Formation Bâtiment Durable - Bruxelles Environnement · sur le transfert et le stockage de la...
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Bruxelles Environnement
Comment choisir l’isolation des murs?
Aline BRANDERS
Architecte partner, A2M
Formation Bâtiment Durable :
Matériaux d’isolation : comment choisir ?
A2M
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Objectifs de la présentation
● Comprendre, sur base des aspects techniques, les
répercussions d’un choix d’isolant sur la pérennité
du bâti
● Comprendre l’influence du choix d’un type d’isolant
sur le transfert et le stockage de la chaleur et de
l’humidité à travers et au sein des murs
2
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Plan de l’exposé
Introduction
01 Flux de chaleur
02 Flux d’air
03 Flux d’humidité
> vapeur
> eau liquide
> stratégies de conception
> outils de conception
Conclusion
3
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Introduction
4 © A2M
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Confort de l’occupant - Thermique : 19,7 à 24, 7 °C
rayonnement des parois
température opérative
…
- Air : vitesse < à 2m/s
- Humidité : 40 à 60 % HR
- ….
Efficience de l’enveloppe Maintenir le confort avec un minimum d’énergie « active »
Qualité de la construction Contrôler la qualité d’exécution de l’enveloppe
Introduction
5 © A2M
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Les faiblesses de conception de l’enveloppe sont
corrigées par des moyens mécaniques et
technologiques
Introduction
6 © A2M
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Les bâtiments à haute performance intègrent ces
capacités directement dans l’enveloppe
physique du bâtiment, diminuant le besoin
d’énergie pour maintenir le confort de celui-ci.
Introduction
7 © A2M
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1. Flux de chaleur
2. Flux d’air
3. Flux d’humidité
Introduction
8 © A2M
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1.Flux de chaleur
9
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20 – 25 °C
20 – 25 °C
Une différence de température (ΔT), par
exemple entre l'intérieur et l'extérieur,
entraîne naturellement des flux de
chaleur visant l'équilibre thermique.
Flux de chaleur
10 © A2M
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20 – 25 °C
0 - 15°C
Une différence de température (ΔT), par
exemple entre l'intérieur et l'extérieur,
entraîne naturellement des flux de
chaleur visant l'équilibre thermique.
Flux de chaleur
11 © A2M
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L'isolation des parois permet de
résister à ces transferts, donc de
conserver la chaleur (ou la fraîcheur)
dans un volume défini.
20 – 25 °C
0 - 15°C
Flux de chaleur
12 © A2M
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U Transmission thermique au
travers d’une paroi
Flux de chaleur
13
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U Transmission thermique au
travers d’une paroi
- Dépend des matériaux
(épaisseur et valeur λ)
- Unité : W/m²K
U = 1/ (R1+R2+..)
Avec
Ri = di/λi
di = épaisseur
λi = conductivité thermique
Flux de chaleur
14 © A2M
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Valeur U moyennes paroi dans un bâtiment
passif U = +/- 0,10 W/m²K
• ATG (agrément technique belge)
• ETA (agrément technique européen)
• certificat de conformité européen
• valeur λ déterminée conformément à la
norme EN ISO 10456
Flux de chaleur
15
© Architecture passive
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• Conductivité thermique
• Résistance à la diffusion de vapeur d’eau
• Capacité thermique
• Résistance à la compression
• Résistance au feu
• Impact écologique
• …
• Type de matériau
suivant application
(souple, rigide, en vrac, …)
Flux de chaleur
Nombreux paramètres à prendre en compte :
16
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Extérieure
Flux de chaleur
17 © Architecture passive
© A2M
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Flux de chaleur
18 © A2M
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Flux de chaleur
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© A2M Isolation par l’extérieur
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Intégrée
Flux de chaleur
20 © Architecture passive
© A2M
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Flux de chaleur
21
© A2M
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Intérieure
Flux de chaleur
22
© Architecture passive
© A2M
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Flux de chaleur
23
© A2M
Isolation par l’intérieur
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Système à panneaux isolants collés
© Architecture et Climat
Système à structure
Système d’isolation projetée Système avec contre-cloison
maçonnée
Flux de chaleur
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2.Flux d’air
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0 Pa De la même manière qu'une différence de
température entre l'intérieur et
l'extérieur (ΔT) entraîne un flux de
chaleur, une différence de pression d'air
(Δp) entraîne des flux d'air à travers la
paroi. 0 Pa
Flux d’air
26 © A2M
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Ces flux d’air peuvent être soit
contrôlés (via la ventilation), soit non
contrôlés.
