(Edition 99/6 page 44)
Toitures vertes: classification, composition et caractéristiques (2)
Dans la première partie de cet article nous avons déjà présenté les différents types de toiture vertes et quelques de leurs avantages et inconvénients par rapport à une toiture plate nue. Dans cette deuxième partie nous continuons à discuter ces différents aspects et parlons en plus de la composition idéale de la toiture verte. L'article se termine en évoquant les objectifs de la recherche réalisée à la station expérimentale du CSTC à Limelette.
Qualité de la vie et biodiversité
Les toitures vertes auront un impact positif sur la qualité de la vie. Dans certains quartiers limités en espaces verts ou dans des immeubles à appartements, on peut transformer une vue sur une étanchéité en une vue vers une surface plantée. Le pourcentage d'espace vert dans les villes augmente, avec comme conséquence des effets positifs sur la qualité de l'air (absorption de gaz et de poussières, restitution d'humidité à l'atmosphère), la température de l'air et le développement du biotope animal et végétal.
Ce dernier point plus particulièrement a fait l'objet d'une étude poussée par la région Nord-Pas de Calais en France. Cette étude montre, en résumé, que le bétonnage systématique des chemins de campagne et le développement intensif de l'agriculture dans cette région a eu pour effet de détruire certaines espèces animales (insectes, grenouilles, hérissons,..). Or, dès qu'une espèce disparaît, un certaine nombre d'espèces dont la survie dépendait de celle disparue (par exemple comme type de nourriture) disparaissent à leur tour: c'est le concept de biodiversité: les différentes espèces animales et végétales sont liées entre elles et ne peuvent survivre les unes sans les autres.
Ce même phénomène de disparition d'espèces se produit dans les villes dont la superficie augmente de plus en plus et dans lesquelles le pourcentage d'espaces verts lui diminue. La création d'un nombre suffisant de toitures vertes permettrait de lutter contre ce dépeuplement en donnant aux espèces des 'points de passage' ou 'points de repos' qui ne les obligeraient plus à contourner les villes et qui limiterait ainsi leur dépeuplement en animaux et végétaux.
Augmentation du confort dans le bâtiment
La présence de la toiture verte améliore le confort thermique et acoustique dans les bâtiments. D'une part, elle apporte un surplus à l'isolation thermique de la toiture, tant en été qu'en hiver; les couches de la toiture verte augmentent en effet l'inertie thermique du bâtiment et ce d'autant plus important que la toiture verte est épaisse. On peut alors soit bénéficier de ce surplus, soit diminuer l'isolation de la toiture proprement dite. Poussé à l'extrême dans les pays scandinaves, cette idée amène à prévoir des épaisseurs de 1,5 mètres de substrat sur les toitures pour se protéger des rigueurs de l'hiver.
D'autre part, l'isolation acoustique est également améliorée:
- l'isolation aux bruits aériens sera d'autant améliorée que la toiture verte est épaisse (loi des masses);
- l'isolation aux bruits d'impacts (pluie, grêle) sera améliorée même pour de faibles épaisseurs;
- la réflexion des sons sera également limitée.
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Figure 7: Températures sur une toiture verte. (source 'Groene daken', Natuur en techniek, 996)
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Figure 8: Températures sur une toiture chaude et sur une toiture inversée. (source CSTC Magazine no , 996)
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Comportement de l'étanchéité
L'étanchéité sera protégée des rayonnements directs du soleil IR et UV, de la grêle, ainsi que des changements brusques de température (par exemple journée chaude pendant laquelle survient un orage). La durée de vie de l'étanchéité ne pourra donc qu'être prolongée. De même, la réverbération du soleil sera limitée.
Les figure 7 et figure 8 montrent d'une part les températures atteintes par l'étanchéité sur une toiture plate non protégée et sur une toiture verte, et d'autre part les températures que l'on peut atteindre au niveau de l'étanchéité d'une toiture plate classique (mesures réalisées à la station expérimentale du CSTC à Limelette).
Réaction au feu
En ce qui concerne le feu, deux points doivent être distingués.
D'une part, la réglementation concernant le feu (AR 19/12/97) n'exprime aucune exigence de résistance au feu de la membrane d'étanchéité lorsque celle-ci est recouverte d'une couche de protection d'au moins 60 mm; le mot protection doit être compris ici au sens large et les toitures vertes en font partie.
