La transition énergétique de la Californie : le rôle central du stockage de batteries conteneurisées

De l'urgence à la stabilité du réseau : la transformation rapide du système électrique californien

En août 2020, la Californie a connu une crise énergétique. Avec des températures dépassant les 40 degrés Celsius, l'approvisionnement en électricité s'est effondré dans cet État qui se targue d'être un pionnier de la transition énergétique. Près d'un demi-million de foyers se sont retrouvés sans électricité lorsque le gestionnaire du réseau électrique californien, CAISO, a eu recours à des coupures de courant contrôlées pour la première fois en dix-neuf ans. La cause n'était pas un manque de capacité de production, mais un problème fondamental de planification : les ressources énergétiques existantes ne pouvaient plus suivre le rythme de cette nouvelle réalité. Les centrales solaires produisaient de l'électricité en abondance pendant la journée, mais au coucher du soleil, lorsque des millions de personnes rentraient du travail, la capacité de production s'est soudainement épuisée.

Quatre ans plus tard, le tableau est radicalement différent. Durant l'été 2024, la Californie a affronté une chaleur record sans la moindre coupure de courant. Ce qui a changé, ce sont les systèmes de stockage d'énergie par batteries, d'apparence anodine, installés dans le désert californien. Ces systèmes sont devenus l'épine dorsale d'un nouveau réseau électrique. La capacité de stockage installée est passée de seulement 500 mégawatts en 2018 à plus de 13 300 mégawatts fin 2024. En mai 2025, elle avait déjà atteint plus de 15 700 mégawatts, soit une augmentation de 1 944 % depuis le début du mandat de Newsom en 2019. Cette transformation est bien plus qu'une simple réussite technologique. Elle représente un changement de paradigme économique fondamental, démontrant comment le stockage d'énergie ne se contente pas de résoudre un problème technique, mais instaure également un modèle économique entièrement nouveau pour les marchés de l'énergie.

Dimensions mondiales : l'ascension de la Californie au rang de superpuissance du stockage

L'ampleur de cette transformation n'apparaît clairement qu'en comparaison. Après la Chine, la Californie possède la plus grande capacité de stockage d'énergie par batteries au monde. Avec plus de 13 gigawatts, cet État surpasse la capacité de stockage de pays entiers. Ces installations couvrent désormais environ un quart de la consommation de pointe du soir, cette période critique entre 17 h et 21 h où la production solaire chute brutalement tandis que la demande d'électricité explose. En avril 2024, les batteries ont atteint pour la première fois plus de 6 000 mégawatts de puissance de décharge et ont brièvement constitué la principale source d'énergie du réseau californien. Ce qui, au cours des dernières décennies, ne pouvait être assuré que par des centrales à gaz à montée en puissance rapide, est aujourd'hui pris en charge par des systèmes de stockage par batteries capables de réagir quasi instantanément aux fluctuations de la demande.

Le principe d'arbitrage : comment les prix négatifs de l'électricité deviennent un modèle commercial

Le mécanisme économique de ce système repose sur une logique implacable. La Californie produit tellement d'électricité en milieu de journée grâce à ses plus de 46 gigawatts de capacité solaire installée que les prix deviennent régulièrement négatifs. En 2024, le prix de l'électricité a été négatif pendant plus de 1 180 heures, avec un prix médian de -17 dollars par mégawattheure. Dans ces moments-là, les producteurs devraient théoriquement payer pour que quelqu'un absorbe leur électricité. Cela crée une opportunité d'arbitrage lucrative pour les systèmes de stockage par batteries. Ces dernières se chargent lorsque l'électricité est pratiquement gratuite, voire à un prix négatif, et se déchargent le soir, lorsque la demande est forte et que les centrales à gaz ou, plus coûteuses, les centrales au fioul fixeraient le prix du marché. L'écart de prix entre l'heure la moins chère et l'heure la plus chère de la journée a atteint des valeurs maximales de plus de 55 dollars par kilowattheure et par an en 2023.

