Herezh_dev/comportement/iso_elas_nonlinear/iso_elas_expo3D.cc

// FICHIER : Iso_elas_expo3D.cp
// CLASSE : Iso_elas_expo3D


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//
// The finite element software Herezh++ is dedicated to the field
// of mechanics for large transformations of solid structures.
// It is developed by Gérard Rio (APP: IDDN.FR.010.0106078.000.R.P.2006.035.20600)
// INSTITUT DE RECHERCHE DUPUY DE LÔME (IRDL) <https://www.irdl.fr/>.
//
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// Copyright (C) 1997-2022 Université Bretagne Sud (France)
// AUTHOR : Gérard Rio
// E-MAIL  : gerardrio56@free.fr
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// along with this program. If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
//
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//#include "Debug.h"

# include <iostream>
using namespace std;  //introduces namespace std
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include "Sortie.h"
#include "TypeConsTens.h"
#include "CharUtil.h"


#include "Iso_elas_expo3D.h"
#include "MathUtil.h"

Iso_elas_expo3D::Iso_elas_expo3D () :  // Constructeur par defaut
  Loi_comp_abstraite(ISO_ELAS_ESPO3D,CAT_MECANIQUE,3),E(0.),nu(-2.)
  ,f_coefficient(NULL)
  ,I_x_I_HHHH(),I_xbarre_I_HHHH(),I_x_eps_HHHH(),Ixbarre_eps_HHHH()
   { };
	

// Constructeur de copie
Iso_elas_expo3D::Iso_elas_expo3D (const Iso_elas_expo3D& loi) :
	Loi_comp_abstraite(loi),E(loi.E),nu(loi.nu)
   ,f_coefficient(loi.f_coefficient)
 ,I_x_I_HHHH(),I_xbarre_I_HHHH(),I_x_eps_HHHH(),Ixbarre_eps_HHHH()
	{if (f_coefficient != NULL)
	   if (f_coefficient->NomCourbe() == "_")
        {// comme il s'agit d'une courbe locale on la redéfinie (sinon pb lors du destructeur de loi)
         string non_courbe("_");   
         f_coefficient = Courbe1D::New_Courbe1D(*loi.f_coefficient);
        };
	};

Iso_elas_expo3D::~Iso_elas_expo3D ()
// Destructeur 
{ if (f_coefficient != NULL)
    if (f_coefficient->NomCourbe() == "_") delete f_coefficient;
  };

// Lecture des donnees de la classe sur fichier
void Iso_elas_expo3D::LectureDonneesParticulieres 
                (UtilLecture * entreePrinc,LesCourbes1D& lesCourbes1D,LesFonctions_nD& lesFonctionsnD)
  { // lecture du module d'young et du coefficient de poisson
    if(strstr(entreePrinc->tablcar,"E=")== NULL)
         { cout << "\n erreur en lecture du module d'young "
                << " on attendait la chaine : E= ";
           cout << "\n Iso_elas_expo3D::LectureDonneesParticulieres  "
                << "(UtilLecture * entreePrinc) " << endl ;
           entreePrinc->MessageBuffer("   ");
           throw (UtilLecture::ErrNouvelleDonnee(-1));
           Sortie(1);          
          }
    if(strstr(entreePrinc->tablcar,"nu=")== NULL)
         { cout << "\n erreur en lecture du coefficient de poisson "
                << " on attendait la chaine : nu= ";
           cout << "\n Iso_elas_expo3D::LectureDonneesParticulieres  "
                << "(UtilLecture * entreePrinc) " << endl ;
           entreePrinc->MessageBuffer("   ");
           throw (UtilLecture::ErrNouvelleDonnee(-1));
           Sortie(1);          
          }
    string nom,toto;      
    *(entreePrinc->entree) >> nom >> E >> nom >> nu;
    