D'autre part, en cas de période de sécheresse et en l'absence d'arrosage, la toiture verte risque pour certains types de végétation et en cas de manque d'entretien, de présenter un risque d'incendie et de propagation d'incendie. Ce point doit encore être approfondi.
Résistance aux racines et accès à l'étanchéité
La membrane d'étanchéité doit être pensée en fonction de la toiture verte pour éviter au maximum que les racines ne la transpercent et ne provoquent des dégâts. Au cas où des fuites à travers la toiture se manifesteraient (à cause des racines ou d'une autre raison), les travaux de réparation et l'accès à l'étanchéité seront d'autant plus difficiles et coûteux qu'une toiture verte d'épaisseur importante s'y trouve.
Surcharges
La toiture verte crée une surcharge pour la structure; il faut donc vérifier dans tous les cas que la structure est à même de reprendre cette surcharge sans dommages. Si les surcharges induites par les toitures végétalisées et toitures-jardins légères sont en général admissibles pour n'importe quel type de support (ces toitures étant donc réalisables en rénovation), il n'en est pas toujours de même pour les toitures-jardins qui doivent alors être étudiées dès la phase de conception du bâtiment.
Limitations liées à la végétation
Selon le type de végétation choisi, un entretien plus ou mois important sera nécessaire; dans cet ordre idée, il faudra pour certains types de plantes prévoir un système d'arrosage artificiel. D'autre part, toutes les espèces de végétaux ne sont pas permises car certaines ont des racines agressives qui endommageraient l'étanchéité malgré la couche anti-racines.
Réalisation des relevés
Les relevés devront être réalisés avec soin pour éviter le frottement et le poinçonnement par le substrat et/ou par des outils lors de l'entretien ainsi que le passage des racines.
De nombreuses compositions et combinaisons de matériaux sont possibles pour la réalisation de la toiture verte et de la toiture plate qui lui sert de support. Afin d'essayer de déterminer les compositions les plus adaptées au bon fonctionnement de la toiture verte d'une part, et de quantifier les avantages et les inconvénients d'autre part, le CSTC va démarrer à la station expérimentale de Limelette une recherche concernant les toitures vertes. On trouvera ci-dessous, de manière résumée, la composition de la toiture plate et de la toiture verte ainsi qu'un aperçu de la recherche.
Les toitures vertes peuvent être réalisées sur trois types de toitures plates: les toitures chaudes, les toitures inversées et les toitures non isolées (par exemple dalles au-dessus d'un parking ou d'un tunnel). Les détails sur la composition de la toiture plate peuvent être retrouvés dans la NIT no 183 du CSTC.
Une fois la toiture plate réalisée, et donc munie d'une étanchéité résistant aux racines, la végétation et les couches nécessaires à son développement peuvent êtres mise en place. Pour assurer le bon fonctionnement de la toiture, la succession des couches suivantes doit être réalisée:
- Couche de protection de l'étanchéité contre les chocs et dégâts;
- Couche de drainage;
- Couche de rétention d'eau;
- Couche filtrante;
- Substrat et éventuellement dispositif d'ancrage pour la végétation;
- Végétation.
Dans certains cas, plusieurs de ces couches peuvent être combinées. Les paragraphes qui suivent décrivent brièvement le rôle de chacune de ces couches ainsi que les matériaux pouvant entrer dans leur composition. Pour assurer le succès de la toiture verte, il faudra encore prévoir un système d'évacuation des eaux efficace et éventuellement un système d'arrosage. Enfin, il ne faudra pas oublier de réaliser un entretien correspondant au type de toiture verte.
Protection de l'étanchéité
Il faut prévoir une couche protégeant l'étanchéité contre les chocs éventuels des outils d'entretien du jardin. Celle-ci peut être formée de panneaux en caoutchouc, d'un géotextile ou incluse dans le drainage.
Couche de rétention d'eau et de drainage
Cette couche à un double rôle:
- dans sa partie supérieure, la couche de rétention d'eau doit permettre de constituer un réservoir d'eau pour les plantes; cette rétention peut se faire soit dans des cavités prévues dans le matériau lui-même, soit au moyen de matériaux absorbant l'eau;
- dans sa partie inférieure, la couche de drainage doit assurer l'évacuation des eaux vers les avaloirs.
