Tableau de kilomètres carrés - Square Kilometre Array

Tableau de kilomètres carrés
Aperçu SKA.jpg
Noms alternatifs SKA Modifiez ceci sur Wikidata
Emplacements) Hémisphère sud
Coordonnées 30°43′16″S 21°24′40″E / 30.72113°S 21.4111278°E / -30,72113; 21.4111278 Coordonnées: 30°43′16″S 21°24′40″E / 30.72113°S 21.4111278°E / -30,72113; 21.4111278 Modifiez ceci sur Wikidata
Construit 2021-2030 ( 2021-2030 ) Modifiez ceci sur Wikidata
Première lumière 2027 (projeté)
Style de télescope réseau phasé Modifiez ceci sur Wikidata
Zone de collecte 1 km 2 (11 000 000 pieds carrés)Modifiez ceci sur Wikidata
Site Internet lunette de visée .org Modifiez ceci sur Wikidata
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Le Square Kilometer Array ( SKA ) est un projet intergouvernemental de radiotélescope dont la construction est prévue en Australie et en Afrique du Sud . Conçu dans les années 1990, puis développé et conçu à la fin des années 2010, une fois terminé, il aura une zone de collecte totale d'environ un kilomètre carré dans les années 2020. Il fonctionnera sur une large gamme de fréquences et sa taille le rendra 50 fois plus sensible que tout autre instrument radio. Il nécessitera des moteurs de calcul centraux très performants et des liaisons longue distance d'une capacité supérieure au trafic Internet mondial dès 2013. S'il est construit comme prévu, il devrait pouvoir arpenter le ciel plus de dix mille fois plus vite qu'avant.

Avec des stations de réception s'étendant sur une distance d'au moins 3 000 kilomètres (1 900 mi) à partir d'un noyau central concentré, il exploitera la capacité de la radioastronomie à fournir les images les plus hautes résolutions de toute l' astronomie . Le SKA sera construit dans l' hémisphère sud , avec des noyaux en Afrique du Sud et en Australie, où la vue de la Voie Lactée Galaxy est le meilleur et les interférences radio à sa moins. Quatre installations précurseurs sont déjà opérationnelles : MeerKAT et Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) en Afrique du Sud, et l' Australian SKA Pathfinder (ASKAP) et Murchison Widefield Array (MWA) en Australie occidentale .

Le siège du projet est situé à l' observatoire de Jodrell Bank au Royaume - Uni .

Le SKA a été estimé à 1,8 milliard d'euros en 2014, dont 650 millions d'euros pour la phase 1, ce qui représente environ 10 % de la capacité prévue de l'ensemble du réseau de télescopes. Il y a eu de nombreux retards et des coûts croissants au cours des près de 30 ans d'histoire du projet intergouvernemental.

Les premiers contrats de construction ont commencé en 2018. Les observations scientifiques avec le réseau entièrement terminé ne sont pas attendues avant 2027.

Le 12 mars 2019, le consortium Square Kilometer Array Observatory (SKAO) a été fondé à Rome par sept pays membres initiaux, et plusieurs autres devraient se joindre à l'avenir. Cette organisation internationale est chargée de la construction et de l'exploitation de l'installation. Le début des travaux est prévu en juillet 2021.

Histoire

Le Square Kilometer Array (SKA) a été conçu à l'origine en 1991 avec un groupe de travail international créé en 1993. Cela a conduit à la signature du premier protocole d'accord en 2000. Un travail de développement initial considérable a ensuite suivi. Cela a culminé avec le début de PrepSKA en 2008, conduisant à une conception complète du SKA en 2012. La construction de la phase 1 aura lieu de 2018 à 2020, fournissant un réseau opérationnel capable de mener à bien la première science. La phase 2 suivra ensuite pour s'achever en 2025, offrant une sensibilité totale pour les fréquences jusqu'à au moins 14 GHz.

La première zone de silence radio d' Australie a été établie par l' Autorité australienne des communications et des médias (ACMA) le 11 avril 2005 spécifiquement pour protéger et maintenir le « silence radio » actuel du principal site australien SKA à l' observatoire de radioastronomie de Murchison .

