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La présente in~ention concerne un nouveau procédé de
préparation d'~mNlsions de composés ~luorés dans l'eau ou dans des
solutions salines. Ces ~mulsions peu~ent trouver de nombreuses
applications, en particulier en pharmacie. Elles permettent no-
tamment d'assurer le tr~nsport d'oxygene et sont ainsi utili~a-
bles comme substitut de~ globules rouges du sang.
La possibilité d'utilisation de dérivés fluor~3 organi-
ques comme substitut du sang a été étudiée depuis que ~.C. CLARK
et F. GOILAN (Science 152, 1755, 1966) réussirent à ~aintenir en
vie des souris plongées dans une solution de ~luorocarbure oXygé-
né. En raison de la grande solubilité de l'oxygène et du gaz
carbonique dans ces produits on chercha alors très rapidement à
remplacer en partie ou totalement le sang par ces liquides dans
le but de leur faire assumer le transport d'oxygène et l'élimina-
tion du gaz carbonique. En raison de l'immiscibilité de ces pro-
duits avec le sang, il n'~tait pas possible de le~ injecter tels
quels. SIOVI~ER (Nature 216, 458, 1967) et R.P. G~Y~X (Fédéra-
tion Proc. 27, 952, 1968) eurent l'idée d'emulsionner les produits
$1uorés dans de ?'eau ou dans de l'eau salée et purent ainsi ob-
tenir des fluides compatibles avec le sang. ~'échange completou partiel du sang de souris ou de chiens a ainsi pu atre réalis~
a~ec ~uccès.
~ e problème est donc de convertir le déri~é $1uoré en
une émulsion suffisamment ~ine pour que les particules iIuor~es -
ne rlsquent pas de boucher les capillaires les plus $ins. ~'~mul-
sion doit par ailleurs être stable dans le temps et doit etre
compatible avec le plasma sanguin ou avec des fluides de composi-
tion voisine. ~es disper~ions sont en général réalisées ~ l'aide
d'un tensio-actif et les meilleurs résultats ont été obtenus avec
des tensio-acti$s non ioniques du type polymères de polyoxy-
éthylène - polyoxypropylène connus sous le nom de
g~
~ .
.. ~- . .
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P~U~O~IC (R). Le P~URONIC ~ 68 (80 ~ oxyde d'~thylane - 20 ~
oxyde de propylane) a tout particuli~rement été utilisé par R.P.
GEYER. Une préparation standard consiste à disperser 15 à 30 %
de dérivé fluoré et 2,5 à 10 % de tensio-actif dans une solution
s~line de composition ionique identique à celle du ~ang.
~ a ~ormation de l'émulsion nécessite une grande quantité
d'énergie qui est en général iournie par un générateur d'ultra-
sons. ~'émulsion peut aussi être obtenue par un homogénéiseur
sous pression, du type r~N~ON GAU~IN par exemple (~he Green Cros~
Corp. O~fenlegung~schriit 2.144.094 du 2/9/71). Ces deux types
de préparation des émulsions permettent d!obtenir des émul~ion~
très fines dont il est possible de separer les particules les plus
grosses par ultracentriiugation. Mais, en dehors de~ difficultés
techniques, ces méthodes d'é~ulsiiication présentent l'inconvé-
nient de nécessiter de telles quantités d'énergie que certaines
liaisons C-~ sont rompues avec formation de petites quantités
d'ions iluorures toxiques et l'obtention d'émulsions très fines
(nettement inférieures au micron) se traduit toujours par des
augmentations gênantes de la viscosité (Science 179, 669, 1973).
~a présence d'ions fluor dont le taux peut atteindre 200 ppm
dans certaines émulsion~ préparées selon le procédé aux ultra-
sons nécessite une purirication ultérieure. ~a toxicité des
~mul~ions a ainsi pu etre diminuée par des traitement~ a~e¢ de~
r~sines ~changeuse~ d'ions (~. CLARK ~RIANG~E Volume XIII N 2,
1973~ p. 85-96). Llutilisation de ces émulsion~ en tant que subs-
titut du sang ne pourra être réalisée qu'avec d'autres tec~niques
d'émulsi~ication qui ne présentent pas ce~ inconvénients.