    // lecture de la courbe de coefficient multiplicatif
    entreePrinc->NouvelleDonnee();  // lecture d'une nouvelle ligne
    if(strstr(entreePrinc->tablcar,"f_coefficient")== NULL)
         { cout << "\n erreur en lecture de la courbe de coefficient multiplicatif "
                << " on attendait la chaine : f_coefficient";
           cout << "\n Iso_elas_expo3D::LectureDonneesParticulieres  "
                << "(UtilLecture * entreePrinc) " << endl ;
           entreePrinc->MessageBuffer("   ");
           throw (UtilLecture::ErrNouvelleDonnee(-1));
           Sortie(1);          
          }
    *(entreePrinc->entree) >> toto >> nom; 
    // on regarde si la courbe existe, si oui on récupère la référence 
    if (lesCourbes1D.Existe(nom)) 
      { f_coefficient = lesCourbes1D.Trouve(nom);
        }
    else
     { // sinon il faut la lire maintenant   
       string non_courbe("_");   
       f_coefficient = Courbe1D::New_Courbe1D(non_courbe,Id_Nom_Courbe1D (nom.c_str()));
       // lecture de la courbe
       f_coefficient->LectDonnParticulieres_courbes (non_courbe,entreePrinc);
      } 
    // appel au niveau de la classe mère
    Loi_comp_abstraite::Lecture_type_deformation_et_niveau_commentaire
                 (*entreePrinc,lesFonctionsnD);

   };
// affichage de la loi
void Iso_elas_expo3D::Affiche()  const 
  { cout << " \n loi de comportement isoelastique non lineaire 1D " 
         << " E= " << E  << " nu= " << nu << endl;
    cout << " \n fonction multiplicative " ;
    f_coefficient->Affiche();    
    // appel de la classe mère
    Loi_comp_abstraite::Affiche_don_classe_abstraite();
  };
            
// affichage et definition interactive des commandes particulières à chaques lois
void Iso_elas_expo3D::Info_commande_LoisDeComp(UtilLecture& entreePrinc)
 {  ofstream & sort = *(entreePrinc.Commande_pointInfo()); // pour simplifier
	   cout << "\n definition standart (rep o) ou exemples exhaustifs (rep n'importe quoi) ? ";
	   string rep = "_";
    // procédure de lecture avec prise en charge d'un retour chariot
    rep = lect_return_defaut(true,"o");

    sort << "\n# --------------------------------------------------------------------"
         << "\n# |.......  loi de comportement isoelastique non lineaire 3D ........|"
         << "\n# |      module d'young :   coefficient de poisson                   |"
         << "\n# --------------------------------------------------------------------"
         << "\n E= " << setprecision(6) << E << " nu= " << setprecision(6) << nu ;
    if ((rep != "o") && (rep != "O" ) && (rep != "0") )
      { sort
         << "\n#    .. definition de la courbe multiplicative .. "
         << "\n#       f_coefficient   courbe1    # exemple d'une courbe qui existe déjà"
         << "\n#           exemple d'une courbe defini a la suite "
         << "\n#   f_coefficient COURBEPOLYLINEAIRE_1_D"
         << "\n#         Debut_des_coordonnees_des_points"
         << "\n#                 Coordonnee dim= 2 0. 1. "
         << "\n#                 Coordonnee dim= 2 1. 2. "
         << "\n#         Fin_des_coordonnees_des_points  " 
         << "\n#   .. fin de la definition de la courbe multiplicative..  ";
       };
    sort << endl;
    // appel de la classe mère
    Loi_comp_abstraite::Info_commande_don_LoisDeComp(entreePrinc);     
  };  		  	  

// test si la loi est complete
int Iso_elas_expo3D::TestComplet()
    { int ret = LoiAbstraiteGeneral::TestComplet();
      if (E == 0.)
       { cout << " \n le ou les parametres de la loi ne sont pas definis,  pour  la loi " << Nom_comp(id_comp)
              << '\n';
         ret = 0;
       }
      if ( f_coefficient == NULL)
       { cout << " \n la fonction de coefficient multiplicatif n'est pas defini pour  la loi " 
              << Nom_comp(id_comp)
              << '\n';
         ret = 0;
       }                
       return ret; 
    }; 