Perturbation du marché de l'énergie : la nouvelle logique de la flexibilité

Ce modèle économique transforme en profondeur la structure du marché de l'énergie. Traditionnellement, le système électrique fonctionnait selon le principe du mérite : les centrales les moins chères étaient utilisées en premier, les plus coûteuses uniquement lors des pics de consommation. Les énergies renouvelables, dont le coût marginal est quasi nul, étaient privilégiées, les centrales à combustibles fossiles venant plus tard. Le stockage par batteries bouleverse ce modèle linéaire. Il agit comme un arbitre temporel, redistribuant l'énergie non seulement spatialement, mais surtout temporellement. Il crée ainsi un nouveau marché de la flexibilité, régi par des règles totalement différentes de celles de la production d'électricité conventionnelle.

Ruée vers l'or et correction du marché : les revenus des opérateurs de stockage

L'impact économique de cette évolution est considérable. Des modèles commerciaux extrêmement rentables ont émergé ces dernières années pour les opérateurs de stockage d'énergie par batteries. En 2023, les revenus moyens des fournisseurs de stockage d'énergie par batteries en Californie atteignaient 123 000 dollars par mégawatt et par an. Cependant, une correction significative du marché est déjà perceptible. Fin 2024, les revenus avaient chuté à une moyenne de 51 000 dollars par mégawatt et par an, et même à seulement 24 000 dollars en décembre. Cette évolution reflète la dynamique classique d'un marché saturé. À mesure que la capacité de stockage sur le réseau augmente, les écarts de prix entre le jour et la nuit se réduisent, car davantage d'acteurs tentent simultanément d'exploiter les mêmes opportunités d'arbitrage. Les revenus liés à l'énergie, qui représentaient encore plus de 80 % des revenus totaux en 2023, ont diminué de 28 % en 2024.

Les avantages économiques : pourquoi la baisse des profits est un bon signe

Ces baisses de revenus ne sont toutefois pas un signe d'échec, mais paradoxalement un indicateur de la réussite du système. Le stockage par batteries remplit précisément sa fonction macroéconomique : il lisse les fluctuations de prix et assure un meilleur équilibre entre l'offre et la demande. D'un point de vue macroéconomique, il s'agit d'un système très efficace. Une étude de 2023 commandée par la Commission des services publics de Californie estimait le bénéfice net des parcs de stockage californiens à 1,6 milliard de dollars par an jusqu'en 2032, à condition que la capacité installée atteigne les 13,6 gigawatts prévus. Ce bénéfice résulte d'investissements évités dans d'autres infrastructures de réseau, d'une réduction des émissions de gaz à effet de serre, d'une moindre limitation de la production d'énergies renouvelables et, surtout, de l'absence de centrales électriques coûteuses pour les pics de consommation.

Technologie et coûts : La norme des quatre heures comme facteur de réussite

La structure des coûts du stockage par batteries s'est considérablement améliorée ces dernières années. Alors qu'un système de stockage coûtait plus de 500 dollars par kilowattheure en 2017, le coût des nouveaux projets, installation comprise, se situe désormais entre 150 et 250 dollars par kilowattheure. La plupart des projets californiens utilisent des batteries lithium-fer-phosphate avec une durée de décharge de quatre heures, une norme dictée par les exigences réglementaires en matière de sécurité d'approvisionnement. Cette règle des quatre heures signifie qu'une batterie doit pouvoir fournir sa puissance nominale pendant au moins quatre heures pour être considérée comme une ressource de capacité. Cela offre aux investisseurs une base claire pour leur planification, car des durées de décharge plus longues ne donnent pas lieu à des paiements de capacité supplémentaires.

Décisions politiques : comment les lois ont accéléré l’expansion du stockage

La rapidité avec laquelle la Californie a développé ses capacités de stockage est due à une politique constante de promotion. Dès 2013, la loi AB 2514 imposait aux trois principaux fournisseurs d'électricité californiens d'acquérir une capacité de stockage totale de 1 325 mégawatts d'ici 2020. Cet objectif initial a permis aux investisseurs d'anticiper leurs besoins et a contribué à réduire les coûts du secteur. La loi AB 2868 a ajouté 500 mégawatts en 2016, en privilégiant le réseau de distribution. Cependant, le facteur décisif a été la réponse apportée aux pannes de courant de 2020. Le gouvernement californien a lancé un programme d'achats d'urgence qui a permis de mettre sur le marché plusieurs gigawatts de capacité de stockage supplémentaire en un temps record. Des projets qui auraient normalement nécessité des années de planification ont été approuvés et mis en œuvre en quelques mois.

