 : [1-5, L2-3 ET L2-5

#

- AVEC TRAC-PFl : U - 5

• MODÉLISATIONS

» * PRINCIPAUX RÉSULTATS

* ACTION COMMUNE C.E.A. - FRAKATOME (M. THIBAUDEAU)

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S 5

- LA REPRÉSENTATION BI-TUBUUIRE DU DOWNCOMER PERMET UNE MEILLEURE PÉNÉTRATION DE L'EAU D'INJECTION.

- CETTE MODÉLISATION COMPREND : - 55 VOLUMES

'• - 64 JONCTIONS

- 3 2 STRUCTURES', DONT 9 POUR LE COMBUSTIBLE

LOFT CP1 - STRUCTURES CUVE (KG) : 8 2 400 472 1 7 5 - COMBUSTIBLE (KG) : 1 810 93 643

STRUCTURES CUVE

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^L

- LE DÉBIT CRITIQUE EST CALCULÉ A L'AIDE DU MODÈLE

• H . E . M . (MODÈLE HOMOGÈNE), SANS COEFFICIENT DE CONTRACTION,

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- LA MODÉLISATION ET LES OPTIONS DE CALCUL SONT,

IDENTIQUES POUR L'ÉTUDE DES TROIS ESSAIS.

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- LES DIFFÉRENTES PARTIES DU RÉACTEUR SONT REPRÉSENTÉES PAR DES COMPOSANTS SPÉCIFIQUES

- T E E - P I P E - V A L V E

ETC ...

- LA CUVE EST À TROIS DIMENSIONS

- LES AUTRES COMPOSANTS SONT À UNE DIMENSION - PERTES DE CHARGE :

• ' - COMPOSANTS 1 D : FROTTEMENT ANNULAIRE, SAUF POUR . LES TUBES PRIMAIRES G . V.

. LE PRESSURISEUR , L'ACCUMULATEUR

OÙ C'EST LE FROTTEMENT HOMOGÈNE

- COMPOSANTS 3 D : FROTTEMENT HOMOGÈNE

_ . M K L L

Figure 10

RI • 0,13*4 m R2 - 0,3556 n

R3 - 0,470 a

^{— . . .^m}

Coup» du maillage cuva

Fi*ur« It

CETTE MODÉLISATION COMPREND :

- 21 COMPOSANTS - 25 JONCTIONS

SOIT : - 132 MAILLES 3 D - 124 MAILLES 1 D

MODÈLE DE DEBIT CRITIQUE A U BRÈCHE :

SOUS-PROGRAMME CHOKE

PRINCIPAUX RESULTATS

NOUS EXAMINERONS SUCCESSIVEMENT :

- LE DÉCLENCHEMENT DES INJECTIONS DE SECOURS - L'ÉVOLUTION DE LA PRESSION DANS LE CIRCUIT - LE REMOUILLAGE PRÉCOCE RELATIF A L'ESSAI

L2-3

- LE REMPLISSAGE DU PLÉNUM INFÉRIEUR

DECLENCHEMENT DES INJECTIONS DE SECOURS

TEMPS APRÈS LE DÉBUT DE LA DÉPRESSURISATION (S) EVENEMENT

CALCUL EXPÉRIENCE

U-5

RELAP-TRAC

L2-3 REUP

L2-5

RELAI

U-5 L2-3 L2-5

INJECTION

HAUTE PRESSION 10,5 - 10. 13,5 24,4 13 14 24

INJECTION

ACCUMULATEUR 1 M - 17,S 15,5 15,2 19 16 17,3

INJECTION ^{' •}

BASSE PRESSION 29,4 - 32. 30 36,3 34 29 37

CES TROIS INJECTIONS ONT LIEU DANS LA BRANCHE FROIDE

DE LA BOUCLE ACTIVE; ELLES SONT INITIÉES LORSQUE LA

PRESSION (OÙ LE NIVEAU) ATTEINT UN CERTAIN SEUIL

PRÉALABLEMENT DÉFINI.