Le siège du SKA à Jodrell Bank, avec le télescope Lovell en arrière-plan

En 2018, le SKA était un projet mondial avec onze pays membres qui avait pour objectif de répondre à des questions fondamentales sur l'origine et l'évolution de l' Univers . Au début de la planification, la Chine rivalisait pour accueillir le SKA, proposant de construire plusieurs grands plats dans les dépressions calcaires naturelles ( karst ) qui creusent ses provinces du sud-ouest ; La Chine a appelé sa proposition Kilometer-square Area Radio Synthesis Telescope (KARST). En avril 2011, l' observatoire de Jodrell Bank de l' Université de Manchester , dans le Cheshire , en Angleterre, a été annoncé comme l'emplacement du siège du projet.

En novembre 2011, l'organisation SKA a été formée en tant qu'organisation intergouvernementale et le projet est passé d'une collaboration à une entreprise indépendante à but non lucratif.

Le 10 mars 2012, il a été signalé que le comité consultatif du site SKA avait fait un rapport confidentiel en février selon lequel la candidature sud-africaine était plus forte. La décision finale sur le site par le conseil d'administration du projet était attendue le 4 avril 2012. Cependant un groupe de travail scientifique a été mis en place pour explorer les options de mise en œuvre possibles des deux régions hôtes candidates, et son rapport était attendu mi-mai 2012.

En février 2012, un ancien président du comité australien du SKA a fait part de ses inquiétudes aux médias sud-africains au sujet des risques sur le site candidat australien, notamment en termes de coût, d'interférence minière et d'accords fonciers. SKA Australia a déclaré que tous les points avaient été abordés dans l'offre de site.

Le 25 mai 2012, il a été annoncé qu'il avait été déterminé que le SKA serait divisé entre les sites d'Afrique du Sud et d'Afrique et les sites d'Australie et de Nouvelle-Zélande. Alors que la Nouvelle-Zélande est restée membre de l'Organisation SKA en 2014, il est apparu qu'aucune infrastructure SKA n'était susceptible d'être située en Nouvelle-Zélande.

En avril 2015, le siège du projet SKA a été choisi pour être situé à l' observatoire de Jodrell Bank , au Royaume - Uni , et a officiellement ouvert ses portes en juillet 2019.

En février 2021, les membres de l'Organisation SKA étaient :

Le 12 mars 2019, le Square Kilometer Array Observatory (SKAO) a été fondé à Rome par sept premiers pays membres : l'Australie, la Chine, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, l'Afrique du Sud et le Royaume-Uni. L'Inde et la Suède devraient suivre sous peu, et huit autres pays ont exprimé leur intérêt à se joindre à l'avenir. Cette organisation internationale est chargée de la construction et de l'exploitation de l'installation, les premiers contrats de construction devant être attribués fin 2020. D'ici la mi-2019, le début des observations scientifiques devrait débuter au plus tôt en 2027, la date ayant "été repoussé à plusieurs reprises à partir d'une date initiale de 2017."

En juillet 2019, la Nouvelle-Zélande s'est retirée du projet.

La description

Pays ayant participé à la phase préparatoire du SKA

Le SKA combinera les signaux reçus de milliers de petites antennes réparties sur une distance de plusieurs milliers de kilomètres pour simuler un seul radiotélescope géant capable d'une sensibilité et d'une résolution angulaire extrêmement élevées, en utilisant une technique appelée synthèse d'ouverture . Certains des sous-réseaux du SKA auront également un très grand champ de vision (FOV), permettant de surveiller de très grandes zones du ciel à la fois. Un développement innovant est l'utilisation de tableaux plan focal en utilisant multiéléments la technologie pour fournir de multiples champs de vision. Cela augmentera considérablement la vitesse de relevé du SKA et permettra à plusieurs utilisateurs d'observer simultanément différentes parties du ciel, ce qui est utile pour (par exemple) surveiller plusieurs pulsars. La combinaison d'un très grand FOV avec une sensibilité élevée signifie que le SKA sera capable de compiler des relevés du ciel extrêmement larges beaucoup plus rapidement que tout autre télescope.

Le SKA fournira une couverture de fréquence continue de 50 MHz à 14 GHz au cours des deux premières phases de sa construction. Une troisième phase étendra ensuite la gamme de fréquences jusqu'à 30 GHz.