Innovation réglementaire : Procédures accélérées pour les mégaprojets

Cette détermination politique se traduit également par des innovations réglementaires. Le programme de certification par consentement explicite, mis en place en 2022, permet à la Commission de l'énergie de Californie d'accélérer l'approbation de certains projets de stockage d'énergie d'une capacité supérieure à 200 mégawattheures. L'agence dispose de 270 jours pour réaliser une étude d'impact environnemental avant le début des travaux. Le premier projet approuvé dans le cadre de cette procédure, la centrale Darden Clean Energy, sera le plus grand système de stockage d'énergie par batteries au monde, avec une capacité de 4,6 gigawattheures. Il est conçu pour stocker suffisamment d'énergie pour alimenter 850 000 foyers pendant quatre heures. De tels mégaprojets étaient impensables il y a encore quelques années. Ils témoignent de la rapidité avec laquelle ce marché évolue.

Diversification des sources de revenus : des services système aux centrales électriques virtuelles

Les incitations économiques pour les investisseurs privés sont renforcées par diverses sources de revenus. Outre les profits d'arbitrage sur le marché de l'électricité du lendemain, les systèmes de stockage d'énergie par batteries perçoivent des paiements pour des services auxiliaires tels que la régulation de fréquence et le contrôle de tension. Ils peuvent participer au marché de capacité, où la disponibilité d'énergie garantie est rémunérée. Ils bénéficient également d'une intégration croissante dans les centrales électriques virtuelles, où des milliers de systèmes de stockage décentralisés sont coordonnés. En juillet 2025, plus de 100 000 systèmes de stockage domestiques ont injecté en moyenne 535 mégawatts dans le réseau lors d'un test coordonné. Ces ressources distribuées, agrégées par des entreprises comme Sunrun et Tesla, reçoivent des primes pouvant atteindre 150 $ par batterie et par saison. Le concept de centrale électrique virtuelle élargit considérablement le modèle économique, car il permet également aux particuliers de devenir des acteurs du marché de l'énergie.

Dompter la « courbe en canard » : comment le stockage résout le plus grand problème de l'énergie solaire

La transformation du système énergétique californien est illustrée par la célèbre courbe en forme de canard, un diagramme qui visualise les défis posés par les énergies renouvelables intermittentes. Le matin et le soir, la courbe indique une forte demande résiduelle ; à midi, elle chute lorsque les centrales solaires produisent d'importantes quantités d'électricité. Le ventre du canard représente la surproduction, tandis que son cou symbolise la forte augmentation de la demande en soirée, lorsque la production solaire s'effondre et que la demande explose simultanément. Pendant des années, cette augmentation de la demande a été considérée comme le principal obstacle technique de la transition énergétique. Les centrales à gaz devaient passer de zéro à pleine charge en quelques heures seulement, un processus complexe sur le plan technique et coûteux sur le plan économique.

Effets de substitution : les centrales électriques au gaz deviennent obsolètes

Les systèmes de stockage par batteries apportent une solution élégante à ce problème. Ils se chargent pendant les périodes de surplus d'énergie solaire et se déchargent précisément lors du pic de consommation critique du soir. Cela atténue considérablement la courbe en canard. La variation extrême de la puissance, qui dépassait auparavant 13 000 mégawatts en trois heures, est désormais étalée et atténuée. Cet effet a des conséquences économiques importantes. Les centrales à gaz, autrefois indispensables pour répondre à la demande de pointe du soir, deviennent de plus en plus superflues. Plus de 60 % des turbines à gaz à cycle unique de Californie fonctionnent aujourd'hui avec un facteur de capacité inférieur à 5 %. Elles sont inactives la plupart du temps et ne sont maintenues en service qu'en dernier recours. Leurs exploitants sont confrontés à une baisse de leurs revenus, tandis que le stockage par batteries devient plus rentable. Certaines centrales à gaz ont déjà annoncé leur fermeture ou sont en cours de remplacement par des systèmes de stockage par batteries.