L'EXAMEN DE CE TABLEAU PERMET DONC UNE COMPARAISON CALCUL - EXPÉRIENCE,

ON REMARQUE QUE LES DIFFÉRENCES SONT ASSEZ FAIBLES^

EN PARTICULIER POUR LES ESSAIS AVEC PUISSANCE.

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L'EXAMEN DE CE TABLEAU PERMET DONC UNE COMPARAISON CALCUL - EXPÉRIENCE.

ON REMARQUE QUE LES DIFFERENCES SONT ASSEZ FAIBLES,

EN PARTICULIER POUR LES ESSAIS AVEC PUISSANCE.

EVOLUTION DE LA PRESSION DAMS LE CIRCUIT

DE FAÇON GÉNÉRALEj LA DÉCOMPRESSION EST LÉGÈREMENT PLUS RAPIDE POUR LES ESSAIS AVEC PUISSANCE.

CECI VIENT DU FAIT QUE :

- LES TEMPÉRATURES INITIALES SONT PLUS ELEVEES - LES MASSES D'EAU DANS LE CIRCUIT PRIMAIRE

PLUS FAIBLES

- LES CONDITIONS DE CRITICITÉ A LA BRÈCHE

LÉGÈREMENT DIFFÉRENTES

1

L. 0 . F. T. DEPOUILLEMENT ..L-lr5

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PRESSURE (Pfl)

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-BRANCHE CHAUDE -ACTIVE

2 0 . HO. _ 60.

COMPONENT -11 -TEE- CELL/1 PE. PC.-002-

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LA DECOMPRESSION DU PRESSURISEUR EST TRÈS RAPIDE DURANT LES 15 PREMIÈRES SECONDES/ CE QUI A POUR EFFET D'INVERSER LE DÉBIT DANS LA BRANCHE CHAUDE ACTIVE.

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BRANCHE CHAUDE ROMPUE

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ESSAI L2-3

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Figure 12

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ESSAI L2-5

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AU VU DE CES COURBES, ON REMARQUE QUE :

- LA DÉCOMPRESSION SATURÉE EST COMPRISE ENTRE 0 / 1 ET 47 SECONDES ENVIRON

- L'ÉVOLUTION DE LA PRESSION EST SENSIBLEMENT LA MÊME DANS LES DEUX BOUCLES

- LA PRESSION EST DE L'ORDRE DE 2 A 4 BARS

AUX ALENTOURS DE 60 SECONDES

/I

M I S E EN E V I D E N C E .

DU R E H O U I L L A G E P R E C O C E S U R L 2 - 3

LES MÊMES CAUSES DEVANT PRODUIRE LES MÊMES EFFETS, NOUS AVONS OBTENU LE REMOUILLAGE PRÉCOCE DE MANIÈRE

IDENTIQUE AU CAS EXPÉRIMENTAL.

RAPPELONS QUE CE PHÉNOMÈNE NE FUT PAS OBSERVÉ SUR

L2-5, PAR SUITE DE L'ARRÊT DES POMPES.

800

600

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400

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Broken loop cold leg Intact loop cold leg

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Time after rupture (s)

10

INEL-A-12 306

Fig. 23 Broken loop and intact loop cold leg mass flows.

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Upper plenum

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31

28) —

Figure D

12-3 - Dépressurisation

Position du point de stagnation

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Temps(s)

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Figure 82

PHASE DE REMPLISSAGE

ESSAI DÉBUT ir ACCUMUU

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UECTION ttEUR

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DÉBUT REMPLISSAGE

(S)

FIN REMPLISSAGE

(S)

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RIENCE

CALCUL CALCUL EXPÉ­

RIENCE

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RELAP 18,4 19 24 40,8 37

TRAC 17,6 30 60

L2-3 15,5 16 25 48 35

L2-5 15^2 17,3 25 49 31,2

AU VU DE CE TABLEAU^ ON REMARQUE DEUX CHOSES : - DANS NOS CALCULS/ LE TAUX DE BY-PASS N'EST

PAS NÉGLIGEA3LE/ COMPARATIVEMENT À L'EXPÉRIENCE.

