formation bâtiment durable 8. toitures vertes: du concept ... · confort thermique et consommation...

Toitures vertes 26/05/2015

Edwige Noirfalisse, CSTC 1

1

Aspects techniques au travers de la NIT 229 et travaux du CSTC

Edwige NOIRFALISSE

CSTC

Bruxelles Environnement

Formation Bâtiment Durable8. Toitures vertes: du concept à l’entretien

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LES TOITURES VERTES:RÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC

Edwige Noirfalisse, CSTC Laboratoire ‘Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité’



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1. Introduction

2. Définition et types de toitures vertes

3. Avantages et inconvénientsa. Gestion de l’eau

b. Confort thermiquec. Confort acoustique

d. Sécurité contre l’incendie

4. Conception et composition de la toiture plate

5. Conception et composition de la toiture verte

6. Ouvrages de raccord et particularités constructives

Contenu

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Contenu

Remarque importante:

Les notes de cours ne font pas partie des publications officielles du CSTC et ne peuvent donc être utilisées comme référence. La reproduction ou la traduction, même partielle, de ces notes n’est permise qu’avec l’autorisation du CSTC.



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Les toitures vertes: un concept pas vraiment nouveau…

Jardins suspendus de Babylone VIIème siècle avant JC

Aujourd’hui

1. Introduction

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1. Introduction

Intérêt du secteur pour ce type de toiture (Comités Techniques, avis techniques, …)

Projet de recherche 2002-2004

Groupe de travail 2001

Rapport de recherche

Article concernant la gestion de l’eau

NIT 229 ‘Toitures vertes’

Guidance …

Réglementation incendie



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Recherche 2002-2004

11 maquettes de toitures sur le toit d’un bâtiment CSTC

Thermique, acoustique, évacuation/qualité eaux pluviales, …

2 toitures classiques

1 lestée1 nue

1. Introduction

9 toitures vertes

7 extensives 2 intensives

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Définition

Une toiture verte est une toiture plate recouverte de végétation et des couches nécessaires à son développement (drainage, substrat, …)

2. Définition et types

Toiture-jardin Toiture-jardin légère

Toiture végétalisée

Toiture verte recouverte de

végétation intensive élaborée(gazon, fleurs, arbustes, arbres, …)

végétation intensive peu élaborée(gazon et certaines plantes décoratives à croissance lente)

végétation extensive

(mousses, sedums, certaines plantes vivaces)



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Types de toitures vertes

Végétation intensive ExtensiveToiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée


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Types de toitures vertes

Végétation intensive ExtensiveToiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée

Epaisseur indicat, ≥ 0.25 m 0.10-0.25 m ≤ 0.10 m

Poids (saturé) ≥ 400 kg/m² 100-400 kg/m² 30-100 kg/m²

Accessibilité Oui Oui Non*

Pente usuelle 2-10 % 2-58 % 2-70 %

Entretien Important Moyen Limité

RénovationBâtiment neuf

Souvent impossibleA étudier

ParfoisA étudier

OuiOui

* Sauf si aménagement supplémentaire



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Qualité de vie et biodiversitéLongévité accrue de l’étanchéitéGestion optimale de l’eauConfort thermique et consommation énergétiqueConfort acoustique

3. Avantages et inconvénients

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Sécurité incendie (plus compliquée à évaluer avec la végétation)Limitations liées à la végétation (racines, réparation des fuites)Surcharge (structure portante à vérifier)Obligation d’entretien (surtout toitures intensives)Détails de toiture (précautions aux relevés, joints, …)




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a. Gestion de l’eauEvacuation des eaux pluviales à long terme

Evacuation en cas d’averse

Qualité des eaux pluviales évacuées?


