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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/502237
Projekttitel
Machbarkeit von Aerogel Hochleistungsdämmputzsystemen

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
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Schlussbericht
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Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)

Aerogel-Dämmputz haben im Gegensatz zu Aerogelplatten noch nicht ihr volles Potenzial hinsichtlich der Wärmedämmleistung erreicht. In diesem Sinne ist die Wärmeleitfähigkeit von Aerogel-Renderings (λ>28 mW/m·K) mehr als doppelt so hoch wie bei den verwendeten Aerogel-Granulaten (λ=13 mW/m·K). Trotzdem könnte Aerogelputz im Vergleich zu Aerogelplatten ein viel besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis bieten, da die Kosten für das Granulat im Vergleich zu letzterem 60% günstiger sind. Darüber hinaus werden die Installationskosten als niedriger eingeschätzt, was das Potenzial belegt, die Gesamtkosten für die Renovierung um> 25% zu senken und gleichzeitig im Vergleich zum Massenmarkt wettbewerbsfähig zu sein. In der Tat wären Massenmarktlösungen im Vergleich zu einem Hochleistungs-Aerogel-Render rund 22% billiger. Die Hindernisse für die Erzielung von Hochleistungs-Renderings bestehen jedoch auf verschiedenen Ebenen, insbesondere in Bezug auf die Anwendung, Robustheit und strukturelle Stabilität des Konstruktionssystems. Das P + D-Projekt zielt darauf ab, die technische Machbarkeit zu verbessern und die wirtschaftlichen Aspekte solcher Lösungen zu analysieren.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

Aerogel insulation renders, in contrast to aerogel boards/blankets, have not yet achieved their full potential in terms of thermal insulation performance. In this sense, the thermal conductivity of aerogel renders (λ>28mW/m·K) is more than twice compared to the aerogel granules used (λ=13mW/m·K). Nevertheless, aerogel renders could provide a much better cost/benefit compared to aerogel boards, as the cost of the granules are 60% cheaper compared to the latter. Additionally, the installation costs are also estimated to be lower, proving the potential to reduce the overall renovations costs by >25%, being also competitive vs. mass market. Indeed, mass market solutions would be around 22% cheaper compared to a high-performance aerogel render. However, the barriers to achieve high-performance renders exist at different levels, particularly related to the application, robustness and structural stability of the constructive system. The P+D project aims to improve the technical feasibility, as well as analysing the economic aspects of such solutions.

Kurzbeschreibung
(Französisch)

Les enduits isolants à base d'aérogel n'ont pas encore atteint leur plein potentiel en termes de performance d'isolation thermique, contrairement aux panneaux d'aérogel. En ce sens, la conductivité thermique des enduits de rendu en aérogel (λ>28 mW/m-K) est plus de deux fois supérieure à celle des granulés d'aérogel utilisés (λ=13 mW/m-K). Malgré cela, l'enduit d'aérogel pourrait offrir un bien meilleur rapport coût/bénéfice que les panneaux d'aérogel, puisque le coût des granulés est 60% moins élevé que celui de ces derniers. De plus, les coûts d'installation sont considérés comme inférieurs, ce qui prouve le potentiel de réduction du coût total de la rénovation de> 25% tout en étant compétitif par rapport au marché de masse. En effet, les solutions du marché de masse seraient environ 22% moins chères par rapport à un rendu aérogel haute performance. Cependant, les obstacles à l'obtention de rendus haute performance se situent à différents niveaux, notamment en ce qui concerne l'application, la robustesse et la stabilité structurelle du système de construction. Le projet P + D vise à améliorer la faisabilité technique et à analyser les aspects économiques de telles solutions.