Au cœur de cette avancée technologique se trouve l'abandon délibéré du système de fixation par pinces conventionnel, qui a fait office de norme pendant des décennies. Ce nouveau système de montage, plus rapide et plus économique, repose sur un concept fondamentalement différent et plus intelligent. Au lieu de fixer les modules en des points précis, ils sont insérés dans un rail de support continu de forme spécifique et maintenus fermement en place. Cette conception garantit une répartition uniforme de toutes les forces, qu'il s'agisse des charges statiques dues à la neige ou des charges dynamiques dues au vent, sur toute la longueur du cadre du module.

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Un symbole de changement : là où l'on brûlait autrefois du gaz, il y a maintenant des batteries

L'exemple le plus marquant est la Nova Power Bank de Calpine à Menifee, en Californie. Construite sur le site d'une ancienne centrale à gaz, cette installation de stockage d'énergie par batteries de 680 mégawatts est entrée en service en 2024. Ce projet symbolise la transition d'un système énergétique basé sur les énergies fossiles vers un système basé sur le stockage. Là où brûlaient autrefois des turbines à gaz, on trouve désormais des rangées de conteneurs remplis de batteries lithium-ion. Cet investissement de plus d'un milliard de dollars démontre que le stockage n'est plus une technologie de niche, mais bien un projet industriel de grande envergure. Calpine, traditionnellement exploitant de centrales à gaz, développe actuellement une capacité de stockage par batteries d'environ 2 000 mégawatts, illustrant ainsi le virage stratégique des entreprises énergétiques établies.

Le paradoxe des prix : baisse des prix de gros, hausse des coûts pour le consommateur final

Les effets économiques de cette évolution sont mitigés. D'une part, les prix de gros de l'électricité sont en baisse. Le stockage par batteries accroît l'offre lors des pics de demande, réduisant ainsi les fluctuations de prix. Au premier semestre 2024, le prix spot de l'électricité en Californie a chuté de plus de 50 % par rapport à l'année précédente. Cette baisse est directement imputable à l'augmentation massive des capacités solaires et de stockage. Parallèlement, la consommation de gaz a diminué de 40 % durant la période considérée. Du point de vue climatique, il s'agit d'une avancée significative. Une moindre combustion de gaz se traduit par une réduction des émissions de CO2 et une meilleure qualité de l'air, notamment dans les zones métropolitaines comme Los Angeles, où les centrales à gaz constituent une source majeure de pollution.

En revanche, les prix de l'électricité pour les consommateurs finaux en Californie atteignent des niveaux records. Avec un prix moyen de 30 à 32 cents le kilowattheure, les ménages californiens paient près du double de la moyenne américaine. Par rapport à 2008, les prix de l'électricité ont augmenté de 98 %, soit la plus forte hausse de tous les États américains. La facture annuelle moyenne d'un ménage s'élève à 1 758 dollars, soit 764 dollars de plus qu'en 2010. Ces hausses de prix ont des causes diverses qui vont bien au-delà de la transition énergétique. Un facteur important est le coût exorbitant de la prévention des incendies de forêt. Après les incendies dévastateurs provoqués par des lignes électriques défectueuses, les compagnies d'électricité californiennes investissent des milliards dans la rénovation des lignes de transport, les systèmes de protection contre les incendies et les assurances. Ces coûts sont directement répercutés sur les consommateurs finaux.

Facteurs de coûts cachés : marchés de capacité et infrastructure de réseau

Un autre facteur influençant les prix est le marché de la capacité. La loi californienne sur l'adéquation des ressources (Resource Adequacy Act) oblige les fournisseurs d'électricité à maintenir une capacité de secours suffisante pour répondre aux pics de demande. Les coûts de maintien de cette capacité ont augmenté de 357 % entre 2017 et 2022, principalement en raison du coût croissant de l'entretien des centrales à gaz anciennes, qui restent néanmoins indispensables comme solutions de secours. Le stockage par batteries pourrait atténuer cette pression sur les coûts à moyen terme, car il constitue une ressource de capacité moins onéreuse. Les analyses montrent que le stockage par batteries coûte entre 5 et 8 dollars par kilowatt de capacité et par mois, tandis que les centrales à gaz anciennes engendrent des coûts nettement supérieurs. Toutefois, il faudra des années avant que les nouveaux systèmes de stockage ne puissent remplacer complètement les anciennes centrales.