	   //----- lecture écriture de restart -----
	   // cas donne le niveau de la récupération
       // = 1 : on récupère tout
       // = 2 : on récupère uniquement les données variables (supposées comme telles)
void Iso_elas_expo3D::Lecture_base_info_loi(ifstream& ent,const int cas,LesReferences& lesRef,LesCourbes1D& lesCourbes1D
                                             ,LesFonctions_nD& lesFonctionsnD)
  { string toto; 
    if (cas == 1)
     { ent >> toto >> E >> toto >> nu;
          // la courbe de coefficient multiplicatif
          ent >> toto;
          if (toto != "fonction_multiplicative")
           { cout << "\n erreur en lecture de la fonction epsilon, on attendait fonction_multiplicative et on a lue " << toto
                  << "\n Iso_elas_expo3D::Lecture_base_info_loi(...";
             Sortie(1);
            }; 
          f_coefficient = lesCourbes1D.Lecture_pour_base_info(ent,cas,f_coefficient);
      }
     // appel de la classe mère
     Loi_comp_abstraite::Lecture_don_base_info(ent,cas,lesRef,lesCourbes1D,lesFonctionsnD);
 };
       // cas donne le niveau de sauvegarde
       // = 1 : on sauvegarde tout
       // = 2 : on sauvegarde uniquement les données variables (supposées comme telles)
void Iso_elas_expo3D::Ecriture_base_info_loi(ofstream& sort,const int cas)
  { if (cas == 1) 
     { sort << "  module_d'young " << E << " nu " << nu ;
       // la courbe de coefficient multiplicatif
       sort << " \n fonction_multiplicative "; 
       LesCourbes1D::Ecriture_pour_base_info(sort,cas,f_coefficient);
      }
	// appel de la classe mère
    Loi_comp_abstraite::Ecriture_don_base_info(sort,cas);  
   }; 
// calcul d'un module d'young équivalent à la loi
// pour un chargement nul
double Iso_elas_expo3D::Module_young_equivalent(Enum_dure ,const Deformation & def ,SaveResul * )
   { return E  * f_coefficient->Valeur(Dabs(0.)); };
	  
// récupération d'un module de compressibilité équivalent à la loi pour un chargement nul
// il s'agit ici de la relation -pression = sigma_trace/3. = module de compressibilité * I_eps
double Iso_elas_expo3D::Module_compressibilite_equivalent(Enum_dure ,const Deformation & def)
    { cout << "\n pas implante !! "
           << "\n Iso_elas_expo3D::Module_compressibilite_equivalent(Deformation & def)";
      Sortie(1);
      return 0.; // pour taire le compilo
    
      /*if (!thermo_dependant)
	    {return E/(3.*(1.-2.*nu));}
	  else   
	    { temperature_tdt = def.DonneeInterpoleeScalaire(TEMP,TEMPS_tdt);
          return E_temperature->Valeur(temperature_tdt)/(3.*(1.-2.*nu));
         };	*/  
	 }; 

     

 // ========== codage des METHODES VIRTUELLES  protegees:================
        // calcul des contraintes a t+dt
void Iso_elas_expo3D::Calcul_SigmaHH (TenseurHH& ,TenseurBB& ,DdlElement & tab_ddl,
             TenseurBB & ,TenseurHH & ,BaseB& ,BaseH& ,TenseurBB&  epsBB_,
             TenseurBB& delta_epsBB_, TenseurBB&  ,
		  	 TenseurHH & gijHH_,Tableau <TenseurBB *>& d_gijBB_,double& ,double& ,
		  	  TenseurHH & sigHH_
		  	,EnergieMeca & energ,const EnergieMeca & energ_t,double& module_compressibilite,double&  module_cisaillement
		  	,const Met_abstraite::Expli_t_tdt&  ex)
 {   
   #ifdef MISE_AU_POINT	 	 
	 if (epsBB_.Dimension() != 3)
	    { cout << "\nErreur : la dimension devrait etre 1 !\n";
		  cout << " Iso_elas_expo3D::Calcul_SigmaHH\n";
		  Sortie(1);
		};
	 if (tab_ddl.NbDdl() != d_gijBB_.Taille())
	    { cout << "\nErreur : le nb de ddl est != de la taille de d_gijBB_  !\n";
		  cout << " Iso_elas_expo3D::Calcul_SigmaHH\n";
		  Sortie(1);
		};
		
    #endif
    const Tenseur3BB & epsBB = *((Tenseur3BB*) &epsBB_); // passage en dim 3
    const Tenseur3HH & gijHH = *((Tenseur3HH*) &gijHH_); //   "      "  "  "
    const Tenseur3BB & delta_epsBB = *((Tenseur3BB*) &delta_epsBB_); // passage en dim 3
    Tenseur3HH & sigHH = *((Tenseur3HH*) &sigHH_);  //   "      "  "  "

