Toiture végétale

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Le principe de la toiture végétale (aussi : toit vert ou toit végétalisé) est de recouvrir de verdure un toit plat ou à versant de faible pente. C'est une caractéristique architecturale fréquente d'un bâtiment durable, une version architecturale de la philosophie du développement durable.
Dans la perspective de restauration de la biodiversité en milieu urbain, l’aménagement d’un écotoit est une technique qui peut se révéler intéressante. Cette idée s’est déjà soldée par de nombreuses expériences positives dans des pays européens comme l’Allemagne, la Hollande, la Suisse ou les pays scandinaves. La France, quant à elle, n’en est encore qu’aux balbutiements…

Sommaire 1 Histoire 1.1 Allemagne 1.2 Canada 1.3 Japon 1.4 États-Unis 2 Avantages 2.1 Impact écologique 2.2 Impact technique 2.3 Impact paysager 2.4 Impact sur la santé 2.5 Impact social 2.6 Impact économique 3 Des restrictions importantes 4 Les éléments d'un toit vert 5 Plantation extensive ou intensive 6 Conclusion 7 Références 8 Voir aussi 8.1 Liens externes

[modifier] Histoire

Historiquement, la construction de toitures végétales se fait de manière traditionnelle dans plusieurs pays scandinaves et européens. Le mélange de terre et de végétaux enracinés sur les toits permettait de réaliser des toitures relativement bien isolées, étanches à l'air et à l'eau, résistantes au vent et au feu. Le tout se faisant avec des matériaux facilement disponibles.

Ce principe fait aussi partie des traditions des Amérindiens d'Amérique du Nord. Comme les Inuit utilisent toujours le pergélisol pour conserver les aliments, les cultures plus au sud, par exemple au Québec construisaient des garde-manger à même le flanc d'une colline pour profiter de la température tempérée d'un tel bâtiment.

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[modifier] Allemagne

Durant les 10 dernières années, 10% des toits allemands ont été végétalisés. Un système de points "bonus" accorde une réduction de taxe environnementale aux promoteurs immobiliers qui utilisent les toits végétaux.

[modifier] Canada

Au Canada, les projets commerciaux et résidentiels incluant des toits végétaux sont encore peu nombreux (une vingtaine au Québec), mais les produits et l'expertise sont maintenant disponibles. Il y aurait, parmi les baby-boomers, une certaine popularité des toits-jardins, sortes de prés fleuris pour condominium ou appartement de ville.

Parmi les toitures végétalisées les plus connues, on note celles du Mountain Equipment Co-op de Toronto et des Pavillons Lassonde, de l'École polytechnique de Montréal.

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[modifier] Japon

Au Japon, la ville de Tokyo exige que toute construction occupant plus de 10 000 pieds carrés de terrain soit couverte de végétaux sur 20% de sa surface.

[modifier] États-Unis

Aux États-Unis d'Amérique, les toitures vertes ont longtemps été associées à des concepts marginaux d'architecture bio-climatique, enfouie et recouverte de terre. Cette architecture d'abri anti-atomique n'a pas connu une grande popularité. La venue de nouveaux systèmes de culture plus légers et les nouveaux enjeux environnementaux ont relancé l'intérêt pour ces toitures. On parle maintenant de toitures durables qui ajoutent une qualité de vie aux immeubles résidentiels urbains.

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[modifier] Avantages

La mise en place de ces terrasses et toitures plantées sont susceptibles d’apporter un certain nombre d’avantages parmi lesquels certains sont d’utilité publique. Les avantages des toitures végétales sont destinés tant aux propriétaires qu'à la société dans son ensemble.

