Cadre géologique de la presqu’île du Cap-Vert

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Hydro-climatologie :

De par sa position avancée dans l’océan Atlantique, le Sénégal possède un climat individualisé soumis à la fois aux influences océanique et saharienne. Cette dynamique climatique, conditionnée par les facteurs aérosols, thermiques, hygrométriques et pluviométriques permet de distinguer cinq domaines au Sénégal : les domaines Alizé maritime, sahélien, nord-soudanien, sud-soudanien et soudanien atlantique.
La presqu’île du Cap-Vert, appartenant au domaine de l’Alizé maritime est caractérisée par deux saisons : une saison des pluies d’un durée variable du Nord au Sud (3 à 4 mois) et une saison sèche couvrant le reste de l’année.
Cet état de fait est la résultante de mécanismes climatiques, gouvernés par des centres anticycloniques dont l’action combinée entraîne ces variations.

La pluviométrie :

Evolution spatiale de la pluviométrie :

La distribution spatiale de la pluviométrie au niveau de la presqu’île du Cap-Vert montre une diminution des hauteurs de pluie d’est en ouest. C’est ainsi que les plus faibles hauteurs sont enregistrées au niveau de la tête de la presqu’île (inférieure à 350 mm) tandis que les valeurs maximales sont mesurées à Thiès (supérieure à 400 mm).

Evolution temporelle de la pluviométrie :

L’évolution temporelle peut être mise en évidence en étudiant la variation des moyennes mensuelles et interannuelles (figures 4 et 5).

Développement démographique et urbain :

L’occupation de la région de Dakar se réduisait jusqu’en 1857 à Gorée, Rufisque ainsi qu’à des villages traditionnels lébous (PDU, 2003). A cette époque, la population n’atteignait guère 20.000 habitants. De nos jours, cette population dépasse largement les 1.500.000 habitants. Son augmentation s’explique à la fois par le fort taux de natalité, mais aussi par le flux migratoire (0,5% en faveur de Dakar) du fait de l’exode rural, à partir de l’intérieur du pays et des états riverains. Cet accroissement démographique, couplé à une répartition inégale de la population dans l’espace fait des départements de Dakar et de Pikine les zones les plus peuplées de la région. Face à cette situation, les autorités adoptèrent des mesures basées sur l’élaboration de plans directeurs d’urbanisations (figure 10) dont le but fut de décongestionner la ville de Dakar et de faire face à l’offre sans cesse galopante. Cette mesures furent entreprises, dans la majeure partie des cas de façon non planifiée si bien que des problèmes d’assainissements entre autres commencèrent à se faire sentir.

Situation économique :

Dakar occupe une place de choix dans l’économie sénégalaise. Une situation géographique particulière, des installations portuaires et aéroportuaires et un réseau de communication très dense, ont fait de la région une zone de convergence politique, économique et culturelle. Elle détient 55 % du PIB avec 83 % des entreprises modernes et concentre aussi 94 % des entreprises nationales soit, en 2000, environ 1.196 entreprises des 1.272 que comptait le pays (PDU, 2003). La région compte en outre deux grands pôles d’activités : Dakar et Pikine avec respectivement des taux d’actifs de 37,89 % et 36,78 %. La ville de Pikine fournit de plus en plus d’emplois à ses habitants. Toutefois, l’activité est plus orientée vers le secteur informel et dans une moindre mesure vers l’horticulture, le maraichage et la pisciculture. De même, Guédiawaye, avec l’augmentation des activités informelles offre davantage de possibilités d’emploi à ses habitants (91.275 emplois, soient 15, 42 % du total régional (PDU, 2003)).
Les Niayes, dépressions interdunaires, qui subsistent à l’intérieur de la région, de par leur teneur en matière organique et leur humidité, sont très propices aux cultures maraîchères. Ce lieu est de loin la première zone économique du Sénégal et si, dans la région de Dakar, dominent le secteur industriel et le secteur tertiaire, il n’en demeure pas moins que l’agriculture et l’horticulture restent des activités importantes. Les Niayes accueillent aussi une partie importante de l’aviculture et viennent comme seconde zone arboricole. Cependant, plusieurs décennies de sécheresse ont entraîné l’assèchement et l’urbanisation de ces dépressions. L’occupation de ces zones par l’habitat, l’encombrement des chenaux de drainage des eaux de pluie par les ordures ménagères faute de système de pré-collecte fonctionnel et une pluviométrie plus importante ont favorisé des inondations récurrentes des Niayes, diminuant ainsi leurs potentiels économiques.