Source www.lesoir.be Source www.lalibre.be



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Evacuation des eaux pluviales à long terme

Fraction évacuéeprintemps hiver6 à 51 % 86 à 98 %

TotalÉtéAutomneHiverPrintemps

lestée gravier extensives intensives

Frac

tion

évac

uée

(%)


Fraction d’eau évacuée ↓ pour toutes les toitures vertes, surtout intensives Diminution plus importante au printemps

(rétention plus importante, besoin d’eau accru des plantes)

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Evacuation des eaux pluviales à long terme

Rétention d’eau sur un anextensives ± 30 %intensives ± 50 %

Frac

tion

évac

uée

à lo

ng te

rme

(-)

Epaisseur du substrat (mm)


Plus l’épaisseur du substrat ↑ plus la fraction évacuée ↓

Dépend du substrat mais aussi des couches rétentrices d’eau utilisées



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1er effet: diminution de la quantité évacuéegraviers < extensives << intensives

extensives

intensives

nuelestée gravier

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extensive substrat 40 mm

intensive substrat 200 mm

nue

Débit de pointe ÷ toiture nue

Extensive 40 mm

- 48 % + 8 min.

Intensive200 mm

- 74 % + 16 min.


2ème effet: retardement du pic de débit évacuéextensives < intensives



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Coefficient de retardement

Q = r · A · C (l/s) Q = débit évacué (l/s)r = intensité pluviométrique (l/s.m²) (par pays)A = surface de la toiture (m²)C = coefficient de retardement

Proposition allemande

Basé sur DIN 1982-2 (2001)Arrosage artificielVolume évacué / volume arrosé en 15’


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Coefficient de retardement

Essai CSTC

Plus le substrat est épais, plus C diminue Influence non négligeable des autres

couches En l’absence de valeur normalisée C = 1




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Qualité de l’eau évacuée ↓ acidité des pluies (↑ pH) (toiture nue: effet acidifiant) Coloration (jaunissement) de l’eau ↑ conductivité, matières en suspension, dureté (pas de filtration) ↑ taux de matières organiques (DBO, DCO) Produits chimiques oxydables présents (engrais) ↑ nombre de bactéries

Contradictoire de vouloir la réutiliser vu la forte diminution du débit disponible?


Pollution de l’eau nécessitant un traitement adéquat pour une utilisation domestique (toilettes, lessive…), voire pour le déversement dans les eaux de surface, pêche ou baignade

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Qualité de l’eau évacuée – jaunissement

Varie selon la saison (sécheresse +foncé) Également observé pour la toiture nue

extensives intensivesLestée | nue




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b. Confort thermique


Hiver EtéComplément apporté faible pour les toitures extensives(épaisseur substrat réduite +haute contenance en eau)

Réduction des pointes de consommation possibles pour les toitures intensives (inertie thermique du substrat)

Résistance et inertie accrues en fonction de l’épaisseur du substrat

Réduction des apports solaires en fonction du type de végétation et de la densité de son feuillage

Refroidissement naturel par évapotranspiration(diminution de la température de l’air sous la végétation)

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Campagne de mesures CSTC

Température moyenne de la membrane:Effet bénéfique

(température de la membrane plus élevée et plus constante)



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Campagne de mesures CSTC

Température moyenne de la membrane:Effet bénéfique

(forte réduction des températures max. de la membrane et des fluctuations)


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c. Confort acoustiqueMasse supplémentaire ajoutée par le complexe végétal Effet positif sur l’isolation aux bruits aériens

Possibilité de système masse-ressort-masse Jonctions souples entre

structure et végétation (isolation)

Impact sur bruits aériens et bruits de choc


+ 5 dB

+ 10 dB



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d. Sécurité contre l’incendie

Réglementation en vigueur – toitures plates

Normes de prévention de base: AR 7-7-1994 (et ses modifications, notamment AR 12-7-2012)

Prescriptions minimales pour tous les bâtiments nouveaux

Bas (h < 10 m)MoyensÉlevés (h > 25 m)Industriels

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Résistance au feu intérieur de la toitureElément structural de la toiture

Prévenir l’effondrement prématuré de la structure de la toiture Eviter un effondrement ‘progressif’ des éléments structuraux du

bâtimentBâtiments bas R 30Bâtiments moyens R 60Bâtiments élevés R 120Bâtiments industriels R 15 à R 120



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Comportement au feu extérieur de la toiture« Revêtement » de la toiture

Prévenir la création de foyers secondaires sur la toiture Eviter la perforation de la toiture (extérieur intérieur) Eviter la propagation de l’incendie en surface (membrane et isolation)

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Exigence: BROOF(t1) sur l’élément de toiture completEssai CEN TS 1187

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Essai CEN TS 1187

Critères chiffrésdans la norme declassificationEN 13501-5



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Comportement au feu extérieur de la toitureEt pour la toiture verte?