[modifier] Impact écologique

• La fixation des poussières atmosphériques et des pollens. L’évapotranspiration engendrée par les terrasses plantées élève l’humidité de l’air et favorise donc la formation de rosée, indispensable à la fixation des poussières et des pollens en suspension dans l’air. Les particules de plomb, de carbone, les matières organiques particulaires ou de faible densité sont fixées dans le substrat ou nourrissent les bactéries, plantes et insectes qui s’y développent.
• Une diminution des taux de CO et CO2, pour plus d’oxygène produit
• Une augmentation de la superficie disponible en espace de nature sauvage ou non, accessible ou non, mais aussi en espace de loisirs, ce qui soulagera les milieux naturels surfréquentés, tout en diminuant le trafic et ses nuisances
• Des effets bénéfiques sur le climat, les microclimats, l’hygrométrie, et donc sur la santé et le bien-être des habitants. L’écotoit permet de récupérer une partie de la surface perdue, à cause de l’occupation du sol par le bâtiment, par les espaces verts.
• De nombreux effets bénéfiques sur la biodiversité. La vie sauvage retrouve des habitats, des équilibres naturels se recréent. Sur les terrasses extensivement végétalisées, les plantes les plus adaptées sont les plantes de milieux secs et oligotrophes qui sont justement menacées de disparition à cause de l’eutrophisation générale des milieux. Les cortèges faunistiques associés trouvent ainsi des îlots où leur survie est possible.
  On peut également associer un rucher à la toiture végétalisée, ce qui permet notamment la réintroduction des abeilles en ville, indispensables à la pollinisation des végétaux.
• La reconstitution d’un véritable maillage écologique et de corridors, qui autorisent au sein de la ville la circulation des espèces animales et végétales, les flux de gènes indispensables à la survie des espèces et à leur adaptation au milieu.
• Les villes sont toujours plus chaudes que les campagnes adjacentes. Le réchauffement excessif des toitures, du béton, de l'asphalte des rues et de la maçonnerie extérieure des murs réchauffe l'air environnant de quelques degrés supplémentaires. En Amérique du Nord, la température estivale moyenne dans les villes a augmenté durant les dix dernières années ajoutant encore à l'inconfort et aux malaises dûs à la chaleur.
  Selon une étude du ministère canadien de l'environnement, la présence de toitures vertes sur seulement 6% des toits des villes canadiennes ferait descendre la température d'environ 1,5°C et ferait ainsi économiser près de 5% des coûts de climatisation dans tous les immeubles climatisés des villes.
• Un impact très positif sur l’eau avec une filtration et une épuration biologique des eaux de pluies par complexation, par exemple, des métaux lourds dans le substrat
• Une régulation des débits hydriques. Les toitures représentent jusqu'à 20% des surfaces de nos villes. Les eaux de pluies qui tombent sur les toits sont ensuite acheminées vers les égouts pluviaux. Ceci surcharge les égoûts et les stations d'épuration d'eau tout en causant parfois des inondations de sous-sols. A l’image d’une éponge, la toiture végétalisée accumule l’eau dont une partie est utilisée par les plantes, une autre est évaporée et une autre évacuée par les canalisations avec un retard favorisant le bon écoulement. Les toitures et terrasses plantées, par leur capacité de rétention, d’évaporation et de relargage différé des eaux de pluies contribue à lutter contre les effets néfastes de l’imperméabilisation des sols, à savoir : augmentation constante des débits de pointe, engorgement des réseaux d’assainissement en période crue, afflux de pollution métalliques et organiques après les orages, etc.
  Annuellement, un toit végétal pourrait absorber jusqu'à 50% de la quantité d'eau tombant sur les toits, permettant ainsi une réduction des coûts de traitement de l'eau de 5 à 10%.

[modifier] Impact technique

Un impact technique sur la durabilité et le confort du bâtiment. En effet, les toitures végétalisées offrent :

• Une protection sur l’étanchéité assurée par le fait que les matériaux imperméabilisants résistent plus longtemps, à l’abri des U.V. et du rayonnement thermique solaire. En effet, la dégradation des membranes est principalement due à la chaleur. Celle-ci dégrade les huiles du bitume élastomère qui devient alors plus cassant. Finalement, le substrat bloque aussi les rayons UV qui sont responsables d'environ 5% du vieillissement des membranes. De plus, l’écotoit constitue une barrière contre les intempéries. Ces actions combinées permettent d'espérer une durée de 30 à 50 ans pour la membrane d'étanchéité.
  