Schlussbericht
(Deutsch)

Aerogel-Dämmputze haben im Gegensatz zu Aerogel-Platten/Decken noch nicht ihr volles Potenzial in Bezug auf die Wärmedämmleistung erreicht. In diesem Sinne ist die Wärmeleitfähigkeit von Aerogelputz (λ>28mW/m-K) mehr als doppelt so hoch wie die des verwendeten Aerogelgranulats (λ=13 mW/m-K). Dennoch könnte Aerogelputz im Vergleich zu Aerogelplatten ein wesentlich besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis bieten, da die Kosten für das Granulat im Vergleich zu letzteren um 60 % niedriger sind. Darüber hinaus werden auch die Installationskosten als niedriger eingeschätzt, was das Potenzial beweist, die Gesamtkosten für Renovierungen um mehr als 25 % zu senken, was auch gegenüber dem Massenmarkt wettbewerbsfähig ist. Allerdings gibt es auf verschiedenen Ebenen Hindernisse für die Erzielung von Hochleistungsputzen, insbesondere in Bezug auf die Anwendung, Robustheit und strukturelle Stabilität des konstruktiven Systems. Darüber hinaus ist die Marketingstrategie für Wärmedämmung im Allgemeinen nicht vorteilhaft für Aerogelprodukte, da sie den Wettbewerbsvorteil von Aerogellösungen im Vergleich zu herkömmlichen Materialien nicht wirtschaftlich darstellt. Insbesondere die Kosteneinsparungen bei der menschlichen Arbeit sind nicht gut verstanden, was eine tiefgreifende Analyse der endgültigen Renovierungskosten unter Verwendung verschiedener Produkttypen erfordert. Dieses Projekt bietet Lösungen, um die oben erwähnten Hindernisse zu überwinden. Insbesondere aus technischer Sicht bringt dieses Projekt eine technologische Innovation, um während der Anwendung die Robustheit von Aerogel-Dämmputzen mit geringen mechanischen Eigenschaften auf der Basis von mineralischen Bindemitteln zu verbessern. In diesem Sinne demonstriert das Projekt die Innovation durch die Anwendung eines verbesserten WDVS-Systems auf der Grundlage eines neuen Hochleistungs-Aerogelputzes bei der Renovierung einer 40 m2 großen Fassade einer Villa in Lenzerheide. Zusätzlich wurde eine modulare Konstruktion mit Testplatten mit dem gleichen Fassadenaufbau gebaut, um die Studie durchzuführen. In diesem Sinne bestand die Methodik aus einjährigen Dauerhaftigkeits- und physikalischen Tests für zwei Arten von mineralischen Aerogel-Putzen, die den Vergleich verschiedener Aspekte der Materialeigenschaften ermöglichten. Die Ergebnisse zeigen, dass das neue vorgeschlagene Fassadensystem eine erhebliche Verbesserung der mechanischen Stabilität und der langfristigen Haltbarkeit bietet. Insbesondere wurden zwei wichtige innovative Aspekte untersucht und erreicht. Einerseits wurde festgestellt, dass die Anwendung einer Tiefengrundierung auf dem Substrat eine bessere Aushärtung des mineralischen Bindemittels fördert und somit die mechanischen Eigenschaften insgesamt verbessert. Es hat sich gezeigt, dass Substrate einen großen Einfluss auf die Stabilität des Putzes haben können, da sie nach dem Auftragen des Putzes Wasser binden. Wie in diesem Projekt gezeigt wurde, kann dieser Effekt durch die Anwendung von Silan-/Siloxan-Hydrophobierungsmitteln auf dem Substrat kontrolliert werden. Durch die Oberflächenbehandlung wird der Hydratationsgrad der mineralischen Matrix erhöht, wodurch die mechanischen Eigenschaften bis zu einem gewissen Grad verbessert werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Lösung auf eine breite Palette von Substraten wie Beton, Tonziegel, Kalksandstein und Naturstein aufgetragen werden kann, wobei in allen Fällen eine teilweise Hydrophobierung der Oberfläche erreicht wird. Auf der anderen Seite bietet dieses Projekt auf Systemebene eine Konfiguration des WDVS, die zusätzlich zur Oberflächenbehandlung der Oberfläche die Einbeziehung mechanischer Befestigungen am schützenden Klebemörtel/Einbettungsnetz vorsieht, wodurch