Toitures vertes: classification, composition et caractéristiques (1)

	Fig . Exemple de toiture végétalisée, toiture-jardin légère et toiture-jardin. 0 Végétation 1 Substrat 2 Voile filtrant 3 Drainage 4 Couche de protection 5 Etachéité 6 Isolation 7 Pare-vapeur 8 Pente et support

Les toitures vertes ne forment pas un concept nouveau puisque les célèbres jardins suspendus de Babylone au 7ème siècle avant JC en étaient déjà. Elles ont cependant été oubliées pendant de nombreux siècles et ne feront qu'une timide réapparition à la Renaissance avant de connaître un développement plus important depuis le début du 20ème siècle. Le premier but des toitures vertes était l'isolation thermique contre le froid dans les pays nordiques ou contre la chaleur dans les pays du sud. Ce développement a été beaucoup plus marqué dans les pays scandinaves, l'Allemagne et la Hollande qu'en Belgique où ce type de construction n'a pris de l'ampleur que depuis peu et dans une moindre mesure que dans les pays précités; de nombreuses firmes proposent cependant en Belgique à l'heure actuelle la réalisation de toitures vertes.

Le présent article décrit principalement les aspects descriptifs des toitures vertes ainsi que leurs avantages et inconvénients, puis donne, sans entrer dans les détails, la composition de la toiture plate et de la toiture verte et termine en évoquant le programme et les objectifs de la recherche qui va être réalisée au CSTC.

Classification selon l'aspect et l'utilisation

Les toitures-jardins ou toitures à végétation intensive élaborée

• l'utilisation possible de végétation intensive, c.à.d. de gazon, de plantes basses, d'arbustes et d'arbres à condition de prévoir une épaisseur de substrat suffisante (à titre indicatif, au moins 0,3m) et à l'exception de certaines espèces présentant des racines dangereuses pour l'étanchéité;
• ce choix quasi illimité de plantes permet de créer un espace esthétiquement développé (architecture paysagère);
• l'accès est autorisé et la toiture peut être utilisée à des fins récréatives;
• l'entretien demandé est comparable à celui d'un jardin 'traditionnel';
• l'utilisation de substrat d'épaisseur importante crée une surcharge élevée (au moins 400 kg/m²); c'est la raison pour laquelle les toitures-jardins peuvent rarement être réalisées en rénovation mais doivent être prévues depuis la phase de conception du bâtiment au niveau du calcul des fondations et de la structure;
• le support d'une toiture-jardin a normalement une pente comprise entre 1^o et 4^o.

Les toitures végétalisées ou toitures à végétation extensive

• l'utilisation de végétation extensive c'est-à-dire des plantes de type mousses ou sédums; cette végétation est plantée dans un substrat spécialement développé en fonction de la végétation de manière à ne nécessiter qu'une épaisseur très faible, de l'ordre de quelques dizaines de mm, et ne demander aucun apport d'eau ou d'engrais; dans certains cas, cette végétation peut être fournie sous la forme de tapis précultivés;
• ce type de végétation se caractérise par une croissance libre et un aspect inorganisé;
• l'accès n'est en général pas possible ou tout au moins fort limité, sauf en cas d'aménagement de chemins;
• le seul entretien à apporter à cette toiture sera donc l'habituel contrôle annuel des évacuations d'eau après l'automne;
• vu les faibles épaisseurs de substrat, et donc le faible poids (en général < 60 kg/m²), elles sont réalisables en rénovation sur quasiment tous les types de support mais;
• les toitures végétalisées peuvent être réalisées sur des toitures ayant une pente comprise entre 1^o et 35^o; au-delà de 35^o, on utilise des techniques spéciales.

Les toitures-jardins 'légères' ou toitures à végétation intensive peu élaborée

• on utilise des épaisseurs de substrat réduites afin de limiter le poids;
• tant les végétations extensives qu'intensives sont envisageables, à l'exception d'arbres ou d'arbustes de trop grande taille;
• le développement d'un espace esthétiquement élaboré sera possible dans la limite des plantes utilisables;
• la toiture est accessible;
• un entretien de la végétation sera nécessaire;
• la réalisation en rénovation est parfois possible suivant la nature du support;
• la pente de la toiture doit être comprise, comme pour les toitures végétalisées, entre 1^o et 35^o (2% et 55%).

En résumé: Les caractéristiques des trois types de toitures vertes sont résumées au tableau 1. La figure 2 montre un exemple schématique de telles toitures.