• Une protection contre les chocs thermiques (pluie froide sur les toitures chaudes) dont bénéficie le bâtiment (réduction des contraintes mécaniques) et ses occupants. Les toitures végétalisées permettent une réduction des variations de température jusqu’à 40%.
• Une isolation thermique qui permet de réaliser d’importantes économies d’énergies. Une membrane de toiture exposée au soleil peut atteindre une température de surface de 65°C alors que la même membrane recouverte de végétaux demeure à une température de 15 à 20°C. La température de la toiture influence la température intérieure d'un logement et donc les besoins de climatisation. Une toiture couverte de végétaux et de son substrat de culture (une terre légère) réduit aussi sensiblement les pertes de chaleur en hiver, mais cet impact est moindre que celui de la climatisation.
• Une isolation phonique : la terre végétalisée est un des meilleurs isolants acoustiques, elle absorbe les ondes sonores. Elles permettent notamment de diminuer les bruits de l’environnement urbain. Un substrat de 12 cm d'épaisseur peut réduire les bruits aériens de près de 40db. Un avantage non négligeable dans les secteurs survolés par des avions à basse altitude.

[modifier] Impact paysager

Judicieusement conçu, les toitures végétalisées redonnent aux villes, notamment industrielles, une indéniable valeur esthétique et valorisent l’habitat en offrant une bonne solution pour que le bâtiment s’intègre dans son environnement.

[modifier] Impact sur la santé

Amélioration de la qualité de l’air (hygrométrie, poussières, toxiques). La végétation supplémentaire apportée par les toits végétaux crée un apport d'oxygène dans les villes tout en filtrant bon nombre de polluants atmosphériques tels le dioxyde de soufre ou l'oxyde d'azote. De plus, les végétaux retiennent la poussière et réduisent la quantité de particules en suspension dans l'air.

[modifier] Impact social

Les toitures végétalisées contribuent à rendre la ville plus « calme », moins stressante. Les habitants retrouvent une certaine harmonie urbanisme-nature.

[modifier] Impact économique

On a pu constater sur les expériences déjà réalisées dans divers pays européens, que les écotoits contribuent à une réduction des dépenses dans plusieurs domaines, entre autres, une réduction des dépenses de santé, de nettoyage (des poussières dans la rue par exemple, qui, en raison de leur quantité et de leur relative toxicité commencent à poser des problèmes d’élimination et de stockage); des dépenses d’entretien et de réparation dues aux inondations, aux pollutions dues aux crues subites engendrées par l’imperméabilisation des sols, aux dysfonctionnements des réseaux d’eaux pluviales ou d’égout, des stations d’épuration, etc.

L'ajout d'un toit végétal offre une aire extérieure additionnelle aux occupants. En zone urbaine, cette aire extérieure supplémentaire est recherchée et ajoute une plus value pour la vente ou la location. Pour les édifices à bureaux, le toit-terrasse vert ajoute du prestige aux entreprises qui y ont un accès direct. Cet espace vert extérieur devient un reflet de l'engagement social de l'entreprise. L'espace vert extérieur crée aussi un climat propice aux rencontres et aux bonnes relations entre les employés.

Pour un bâtiment public (école, lieu de travail, etc.), les coûts de contruction sont plus élevés, mais compensés à long terme. On estime qu'un tel environnement augmente la productivité de ses occupants de 5 à 15%, tandis que la construction représente 2% des coûts à long terme et la masse salariale, 92% (le 6% restant est pour l'exploitation du bâtiment).^[1]

[modifier] Des restrictions importantes

L'ajout d'un substrat de culture et de végétaux nécessite une structure suffisamment forte du toit, une étanchéité parfaite, une pente relativement faible et un accès facile pour l'entretien durant les premières années.