Exigence BROOF(t1) applicable également mais…• Comment tester? Avec / sans plantes? Quelles plantes? Quel taux

d’humidité? Quels critères?• Norme d’essai CEN TS 1187 non adaptée aux toitures vertes

Toiture verte non conforme à la réglementation belge en vigueur…• Refus des SRI• Dossier à la commission de dérogation• Prescriptions au cas par cas

Modification de l’AR normes de prévention de base (1/12/2012)Prescriptions belges univoques, plus de refus des SRI ni demande de

dérogation nécessaire

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Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)

1. Propagation interne de l’incendie (via l’isolation par ex.)2. Propagation de l’incendie en surface3. Propagation de l’incendie de l’extérieur vers l’intérieur



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1. Eviter la propagation interne de l’incendie

Exigences sur la couche de substrat:1. Epaisseur ≥ 3 cm2. Si épaisseur ≤ 10 cm ≤ 20% de matière organique

Si (1) et (2) pas satisfait: la couche de substrat doit être testée en laboratoire et présenter BROOF(t1) (15°, situation sèche, sans végétation)

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2. Eviter la propagation de l’incendie en surface

Compartimenter les zones vertes:1. Compartiment (zone verte) de max 40 m2. Hauteur de végétation de part et d’autre de la limite des compartiments

≤ hv,max

Source: LMP

Bande en matériaux incombustibles (A2FL-s2) de largeur déterminée entre deux compartiments (zones vertes): dalles en béton, couche de gravier de plus de 3 cm d’épaisseur, …



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Compartimenter les zones vertes:

hv,max = dv – 0,4 + he [m]

dv distance horizontale entre le point haut de la végétation à l’endroit considéré et l’axe de référence du compartimentage

he hauteur du muret de compartimentage éventuel par rapport au sol

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Compartimenter les zones vertes:

Exemple: Végétation de hauteur 10 cm 0,1m = dv – 0,4 + 0 dv = 0,5 m Bande incombustible de largeur par rapport à l’axe de référence dv = 0,5 m Chemin incombustible de largeur de 2 x 0,5 = 1 m

0,5 m

hv,max = dv – 0,4 + he [m]



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3. Eviter la propagation de l’incendie vers l’intérieur

Hauteur de la végétation / bande incombustible à proximité des baies vitrées, lanterneaux, …

hv,max = dv – 0,4 + he [m]

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3. Eviter la propagation de l’incendie vers l’intérieur

Exemple: baie donnant sur le toit, végétation 10 cm Soit allège de hauteur he = 0,5 m Soit bande incombustible de largeur d = 0,5 m hv,max = dv – 0,4 + he [m]



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Couches nécessaires au développement de la végétation

Toiture plate

Elément porteur: ! Charge permanente de la toiture verte

Pente: Eviter la stagnation et les infiltrations 2%(rétention d’eau dans les couches supérieures)

NIT 215

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Pare-vapeur: Oui, éviter l’humidification de l’isolant (pôle d’attraction pour les racines)

Isolation: Résistance en compression (charge permanente toiture verte)

Exigences sur - la stabilité dimensionnelle sous charge et t° (DLT)- la résistance à la compression (CS)- la résistance au poinçonnement (PL)

UBAtc



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Etanchéité: Difficilement accessible bicouche en adhérence totale ou

compartimentée (plutôt qu’indépendance ou adhérence partielle)