~ 'objet de la présente invention concerne un procédé
d'émul~ification des dérivés fluorés dans l'eau ou dans l'eau
sal~e, ne nécessitant ni homogénéisateur mécanique, ni ultrason~
et ne présentant de ce fait pas les inconvénients mentionnés
* marque de commerce
-- 2 --
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ci-dessu~. ~es émulsions sont des systèmes dispers~ de deux
liquides non ~iscibles, dont l'un est dispersé dans llautre sous
! forme de fines particule~ gr~ce ~ la pre6ence d'un émulsionnant.
Tous les ~mul~ion~ants ont obligatoirement une partie hydrophile
et unepartie lipophileetlaiacilité dtémulsiiication dépend de la.
proportion relative deces deuxgr~upements. Dans le~émulsionsles
émulgionnants s'orientent à L'in~er~ace,lapartie hydrophile tournée
~er# l'eau et la partie hgdrophobe tournée vers l'huile. Dans le
ca# de la préparation d'émulsion de composés iluorés da~ l'eau il
était tentant d'utiliæer de~ émulsionnants iluorés, c'est-à-dire
des émulsionnants dont la partie hgdrophobe est con~tituée par ~n
reste pern uoroalcoyl, en raison de la solubilit~ de cette estré-
mlté iluorée dans le composé iluoré à émulsionner. ~8 demande-
rssse a ainsi pu obtenir d'excellentes émulsions a~ec des surfac-
tif~ fluorés non ioniques, de iormule:
(C ~ 4)n H o~ n = 10 à 20
C6F13 et C8F17
,mais comme dans le cas des émulsionnants non fluorés la pr~para-
tlon de l'émulsion doit être réalisée soit par un homogénéi#ateur
~ .
m~c:an1que, soit par la méthode aux ultrasons.
la demanderesse a par contre constaté, de façon tout
~ ait inattendue~ gu'11 est poss~ble de préparer très racilement
des ~mulsion8 des qomposés iluorés dans l'eau, en utillsant non
plus un é~-lsio~nant ~luoré mais un mélange d'au moins deux émul-
eionnAnts rluorés ayant des balances hydrophile - lipophile (HLB)
~lrrérentes~ dont l'une est à tendan¢e hydrophile (H~B élev~? et
l'autre à tendance lipophile (H~B f d ble). Pour une certaine com-
position du mélange des surractifæ il eæt poæsible de préparer
l!émulsion æanæ a~oir re¢ours ~ une agitation très ef~icace et
sans ultrasons.
.
- 3 -
~33u66 S
~a préparation de l'émulsio~ s'ef~ectue de la façon
~uivante:
Une guantité déterminée de l'agent tensio-acti~, Cl est-
à-dire un mélange d'un tensio-acti$ lipophile et d'un tensio-acti~
hydrophile est introduite dans un récipient contenant le produit
~luoré ~ émulsionner et la pha~e diæpersante, clest-à-dire l'eau
ou u~e solution ~ine. ~e mélange est ensuite chaui$é à une
temperature supérieure à 70C, puis on le laisse refroidir sous
agitation. On obtient ainsi une émulsion qui devient transparente
~ partir d'une ¢ertaine température et dans un certain intervalle
de température. ~e dom~ine de température dans lequel l'émulsion
est transparente peut être modifl~ par addition de l'un ou de l'au-
tre des deux ~mulsionnants. ~a mise en émulsion au cours du re-
iroidis~ement peut être pro~oquée par n'importe quel type dlagi-
tateur. Pour la préparation de iaibles quantités d'émulsion~
~100 ml ~ 1000 ml) un agitateur magn~tique de laboratoire con~ient
p-ri itement.
~'émulslon peut ensuite être filtr~e. ~ne émulsion
trassparente e~t tr~s aisément iiltrable sur un filtre millipore
de 0,22 micron sous une difiérence de pre~sion de 0,5 bar.
~ ~es émulsions peu~ent être stérilisées par chauiiage
à 110-115C pendant 15 minutes. Ce chauiiage pro~ogue la ~épara-
tion de~ pha#es~ mais l'émulsion se reforme tr~s iacilement par
s~mple retournement du récipient refroidi ~ une te~pérature com-
prise dans l'interralle de température de stabilit~ de l'émulsion.