La phase de transition : Pourquoi les ménages californiens paient pour deux systèmes énergétiques

Le débat sur le prix de l'électricité en Californie met en lumière un défi fondamental de la transition énergétique. Transformer le système énergétique représente un investissement massif dans les infrastructures, s'étalant sur plusieurs décennies. Durant cette phase de transition, les anciennes et les nouvelles infrastructures coexistent, engendrant un doublement des coûts. Les centrales à gaz ne peuvent être arrêtées brutalement car elles constituent une solution de secours indispensable en cas d'événements climatiques extrêmes ou de défaillance des installations de stockage. Parallèlement, des coûts considérables sont engagés pour développer les capacités de stockage, les centrales solaires et les réseaux de transport. De fait, les ménages californiens financent simultanément deux systèmes énergétiques. Ce n'est qu'une fois la transition achevée et les infrastructures à combustibles fossiles entièrement amorties ou mises hors service que les coûts diminueront.

Démystifier une idée reçue : les énergies renouvelables ne sont pas le facteur déterminant des prix

Une étude de l'Université de Stanford datant de 2024 démontre que les énergies renouvelables ne sont pas la principale cause de la hausse des prix de l'électricité. Sur les 116 jours étudiés au printemps et au début de l'été 2024, la Californie a couvert plus de 100 % de sa demande en électricité grâce à l'énergie solaire, éolienne, hydroélectrique et géothermique, et ce, pendant 98 jours, sans aucune coupure. Le prix sur le marché spot a chuté de plus de 50 % durant cette période. Parallèlement, la consommation de gaz a diminué de 25 % sur l'ensemble de l'année. Ces données réfutent l'idée reçue selon laquelle les énergies renouvelables entraînent inévitablement une hausse des coûts. En réalité, les prix élevés pour le consommateur final résultent des coûts d'infrastructure mentionnés précédemment, des mesures de prévention des incendies de forêt et d'un cadre réglementaire trop lent qui perpétue la surcapacité des énergies fossiles.

Vision à long terme : un système décarboné d'ici 2045

La vision économique à long terme de la Californie est de parvenir à un système électrique entièrement décarboné d'ici 2045. Pour atteindre cet objectif, l'État aurait besoin d'environ 52 000 mégawatts de capacité de stockage par batteries, soit près de quatre fois sa capacité actuelle. En supposant des cycles de stockage de quatre heures, cela équivaudrait à une capacité totale de plus de 200 gigawattheures. Les investissements nécessaires se chiffrent en centaines de milliards de dollars. Intersect Power, un des principaux développeurs de projets solaires et de stockage, a annoncé des investissements de 9 milliards de dollars pour les prochaines années. À l'échelle nationale, le secteur du stockage par batteries s'est engagé à investir plus de 100 milliards de dollars au cours de la prochaine décennie afin de construire une chaîne d'approvisionnement entièrement nationale.

Dimension de la politique industrielle : bien plus que la simple technologie énergétique

Ces chiffres illustrent la dimension macroéconomique de la révolution du stockage d'énergie. Il ne s'agit pas seulement de technologies énergétiques, mais d'une transformation profonde des politiques industrielles. Le développement d'une filière de stockage créera des centaines de milliers d'emplois dans la fabrication, l'installation et l'exploitation. La Californie se positionne comme un pôle mondial pour cette industrie, à l'instar de ce qu'elle a fait pour les secteurs de l'informatique et des véhicules électriques. Les retombées technologiques s'étendent bien au-delà du secteur de l'énergie. Les systèmes de gestion des batteries, l'électronique de puissance et les technologies d'intégration au réseau trouvent des applications dans l'électromobilité, les procédés industriels et la numérisation de l'ensemble du système énergétique.

Nouveaux défis : Dépendances et risques de sécurité

L’approche californienne n’est toutefois pas sans risques. La forte dépendance au stockage par batteries crée de nouvelles vulnérabilités. Les batteries lithium-ion se dégradent à chaque cycle de charge-décharge et leur capacité diminue au fil des ans. Les systèmes de batteries doivent être remplacés après environ 3 000 à 5 000 cycles, ce qui implique un réinvestissement continu. L’approvisionnement en lithium, cobalt et autres matières premières essentielles est concentré à l’échelle mondiale, principalement en Chine. Des pénuries d’approvisionnement ou des tensions géopolitiques pourraient affecter considérablement la disponibilité et le prix de ces matériaux. La Californie s’efforce de réduire ces dépendances par le recyclage et la diversification des chaînes d’approvisionnement, mais ces processus prennent du temps.