    Tenseur3BH  epsBH =  epsBB * gijHH;
    // l'invariant relatif au cisaillement
    double invariant_eps= sqrt(2./3. * epsBH.II() );
    double Etotal = E  * f_coefficient->Valeur(invariant_eps);
    // calcul des coefficients 
    double coef1 = (Etotal*nu)/((1.-2.*nu)*(1+nu));
    double coef2 = Etotal/(1.+ nu);
    // calcul du deviateur des deformations
    double Ieps = epsBH.Trace();
    Tenseur3BH  sigBH = (Ieps * coef1) * IdBH3 + coef2 * epsBH ; // contrainte en mixte
    sigHH = gijHH * sigBH;  // en deux fois contravariant  
       
    // traitement des énergies
    EnergieMeca deltat_ener; // init à 0. des énergies
    deltat_ener.ChangeEnergieElastique(0.5 * (sigHH && delta_epsBB));
    // mise à jour des énergies
    energ = deltat_ener+energ_t;

    // -- calcul des modules
    double untiers=1./3.;
    // on n'utilise plus la forme linéaire, mais à la place la variation relative de volume
    // constaté, au sens d'une mesure logarithmique, sauf dans le cas où cette variation est trop petite
    //module_compressibilite = E/(3.*(1.-2.*nu));
    //  calcul de la valeur de la variation relative de volume en log
    double log_var_vol = log((*(ex.jacobien_tdt))/(*(ex.jacobien_0)));
    if (log_var_vol > ConstMath::petit)
      {module_compressibilite = sigBH.Trace() * untiers / log_var_vol;}
    else // si la variation de volume est trop faible on passe par la formule traditionnelle
      {module_compressibilite = Etotal/(3.*(1.-2.*nu));};
    // pour la partie cisaillement on garde la forme associée à la loi
    module_cisaillement = 0.5 * coef2;
  
    LibereTenseur(); 
 };
        
        // calcul des contraintes a t+dt et de ses variations  
void Iso_elas_expo3D::Calcul_DsigmaHH_tdt (TenseurHH& ,TenseurBB& ,DdlElement & tab_ddl
            ,BaseB& ,TenseurBB & ,TenseurHH & ,
            BaseB& ,Tableau <BaseB> & ,BaseH& ,Tableau <BaseH> & ,
            TenseurBB & epsBB_tdt,Tableau <TenseurBB *>& d_epsBB,TenseurBB & delta_epsBB_,
		    TenseurBB & ,TenseurHH & gijHH_tdt,
		    Tableau <TenseurBB *>& d_gijBB_tdt,
		  	Tableau <TenseurHH *>& d_gijHH_tdt,double& , double& ,
		  	Vecteur& ,TenseurHH& sigHH_tdt,Tableau <TenseurHH *>& d_sigHH
		  	,EnergieMeca & energ,const EnergieMeca & energ_t,double& module_compressibilite,double&  module_cisaillement
		  	,const Met_abstraite::Impli& ex )
 {
   #ifdef MISE_AU_POINT	 	 
	 if (epsBB_tdt.Dimension() != 3)
	    { cout << "\nErreur : la dimension devrait etre 1 !\n";
		  cout << " Iso_elas_expo3D::Calcul_DsigmaHH_tdt\n";
		  Sortie(1);
		};
	 if (tab_ddl.NbDdl() != d_gijBB_tdt.Taille())
	    { cout << "\nErreur : le nb de ddl est != de la taille de d_gijBB_tdt  !\n";
		  cout << " Iso_elas_expo3D::Calcul_SDsigmaHH_tdt\n";
		  Sortie(1);
		};
    #endif
    const Tenseur3BB & epsBB = *((Tenseur3BB*) &epsBB_tdt); // passage en dim 1
    const Tenseur3HH & gijHH = *((Tenseur3HH*) &gijHH_tdt); //   "      "  "  "
    const Tenseur3BB & delta_epsBB = *((Tenseur3BB*) &delta_epsBB_); // passage en dim 3
    Tenseur3HH & sigHH = *((Tenseur3HH*) &sigHH_tdt);  //   "      "  "  "
    