Grande superficie compartimenter l’isolant

Risque de poinçonnement avant/pendant/après pose de la toiture verte (bêche,…) Interdire l’accès? Peu réaliste… protections temporaires 1ère couche d’étanchéité (2ème juste avant toiture verte) Couche de protection mécanique …



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Etanchéité: Soit résistante aux racines (période sèche, recouvrements, relevés, …) toitures intensives ou extensives

(sans végétaux déconseillés)

Soit recouverte d’une protection résistant aux racines (PE ≥ 0,4 mm) toitures extensives, simples (peu d’obstacles)


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Protection mécaniqueEviter les dégâts occasionnés par la circulation, le dépôt de matériaux, la mise en place de la toiture verte, l’entretien, …

Drainage et filtrationEvacuation de l’eau de pluie excédentaire

Rétention d’eauRéserve d’eau pour la survie et la croissance des plantes

Enracinement des plantesSubstrat

Végétation

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Protection mécanique de l’étanchéité Matériaux possibles: Panneaux de caoutchouc recyclé

Géotextile (haute résistance au poinçonnement)Asphalte couléPlaques de PVCFeuilles polyéthylène / polypropylèneDrainage (immédiatement après étanchéité)…

Idéalement démontable accès à l’étanchéité si infiltration



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Drainage et filtration Matériaux possibles: Panneaux rainurés polystyrène extrudé

Matelas composites en matériaux synthétiquesGranulats d’argile expanséePlaques à excroissances synthétiques

Généralement accompagné d’une couche filtrante pour éviter le colmatage du drainage par les particules fines (non-tissé synthétique)

Rétention d’eau Argile expansée entre filtre et drainage,

plaques à excroissances

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Enracinement des plantes: substrat Fixation des plantes, stockage d’air, d’eau, d’éléments minéraux

et organiques et apport de ces éléments aux plantes

Assez léger, capacité de rétention d’eau et air

Végétation intensive: terre de jardin améliorée avec éléments organiques (tourbe, compost, ..) éléments minéraux (sable, argile expansée, tuile broyée, …) éléments chimiques (flocons polystyrène, engrais, …)

Végétation extensive éléments principalement minéraux (limiter le développement

de la végétation et l’entretien): pierre de lave, argile expansée, argile, sable, …



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Végétation Extensive, intensive peu élaborée, intensive élaborée ou combinaison Résistance au gel, à la sécheresse, à la chaleur, au vent, … Système radiculaire pas trop dense ou agressif

Liste de plantes déconseillées

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Végétation

Tableau 7 Plantes déconseillées en toiture verte



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VégétationA ne pas oublier… Ne se développe pas instantanément! Aspect varie en fonction des saisons

Influence plus forte en toiture qu’en jardin (exposition, substrat réduit)

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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives

Détails et raccords des toitures plates

NIT 244 (2012)

Document traditionnel ‘papier’ Détails d’exécution électroniques (www.cstc.be)



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Détails et raccords des toitures vertes

Quelques adaptations sont nécessaires…

Avaloirs

doivent rester accessibles mesures pour éviter leur obstruction prévoir des trop-pleins



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Avaloirs

Toiture extensive (crépine +dalle ou gravier)

Toiture-jardin(chambre de visite)

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Relevés, rives

≥ 150 mm, mêmes principes qu’en toiture plate classique zone de gravier éventuelle



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Joints de mouvement

doivent rester accessibles

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Compartimentage



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Particularités des toitures vertes

Zones de gravier ou dalles le long des rives / détails

Pourquoi? Exigence incendie (limiter la propagation) Autoriser la circulation (inspection, entretien) Entretien des vitres, installations en toiture Inspection des avaloirs, éviter leur envahissement par la végétation

Comment? Gravier roulé (ou concassé sur protection), dalles sur plots, (bois) Arrêts de gravier

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Particularités des toitures vertes

Chemins de circulation

Sans interruption du drainage et de l’étanchéité (évacuation des eaux)

Bassins, fontaines, étangs

Etanchéité indépendante de celle de la toiture



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Toitures vertes stations expérimentale Limelette

Aspect? Evolution des végétaux? Qualité de l’eau de pluie? Etat des matériaux d’étanchéité? …

10 ans après…

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10 ans après…



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10 ans après…

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10 ans après…



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10 ans après…

Relevé floristique:

1ères observations:

Sédums type orpin très durables voire envahissants; lierre, ciboulette, …

Sédums précultivés ou plantés ont mieux tenu que les semés

Plantes ont moins bien tenu avec couches alvéolées / à cuvettes qu’avec matelas / géocomposites ?