  • Phase 1 : Fournir environ 10 % de la zone de collecte totale aux basses et moyennes fréquences d'ici 2023 (SKA1).
  • Phase 2 : Achèvement du réseau complet (SKA2) aux basses et moyennes fréquences d'ici 2030.

La gamme de fréquences de 50 MHz à 14 GHz, couvrant plus de deux décennies , ne peut pas être réalisée à l'aide d'une seule conception d'antenne et le SKA comprendra donc des sous-réseaux séparés de différents types d'éléments d'antenne qui constitueront le SKA-low, SKA -tableaux mid et survey :

Vue d'artiste d'une station SKA Sparse Aperture Array à bande basse
Vue d'artiste d'une station SKA Dense Aperture Array
  1. SKA-low array : un réseau phasé d' antennes dipôles simples pour couvrir la gamme de fréquences de 50 à 350 MHz. Ceux-ci seront regroupés en stations de 100 m de diamètre contenant chacune environ 90 éléments.
  2. SKA-mid array : un réseau de plusieurs milliers d' antennes paraboliques (environ 200 à construire en Phase 1) pour couvrir la gamme de fréquences 350 MHz à 14 GHz. On s'attend à ce que la conception de l'antenne suive celle du réseau de télescopes Allen en utilisant une conception grégorienne décalée ayant une hauteur de 15 mètres et une largeur de 12 mètres.
  3. Réseau SKA-survey : un réseau compact d'antennes paraboliques de 12 à 15 mètres de diamètre chacune pour la gamme des fréquences moyennes, chacune équipée d'une alimentation multifaisceaux à réseau phasé avec un large champ de vision et plusieurs systèmes de réception couvrant environ 350 MHz – 4 GHz. La sous-matrice d'enquête a été supprimée de la spécification SKA1 à la suite d'un exercice de « rebaseline » en 2015.

La zone couverte par le SKA - s'étendant sur ~3000 km - comprendra trois régions :

  1. Une région centrale contenant des noyaux d'environ 5 km de diamètre d'antennes SKA-moyennes (Afrique du Sud) et de dipôles SKA-bas (Australie-Occidentale). Ces régions centrales contiendront environ la moitié de la surface collectrice totale des matrices SKA.
  2. Une région moyenne s'étendant sur 180 km. Celui-ci contiendra des paraboles et des paires de stations SKA-mid et SKA-low. Dans chaque cas, ils seront placés au hasard dans la zone avec la densité des plats et des stations tombant vers la partie extérieure de la région.
  3. Une région extérieure de 180 km à 3000 km. Celui-ci comprendra cinq bras hélicoïdaux, le long desquels seront disposées des paraboles de SKA-mid, regroupées en stations de 20 paraboles. La séparation des stations augmente vers les extrémités extérieures des bras spiraux.

Projets clés

Vue d'artiste des antennes grégoriennes décalées
Schéma de la région du Centre SKA

Les capacités du SKA seront conçues pour répondre à un large éventail de questions en astrophysique , physique fondamentale , cosmologie et astrophysique des particules ainsi que pour étendre la portée de l' univers observable . Un certain nombre de projets scientifiques clés qui ont été sélectionnés pour être mis en œuvre via le SKA sont énumérés ci-dessous.

Tests extrêmes de relativité générale

Article détaillé : Tests de relativité générale

Depuis près de cent ans, Albert Einstein de la théorie de la relativité générale a précisément prédit l'issue de chaque expérience faite pour le tester. La plupart de ces tests, y compris les plus exigeants, ont été effectués à l'aide de mesures radioastronomiques. En utilisant des pulsars comme détecteurs d' ondes gravitationnelles cosmiques , ou des pulsars temporels trouvés en orbite autour de trous noirs , les astronomes pourront examiner les limites de la relativité générale telles que le comportement de l' espace - temps dans des régions d'espace extrêmement courbé. Le but est de révéler si Einstein avait raison dans sa description de l'espace, du temps et de la gravité, ou si des alternatives à la relativité générale sont nécessaires pour expliquer ces phénomènes.