Dan~ la zone de température où elles sont transparentes
les émul~ion~ ~ont tres stables. ~es dimen~ions des particules
ont été déte~minées par étude au microscope électronique apr~s
réplique au carbone. ~es particules ont presque toutes des di-
mensions tn~érieures ~ 0,1 micron. ~es émulsions restent stables
pendant plusieurs semaines sans grossissement des particules.
~ 4 -
~033665
Par refroidissement u~e émulsion transparente devient
lentement laiteuse, puis 8édimente. Cette transformstion est ce-
! pendant tout ~ ~ait reversible et llémul~ion transparente se re-
rorme par simple agitation après chauffage à une température com-
prise dans la zone de stabilité. Par chaufiage l'émulsion trans-
parente se trouble, pUi8 on assiste à une séparation des phases.
Co~me ci-dessus cette transformation est réversible.
~ es émulsions peuvent 8tre conserv~eæ pendant plusieurs
moiæ, ausæi bien à une température ~ laquelle elles restent sta-
bles et transparentes qu'à une température 1n~érieure où on assis-
te au phénomène de sédimentation. Dans ce dernier cas, mame après
un stockage prolongé de plusieurs mois, il est possible d'obtenir
a nouveau une émulsion tranæparente par simple chau~fage et légère
agitation.
En ~ue de préparer des émul~ions utilisables comme subs-
titut du sang~ il faut gue la concentration du produit fluoré per-
mette d'obtenir une bonne solubilité de l'oyygène et du gaz car-
-~ bonigue san~-que la viscosité du mélange devienne trop grande.
~es meilleurs résultats ont été obtenu~ a~ec des émulsions conte-
~20 nant 10 à 30 % de produit organique ~luoré. Notre procédé de pr~-
` p~rstion permet d'obtenir de telles émulsions, ainsi d'ailieursque de~ émulsions contenant plu# ou moins de phase dispers~e.
-- ~es oomposé# rluoré# utilisables conio~mément à l'in-
~ention ~ont des produits org~n~ques entiarement ou presque en-
tièrement iluorës~ chimiguement inertes, non miscibles à l'eau,
no~ toxiques et de tension de ~apeur suffisamment faible pour
qu'ils n!entrent pas en ébullition dans le courant circulatoire.
Par a1'1eurs il iaut é~idemment que leæ composés fluo-
rés dissolvent une quantité d'oxygène teIle que la solubilité de
l'oxygene dans l'émulsion iinale soit comparable ~ sa solubilité
dans le sang. ~e problème de la sclubilité du gaz carbonique est
moins ~mportant, oar l'anhydride carbonique est extramement æolu-
- 5 -
.. . ..
~ ~ ~ 6 5
ble dans les fluorocarbures.
Font partie des composés fluorés émulsionn~bles selon
! le proc~dé de l'in~ention~ la perfluorobutylamine~ le butyltétrà-
hydro~uranne perrluoré, le per~luoro-octane, la perfluorrdécaline,
la perfluorom~thyldécaline, le trihydro-1,1,2 perfluorodéc~ne-1,
le pentahydro-1~ 2~2 per~luorodécane et les produits répondant
la rormule gén~rale: .
Cn F2n+1 - CH = CH - Cm F2m+1
où n et m ~ont de~i entiers égaux ou difrérents compris entre 2 et
10 et o~ la somme n I m est supérieure ou égale a 8. P~rmi cette
dernière catégorie de produits, nou~ aro~s~ particulièrement étu-
dié et utili~é le diperfluorohexyl-1,2 éthylène et le per~luoro-
butyl-1 perfluorooctyl-2 ~t~ylène, c'est-~-dire s
C6F13CH = CH C6F13
C4F9CH = ~H C ~17
~e~ homologues ~upérieurs Bo~t des produit~ii solide~
~ .
(n~= m = 8 PPi 56C) gui peuvent donner par émulsirication~ des
cr~mes employables en pharmacie ou en cosmétologie.
20. ~ia so}ubilit~ de l'oxyg~ne dan~ ces composés fluorés
: eet de l'.ordre de 40 ~ 60 ~olume~ de gaz pour 100 volumes de com-
po~é fluoré à 37C eit souc une atmosphare. Ain8i~ 1a perfluoro-
tributylamine dissout 45 % d'oxygène et le dipern uorohe~yl-1,2
: ét4ylene 48~5 ~. ~es ~olubilité~ du gaz carbonigue dans ces deux
produit8 80nt respectivement 162 et 230 %.