L’impact de flux non contrôlés est
important point de vue
- Énergétique
- Sanitaire
0 Pa
+ 4 Pa*
4 Pa*
* Différence de pression relative
Flux d’air
27 © A2M
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2 Etanchéité à l’air
Flux d’air
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1m
1m
U = 0.3 W/m²K > U = 1.44 W/m²K !
Calculé avec vent force 2-3 (20Pa), T° i= 20°C, T° e=-10°C
14 cm 3 cm
Soit 4.8 x plus mauvais
Fente de 1 mm
Flux d’air
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© A2M
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30
© A2M
© A2M
Peinture étanche à l’air
Etanchéité à l’air par l’extérieur :
EPDM sur voile béton
Plafonnage Freine-vapeur
CONSTRUCTION LOURDE CONSTRUCTION LEGERE
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3.Flux d’humidité
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Le flux d’humidité peut
prendre plusieurs formes :
- Liquide
- Gazeux (vapeur)
Flux d’humidité
32 © A2M
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Flux de vapeur
Flux d’humidité
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Vp : 120 Pa Vp : 70 Pa
20°C 4°C
Flux d’humidité : vapeur
34 © A2M
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Flux d’humidité : vapeur
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Diagramme de l’air humide
(MOLLIER)
Flux d’humidité : vapeur
36
© Architecture et Climat
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μd
= μ * épaisseur matériaux
Unité m
Avec
μ :
coefficient de résistance à
la diffusion de vapeur
d’eau (par rapport à une
couche d’air immobile)
Flux d’humidité : vapeur
37
© A2M
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Par exemple
Intello : µd variable de 0,25 à 25 m
Vario : µd variable de 0,2 à 4 m…
Pare vapeur > 10m
Flux d’humidité : vapeur
38
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Membrane freine-vapeur à Sd variable
Forte
Faible
Flux d’humidité : vapeur
39 © Architecture et Climat
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Superficielles
Internes
• Par convection
• Par diffusion
Condensations
Flux d’humidité : vapeur
40
© A2M
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Exemple : Cuisine
Source de vapeur :
Bouilloire et cuisson
= haute température
et grande quantité
d’eau disponible.
Pression de vapeur
élevée (à la source)
Pression de vapeur
faible
Déplacement
de la vapeur
Mur extérieur
froid et fenêtre
Si la température
à la surface est
sous le point de
rosée de
l’ambiance, il y
aura de la
condensation
superficielle.
Condensation superficielle
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Hotte de cuisine :
- élimine la vapeur à la
source
- diminue la pression
de vapeur intérieure
Ouverture de la fenêtre :
- crée un passage direct de la vapeur vers l’extérieur
- diminue la pression de vapeur intérieure
Radiateur sur la
surface froide
pour maintenir la
température au-
dessus du point
de rosée.
Pour éviter la condensation :
Exemple : Cuisine
Condensation superficielle
42
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Que se passe-t-il au niveau des
surfaces froides dans une
pièce chauffée?
Condensation superficielle
43
© Architecture et Climat
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Que se passe-t-il dans une
pièce où le degré d’humidité
augmente sans système
d’extraction adéquat?
Condensation superficielle
44
© Architecture et Climat
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20°C 4°C
Vp : 120 Pa Vp : 70 Pa
Condensation interne par diffusion
45 © A2M
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19°C 28°C
Vp : 120 Pa Vp : 180 Pa
Condensation interne par diffusion
46 © A2M
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20°C 4°C
Vp : 120 Pa Vp : 70 Pa
Condensation interne par diffusion
47 © A2M
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Etanchéité à l’air !
© Architecture et Climat
!!
Condensation interne par convection
48
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Flux de chaleur → Δ T°
Flux d’air → Δ p
Flux d’humidité
• vapeur → Δ pv
• eau liquide → ??
Synthèse flux
49
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Flux d’eau liquide
50
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- Eau de constitution
- Pluie
- Humidité ascensionnelle
- Condensation
- Dégât des eaux
…
Sources d’humidité diverses
Flux d’humidité : eau liquide
51
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Teneur en eau des matériaux = W [kg/m3]
Influence l’ensemble des paramètres
hygrothermiques des matériaux :
- Masse volumique
- Capacité thermique
- Conductivité thermique
Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation
Courbe de rétention d’humidité
Teneur en eau
Flux d’humidité : eau liquide
52
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→ Phénomène provoqué par une différence de pression partielle de vapeur d’eau
entre les deux faces d’un matériau ou d’une paroi.