die Robustheit und langfristige Haltbarkeit des konstruktiven Systems weiter verbessert wird. Unter dem Gesichtspunkt der kommerziellen und wirtschaftlichen Durchführbarkeit ermöglicht dieses Projekt ein besseres Verständnis der Sanierungskosten von traditionellen und Aerogel-Lösungen, basierend auf der Analyse jedes Aspekts der Sanierung, wodurch eine realistischere Kostenkalkulation möglich wird. Insbesondere wurde festgestellt, dass durch die Verwendung von Hochleistungs-Aerogel-Dämmstoffen (λ>20mW/m-K) und noch mehr Aerogel-Putzen die Arbeitskosten gesenkt werden können
(besonders teuer in der Schweiz). Die Ergebnisse der Analyse zeigen, dass unter Berücksichtigung aller Kosten einer Renovierung, einschließlich der Aspekte, die typischerweise in den Renovierungsbudgets nicht berücksichtigt werden, wie z. B. die Überarbeitung von Fassadendetails, Fensterleibungen und An- und Abschlüsse, die Kosten für die Verwendung herkömmlicher Dämmstoffe oft viel höher sind als erwartet. Die höhere Leistung von Aerogel-Produkten und noch leistungsfähigeren Aerogel-Produkten ermöglicht jedoch eine erhebliche Senkung dieser Kosten, so dass die endgültigen Renovierungskosten viel wettbewerbsfähiger sind. Das Erreichen höherer Dämmstandards kann sogar ohne tiefgreifende Fassadensanierungen mit Aerogel erreicht werden, was den Vorteil hat, dass man Zuschüsse von der Bundesverwaltung erhält. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein kostenloses Online-Tool für eine Kostenschätzung und potenzielle Einsparungen entwickelt, das realistische Berechnungen für Renovierungen mit herkömmlicher und Aerogel-Dämmung liefert und zeigt, dass die Aerogel-Dämmung wettbewerbsfähiger ist als erwartet. Das Tool hat das Potenzial, die Marktdynamik der Aerogel-Dämmung zu verbessern, um eine bessere Marktdurchdringung dieser Art von Produkten zu erreichen, und es wird erwartet, dass es aktiv zur Förderung der Aerogel-Dämmung eingesetzt wird. Das größte Potenzial kann jedoch mit Hochleistungs-Aerogelputz in Bezug auf die Gesamtkosten erzielt werden, der somit wirtschaftlich besser realisierbar ist. Die Umsetzung der Erkenntnisse aus diesem Projekt erfolgt schließlich durch die kurzfristige Markteinführung eines Hochleistungs-Aerogelputzes durch die Aeroskin Tech AG und den Vertrieb dieses Aerogelputzes durch die Agitec AG. Darüber hinaus wird die kostenlose Online-Plattform von der Agitec AG für die Vermarktung des Aeroskin Tech-Aerogelputzes, aber auch für ihre breite Palette an Aerogel-Produkten und Fassadensystemen umfassend genutzt werden. Eine weitere Umsetzung der Ergebnisse hat bereits stattgefunden, und zwar durch die Einführung von Tiefengrundierungen in Fassadensystemen und deren Auswirkung auf die Wasseraufnahmefähigkeit von Baumaterialien, insbesondere von solchen, die in Gebäudefassaden verwendet werden. Das Wissen wurde bereits teilweise im letzten Herbstsemester in der Lehrveranstaltung "Bauphysik" für Bauingenieure des Instituts für Baustoffe am D-BAUG - ETH Zürich umgesetzt. Dennoch werden weitere Konzepte, insbesondere im Zusammenhang mit Aerogel-Dämmsystemen, im Laufe dieses und im nächsten Jahr angewandt werden. Die nächsten Schritte aus technologischer Sicht sollten sich auf die Verbesserung des Gesamtverhältnisses zwischen mechanischen Eigenschaften und Wärmedämmung konzentrieren, um die Wärmeleitfähigkeit von Aerogelputz weiter zu reduzieren. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Gesamtkosten umso stärker gesenkt werden können, je geringer die Wärmedämmkapazität eines Aerogelputzes ist. Aus kommerzieller Sicht dürfte die weit verbreitete Nutzung und Validierung des bereitgestellten Online-Tools die Marktakzeptanz von Aerogelprodukten und insbesondere von Hochleistungs-Aerogelputzen mit höherem Marktpotenzial verbessern.