Cadre géologique de la presqu’île du Cap-Vert

Cadre géologique :

La géologie de la zone d’étude s’inscrit dans celle du bassin sénégalo-mauritanien. Ce bassin qui s’étend du cap Blanc en Mauritanie jusqu’au cap Roxo en Guinée Bissau est le plus occidental d’un ensemble de bassins côtiers situés le long de la marge Atlantique de l’Afrique (Sow ., 1992). Il a une superficie de 340000 km² et est limité au Nord par le bassin de Taoudéni, au sud par le bassin de Bové et à l’Est et au Sud-est par la Chaîne des Mauritanides. La presqu’île du Cap-Vert constitue l’extrémité Ouest du bassin sénégalo-mauritanien.

Stratigraphie de la presqu’île du Cap-Vert:

La stratigraphie de la presqu’île du Cap-Vert (figure 11) a fait l’objet d’études approfondies basées sur les échantillons provenant de forages hydrauliques et pétroliers. Dans le cadre de ce travail, nous nous limiterons à la succession lithostratigraphique allant du Tertiaire au Quaternaire où sont rencontrées les nappes aquifères.

Les formations du Tertiaire :

Elles sont essentiellement constituées de dépôts sédimentaires et volcaniques. Ces formations affleurent bien au Sud de Dakar et ont aussi été reconnues au Nord par les forages pétroliers. Les différentes formations rencontrées sont :
– le Paléocène représenté par des marnes et calcaires argileux constituant la formation des Madeleines affleurant au niveau de l’anse des Madeleines, à la plage des enfants et autour du port autonome de Dakar ;
– l’Eocène dont la partie inférieure correspond aux limons de l’hôpital ainsi qu’aux argiles de la prison, la partie moyenne aux marnes de la poudrière et aux calcaires argileux de la plage Bernard ainsi que la partie supérieure représenté par le toit des argiles de Yoff connus par sondages ;
– l’Oligocène représenté par des calcaires à Lépidocyclines et petites Nummulites emballés dans les tufs volcaniques miocènes de l’Anse Bernard et de la plage Pasteur (Castelain et al, 1965) ;
– le Miocène et le Pliocène représentés par les basaltes et les tufs volcaniques au nord et au nord-est de Dakar surmonté par une cuirasse gréso-ferrugineuse datée du Pliocène et dont le contact entre ces formations est bien visible à la Pointe de Fann. Cette cuirasse se rencontre également au niveau du horst de Ndiass où elle repose en discordance sur le Maastrichtien, le Paléocène et l’Eocène.

Les formations quaternaires :

D’après de nombreux travaux axés sur l’étude des affleurements et des échantillons issus de forages (Hébrard (1966), Crevola & Gaye (1979)), le Quaternaire peut être scindé en deux parties : un Quaternaire ancien et un Quaternaire récent.

Le Quaternaire ancien :

Le Quaternaire ancien ou Pléistocène commence au niveau de la presqu’île du Cap-Vert par un épisode transgressif dès l’Inchirien.
– L’Inchirien (40000-31000 BP): Il est caractérisé par la remontée du niveau marin couplé au retour à un climat plus humide. Ces différents facteurs ont un impact sur l’altération pédogénétique des dépôts continentaux (Fall, 1986). Les lithofaciès concernés sont les sables infrabasaltiques, les produits volcaniques, les grès à ciment calcaire de Yoff. A la fin de l’Inchirien, une régression marine s’amorce, occasionnant le changement de régime passant du marin au lacustre voire même lagunaire.
– L’Acheuléen (30000 BP): Il est marqué par la formation de vallées suite à la régression entamée dès la fin de l’Inchirien. Elles sont à l’origine de dépôts fluviatiles: ce sont les alluvions graveleuses constituées de sables grossiers et de graviers reposant en discordance sur les marnes, les argiles pyriteuses, les latérites et les sables dunaires infrabasaltiques. Ils constituent un niveau lenticulaire d’une épaisseur maximale de 30 mètres rencontrés essentiellement à Thiaroye.
– L’Ogolien (20000-10000 BP) : Cette période est marquée par la mise en place sous un climat désertique d’ensembles dunaires de direction N-E après la régression du niveau marin de -200 mètres par rapport au niveau actuel (Elouard et Hébrard, 1977). C’est à la suite de cela que se mettent en place les dunes rouges de Pikine (Erg de Pikine).