Ie8 suriactants anionique8 et catloniques ~tant presque
' tou8 incompatibles a~ec le ~ang car ils provoquent une hémolyse,
~1 n'.a ~té utilisé que des tensio-actirs rluorés non ioniques.
, ~ - - . .
De tels tensio-acti~s peu~ent être iacilement préparés par
éthoxylation des alcools iluorés
- 6 - .
., . .. , ,............................ . j~ . ~
6 5
~ - (CH2)a - OH
o~ ~ représente une cha~ne perfluorée linéaire ou ramiriée
CmP2m~1 aYec m compris entre 4 et tO et ~ a est un nombre entier
compris e~tre 1 et 4, c'e9t-~-dire des produits de formuIe:
~ - (CH2)a - O (CH2CH20)n H
où n est compris entre 1 et 40.
Selon le nombre de groupements d~oxyde d'~thylane~
¢~est-à-dire selon la ~aleur de n, il est possible d~obtenir des
surfactants soit à cara¢te!re lipophile (n iaible), ~oit à carac-
tère hydrophile (n élevé). ~e procédé de préparation des émul-
sions, selon l~inYention, néces~ite l~utilisation d~au moins deux
tensio-actiis, dont au moins un ~ prédominance hydrophile et un à
prédomin~nce lipophile. ~e mél~nge peut être réalisé avec les
produits r~pondant à la formule pré¢édente en sélectionnant un
déri~é aYec une Y~leur élevée de n (par ex. compris entre 6 et 40)
et un dérivé avec une valeur faible de n (par ex. compris entre
1 et 5)-
~es tensio_actiis utilisables peuYent atre deæ substan-
¢es chimigues bien déi~n~es obtenues par séparation du produit
d~éthoxylation. gans le cas o~ la Yaleur de n est faible (1 à 5),
ce~ prodùit~ peu~ent aisément 8tre obtenus purs par distillation
fractlonnée. On peut aussi utiliser des mélanges de produits plus
ou moins condensés tels que iournis par la réaction d~éthoxyla-
tion. ~a répartition des dii~érents produits suit alors senæi-
bleme~t la ~oi de Poisson et l~indice n correspond à une valeur
moyenne. Ce dernier type de produits peut être employé pour les
~urractirs aussi bien iipophiles qu~hydrophile3~ maig c~est ~ur-
tout dans le dernier cas que nous aYons utiliæé ces produits en
raison de la diificulté de séparer les différents produits d'é-
thoxylation aYec des valeur~ élevées de n.
~033S65
Nous avons obtenu ainsi d!excellents résultats a~ec
les tensio-actifs suivants:
C6~13 - C2H4 - O - (CH2 - C~2)n H
C6F13 - C ~6 - O - (CH2 - CH2)n H
a~ec n compriæ entre 1 et 5 pour le produit à caractère lipophile
et n compris entre 6 et 40 pour le produit à caractare hydrophile.
D'autres types de tensio-acti~s utilisables peuvent
8tre préparés par condensation d'oxyde de propylène sur les al-
coolæ polyiluor~s ou par condensàtion mixte d'oxyde de propylene
10- et d'oxyde d'éthglène. ~es produits de propoxylation sont parti-
- culièrement intéressants pour les ~ur~actiis ~ prédominance lipo-
.
phile ;
; ~a quantité totale d'émulsionnant ~ mettre en oeuvre
dépend du type d'émulsion que l'on désire préparer, des propor-
tions respecti~es de phases dispersée et dispersante, du produit
~luoré à aiæperser et de la nature de la phase disper~ante. Ainsi
,
pour des émulsions contenant environ 20 % en ~olume de pha~e dis-
persée~ 11 iaut utiliser environ 5 à 10 % en poids d'émulsionnant
~ par rapport à la phase aqueuse.
~'utilisation de quantités aus3i importante~ de produit
emulsionnant rluoré permet d!augmenter la solubilit~ de l!oxygene
dans l'~mulsion. En efret, la solubilité de l'oxygane dans ces
tensio-actifs non ioniques est de l!ordre de 20 à 35% en volume.