Schlussbericht
(Englisch)

Aerogel insulation renders, in contrast to aerogel boards/blankets, have not yet achieved their full potential in terms of thermal insulation performance. In this sense, the thermal conductivity of aerogel renders (λ>28mW/m·K) is more than twice compared to the aerogel granules used (λ=13 mW/m·K). Nevertheless, aerogel renders could provide a much better cost/benefit compared to aerogel boards, as the cost of the granules are 60% cheaper compared to the latter. Additionally, the installation costs are also estimated to be lower, proving the potential to reduce the overall renovations costs by >25%, being also competitive vs. mass market. However, the barriers to achieve high-performance renders exist at different levels, particularly related to the application, robustness and structural stability of the constructive system. Moreover, the marketing strategy of thermal insulation in general is not beneficial to aerogel products, as it doesn’t show economically the competitive advantage of aerogel solutions in comparison to traditional materials. In particular, costs savings in man labour are not well understood, requiring a deep analysis on the final renovation costs using different type of products.
This project provides solutions to tackle the above-mentioned barriers. In particular, from the technical point of view, this project brings technological innovation to enhance, during the application, the robustness of aerogel insulation renders with low mechanical properties based on mineral binders. In this sense, the project demonstrates the innovation through the application of an enhanced ETICS system based on a new high-performance aerogel render through the renovation of 40m2 façade of a villa in Lenzerheide. Additionally, a modular construction with testing plates with the same façade setup has been built to perform the study. In this sense, the methodology consisted in durability and physical tests during one year for two types of mineral aerogel renders, allowing the comparison of different aspects of the material properties. The results show that the new proposed façade system provides significant improvement in mechanical stability and long-term durability. In particular, two main innovative aspects have been studied and achieved. On the one hand, it has been found that the application of a deep primer on the substrate promotes a better curing of the mineral binder through, thus improving overall mechanical properties. In fact, it has been shown that substrates can have a high impact on the stability of the render due to water sequestration once the render is applied. This effect can be controlled, as shown in this project, by the application of silane/siloxane hydrophobizing agents to the substrate. The surface treatment enhances the degree of hydration of the mineral matrix, thus improving the mechanical properties up to some extent.
Moreover, it has been proven that the solution can be effectively applied to a wide range of substrates, from concrete, clay brick, calcium silicate block and nature stones, achieving in all cases, a partial hydrophobization of the surface. On the other hand, at a system level, this project provides a configuration of the ETICS, in addition to the surface treatment of the surface, the inclusion of mechanical fixations to the protective adhesive mortar/embedded mesh, enhancing further the robustness and long-term durability of the constructive system. From the commercial and economical feasibility point of view, this project provides a better understanding of the renovation costs of traditional and aerogel solutions, based on the analysis of every aspect of the renovation, thus presenting a more realistic cost calculation. In particular, it has been found that using high-performance aerogel insulation (λ>20mW/m·K), and even more aerogel renders, the man-labour costs can be reduced (particularly expensive in Switzerland). Indeed, the results of the analysis show that considering all the costs of a renovation, including aspects typically not taken into account in renovation budgets, such as façade details rework, window reveals and connections and terminations, the costs of using traditional insulation is often much higher than expected. Nevertheless, the higher performance of aerogel products and even more high-performance aerogel renders promotes and important reduction on such costs, ending up in much more competitive final overall renovation costs. In fact, the achievement of higher insulation standards can be obtained without deep façade renovations using aerogel, providing the benefit of obtaining subsidies from the federal administration. Indeed, through this project, a free online tool to get a cost estimation and potential savings has been developed, which provides realistic calculations for renovation using traditional and aerogel insulation, showing