Tant qu'un réservoir d'eau existera sous le substrat, les racines ne se développeront pas à la recherche d'autres sources d'eau et ne présenteront donc pas de danger pour l'étanchéité, tandis que le drainage permettra d'éviter des stagnations d'eau. Certains matériaux tels un treillis en polyéthylène ou polypropylène remplissent uniquement une fonction de drainage; ils peuvent être utilisés pour des toitures végétalisées ne nécessitant pas de réservoir d'eau.
D'autres matériaux combinent les deux fonctions soit à l'aide de matériaux rétenteurs d'eau:
- panneaux en mousse souple (matériaux recyclés enrichis);
- panneaux de polystyrène expansé (PES) dans le cas des toitures inversées;
- granulats d'argile expansée;
soit avec un réservoir d'eau:
- plaques à excroissances en PVC, PE, PS,..
Voile filtrant
La couche de rétention d'eau et de drainage ne fonctionnera convenablement que si l'on évite son colmatage par des fines particules venant du substrat: c'est le rôle du voile filtrant qui est le plus souvent un géotextile.
Substrat
La végétation est plantée dans un substrat prévu à cet effet et non pas dans de la 'terre'. Le substrat doit posséder les caractéristiques suivantes:
- être adapté au type de toiture verte et de végétation;
- être exempt de germes pathogènes et de mauvaises herbes;
- être léger;
- être peu compressible (conserver son volume initial);
- posséder et conserver une structure aérée;
- permettre la constitution d'une réserve d'eau et d'engrais;
- résister à l'érosion du vent et de la pluie.
Nous n'entrerons pas ici dans le détail de la composition des substrats tant les variétés existantes sont nombreuses suivant le type de toiture, la végétation et le fabricant.
Végétation
Les différents types de végétation ont été décrits au début de cet article. Il faut de plus savoir qu'un certain nombre d'espèces (les bambous par exemple) sont proscrites en toitures vertes car elles présentent un développement racinaire qui risque d'endommager l'étanchéité et les couches sous-jacentes.
Recherche au CSTC
Dans les mois qui viennent, une recherche concernant les toitures vertes va démarrer au CSTC. Ces essais vont être réalisés sur la toiture du bâtiment principal de la station expérimentale à Limelette. Douze cellules d'essais vont être aménagées, dix étant destinées à recevoir différents types de toitures vertes, les deux autres, l'une sans protection, l'autre avec une couche de graviers serviront de zones de référence (figure 9).
Les 10 systèmes testés comprendront des toitures végétalisées et des toitures-jardins légères; les différents matériaux d'étanchéité et de drainage existant sur le marché belge seront pris en considération. La campagne de mesure initiale est prévue pour une période de deux ans. Les essais qui seront réalisés sont brièvement décrits ci-dessous.
Observations en toitures
Il s'agit d'observer:
- la composition de la toiture verte au moment de sa mise en place (nature et fonction des couches constitutives, masse, ..);
- le temps nécessaire à l'obtention de l'aspect final de la végétation; l'aspect de la végétation en fonction des saisons; l'apparition ou la disparition d'espèces végétales, la croissance des racines et le développement éventuel de biotope animal sur la toiture ou dans les locaux situés sous celle-ci;
- la nécessité et la fréquence de l'entretien, les nécessités d'arrosage ou d'apport d'engrais;
- la résistance du complexe de toiture verte aux périodes de sécheresse, à la pollution de l'eau et de l'air, aux actions du vent, du gel et de la neige.
Mesures in situ
Température
Dans le but de comparer les températures de l'étanchéité sous une toiture verte à celles d'une toiture non protégée, ainsi que l'amélioration de l'isolation thermique, des thermocouples vont être installés afin de faire des relevés de température.
Eau
Le but est de mesurer la quantité d'eau évacuée par les avaloirs en fonction du temps et du type de toiture, de manière à quantifier la rétention d'eau de chaque système, le temps mis par chaque système pour arriver à saturation et la façon dont l'eau est évacuée par le système une fois la pluie terminée. Connaissant la quantité totale de pluie tombée via les deux cellules témoins et les quantités rejetées à l'égout par chacun des systèmes en fonction du temps, on pourra en déduire la somme des quantités d'eau consommée par les plantes et rejetée par évapo-transpiration ainsi que le retard entre la pluie et le rejet vers l'égout. Un système de prélèvement est également prévu par conduite afin de prélever des échantillons pour les analyses d'eau.