Le quaternaire récent :

Le Quaternaire récent ou Holocène commence par un épisode transgressif dès le Tchadien.
– Le Tchadien (9500-7000 BP): Cette période est marquée par la remontée du niveau marin et l’installation d’un climat humide avec comme conséquences la formation de sols ferrugineux rouges sur les dunes ogoliennes, l’installation de réseaux hydrographiques et de lacs dans les espaces interdunaires, la formation de vasières dans le domaine prélittoral et le développement d’une végétation guinéenne (Niayes) autour des lacs interdunaires (Hébrard et al., 1978).
– Le Nouakchottien (7000-4200 BP): Il est marqué par un nouvel épisode transgressif où les dépôts de sables vaseux riches en coquilles occupent de vastes superficies (Lacs Youi, Warouwaye, Mbeubeuss, le bras de mer de Pikine, les lagunes de Thiaroye et de M’bao (Hébrard et Elouard, 1976). C’est ainsi que se forment les dépôts de la plage à Anadara senilis et des sables humifères interdunaires des Niayes.
– Le Tafolien (4200-2000 BP): A cette période, le climat devient de plus en plus aride et la mer édifie un cordon jaune qui ferme les golfes Nouakchottiens et isolent des lagunes sursalés (Fall., 1986). Ce sont les dunes jaunes de Cambérène constitués de sables fins orangés d’une épaisseur maximale de 15 mètres.
– Le Dakarien (3000 BP) : Il correspond à un épisode transgressif au cours duquel la mer s’est avancée jusqu’à la côte +2 mètres, entraînant le dépôt de galets et de coquilles abondantes (dont patella safiana). Ces dépôts, typiques des côtes rocheuses sont observés aux Almadies, à la pointe de Fann et à l’anse Bernard. La mer dakarienne a d’autre part mis en mouvement d’énormes masses de sables à la faveur de la dérive littorale. Ce sont des sables quartzeux fins à débris coquilliers dont l’accumulation est à l’origine de la formation du premier cordon littoral qui va fermer l’accès à la mer des lagunes héritées du Nouakchottien.

Etude minéralogique des formations de la presqu’île du Cap-Vert :

La synthèse des études antérieures portant sur la minéralogie révèlent une prédominance de quartz associé à des feldspaths et des minéraux lourds. Les travaux de Hebrard (1966) ont d’ailleurs montré que la répartition des minéraux lourds dans les concentrés (produits d’analyse) se faisait dans les proportions suivante : 75% d’ilménite, 15% de zircon, 2% de rutile, 2% de leucoxène, 1% de tourmaline, 1 % de staurotide, 1 % de sillimanite-andalousite-disthène et très peu de magnétite, anatase, épidote, grenat.

Tectonique

La Presqu’île du Cap-Vert est affectée par des failles de directions diverses. Les travaux de la mission américaine (Esso Exploration Inc., East Atlantique Study Group, 1969), plus détaillées ont permis de distinguer trois unités directionnelles à l’ouest du Sénégal :
– L’unité directionnelle méridienne localisée dans la région actuelle du Horst de Ndiass.
– L’unité directionnelle de Sébikotane
– L’unité directionnelle transverse rencontrée sur toute l’étendue de la presqu’île.

Hydrogéologie de la Presqu’île du Cap-Vert :

Au niveau de la presqu’île du Cap-Vert, on distingue en fonction de la lithologie, de la sédimentation et de la tectonique deux grandes unités hydrogéologiques : le système hydrogéologique des nappes des sables quaternaires et celui du horst de Ndiass (figure 13). Ces deux systèmes sont séparés par le graben de Rufisque, ne présentant aucun intérêt hydrogéologique du fait de sa sédimentation à dominante argileuse.
Dans le cadre de ce travail, nous nous limiterons à l’étude du système hydrogéologique des sables quaternaires de la région de Dakar, plus particulièrement la nappe de Thiaroye.