[modifier] Les éléments d'un toit vert

Un toit vert ou végétal est constitué essentiellement de cinq composantes. En partant du support de toit, on retrouve:

• La structure portante ;
• une membrane d'étanchéité ;
• une couche de drainage et de filtration ;
• un substrat de croissance ;
• une couche végétale.

La structure portante. Elle peut être en béton, en acier ou en bois, à condition qu’elle soit capable de supporter le poids de l’installation prévue. Le toit peut-être plat ou incliné (35° au maximum). Il est recommandé de construire des terrasses avec une pente de 1 à 2%, ce qui permet de diminuer l’épaisseur de la couche drainante et donc de diminuer le poids de la structure.

La membrane d'étanchéité. La réalisation d'un toit végétal et son implantation prend quelques années et nécessite des investissements de base importants. Il serait ridicule de faire un toit végétal sur une membrane endommagée ou âgée de plus de 10 ans car les risques d'infiltration d'eau à moyen terme seraient élevés. Le complexe isolant doit être résistant à la compression en fonction de l'installation prévue. Les membranes bitumineuses APP sont parfaitement adaptées, toutefois dans leurs versions "anti-racine" uniquement. Elles offrent une épaisseur plus importante que leurs soeurs synthétiques. Elles ne présentent par ailleurs pas de problème de recyclage. Choisissez plutôt l'application en deux couches d'une membrane anti-racine. Remarque : certaines plantes doivent être proscrites sur une toiture-jardin. Renseignez-vous avant de faire votre choix. L'importance de la couche d'étanchéité ne doit jamais être sous-estimée, les coûts d'une fuite sont décuplés comparés aux toitures terrasses classiques.

La couche de drainage et de filtration. Une membrane de drainage de polyéthylène gaufré sert à créer un espace de drainage d'environ 3/8 po (10 mm) de hauteur qui dirige l'eau de pluie vers le drain du toit ou vers les gouttières extérieures. Son choix dépendra principalement de la pente du toit (granulat meuble, géotextile de drainage, …). Cette membrane de drainage ne doit pas être obstruée par le sol/substrat. On peut lui adjoindre un filtre qui évite le colmatage de la couche de drainage avec les particules du substrat Elle est donc recouverte d'un filtre géotextile non-tissé qui retient les fines particules du sol et laisse l'eau s'égoutter. Ce géotextile absorbe aussi l'eau qui la traverse, offrant un milieu humide pour les racines des plantes. Le géotextile non-tissé offre malheureusement peu de résistance à certaines racines qui pourraient le pénétrer et réduire son efficacité. Il faut donc le couvrir d'un autre géotextile anti-racine fait de polyéthylène tissé dont le rôle est uniquement de bloquer les racines.

Le substrat de croissance. Pendant plusieurs années, les architectes du paysage recommandaient un minimum de 12 pouces de terre sur les toits végétaux afin de maintenir un milieu acceptable pour la croissance des plantes. Malheureusement, la terre devient très lourde lorsqu'elle est saturée d'eau (environ 100 lbs/pi.cu.) causant parfois des dommages à la structure des immeubles et à l'étanchéité. La terre a aussi tendance à se compacter évacuant l'oxygène nécessaire à la survie des plantes. Les erreurs du passé nous ont appris à ne pas sous-estimer l'importance du substrat qui supporte la vie des plantes.