Acoustique
Les différentes cellules d'essais étant placées côté à côte et seulement séparées par un muret, l'amélioration acoustique apportée par chaque système ne sera pas quantifiable; on peut cependant réaliser une mesure globale de l'isolation acoustique en plaçant une source sonore dans le local situé sous la toiture et en mesurant l'intensité sonore sur la toiture.
Mesures en labo
Eau
Il s'agit de mesurer la qualité de l'eau rejetée vers l'égout après avoir transité dans la toiture verte et principalement dans la couche de drainage et déterminer s'il existe un effet 'purificateur' de l'eau.
Les observations ou mesures suivantes seront effectuées:
- la nature du matériau de drainage influence-t-elle la qualité de l'eau;
- les engrais éventuels utilisés se retrouvent-ils dans l'eau; sont-ils compatibles avec une utilisation domestique de l'eau et ne risquent-ils d'attaquer les tuyauteries;
- les additifs anti-racines utilisés dans les étanchéités bitumineuses se retrouvent-ils dans l'eau;
- des micro-organismes apparaissent-ils dans l'eau.
Pollution du substrat
Après une certaine période, le substrat qui joue un rôle de filtre vis à vis de l'eau de pluie ne devient-elle pas trop pollué et son rôle de filtrage n'en est-il donc pas atténué.
Acoustique
Des mesures acoustiques plus précises que celles faites in situ peuvent être réalisées en labo. Le système de toiture verte est installé entre deux locaux (réception et émission) situés l'un au-dessus de l'autre; le spectre d'isolation acoustique et l'indice d'affaiblissement acoustique peut alors être mesuré pour différentes compositions de toitures vertes et pour différentes conditions (substrat humide ou non,..)
Feu
Des essais de propagation du feu seront réalisés.
Résistance aux racines
Il s'agit de déterminer si les produits d'étanchéité couramment utilisés pour les toitures vertes sont satisfaisant du point de vue de la résistance aux racines. Des tests seront réalisés selon la norme DIN 4062 (ou selon le projet de norme européenne s'il est disponible entre-temps) dans des bacs de petites dimensions.
Mesures en fin de campagne
A la fin de la période d'essais de deux ans, il est prévu de laisser les toitures vertes en place afin de les exploiter dans un but didactique lors des visites de la station expérimentale de Limelette.
Cependant, si certains systèmes doivent être démontés, on pourra envisager les observations suivantes:
- Résistance à la perforation du complexe de toiture (chocs éventuels dus aux outils);
- Observation du développement des racines;
- Difficulté d'accès à l'étanchéité.
| Bibliographie |
| 1 | Les toitures-jardins; Monographie CSTC; 1989 |
| 2 | Grundlagen der dach begrünung; HJ Liesecke, B Krupka, G. Lösken & H. Brüggemann; 1989 |
| 3 | La toiture plate: Composition - Matériaux - Réalisation - Entretien; NIT 183; CSTC; 03/1992 |
| 4 | Plus de campagne à la ville; Tu bâtis je rénove no88; 03/1994 |
| 5 | Des terrasses-jardins bien protégées; CSTB magazine no73; 04/1994 |
| 6 | La toiture plate: Exécution des ouvrages de raccord; NIT 191; CSTC; 03/1994 |
| 7 | Toiture végétalisée à entretien réduit; Les cahiers techniques du bâtiment no156; 10/1994 |
| 8 | Réalisation des toitures inversées; CSTC magazine; 12/1995 |
| 9 | Dachbegrünung; J. Drefahl; 1995 |
| 10 | Groene daken; Natuur en techniek; 1996 |
| 11 | Les terrasses-végétalisées - Quelques recommandations; Sycodés informations no 40; 01/1997 |
| 12 | Un poumon vert comme toiture; La revue de la toiture no81; 05/1997 |
| 13 | Règles professionnelles pour l'aménagement des toitures-terrasses-jardins; CSNE; 06/1997 |
| 14 | Groene daken in de stad; Roof Belgium; 10/1997 |
| 15 | Daken in 't groen; Stichting bouwresearch; 1997 |
| 16 | Begroeide daken: Kwaliteit, opbouw, en economische hallbaarheid; afstudeerwerk van A. Willaert; 1996-9 |
| 17 | Réhabilitation des toitures-terrasses; CATED; 09/98 |
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