Géométrie :

La nappe des sables quaternaires de Thiaroye couvre une superficie de 340 Km². Cette nappe libre est le prolongement de la nappe infrabasaltique et s’étend de la Patte d’Oie à Kayar. Ses limites sont constituées de la dépression de Tanma à l’est, du dôme piézométrique au niveau de la zone basse de Pikine-Dagoudane à l’ouest, de l’affleurement du substratum marneux éocène du graben de Rufisque-Sangalkam au sud et de l’océan Atlantique sur toute l’étendue nord.
Le mur de l’aquifère est constitué essentiellement par les marnes de l’Eocène inférieur à moyen. Il affleure à partir de Grand Mbao sur la côte sud jusqu’à l’Est aux environs de Sangalkam-Bambilor où il se soulève, pour s’enfoncer ensuite vers le Nord aux environs de Kayar. La morphologie du substratum décrit de manière générale une surface accidentée inclinée vers le nord-ouest. A l’ouest au niveau de la Patte-d’oie de même que le long du littoral sud, on note des dépressions dépassant les 40 mètres.
Le réservoir de la nappe des sables quaternaires de Thiaroye est constitué par des sables dunaires (dunes rouges, jaunes et blanches) d’âges différents reposant sur le substratum. Ces sables hétérogènes peuvent être grossiers (avec des diamètres allant de 2 à 10 mm) intercalés entre des sables argileux reposant sur le substratum tertiaire ou éoliens (avec des diamètres allant de 0,2 à 0,5 mm) au sommet. Ils ont des épaisseurs variables et présentent aussi des variations latérales de faciès. Les coupes géologiques, tirés des travaux de Chaoui (1996) montrent les variations d’épaisseurs à travers les coupes suivantes :
 Coupe 1 (figure 14):
Elle s’étend des Mamelles à Malika et présente des variations de puissance d’Ouest en l’Est. C’est ainsi que l’épaisseur des dépôts sableux, partant de la Patte d’oie (P2-1) à Thiaroye (F19) augmente de 25 à plus de 50 mètres. En remontant vers Malika, les sables deviennent moins épais (30 mètres) suite à une remontée.
 Coupe C2 (figure 15):
Elle met en évidence la variation d’épaisseur des dépôts sableux des Mamelles jusqu’à Guédiawaye. L’allure est similaire à la coupe C1. Néanmoins, on observe entre les formations sableuses de l’aquifère de Thiaroye une intercalation de sables argileux de moindre épaisseur. Les plus grandes épaisseurs de sables sont rencontrées à Guédiawaye où elles peuvent atteindre 40 mètres.
 Coupe C3 (figure 16) :
Elle part de Thiaroye (champ de captage) à Sangalkam (Beer Thialane). L’épaisseur des dépôts sableux est fonction de la remontée du substratum marneux et diminue considérablement passant de 50 mètres à Thiaroye (F19) à moins de 5 mètres dans le village de Wayambame (P2-10). Au-delà de cette zone et à la faveur de l’affaissement du substratum suite à un jeu de faille, l’épaisseur de ces dépôts augmentent pour atteindre 85 mètres à Sangalkam (PS2).

Cadre hydrogéologique de la presqu’île du Cap-Vert

Schéma de fonctionnement hydrodynamique :

Historique

La nappe de Thiaroye fut mise en exploitation par la SONES en 1950 avec un débit annuel moyen de 17000 m3/j jusqu’en 1955. Le démarrage de l’exploitation à Sébikotane a permis de réduire les pompages dans la zone de Thiaroye où des intrusions salines ont été détectées. Pour cette raison, l’exploitation fut pratiquement arrêtée dans les années 1960-1961, puis elle reprit avec des débits moyens de 9000 à 10000 m3/j jusqu’en 1988 pour faire face à l’accroissement des besoins en eau de la capitale. A partir de cette date, les prélèvements diminuèrent pour atteindre 5200 m3/j sur les 5 premiers mois de l’année 2002. En plus des ouvrages d’exploitation de la SONES, la nappe est également sollicitée par puits et puisards traditionnels pour des besoins en eau des populations rurales et pour le maraîchage qui se pratique à grande échelle dans les Niayes. Ces prélèvements, estimés à 1100 m3/j dans les secteurs irrigués, sont globalement négligeables.