that aerogel insulation is more competitive than expected. The tool has the potential to improve the market dynamics of aerogel insulation for a better market penetration of such type of products and is expected to be actively used to promote aerogel insulation. Nevertheless, the biggest potential can be achieved by ultra high-performance aerogel renders in terms of overall cost, thus more feasible economically. Finally, the implementation of the findings of this project will be achieved in through the market launch of a high-performance aerogel render by Aeroskin Tech AG in the short term, and the market distribution of the latter aerogel render by Agitec AG. Moreover, the free online platform will be widely used by Agitec AG for the commercialisation or Aeroskin Tech aerogel render, but also for their broad range of aerogel products and façade systems. Further implementation of the results has already taken place, by the introduction of deep primers in façade systems and its effect on the water absorption capacity of building materials, in particular, the ones used in façades of buildings. The knowledge has already partially been implemented last Fall semester in the Materials 3 course “Building Physics” for Civil Engineers, of the Institute for Building Materials at D-BAUG – ETH Zurich. Nevertheless, more concepts will be applied, in particular related to aerogel insulation systems between later this year and next year. Next steps from a technological point of view should be focused in improving overall ratio between mechanical properties and thermal insulation in order to reduce the thermal conductivity further in aerogel renders. In fact, it has shown that the lower the thermal insulation capacity that an aerogel render can achieve, the better the reduction of total costs can be obtained. From commercial point of view, the wide-spread use and validation of the provided online tool should improve the market adoption of aerogel products and in particular high-performance aerogel renders with higher market potential.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)

Les enduits isolants en aérogel, contrairement aux panneaux/blanchisseries en aérogel, n'ont pas encore atteint leur plein potentiel en termes de performances d'isolation thermique. En ce sens, la conductivité thermique des enduits aérogel (λ>28mW/m-K) est plus de deux fois supérieure à celle des granulés aérogel utilisés (λ=13 mW/m-K). Néanmoins, les enduits aérogels pourraient offrir un bien meilleur rapport coût/bénéfice que les panneaux aérogels, car le coût des granulés est 60 % inférieur à celui des panneaux aérogels. En outre, les coûts d'installation sont également estimés plus faibles, ce qui prouve le potentiel de réduction des coûts globaux de rénovation de plus de 25 %, tout en étant compétitif par rapport au marché de masse. Cependant, les obstacles à la réalisation d'enduits à haute performance existent à différents niveaux, notamment en ce qui concerne l'application, la robustesse et la stabilité structurelle du système constructif. En outre, la stratégie de commercialisation de l'isolation thermique en général n'est pas favorable aux produits aérogels, car elle ne démontre pas économiquement l'avantage concurrentiel des solutions aérogels par rapport aux matériaux traditionnels. En particulier, les économies réalisées sur les coûts de main d'oeuvre ne sont pas bien comprises, ce qui nécessite une analyse approfondie des coûts de rénovation finaux en utilisant différents types de produits. Ce projet propose des solutions pour surmonter les obstacles susmentionnés. En particulier, d'un point de vue technique, ce projet apporte une innovation technologique pour améliorer, lors de l'application, la robustesse des enduits isolants aérogels à faibles propriétés mécaniques basés sur des liants minéraux. En ce sens, le projet démontre l'innovation par l'application d'un système ETICS amélioré basé sur un nouvel enduit aérogel haute performance dans le cadre de la rénovation de la façade de 40m2 d'une villa à Lenzerheide.
En outre, une construction modulaire avec des plaques d'essai avec la même configuration de façade a été construite pour réaliser l'étude. En ce sens, la méthodologie a consisté en des tests de durabilité et des tests physiques pendant un an pour deux types d'enduits minéraux à base d'aérogel, ce qui a permis de comparer différents aspects des propriétés du matériau. Les résultats montrent que le nouveau système de façade proposé offre une amélioration significative de la stabilité mécanique et de la durabilité à long terme. En particulier, deux aspects innovants ont été étudiés et réalisés. D'une part, il a été constaté que l'application d'un apprêt profond sur le substrat favorise un meilleur durcissement du liant minéral, améliorant ainsi les propriétés mécaniques globales. En fait, il a été démontré que les substrats