Diffusion de vapeur
(proportion massique + tortuosité des pores)
Pression
partielle de
vapeur ↑
Pression
partielle de
vapeur ↓
Transfert de vapeur
Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation
Flux d’humidité : eau liquide
53
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Transfert de vapeur dans un matériau saturé d’eau
Flux d’humidité : eau liquide
Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation
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Transfert d’eau liquide
Diffusion de surface
→ Eau adsorbée sur la surface des pores du
matériau = couche de sorption
→ Transferts provoqués par une différence
d’humidité relative au sein du matériau
Conduction capillaire
→ Pores remplis d’eau
→ Transferts provoqués par une différence
de pression capillaire au sein du matériau
HR ↑ HR ↓
Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation
Flux d’humidité : eau liquide
55
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→ Dans le même sens, quel que soit le type :
des zones à fortes humidité relative aux zones à faible humidité relative
Flux d’humidité : eau liquide
Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation
Transfert d’eau liquide
56
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A = coefficient d’absorption
Unité : kg / m2 s1/2
Deux coefficients :
- Absorption d’eau qui entrerait en contact
avec le matériau.
- Redistribution de l’humidité présente
dans les pores du matériau
→ méthode simplifiée :
Flux d’humidité : eau liquide
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On regarde la quantité d’eau absorbée entre et la 5è et la 15è minute.
/1000 (ml → kg)
x 2000(5 cm² → 1 m²)
/√600s
→ Coefficient d’absorption : A (kg / m2 s1/2)
EN ISO 15148
Flux d’humidité : eau liquide
Méthode de Karsten
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Flux d’humidité : eau liquide
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Masse volumique : ρ = masse / volume [kg/m³]
Porosité et absorption
Flux d’humidité : eau liquide
60
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Flux d’humidité : eau liquide
Porosité et absorption
61
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hydrofugation (a)
remplissage des pores (b)
obturation filmogène (c)
de la surface d’un support minéral.
Contrairement aux revêtements filmogènes à
base d’acryle, de polyuréthane ou de résine
époxy par ex., les hydrofuges
à base de composés organosiliciés n’obturent
pas les pores de la surface des supports
minéraux, mais forment un film ultramince sur
les parois des pores.
= Imprégnation hydrophobe à base de
silane/siloxane (sans solvant)
Conforme EN 1504-2
Les « hydrofuges » doivent répondre à un
certain nombre d’exigences :
- Réduction radicale de l’absorption d’eau
- Maintien de la perméabilité à la vapeur d’eau
- Bon pouvoir de pénétration
- Stabilité suffisante aux alcalis
- Résistance aux UV
- Ni jaunissement ni brillance ni adhésivité
- Innocuité
- Compatibilité avec l’environnement
Produits:
-Tecnichem
-Wacker
-Sika
-Rainguard
- …
Hydrofuges
Flux d’humidité : eau liquide
62
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Résultat étonnant après plus de cinquante ans: Le test à la pipe de Karsten révèle que
l’enduit non traité absorbe 5 ml d’eau en 10 minutes alors que la surface « hydrofugée »
n’absorbe pratiquement rien.
Hydrofuge
Méthode de Karsten
Flux d’humidité : eau liquide
63
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transferts de vapeur
transferts d’eau liquide
Synthèse
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Transfert de vapeur d’eau
Pression de vapeur élevée Pression de vapeur faible
Transfert d’eau liquide
Humidité relative élevée Humidité relative faible
Flux d’humidité : synthèse
65
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Int.
Ext.
Extérieur Intérieur
Flux d’humidité : synthèse
66
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Extérieur Intérieur
Vapeur Vapeur et eau liquide Eau liquide
Sec Humide Saturé
Flux d’humidité : synthèse
67
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Stratégies de conception
Migration d’humidité
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1. SUPPRIMER L’HUMIDITE A LA SOURCE
→ Humidité extérieure : pare-pluie, pare-vent,
hydrofuge, injections, cuvelages, détails
d’étanchéité, ...
→ Humidité intérieure : ventilation
(Essentiel! Surtout en construction passive!!)