    // --- cas du tenseur des contraintes
    Tenseur3BH  epsBH =  epsBB * gijHH;
    double invariant_eps= sqrt(2./3. * epsBH.II() );
    double Etotal = E  * f_coefficient->Valeur(invariant_eps);
    // calcul des coefficients 
    double coef1 = (Etotal*nu)/((1.-2.*nu)*(1+nu));
    double coef2 = Etotal/(1.+ nu);
    // calcul du deviateur des deformations
    double Ieps = epsBH.Trace();
    Tenseur3BH  sigBH = (Ieps * coef1) * IdBH3 + coef2 * epsBH ; // contrainte en mixte
    sigHH = gijHH * sigBH;  // en deux fois contravariant  

    // --- cas le la variation du tenseur des contraintes
    int nbddl = d_gijBB_tdt.Taille();
        
    for (int i = 1; i<= nbddl; i++)
     { // on fait de faire uniquement une égalité d'adresse et de ne pas utiliser
       // le constructeur d'ou la profusion d'* et de ()
       Tenseur3HH & dsigHH = *((Tenseur3HH*) (d_sigHH(i)));  // passage en dim 3
//       const Tenseur3BB & d_gijBB =  *((Tenseur3BB*)(d_gijBB_tdt(i)));  // passage en dim 3
       const Tenseur3HH & dgijHH = *((Tenseur3HH*)(d_gijHH_tdt(i))) ; // pour simplifier l'ecriture
       const Tenseur3BB & depsBB = *((Tenseur3BB *) (d_epsBB(i))); //    "
       // pour chacun des ddl on calcul les tenseurs derivees
       Tenseur3BH depsBH =  epsBB * dgijHH  + depsBB * gijHH ;
       double dIeps = depsBH.Trace();
       dsigHH = dgijHH * sigBH + gijHH *  
                ((dIeps * coef1) * IdBH3 + coef2 * depsBH);
      }          
       
    // traitement des énergies
    EnergieMeca deltat_ener; // init à 0. des énergies
    deltat_ener.ChangeEnergieElastique(0.5 * (sigHH && delta_epsBB));
    // mise à jour des énergies
    energ = deltat_ener+energ_t;

    // -- calcul des modules
    double untiers=1./3.;
    // on n'utilise plus la forme linéaire, mais à la place la variation relative de volume
    // constaté, au sens d'une mesure logarithmique, sauf dans le cas où cette variation est trop petite
    //module_compressibilite = E/(3.*(1.-2.*nu));
    //  calcul de la valeur de la variation relative de volume en log
    double log_var_vol = log((*(ex.jacobien_tdt))/(*(ex.jacobien_0)));
    if (log_var_vol > ConstMath::petit)
      {module_compressibilite = sigBH.Trace() * untiers / log_var_vol;}
    else // si la variation de volume est trop faible on passe par la formule traditionnelle
      {module_compressibilite = Etotal/(3.*(1.-2.*nu));};
    // pour la partie cisaillement on garde la forme associée à la loi
    module_cisaillement = 0.5 * coef2;
  
    LibereTenseur();
 };


// calcul des contraintes et ses variations  par rapport aux déformations a t+dt
// en_base_orthonormee:  le tenseur de contrainte en entrée est  en orthonormee
//                  le tenseur de déformation et son incrémentsont également en orthonormees
//                 si = false: les bases transmises sont utilisées, sinon il s'agit de la base orthonormeee fixe
// ex: contient les éléments de métrique relativement au paramétrage matériel = X_(0)^a
void Iso_elas_expo3D::Calcul_dsigma_deps (bool en_base_orthonormee, TenseurHH & ,TenseurBB&
            ,TenseurBB & epsBB_tdt,TenseurBB & ,double& ,double& 
		  	,TenseurHH& sigHH_tdt,TenseurHHHH& d_sigma_deps_ 
		  	,EnergieMeca & energ,const EnergieMeca & 
		  	,double& module_compressibilite,double&  module_cisaillement
		  	,const Met_abstraite::Umat_cont& ex)
 {
   #ifdef MISE_AU_POINT	 	 
	 if (epsBB_tdt.Dimension() != 3)
	    { cout << "\nErreur : la dimension devrait etre 3 !\n";
		  cout << " Loi_iso_elas3D::Calcul_dsigma_deps\n";
		  Sortie(1);
		};
    #endif
    