Galaxies, cosmologie, matière noire et énergie noire

Articles principaux: Formation et évolution des galaxies et matière noire

La sensibilité du SKA dans la raie de l'hydrogène à 21 cm cartographiera un milliard de galaxies jusqu'aux confins de l'Univers observable. La structure à grande échelle du cosmos ainsi révélée donnera des contraintes pour déterminer les processus aboutissant à la formation et à l'évolution des galaxies . L'imagerie de l' hydrogène dans tout l'Univers fournira une image tridimensionnelle des premières ondulations de la structure qui ont formé des galaxies et des amas individuels. Cela peut également permettre la mesure des effets hypothétiquement provoqués par l'énergie noire et provoquant l'augmentation du taux d'expansion de l'univers .

Les mesures cosmologiques permises par les relevés des galaxies SKA comprennent des tests de modèles d'énergie noire, de gravité, d'univers primordial et de cosmologie fondamentale, et elles sont résumées dans une série d'articles disponibles en ligne.

Epoque de réionisation

Le SKA est destiné à fournir des données d'observation de ce qu'on appelle l' âge des ténèbres (entre 300 000 ans après le Big Bang, lorsque l'univers est devenu suffisamment froid pour que l'hydrogène devienne neutre et se découple du rayonnement) et l'époque de la première lumière (un milliard d'années plus tard lorsque de jeunes galaxies se forment pour la première fois et que l'hydrogène redevient ionisé). En observant la distribution primordiale du gaz, le SKA devrait être en mesure de voir comment l'Univers s'éclaire au fur et à mesure que ses étoiles et ses galaxies se forment puis évoluent. Cette période de l'âge des ténèbres, culminant avec First Light, est considérée comme le premier chapitre de l'histoire cosmique de la création, et le pouvoir de résolution requis pour voir cet événement est la raison de la conception du Square Kilometer Array. Pour voir la Première Lumière, il faut un télescope 100 fois plus puissant que les plus grands radiotélescopes actuellement au monde, occupant 1 million de mètres carrés de zone de collecte, soit un kilomètre carré.

Magnétisme cosmique

Il n'est toujours pas possible de répondre aux questions fondamentales sur l'origine et l'évolution des champs magnétiques cosmiques , mais il est clair qu'ils sont une composante importante de l'espace interstellaire et intergalactique. En cartographiant les effets du magnétisme sur le rayonnement de galaxies très éloignées, le SKA étudiera la forme du magnétisme cosmique et le rôle qu'il a joué dans l'Univers en évolution.

Recherche de vie extraterrestre

Ce programme scientifique clé, baptisé « Berceau de la vie », se concentrera sur trois objectifs : observer les disques protoplanétaires dans les zones habitables , rechercher la chimie prébiotique, et contribuer à la recherche de l'intelligence extraterrestre ( SETI ).

Emplacements

Le siège du SKA se trouvent à l' Université de Manchester de Jodrell Bank Observatory à Cheshire , en Angleterre, tandis que les télescopes seront installés en Australie et en Afrique du Sud.

Un système de scanner radio à large bande automatique a été utilisé pour étudier les niveaux de bruit des radiofréquences sur les différents sites candidats en Afrique du Sud.

Les sites appropriés pour le télescope SKA doivent se trouver dans des zones non peuplées avec des niveaux garantis d'interférences radio d'origine humaine très faibles. Quatre sites ont été initialement proposés en Afrique du Sud, en Australie, en Argentine et en Chine. Après de nombreuses études d'évaluation des sites, l'Argentine et la Chine ont été abandonnées et les deux autres sites ont été présélectionnés (la Nouvelle-Zélande rejoignant la candidature australienne et 8 autres pays africains rejoignant la candidature sud-africaine) :

Australie : Le site principal est situé à l' observatoire de radioastronomie de Murchison (MRO) à la station Mileura près de Boolardy en Australie-Occidentale à 315 km au nord-est de Geraldton sur une plaine désertique à une altitude d'environ 460 mètres.

Afrique du Sud : Le site principal est situé à 30°43′16.068″S 21°24′40.06″E / 30.72113000°S 21.4111278°E / -30,72113000; 21.4111278 à une altitude d'environ 1000 mètres dans la région du Karoo de la province aride du Cap du Nord, à environ 75 km au nord-ouest de Carnarvon , avec des stations éloignées au Botswana , au Ghana , au Kenya , à Madagascar , à Maurice , au Mozambique , en Namibie et en Zambie .

Précurseurs, pionniers et études de conception

De nombreux groupes travaillent à l'échelle mondiale pour développer la technologie et les techniques requises pour le SKA. Leurs contributions au projet international SKA sont classées soit en : précurseurs, éclaireurs ou études de conception.