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10 ans après…

Analyse eau de pluie (6x, août 2014):

1ères observations:

Coloration toujours forte pour toutes les toitures

pH: toujours effet neutralisant toitures vertes (nue: acidifiant)

Toujours conductivité, matières en suspension, matières organiques, phosphore (P) et azote (N) (nutriments)

Influence du substrat sur la qualité de l’eau évacuée, même après 10 ans!



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Choix et aspect de la végétation

Mousse, sédum ≠ toiture jardin (aspect) Exposition, ensoleillement Type et épaisseur du substrat, drainage, charge permanente, entretien, …

Accessibilité

Extensive (circulation régulière) – Intensive (pas de limite) Chemins de circulation conseillés

Entretien

Extensive: très limité – Intensive: comme un jardin Intensive: système d’irrigation

Toiture verte - Checklist

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Charge permanente de la toiture

Structure portante: dimensionner en conséquence ou vérifier (rénovation) Extensif: rarement problématique

Conception du complexe de toiture plate

Pare-vapeur (µ) Isolant (λ, résistance à la compression) Etanchéité (type et pose, résistance aux racines) Protection mécanique de l’étanchéité (chantier, entretien) Sur toiture plate existante:

Vérifier si isolant et étanchéités adaptés Ne pas endommager l’étanchéité pendant les travaux




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Résistance au vent

Complexe de toiture plate résistant au vent Toiture verte masse suffisante pour résister au soulèvement Précautions éventuelles (empêcher l’érosion du substrat, ancrer les

plantes)

Evacuation des eaux pluviales

Système d’évacuation adapté à la toiture verte Avaloirs accessibles, zones de gravier autour Trop-pleins

Autres ouvrages de détail

Rives, relevés, joints de dilatation, percements, … adaptés Zones de gravier


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Autres aspects traités dans la NIT 229



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Edwige NoirfalisseLaboratoire Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité

CSTC

Merci pour votre attention!

Avec le support de la guidance technologique ‘éco‐construction et développement durable’ de la Région de Bruxelles‐Capitale subsidiée par l’Institut Bruxellois pour la Recherche et l’Innovation (InnovIRIS)

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www.cstc.be NIT 229 ‘Toitures vertes’ Dossier CSTC ‘Sécurité incendie des toitures vertes’ Dossier CSTC ‘Toitures vertes : évacuation des eaux pluviales’

www.normes.be Antennes-Normes du CSTC Antenne-normes ‘H2O et toitures’ Antenne-Normes ‘Incendie’ …

www.cstc.be/go/gt-batimentdurable/ Guidance Bruxelloise eco-construction

Outils, sites internet, etc… intéressants :

Références Guide Pratique pour la construction durable et autres sources :

• Guide pratique pour la construction et la rénovation durables de petits bâtiments: http://app.bruxellesenvironnement.be/guide_batiment_durableFiche TER06 ‘Réaliser des toitures vertes’

• AR du 12-7-2012 modifiant l’AR du 7-7-1994 fixant les normes de base en matière de prévention contre l’incendie http://www.cstc.be/homepage/index.cfm?cat=services&sub=standards_regulations&pag=fire&art=library&niv01=belgian_regulation



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Contact

Edwige NOIRFALISSE

Chef-Adjoint du Laboratoire

‘Matériaux d’Isolation et d’Etanchéité’

CSTC – WTCB - BBRI

Av. P. Holoffe 21, 1342 Limelette

: 02 655 78 75

E-mail : [email protected]

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