- LE TEMPS ÉCOULÉ ENTRE LE DÉBUT DE L'INJECTION ET LA PÉNÉTRATION DE L'EAU DANS LE PLÉNUM

INFÉRIEUR EST UN PARAMÈTRE TRÈS IMPORTANT :

CE PARAMÈTRE DÉPEND DIRECTEMENT DE LA FORCE MOTRICE CONSTITUÉE PAR LA COLONNE D'EAU

ACCUMULÉE DANS LE DOWNCOMER ET DE LA RÉSISTANCE

À LA PÉNÉTRATION DANS LA CUVE/ LAQUELLE EST

ELLE-MÊME FONCTION DE LA RÉSISTANCE DES

BOUCLES.

1

VITESSE DE "FLOODING'

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NIVEAU COTE

(M)

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(S)

VITESSE VAPEUR

(VHM/S)

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. 3 1,248 27,5 4 0^74 2,S6 18,3

2 0,727 28 3 0,63 1J89 17,2

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Vinsse de "Flooding"

Noubre de Kutateiadze :

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FACTEUR D'UTILISATION DE L'EAU INJECTEE PAR L'ACCUMULATEUR

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Figure 59

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R E N O Y A G E L 2 - 5

MODÉLISATION

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Steam generator

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Steam generator simulator

(AccunnilaiorJ ®

⁷

Pressure suppression system

Figure 93

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- MODELI SATION RENOYAGE

- UN SEUL CANAL COEUR : CECI EST IMPOSÉ PAR LA VERSION FLOOD

- NOMBRE DE VOLUMES : 30 - NOMBRE DE JONCTIONS : 33 - NOMBRE DE STRUCTURES : 22

DONT 12 POUR LE COMBUSTIBLE

NOUS AVONS UTILISÉ AUSSI LA TECHNIQUE DU MAILLAGE

GLISSANT QUI PERMET D'ÉTUDIER AU MIEUX LES PHÉNOMÈNES

DE CONDUCTION DANS LE COMBUSTIBLE.

PRINCIPALES OPTIONS

'ECHANGES THERMIQUES DANS LE COEUR ÉCHANGE AVEC LE LIQUIDE

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CORRÉLATION D'ENTRAINEMENT

NOUS AVONS UTILISÉ LA CORRÉLATION DE

STEEN - WALLIS

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4

FIGURE REPRÉSENTANT LES TEMPÉRATURES INITIALES

^

0

LZ-5 -v Renoyage

Température de surface gaine au début du renoyage :

X expérience (assemblage central) . calcul

1500 température (°F)

SIGNALONS DÈS MAINTENANT QUE LES TEMPÉRATURES DE GAINE MESURÉES PRÉSENTENT DEUX CARACTÉRISTIQUES ESSENTIELLES/

À SAVOIR :

.1) ABSENCE D'EXCURSION DE TEMPÉRATURE :

LA PUISSANCE RÉSIDUELLE EN FIN DE DÉPRESSURISATION EST RELATIVEMENT FAIBLE ET LES ÉCHANGES DE CHALEUR GAINE - FLUIDE SONT SUFFISANTS POUR ÉLIMINER

L'ÉNERGIE CORRESPONDANTE.

2) APPARITION D'UN SECOND FRONT DE TREMPE :

CELUI-CI SE PRODUIT DE HAUT EN BAS; IL EST DÛ À L'EXISTENCE DE PHÉNOMÈNES DE DÉ-ENTRAlNEMENT ET

"FALL-BACK".

RÉSULTATS OBTENUS

L6 unbu

DANS NOTRE ÉTUDE, ON REMARQUE QUE :

- LES TEMPÉRATURES DE PAROI ET LA FAIBLE QUALITÉ DANS LA PARTIE HAUTE DU COEUR

l

PERMETTRONT UN TRÈS BON ÉCHANGE GAINE - FLUIDE, D'OU UN REFROIDISSEMENT PRÉMATURÉ DE CETTE

ZONE PAR RAPPORT À LA PROGRESSION DU FRONT

DE TREMPE.

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