~in9i C6~13 (C2H40)3 H dissout a ~ra 29 % d'oxygène
en ~olume et a6P13 (a2H40)12 H en dissout 25 %. ~e8 801ubilité8
de l'anhydride carbonique dans le~ deux composés sont respecti~e-
ment de 175 et 217 %.
~es proportions relatives d'émulsionnants lipophile et
hydroph~le sont excessivement variables et ne peu~ent être déter-
min~es que par des essais d'orientation préliminaires. Elle~ dé-
- 8 -
.. . . , . -- .................................... -- . . ._ ~
.~ ,. - .
1033665
pendent évidem~ent de la nature des émulsionnants eu~-mames~ de
la nature du produit ~ émulsionner, ainsi que de celle de la phase
! di~persante. Par ailleurs, leQ proportions respecti~es des deux
tensio-actir3 permettent de déterminer la zone de stabilité de
l!émulsion.
~ es exemples suivants, non limitatifs, illustrent les
nou~elles méthodes de préparation d~émulsion iaisant l!objet du
bre~et~ ~nsi que les nouveaux produits, c!e~t-~-dire ie~ émul-
sions~ obtenus selon ce procédé.
~ ~E 1
On introduit dans un réacteur en ~erre les réactiis
sui~ant~:
- 800 ml d~une solution ~line aqueuse de composition sui~ante:
NaCl 8 ~ 1
KCl 0~2 ~1
CaCl2~ 2 H20 ~ 0,265 ~l
~gCl2~ 6 H20 0,100 ~ l
NaH ~04, H20 0~050 ~ l
~aHC03 1~
Cette ~olution correspond ~ une compo~ition de liquide
de ~ur~le oardiague ¢ouramment utilisé en pharmacologie.
- 200 ml de diperfluorohexyl -1~2 éthylanes
; C6F13 - C~ = CH ~ C6~13
- 67~5 g a!~mulsionnant contenant:
38~5 % de C6F13 (C ~ 40)3
61~5 % de C6F13 (C2H4)12,3 H
~ e premier tensio-actir est un produit pur correspon-
da~t ~ la rormule indiguée et le second est un produ~t d~éthoxyla-
tion contenant des produits de dir~érents degré~ de condensation
d~oxyde d~éthylène et dont la iormule globale correspond à celle
lndlguée ci-dessus.
_ g _
103;~665
~e mélsnge est ensuite porté à 70C pUi9 on le laisse
reiroidir lentement, en l'agitant ~aiblement à l'aide d'un di~po-
! 8itii d'agitation magnétique.
On obtient ain3i une émul~ion transparente d~ns un in-
tervalle de température compris entre 35 et 40C.
~'émulsion est ensuite ~$1tr~e à cette temp~rature sur
un filtre millipore de 0~22 micron.
~'émulsion est tr~s ~acilement ~iltrable sur u~ tel
iiltre et il ne reete aucun résidu sur le filtre (durée de filtra-
tion d'environ 1 h sur un iiltre de 40 mm de diamètre et pour u~e
diii~rence de pression de 0~4 bar).
~'émulsion n'est par contre pas filtrable sur un ~iltre
de 0~1 micron.
~es dimensions des particules ont ~të déterminées par
m~oroscople électronique. Cette mesure confirme les observations
des essais de filtration ~ sa~oir que la grande ma~orit~ des par-
ticules ont de3 dimensions iniérieures à 0,2 micron.
- ~a ~iscosit~ de l'émulsion est m~ximale ~ 38PC (5,12
centipoises) et le~ solubilités de l'oxygène et du gaz carbonique
a 37C sont respecti~ement 15 et 90%; A cette température la mas-
se spéci~ique de l!émulsion est de 1,51 g~cm3.
.m~P~ 2
En ~ui~ant le mode opératolre de l'exemple 1, a~ec les
mêmes quantités de solution saline et de produit fluoré, mais en
utilisant 68~5 B des memes émulsionnants dont 38 % de C6F13
(C ~ 40)3 H et 62 % de C6F13 (C2H40)12 3 H, une ~mulsion transpa-
rente dans l'interralle de temp~rature 38 à 45C a été obtenue.