  • Installation des précurseurs : Un télescope sur l'un des deux sites candidats SKA, exerçant une activité liée au SKA.
  • Pathfinder : Un télescope ou un programme réalisant des activités technologiques, scientifiques et opérationnelles liées au SKA.
  • Étude de conception : une étude d'un ou plusieurs sous-systèmes majeurs de la conception SKA, y compris la construction de prototypes

Installations précurseurs

Les antennes ASKAP du CSIRO au MRO en Australie occidentale

SKA Pathfinder australien (ASKAP)

Article principal: Australian Square Kilometer Array Pathfinder

L'Australian SKA Pathfinder, ou ASKAP, est un projet de 100 millions de dollars australiens qui a construit un réseau de télescopes de trente-six paraboles de douze mètres. Il utilise des technologies avancées et innovantes telles que les alimentations multiéléments pour offrir un large champ de vision (30 degrés carrés). ASKAP a été construit par le CSIRO sur le site de l'observatoire de radioastronomie de Murchison, situé près de Boolardy dans la région du centre-ouest de l'Australie occidentale. Les 36 antennes et leurs systèmes techniques ont été officiellement inaugurés en octobre 2012.

MeerKAT

Article principal : MeerKAT

MeerKAT est un projet sud-africain composé d'un ensemble de soixante-quatre paraboles de 13,5 mètres de diamètre en tant qu'instrument scientifique de classe mondiale, et a également été construit pour aider à développer la technologie pour le SKA. KAT-7 , un instrument de banc d'essai d'ingénierie et de science à sept plats pour MeerKAT, près de Carnarvon dans la province du Cap du Nord en Afrique du Sud a été mis en service en 2012 et était opérationnel en mai 2018 lorsque les soixante-quatre 13,5 mètres de diamètre (44,3 pieds ) les antennes paraboliques ont été achevées, des tests de vérification étant alors en cours pour s'assurer du bon fonctionnement des instruments. Les paraboles sont équipées d'un certain nombre d'alimentations à pixel unique hautes performances pour couvrir les fréquences de 580 MHz à 14 GHz.

Baie Murchison Widefield (MWA)

Article principal: Murchison Widefield Array

Le Murchison Widefield Array est un réseau radio basse fréquence fonctionnant dans la gamme de fréquences 80-300 MHz qui a commencé à fonctionner en 2018 sur le site de l'observatoire de radioastronomie de Murchison en Australie-Occidentale.

Époque de l'hydrogène de la matrice de réionisation (HERA)

Article principal: Époque d'hydrogène du réseau de réionisation

Le réseau HERA est situé dans la réserve sud-africaine de radioastronomie du Karoo. Il est conçu pour étudier les émissions d'hydrogène atomique fortement décalées vers le rouge émises avant et pendant l'époque de la réionisation.

Éclaireurs

Réseau de télescopes Allen

Article principal : Réseau de télescopes Allen

Le réseau de télescopes Allen utilise des paraboles grégoriennes décalées innovantes de 6,1 m équipées d'alimentations simples à large bande couvrant les fréquences de 500 MHz à 11 GHz. Le réseau de 42 éléments en service d'ici 2017 doit être étendu à 350 éléments. La conception du plat a exploré des méthodes de fabrication à faible coût.

LOFAR

Article détaillé : Matrice basse fréquence (LOFAR)

LOFAR, un projet de 150 millions d'euros mené par les Pays-Bas, un nouveau réseau à ouverture phasée basse fréquence réparti dans le nord de l'Europe. Télescope entièrement électronique couvrant les basses fréquences de 10 à 240 MHz, il a été mis en ligne de 2009 à 2011. LOFAR développait en 2017 des techniques de traitement cruciales pour le SKA.