peuvent avoir un impact important sur la stabilité de l'enduit en raison de la séquestration de l'eau une fois l'enduit appliqué. Cet effet peut être contrôlé, comme le montre ce projet, par l'application d'agents hydrophobes silane/siloxane sur le substrat. Le traitement de surface augmente le degré d'hydratation de la matrice minérale, améliorant ainsi les propriétés mécaniques dans une certaine mesure. En outre, il a été prouvé que la solution peut être appliquée efficacement à une large gamme de substrats, tels que le béton, les briques d'argile, les blocs de silicate de calcium et les pierres naturelles, en obtenant dans tous les cas une hydrophobisation partielle de la surface. D'autre part, au niveau du système, ce projet fournit une configuration de l'ETICS, en plus du traitement de la surface, l'inclusion de fixations mécaniques au mortier adhésif protecteur/maillage incorporé, améliorant encore la robustesse et la durabilité à long terme du système constructif. Du point de vue de la faisabilité commerciale et économique, ce projet permet de mieux comprendre les coûts de rénovation des solutions traditionnelles et des solutions en aérogel, sur la base de l'analyse de chaque aspect de la rénovation, présentant ainsi un calcul des coûts plus réaliste. En particulier, il a été constaté qu'en utilisant une isolation en aérogel à haute performance (λ>20mW/m-K), et encore plus d'enduits aérogel, les coûts de main d'oeuvre peuvent être réduits (ce qui est particulièrement coûteux en Suisse). En effet, les résultats de l'analyse montrent qu'en considérant tous les coûts d'une rénovation, y compris les aspects qui ne sont généralement pas pris en compte dans les budgets de rénovation, tels que la reprise des détails de la façade, les embrasures de fenêtres et les raccordements et terminaisons, les coûts de l'utilisation d'une isolation traditionnelle sont souvent beaucoup plus élevés que prévu. Néanmoins, les performances plus élevées des produits en aérogel et même des aérogels plus performants favorisent une réduction importante de ces coûts, ce qui permet d'obtenir des coûts de rénovation globaux finaux beaucoup plus compétitifs. En fait, il est possible d'atteindre des normes d'isolation plus élevées sans rénovation profonde des façades à l'aide d'aérogel, ce qui permet d'obtenir des subventions de l'administration fédérale. En effet, grâce à ce projet, un outil en ligne gratuit permettant d'obtenir une estimation des coûts et des économies potentielles a été développé. Il fournit des calculs réalistes pour une rénovation utilisant une isolation traditionnelle et une isolation à l'aérogel, montrant que l'isolation à l'aérogel est plus compétitive que prévu. L'outil a le potentiel d'améliorer la dynamique du marché de l'isolation aérogel pour une meilleure pénétration du marché de ce type de produits et devrait être activement utilisé pour promouvoir l'isolation aérogel. Néanmoins, le potentiel le plus important peut être atteint par les enduits aérogels ultra performants en termes de coût global, ce qui est donc plus faisable sur le plan économique. Enfin, la mise en oeuvre des résultats de ce projet se fera par le lancement sur le marché d'un enduit aérogel haute performance par Aeroskin Tech AG à court terme, et la distribution sur le marché de ce dernier enduit aérogel par Agitec AG. En outre, la plateforme en ligne gratuite sera largement utilisée par Agitec AG pour la commercialisation de l'enduit aérogel d'Aeroskin Tech, mais aussi pour sa large gamme de produits aérogel et de systèmes de façade. Les résultats ont déjà été mis en oeuvre par l'introduction d'apprêts profonds dans les systèmes de façade et leur effet sur la capacité d'absorption d'eau des matériaux de construction, en particulier ceux utilisés dans les façades des bâtiments. Les connaissances ont déjà été partiellement mises en oeuvre au semestre d'automne dernier dans le cours de matériaux 3 "Physique du bâtiment" pour les ingénieurs civils, de l'Institut des matériaux de construction à D-BAUG - ETH Zurich. Néanmoins, d'autres concepts seront appliqués, en particulier en ce qui concerne les systèmes d'isolation à base d'aérogel, entre la fin de cette année et l'année prochaine. D'un point de vue technologique, les prochaines étapes devraient être axées sur l'amélioration du rapport global entre les propriétés mécaniques et l'isolation thermique afin de réduire davantage la conductivité thermique dans les enduits aérogels. En fait, il a été démontré que plus la capacité d'isolation thermique d'un enduit aérogel est faible, plus la réduction des coûts totaux est importante. D'un point de vue commercial, l'utilisation et la validation à grande échelle de l'outil en ligne fourni devraient améliorer l'adoption par le marché des produits aérogels et en particulier des enduits aérogels à haute performance qui ont un potentiel commercial plus élevé.