La recharge de la nappe :

La principale source d’alimentation naturelle est la fraction de pluie qui s’infiltre chaque année dans le sol et atteint la nappe. Les mesures effectuées sur l’aquifère de Thiaroye montrent en effet une relation direct entre le niveau de la surface piézométrique et les précipitations. Néanmoins, l’expansion rapide du bâti depuis le début des années 80 induit une seconde source d’alimentation de la nappe au niveau de la zone péri-urbaine. En effet, une fraction importante des eaux à usage domestique se retrouve dans le sol du fait de l’absence de réseaux d’assainissement. Cette fraction d’eau disponible pour la recharge est estimée par la SONES entre 60 et 75% du débit fourni et selon l’état du réseau.

Les paramètres hydrodynamiques :

Les données sont extraites essentiellement de travaux antérieurs (GEOHYDRAULIQUE, 1972) réalisés dans la zone d’étude. Les paramètres hydrodynamiques que sont la perméabilité, la transmissivité, le coefficient d’emmagasinement, mesurées par pompages d’essai au niveau de divers ouvrages répartis sur toute l’étendue de la zone, sont consignées dans le tableau suivant :

Analyses au laboratoire :

Les analyses chimiques, réalisées dans différents laboratoires ont porté sur les éléments majeurs et les éléments traces métalliques.

Analyses des éléments majeurs :

Les analyses ont été effectué au laboratoire d’hydrochimie du département de géologie à l’UCAD où la teneur en ions majeurs ( Na+, Cl-, Ca2+, Mg2+, K+, NO3-, SO42- et HCO32-) a été mesuré par chromatographie ionique à l’aide d’un appareil de type DIONEX.DX 120 muni de deux colonnes (cationique et anionique). Le contrôle de la validité des résultats a été fait en calculant la balance ionique par la relation suivante : Balance ionique= ((ΣCation-ΣAnion)/ (ΣCation+ΣAnion)) x100
Le seuil d’erreur admis sur la balance ionique est fixé à 7%, en se basant sur la technique analytique utilisée. Les résultats, consignés dans des tableaux en annexes donnent des valeurs de balances ioniques allant de -2% à 9% en Juillet et de -5% à 3% en Octobre. Les analyses sont acceptables dans l’ensemble exception faite de celle du piézomètre PS5 réalisée en Juillet et dont le pourcentage est de 9.

Analyse des éléments traces métalliques :