Études de conception

Défis de données des éclaireurs SKA
Défi Spécifications
budgétisées pour ASKAP Les
exigences pour le SKA lui-même sont environ 100 fois plus importantes.
Large bande passante du
télescope au processeur 		~10 Tbit/s des antennes au corrélateur (< 6 km)
40 Gbit/s du corrélateur au processeur (~ 600 km)
Grande puissance de traitement 750 Tflop/s prévu/budgétisé
1 Pflop souhaité
Consommation électrique
des processeurs 		1 MW sur le site
10 MW pour le processeur
Traitement du pipeline
essentiel 		y compris la validation des données, l'extraction de la source, l'
identification croisée, etc.
Stockage et durée
des données 		70 Po/an si tous les produits sont conservés
5 Po/an avec le financement actuel
8 h pour écrire 12 h de données sur le disque à 10 Go/s
Récupération des données
par les utilisateurs 		toutes les données du domaine public
accessibles à l'aide des outils et services VO
Recherche intensive en données l'exploration de données, l'empilement, la
corrélation croisée, etc.

Défis liés aux données

La quantité de données sensorielles collectées pose un énorme problème de stockage et nécessitera un traitement du signal en temps réel pour réduire les données brutes en informations dérivées pertinentes. À la mi-2011, il a été estimé que la baie pouvait générer un exaoctet par jour de données brutes, qui pourraient être compressées à environ 10 pétaoctets . La Chine, membre fondateur du projet, a conçu et construit le premier prototype du centre régional de traitement des données. An Tao, chef du groupe SKA de l' Observatoire astronomique de Shanghai, a déclaré : « Il générera des flux de données bien au-delà du trafic Internet total dans le monde. Le supercalculateur Tianhe-2 a été utilisé en 2016 pour entraîner le logiciel. Le traitement du projet sera effectué sur des processeurs Virtex-7 conçus et fabriqués en Chine par Xilinx , intégrés dans des plates-formes par le CSIRO . La Chine a fait pression pour une conception de formation de faisceau unifiée qui a conduit d'autres grands pays à abandonner le projet. Le Canada continue d'utiliser les processeurs Altera ( Intel ) Stratix-10, bien qu'il soit illégal d'exporter des FPGA Intel haut de gamme ou tout détail de conception ou micrologiciel CSP connexe vers la Chine dans le cadre de l'embargo américain, ce qui limitera considérablement la coopération.

Projet de développement technologique (PDT)

Le projet de développement technologique, ou TDP, est un projet de 12 millions de dollars américains visant à développer spécifiquement la technologie des plats et des aliments pour le SKA. Il est exploité par un consortium d'universités dirigé par l'Université Cornell et a été achevé en 2012.

Risques du projet

Les risques potentiels pour les sites astronomiques prioritaires en Afrique du Sud sont protégés par l' Astronomy Geographic Advantage Act de 2007. Mis en place pour soutenir spécifiquement la candidature sud-africaine SKA, il interdit toutes les activités qui pourraient mettre en danger le fonctionnement scientifique des principaux instruments astronomiques. En 2010, des inquiétudes ont été soulevées quant à la volonté d'appliquer cette loi lorsque Royal Dutch Shell a demandé à explorer le Karoo à la recherche de gaz de schiste à l' aide de la fracturation hydraulique , une activité qui aurait le potentiel d'augmenter les interférences radio sur le site.

Un emplacement de station éloignée identifié pour le réseau d'Afrique australe au Mozambique a été sujet à des inondations et exclu du projet, malgré l'analyse technique du comité de sélection du site SKA indiquant que toutes les stations éloignées africaines pourraient mettre en œuvre des solutions d'atténuation des inondations.

Au cours de l'année 2014, l'Afrique du Sud a connu une grève d'un mois du Syndicat national des métallurgistes (NUMSA), qui a aggravé les retards d'installation de la vaisselle. Le plan était d'avoir six paraboles opérationnelles d'ici novembre, mais une seule parabole MeerKAT se trouve sur le site de Karoo dans le Cap du Nord.

Le plus grand risque pour l'ensemble du projet est probablement son budget, qui jusqu'à présent n'a pas été engagé.

Opposition au projet SKA

Il y a eu une opposition au projet de la part des agriculteurs et des entreprises, ainsi que des particuliers, depuis le début du projet. Le groupe de défense appelé Save the Karoo a déclaré que la zone de silence radio créerait davantage de chômage dans la région sud-africaine où le chômage est déjà supérieur à 32%. Les agriculteurs avaient déclaré que l'économie agricole du Karoo s'effondrerait s'ils étaient obligés de vendre leurs terres.

Voir également

Les références

Liens externes

International

Australie/NZ

Canada

L'Europe 

Afrique du Sud

Autre