    const Tenseur3BB & epsBB = *((Tenseur3BB*) &epsBB_tdt); // passage en dim 3
    const Tenseur3HH & gijHH = *((Tenseur3HH*) ex.gijHH_tdt); //   "      "  "  "
    Tenseur3HH & sigHH = *((Tenseur3HH*) &sigHH_tdt);  //   "      "  "  "
    // cas du tenseur des contraintes
    Tenseur3BH  epsBH; // init
    if (en_base_orthonormee)
      {epsBH = epsBB.MonteDernierIndice();}  // deformation en mixte
    else
      { epsBH = epsBB * gijHH; }; // deformation en mixte
  
    double invariant_eps= sqrt(2./3. * epsBH.II() );
    double Etotal = E  * f_coefficient->Valeur(invariant_eps);
  
    // calcul des coefficients 
    double coef1 = (Etotal*nu)/((1.-2.*nu)*(1+nu));
    double coef2 = Etotal/(1.+ nu);
    // calcul du deviateur des deformations
    double Ieps = epsBH.Trace();

    Tenseur3BH sigBH;
    double untiers=1./3.;

    // ici il n'y a pas de test sur le type de base car en mixte la base orthonormeee ou la base locale
    // ont les mêmes composantes
    sigBH = (Ieps * coef1) * IdBH3 + coef2 * epsBH ; // contrainte en mixte
    // sigma en deux fois contravariants
    if (en_base_orthonormee)
      {sigHH = IdHH3 * sigBH;}
    else
      { sigHH = gijHH * sigBH; };

    // cas le la variation du tenseur des contraintes par rapport aux déformations
    Tenseur3HHHH & d_sigma_depsHHHH =  *((Tenseur3HHHH*) &d_sigma_deps_); // pour simplifier

    if (en_base_orthonormee)
     { d_sigma_depsHHHH =  ((Tenseur3BBBB*) &(coef1 * IdBBBB3 + coef2 * PIdBBBB3))->Monte4Indices() ;
     }
    else // sinon cas où les bases sont curvilignes
     { // calcul de variables intermédiaires
       I_x_I_HHHH=Tenseur3HHHH::Prod_tensoriel(gijHH,gijHH);
       I_xbarre_I_HHHH=Tenseur3HHHH::Prod_tensoriel_barre(gijHH,gijHH);
       Tenseur3HH epsHH(gijHH * epsBH);
       I_x_eps_HHHH=Tenseur3HHHH::Prod_tensoriel(gijHH,epsHH);
       Ixbarre_eps_HHHH=Tenseur3HHHH::Prod_tensoriel_barre(gijHH,epsHH);

       d_sigma_depsHHHH =  coef1 * I_x_I_HHHH + (-2.*coef1) * I_x_eps_HHHH
                                + (coef2-2.*coef1 * Ieps) * I_xbarre_I_HHHH
                                + (-4.*coef2) * Ixbarre_eps_HHHH;
     };
  
    // traitement des énergies
    energ.Inita(0.); 
    energ.ChangeEnergieElastique(0.5 * (sigHH && epsBB));
    // -- calcul des modules
    // on n'utilise plus la forme linéaire, mais à la place la variation relative de volume
    // constatée, au sens d'une mesure logarithmique, sauf dans le cas où cette variation est trop petite
    //module_compressibilite = E/(3.*(1.-2.*nu));
    //  calcul de la valeur de la variation relative de volume en log
    double log_var_vol = log((*(ex.jacobien_tdt))/(*(ex.jacobien_0)));
    if (log_var_vol > ConstMath::petit)
      {module_compressibilite = sigBH.Trace() * untiers / log_var_vol;}
    else // si la variation de volume est trop faible on passe par la formule traditionnelle
      {module_compressibilite = Etotal/(3.*(1.-2.*nu));};
    // pour la partie cisaillement on garde la forme associée à la loi
    module_cisaillement = 0.5 * coef2;
  
    LibereTenseur(); 
    LibereTenseurQ();       
 };