Tableau 1: Distinctions toiture-jardin, toiture végétalisée et toiture-jardin légère

	Toiture végétalisée	Toiture-jardin légère	Toiture-jardin
Epaisseur (pour mémoire)	< 0,1 m	Entre 0,1 et 0,3 m	> 0,3 m
Surcharge approx. de la toiture verte	30 à 60 kg/m2	60 à 400 kg/m2	> 400 kg/m2
Type de végétation	Extensive	Intensive ou extensive	Intensive
Réalisation en rénovation en bâtiment neuf	Oui Oui	Parfois à étudier	Souvent non à étudier
Accessible	Non*	Oui	Oui
Pente usuelle du support	1-35o (2-5%)	1-35o (2-5%)	1-4o (2-7%)
Entretien de la végétation	Limité	Moyen	Important

* Sauf aménagement supplémentaire

Classification selon la composition

Une autre manière de raisonner, plus technique, consiste à considérer le nombre de couches ayant des fonctions différentes sans tenir compte de leur épaisseur comme base de classement; on distingue alors:

• les systèmes monocouches: la végétation est directement plantée dans une couche de substrat; il n'y a donc ni drainage ni rétention d'eau; ce type de toiture verte est à déconseiller car il provoquera à terme des problèmes, e.a. au niveau de l'étanchéité; ce système n'apportera que peu d'amélioration de l'égouttage;
• les systèmes bicouches composés d'un substrat et d'une couche de drainage (par exemple géotextile ou argile expansée), en général séparées par un voile filtrant;
• les systèmes tricouches comportant en plus un réservoir d'eau, séparé ou intégré dans la couche de drainage, dans lequel les plantes peuvent trouver l'eau nécessaire en période de sécheresse.

	Exemple mixte de vegétation extensive et de végétation intensive (dans le bacs) Exemple de végétation extensive

Types de végétation

Végétation extensive (fig. 3)

• les mousses;
• les sédums.

Végétation intensive (fig. 4)

• le gazon;
• les plantes basses;
• les arbustes;
• les arbres.

Aspect de la végétation

Amélioration de la gestion de l'eau

1 Egouttage

où
q_in (l/s²) est le débit de la pluie
q_out (l/s) est le débit évacué par la toiture vers l'égout

	Fig 5. Principe de l'effet tampon

Dans le cas d'une toiture verte, il existe un effet-tampon: lorsque la pluie atteint la toiture verte, l'eau entre dans les couches de la toiture verte et transite dans celles-ci; ce n'est qu'après un certain temps qu'elle sera rejetée vers l'égout. De plus, une partie de l'eau est consommée par les plantes et une autre est rejetée dans l'atmosphère par évapo-transpiration et n'atteint donc pas le réseau d'égouttage (figure 5).

Cet effet-tampon permettra d'absorber en tout ou en partie (selon l'importance de la pluie et l'épaisseur de la toiture verte) la pointe de crue et de délester de la sorte le réseau d'égouttage.

Sous forme d'équation, cela peut être exprimé par:
q_out dt= q_in dt- q₊ dt+ q_- dt- q_evap dt

où
q₊ (l/s) est le débit d'eau de pluie entrant dans la toiture verte
q_- (l/s) est le débit d'eau rejeté par la toiture verte vers l'égout, après transition
q_evap (l/s) est le débit d'eau rejeté vers l'atmosphère par les plantes par évapo-transpiration et par le substrat par évaporation

Les trois derniers termes de cette équation sont inconnus mais il est sur que leur bilan est positif et donc, que le volume rejeté vers l'égout est moindre que dans le cas d'une toiture plate nue.

En quantifiant ces trois termes, on pourrait, par exemple, calculer quelle superficie de toiture verte il faut créer dans un bassin hydrographique donné présentant des problèmes d'égouttage pour obtenir la même amélioration que via la création d'un bassin d'orage d'un volume donné.
La figure 6 montre à titre d'illustration des mesures réalisées en France comparant les débits rejetés vers l'égout en fonction du temps par une toiture plate sans protection, une toiture plate gravillonnée et une toiture végétalisée.

En supposant que la superficie de toitures vertes se développe fort en Belgique, celles-ci pourraient devenir un outil de lutte contre les inondations telles que celles que nous avons connues récemment en Belgique (par exemple en septembre 1998).

2 Qualité de l'eau et récupération

La deuxième partie de cet article, qui sera publiée dans notre édition suivante, traitera entre autres la composition idéale de la toiture verte et les objectifs de la recherche qui sera réalisée à la station expérimentale du CSTC à Limelette.

Ce texte a été utilisé comme conférence par le messieurs M. Eyckens et M.P. Kerstenne pendant les journées d'étude de l'ABEE du et juin dernier et a été réalisé à la demande du comité technique 'Etanchéité' présidé par F. Louwers par un groupe de travail composé de P. Kerstenne (président du groupe de travail), E. Bril, M. Buvé, M. Eyckens, J. Lenaerts, M. Lievens, E. Meert, D. Nonckreman, D. Pessers, D.Raymaekers et H. Steenbrugghe.

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