L’analyse des éléments métalliques, nécessitant l’utilisation d’appareils de mesures faisant intervenir des techniques de pointe et de ce fait très onéreux, nous a contraint à acheminer des échantillons vers des laboratoires spécialisés. C’est ainsi que des flacons d’eau préalablement filtrés de 16 ouvrages, dont le choix fit l’objet d’une étude minutieuse, furent expédiés en direction de deux laboratoires. Les lieux d’analyses sont décrits dans le tableau précédent. Les mesures ont été effectuées dans les deux cas à l’aide d’un spectromètre de masse couplé à un plasma d’ionisation (Perker Elmer type Elan 5000) pour la détermination des éléments traces.
Ces différentes mesures ne se font que selon un seuil limite en dessous duquel l’élément ne peut être détecté. C’est la limite de détection qui varie suivant le protocole expérimental. Les différentes valeurs de limites de détection en fonction du laboratoire, affichées dans le tableau ci-dessous nous montre que les résultats d’analyse du laboratoire de Grass en Autriche sont plus fiables car poussant la limite vers des valeurs plus infimes.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Partie 1 PRESENTATION DU CADRE D’ETUDE
Chapitre I Cadre géographique de la presqu’île du Cap-Vert
I. Géographie physique
I-1 Situation géographique
I-2 Géomorphologie
I-3 Hydrographie
I-4 Les sols
I-5 La végétation
II. Hydro-climatologie
II-1 La pluviométrie
II-1-1 Evolution spatiale de la pluviométrie
II-1-2 Evolution temporelle de la pluviométrie
II-2 L’humidité relative
II-3 L’évapotranspiration
II-4 La température
II-5 Les vents
II-6 L’insolation
III. Cadre socio-économique de la région de Dakar
III-1 Développement démographique et urbain
III-2 Situation économique
Chapitre II Cadre géologique de la presqu’île du Cap-Vert
I. Cadre géologique
II. Stratigraphie de la presqu’île du Cap-Vert
II-1 Les formations du Tertiaire
II-2 Les formations quaternaires
II-2-1 Le Quaternaire ancien
II-2-2 Le quaternaire récent
II-3 Etude minéralogique des formations de la presqu’île du Cap-Vert
II-4 Tectonique
Chapitre III Hydrogéologie de la Presqu’île du Cap-Vert
I. Géométrie
II. Schéma de fonctionnement hydrodynamique
II-1 Historique
II-2 La recharge de la nappe
II-3 Les paramètres hydrodynamiques
Partie 2 MATERIELS ET METHODES
I. données cartographiques
I-1 Acquisition des données
I-2 Traitement des données
II. Les données hydrogéologiques et hydrochimiques
II-1 Données de terrain
II-2 Analyses au laboratoire
II-2-1 Analyses des éléments majeurs
II-2-2 Analyse des éléments traces métalliques
II-3 Traitement des données
Partie 3 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Chapitre I Cartographie thématique
I. Localisation du réseau de prélèvement
II. Topographie de la zone d’étude
III. Carte d’occupation des sols
Chapitre II Caractérisation piézométrique
I. La profondeur de l’eau
II. La piézométrie
II-1 Evolution spatiale de la piézométrie
II-2 Variation saisonnière de la piézométrie
Chapitre III Caractérisation hydrochimique
I. Description sommaire des paramètres physico-chimiques
II. Les paramètres physiques
II-1 La température
II-2 Le potentiel d’hydrogène (pH)
II-3 La conductivité électrique (CE)
II-3-1 Evolution spatiale
II-3-2 Evolution temporelle
III. Faciès chimique des eaux
IV. La qualité des eaux de la nappe
V. Minéralisation de la nappe
VI. Pollution de la nappe
VI.1 Pollution par les nitrates
VI.1.1 Evolution spatiale
VI.1.2 Evolution saisonnière
VI.2 Pollution par les Sulfates
Chapitre IV Contamination de la nappe des sables quaternaires de Thiaroye par les éléments traces métalliques
I. Généralités sur les éléments traces métalliques
I-1 Définition
I-2 Propriétés physico-chimiques et transfert des ETM
I-2-1 Propriétés physico-chimiques
a. L’arsenic
b. Le Cadmium
c. Le plomb
d. Le Nickel
e. Le cuivre
f. Le Zinc
g. Le mercure
h. Le chrome
I-2-2 Transfert des éléments traces métalliques
I-3 Sources de pollution par les ETM
I-3-1 Sources naturelles
I-3-2 Sources anthropiques
I-4 Toxicité des éléments traces métalliques
I-5 Valeurs règlementaires et recommandations OMS
II. Etude de la contamination de la nappe par les ETM
II-1 Variation des teneurs en ETM dans les eaux de la nappe de Thiaroye
II-2 Cartographie thématique de la répartition des ETM
II-2-1 Cartes de l’arsenic
II-2-2 Cartes de Cadmium
II-2-3 Carte de Mercure
II-2-4 Cartes de Nickel
II-2-5 Cartes de Chrome
II-2-6 Carte de plomb
II-2-7 Cartes de cuivre
II-2-8 Carte de Zinc
II-3 Relations entre les ETM et les autres éléments du milieu
II-3-1 Relations entre ETM et paramètres hydrogéologiques
II-3-2 Relation entre ETM et paramètres physico-chimiques
II-3-3 Relation entre ETM et paramètres chimiques
II-4 Analyse de l’origine des éléments traces métalliques dans les eaux de la nappe de Thiaroye
II-4-1 Identification des principales sources anthropiques de contamination par les ETM
II-4-2 Les causes de la contamination de la nappe par les ETM
a. La pollution atmosphérique
b. L’épandage des eaux usées dans les zones agricoles
c. Le problème de l’assainissement
d. L’occupation du sol
II-4-3 Les conséquences de la contamination de la nappe par les éléments traces métalliques
a. Conséquences écologiques
b. Conséquences sanitaires
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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