Un autre risque réside dans la sécurité des systèmes. En janvier 2023, un grave incendie s'est déclaré à la centrale de stockage d'énergie par batteries de Moss Landing, l'une des plus grandes au monde. Une capacité de 300 mégawatts a été endommagée et la centrale a dû rester hors service pendant plusieurs mois. Bien que rares, ces incidents soulèvent des questions quant à la fiabilité et au coût des assurances des grands systèmes de stockage. La Californie a par la suite mis en place des normes de sécurité plus strictes, notamment pour les systèmes d'extraction de gaz et les technologies d'extinction d'incendie. Ces exigences supplémentaires augmentent les coûts d'investissement, mais sont indispensables pour garantir l'acceptation de cette technologie par le public.

Il n’existe pas de solution universelle : les limites de la transférabilité

La transposabilité du modèle californien à d'autres régions est limitée. La Californie bénéficie de conditions exceptionnellement favorables. Son climat ensoleillé garantit un rendement solaire élevé, condition essentielle au modèle d'arbitrage. La forte densité de population et la consommation d'électricité importante y génèrent une demande considérable. Une réglementation favorable aux technologies et un soutien politique facilitent l'obtention rapide des autorisations. Les régions moins ensoleillées, à la demande plus faible ou soumises à des réglementations plus restrictives devront adopter des approches différentes. L'Allemagne, par exemple, mise davantage sur la flexibilité grâce à la gestion de la charge et aux interconnexions avec les pays européens voisins. Le Texas privilégie une approche axée sur le marché avec une intervention minimale de l'État, ce qui a également permis un développement massif du stockage, mais avec des structures de prix et de risques différentes.

Trois leçons clés pour la transition énergétique mondiale

Néanmoins, la Californie offre des enseignements précieux pour la transition énergétique mondiale. La leçon la plus importante est que le stockage n'est plus une option, mais une composante essentielle d'un système énergétique moderne intégrant une part importante d'énergies renouvelables variables. La deuxième leçon est que le stockage est économiquement viable si le cadre réglementaire est adapté. La Californie a démontré que des objectifs politiques clairs, associés à des incitations et à des procédures d'autorisation accélérées, peuvent mobiliser des milliards de dollars d'investissements privés. La troisième leçon concerne la nécessité d'une planification systémique. Le stockage, à lui seul, ne résoudra pas le problème énergétique. Il doit s'inscrire dans une stratégie globale coordonnant la production, le transport, la distribution et la consommation d'énergie.

Une expérience en temps réel : l’ère irrésistible du stockage

La révolution du stockage d'énergie par batteries en Californie est en réalité une expérience grandeur nature. Elle démontre comment un système énergétique très développé peut être radicalement transformé sans compromettre la sécurité d'approvisionnement. La rapidité de cette transformation est remarquable. En seulement six ans, la capacité de stockage est passée de quasiment zéro à plus de 15 gigawatts, un taux de croissance sans précédent dans l'histoire de l'énergie. Cette dynamique va se poursuivre. Des milliers de mégawatts supplémentaires sont prévus pour 2025 et 2026, et d'autres États comme l'Arizona, le Nevada et le Texas emboîtent le pas. L'ère du stockage est irréversible.

La nouvelle monnaie du réseau électrique : la flexibilité temporelle

Ce qui se trouve dans des conteneurs discrets au cœur du désert californien est bien plus qu'une simple technologie. C'est la manifestation concrète d'un principe économique fondamental : le temps, c'est de l'argent, et quiconque est capable de moduler l'énergie dans le temps ouvre un nouveau marché. Les systèmes de stockage par batteries sont les acteurs clés du système énergétique, achetant lorsque le prix est bas et vendant lorsqu'il est élevé. Ils créent de la liquidité sur un marché auparavant caractérisé par l'immédiateté. L'électricité devait être produite en temps réel, au moment même où elle était consommée. Cette contrainte disparaît. L'énergie devient stockable, prévisible et échangeable. Cela transforme l'ensemble de la chaîne de valeur énergétique. L'avenir n'appartient plus seulement aux grands producteurs, mais à ceux qui peuvent offrir de la flexibilité. La Californie illustre ce à quoi ressemble cet avenir.

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