EMP~3
~ A~ec le mode opératoire de l~'exemple 1, on a prépar~
une émulslon en utili~ant:
80 ml d'eau di~tillée
- 10 -
, , .. , .. ~. . .. . .... . . .. ... . . . . .................... . . . ~"~.,
. . ~ , :
..
- 1033665
20 ml de C6~1 ~ ~ CH _ CH C6 13
2,4 g de C6~13 (C2~40)3 H
! 4~45 g de C6~13 (~ ~ 4)20
On a ain~i obtenu une émulsion transparente dans un
~nterv~lle de t~mp~rature de 35 à 40C.
- EXEMP~E 4
' Selon le mode opératoire de l~exemple 1, on a pre'par~
une émul~ion avec les produits suivants:
80 ml d!.eau distillée
20 ml de C6F13CH = C~ - C6~13
,4 g d 6 13 ( 2 4 )3 H
4~4 g de a6F13 (C ~4)12~3
On a ainsi obtenu une émulsion stabl'e et transparente
entre 35 et 42C.
En engageant au cours de cette préparation:
2,~ g C6P13 (C ~ 40)3 H
. 4,5 g C6P13 (C2H40)l2~3 H
la zone de transparence de l.'ém~lsion est 52 - 60C.
~X~UP~ 5
On a pr~paré une émulsion, selon le mode opératoire de
l,'exemple 1j ave¢ les produits 8uivants:
80 ml d,~.eau di~tillée
20 ml de C6~13CH = CH - C6~13
3,8 g de tensio-actir hydrophile
C ~13 (C ~ 4)n H n moyen = 12,3
. 3~4 g de ten,sio-acti~ lipophile
C6P13 (C2H40)~ H avec la répartition sui~ante:
n = 1 7 %
' 2 6 %
3 7
~03~665
4 65 ~
- 5 13 %
6 2 %
~lémulsion obtenue a un domaine de transparence qui va
de 35 ~ 42C
EXE~P~E 6
On a pr~paré une émulsion, selon le mode opératoire de
l'exemple 1, avec les produits suivants:
80 ml d'eau distillée
20 ml de per~luorooctane C8F18
2,3 g C6~13 (C2~40)3
4~1 g C6P1~ (C2H40)n H n moyen = 12,3
~'intervalle de temp~rature, dans lequel l'émulsion
est stable et transparente, eot 20 à 25C.
t EXE~P~3 7
,
On a préparé une émulsion, selon le mode opératoire de
l'exemple 1, a~ec les produits suivantss
.~ . .
80 ml d'eau distillée
: 20 ml de t ~ dro-1,1,2 perilùorodexène-1
C8F17:- CH = ~H2
4 g C6F13 (C ~ 4)n H n moyen = 12,3
2,8 g 06F13 (C2H40)n H a~ec la répartition sui~ante:
n ~ 1 7 %
2 6 %
.. 3 7 %
. 4 65 %
: 5 13
: . 6 2 g
.
3o On a ainsi obtenu une émulsion transparente entre 20 et
40C.
- 12 -
:
. - . . - . ~
1033S65
EXEMP~ 8
-
On a prépare une émulsion~ ~elo~ le-mode op~ratoire des
! autres essais, aYec les produits suivantæ:
80 ml d~eau distillée
20 ml de perfluorotributylamine
4,1 g C6F13 (C2H4)n R n moyen = 12,3
2~7 g C6~13 (C ~ 40)n H avec la re'partition suivante:
n = 1 ~ 7
2 6 %
. 3 7 ~
: 4 65 %
13 ~
6 2 %.
On a ain~i pu obtenir une ~mulsion transparente et sta-
ble dans un domaine de temp~rature compris entre 30 et 42C.
Si la m8me préparation est effectuée avec 2,4 g du
: tensio-acti~ lipophile et 4 g du ten~io-sctif hydrophile, on ob-
tient une zone de stabilité comprise entre 45 et 50C.
EXE~P~E 9
On a préparé une émul~ion, selon le mode opératoire de
l~esemple 1, avec les produits sui~ant~s
80 ml d~eau dlstillée
20 ~1 de C ~17 - CH = CH - C4Fg
2,4 g de C6F13 (C ~ 40)3
4~3 g de C6F13 (C ~ 4)n H
n moyen = 12,3
On a ainsi obtenu une émulsion transparente et stable
entre 34 et 43C.
- 13 -