Flux d’humidité : stratégies
69
© A2M
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2. EVITER LES CONDENSATIONS
→ Limiter les ponts thermiques
>< condensation superficielles
→ Limiter les défauts d’étanchéité à l’air
>< condensations internes par convection
→ Limiter les transferts par diffusion
>< condensations internes par diffusion
Flux d’humidité : stratégies
70
© Architecture et Climat
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3. GARANTIR LE POTENTIEL DE SECHAGE DES PAROIS
Flux d’humidité : stratégies
71 © Architecture passive
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1. SUPPRIMER L’HUMIDITE A LA SOURCE
2. EVITER LES CONDENSATIONS
3. GARANTIR LE POTENTIEL DE SECHAGE DES PAROIS
Flux d’humidité : stratégies
72
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Outils de conception
Migration d’humidité
73
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Méthode statique
Méthode Glaser • Rapide
• Régime hygrothermique statique
• Trop sécuritaire
La feuille Excel téléchargeable sur le site «http://www.energieplus-lesite.be > Calculs > La façade > La
condensation interne d’une paroi » permet de faire cette analyse pour des parois de 1 à 5 couches.
Flux d’humidité : outils
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Wufi: Calcul dynamique comportement
Hygrométrique de la paroi
WUFI Pro
WUFI 2D
WUFI Bio
Delphin
MOIST
MATCH
Méthode dynamique
Flux d’humidité : outils
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Sans hydrofuge Avec hydrofuge
Flux d’humidité : outils
76 © A2M
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WUFI Pro
WUFI 2D
WUFI Bio
Delphin
MOIST
MATCH
Détail MDW
Méthode dynamique
Flux d’humidité : outils
77
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ISOLIN
- GUIDE ISOLIN
Aline Branders / Arnaud Evrard / André De Herde
- OUTIL ISOLIN
Arnaud Evrard / Cédric Hermand / André De
Herde
Publication et DVD sur commande : http://energie.wallonie.be/fr/isolation-thermique-par-l-
interieur-des-murs-existants-en-briques-
pleines.html?IDC=6099&IDD=41922
Flux d’humidité : outils
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ISOLIN
Flux d’humidité : outils
79
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ISOLIN
Flux d’humidité : outils
80
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Flux de chaleur → Δ T°
Flux d’air → Δ p
Flux d’humidité
• vapeur → Δ pv
• eau liquide → Δ HR
Conclusion : flux et stratégies
81
© A2M
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Conclusion : flux et stratégies
82
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• Les principaux paramètres hygrothermiques des
matériaux doivent être connus
• Il existe des logiciels capables de modéliser les
transferts et stockage dynamiques de chaleur et
d’humidité dans les murs isolés
• L’isolation par l’intérieur des murs existants est
souvent la seule possible, mais c’est la plus
complexe
• Quand c’est possible, préférer une isolation de la
coulisse ou par l’extérieur et envisager la
combinaison de ces trois solutions
Conclusion : points d’attention
83
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● Eléments de conception à considérer:
► L’exposition aux intempéries est critique
► Si le mur est exposé, l’application d’un hydrofuge
performant est efficace
► Un revêtement trop étanche à la vapeur à
l’extérieur peut provoquer une accumulation
d´humidité dans le mur
► L’application d’une membrane intérieure adaptée
est recommandée, particulièrement dans une
ambiance intérieure humide
► Les membranes à mu-variable conservent le
potentiel de séchage des murs
Conclusion : isolation par l’intérieur
84
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● Si l’on choisit d’isoler par l’intérieur…
► La méthode de Glaser est sévère
► Les logiciels WUFI sont puissants mais
complexes
► L’outil ISOLIN permet de valider certains choix
► Certains éléments de conception doivent être
considérés
Conclusion : isolation par l’intérieur
85
![Page 86: Formation Bâtiment Durable - Bruxelles Environnement · sur le transfert et le stockage de la chaleur et de l’humidité à travers et au sein des murs 2 . ... 01 Flux de chaleur](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060304/5f0919f97e708231d4253c84/html5/thumbnails/86.jpg)
Pour aller plus loin…
86
![Page 87: Formation Bâtiment Durable - Bruxelles Environnement · sur le transfert et le stockage de la chaleur et de l’humidité à travers et au sein des murs 2 . ... 01 Flux de chaleur](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060304/5f0919f97e708231d4253c84/html5/thumbnails/87.jpg)
87
Aline Branders
Architecte – Master en architecture et développement durable
Architecte partner chez A2M
Responsable du pôle Recherche & Développement
E-mail : [email protected]
Site: http://www.a2m.be
Contact