Le substrat doit être léger et résistant à la compaction tout en retenant l'eau. Sa composition est généralement faite de compost végétal de feuilles ou d'écorces mélangé à des agrégats de pierres légères et absorbante ayant un diamètre de 1/8 à 1/2 pouce (3 à 12mm). Comme matériau, on utilise des minéraux à pores ouvert, à savoir de la pierre volcanique, de l'argile expansé, de la pierre ponce et parfois des débris de briques récupérés de chantiers de démolition, puis concassés, qui permettent de récupérer des déchets voués à l'enfouissement. Les agrégats représentent un volume variant de 40 à 70% du substrat de culture en fonction de l'épaisseur de substrat, de l'irrigation et du type de culture souhaité. L'épaisseur totale du substrat peut ainsi être réduite à seulement 4 po (10 cm) de hauteur. Cette épaisseur minimale conviendra à quelques plantes très résistantes au gel, mais de manière générale, il est recommandé d'utiliser une épaisseur de 15 cm ou plus pour permettre la culture d'une plus grande variété de plantes.

Ses capacités de rétention en eau, de perméabilité, de résistance à l’érosion, de densité conditionnent le bon fonctionnement du système.

La couche végétale. Techniquement, toutes les plantes peuvent pousser sur les toits mais certaines peuvent nécessiter des soins constants pour les préserver d'un soleil permanent, du gel et des grands vents. Dans la plupart des cas, la végétation ne sera qu’herbacée ou arbustive. Elle sera choisie en fonction du climat de la région, de l’ensoleillement, de la pente du toit, etc. De manière générale, on devrait privilégier des plantes vivaces et indigènes très résistantes aux températures extrêmes et qui s'implanteront rapidement pour couvrir les surfaces de sol afin de réduire son assèchement par le soleil et le vent. Les couvre-sols ont aussi l'avantage de laisser peu de place aux mauvaises herbes et de réduire l'entretien. Les plantes alpines et celles adaptées aux zones 3 conviennent bien à cet usage.

Les plantes à privilégier peuvent être:

• Plantes fleuries : Origan lisse (Origanum laevigatum "Herrenhausen") ; la ciboulette, qui offre aussi l'avantage d'être un condiment ; un mélange de fleurs des champs pour créer un pré fleuri ; le gazon d'Espagne (Armeria maritima) ; les iris (Pumila) ; campanule agglomérée, etc.

• Couvre-sols : œillet couché (Dianthus deltoides) ; gypsophile rampante (Gypsophila repens) ; orpin blanc (Sedum album) ; thym serpolet, etc.

• Graminés : fétuque bleue (Festuca glauca) ; fétuque améthyste (Festuca amethystina).

• Plantes vertes : corbeille d'argent (Iberis sempervirens "Schneeflocke") ; armoise de Schmidt (Artemisia schmidtiana) ; centaurée scabieuse (Centaurea scabiosa), etc.

[modifier] Plantation extensive ou intensive

Selon l'épaisseur de substrat et le degré d'arrosage souhaité, on pourra faire une plantation de type extensive, semi-extensive ou intensive.

Plantation extensive. Il s'agit d'un type de plantation de faible épaisseur de substrat (4 à 6 pouces) qu'on ne veut pas nécessairement arroser, sauf en cas de sécheresse prolongée. Cette plantation utilise surtout des couvre-sols très rustiques capables de supporter des sécheresses et qui prennent rapidement de l'expansion pour ombrager le sol et le stabiliser par leurs racines. Son substrat de culture contiendra jusqu'à 70% d'agrégats poreux, en volume, afin de conserver le plus d'eau possible.

Plantation semi-extensive. C'est aussi une plantation de faible épaisseur (6 pouces) ayant généralement un système d'arrosage automatique goutte à goutte se faisant par petits conduits situés sous le substrat de culture entre le géotextile filtrant et le géotextile anti-racine. Voilà pourquoi le géotextile filtrant doit aussi être un géotextile absorbant. Il absorbe les gouttes d'eau pour humidifier les racines sans réduire leur oxygénation. Ce système est aussi très économe en eau, ne créant presque pas d'évaporation. Ce type de culture peut mélanger les couvre-sols, les plantes à fleurs ou à feuillage, les légumes et même de petits arbustes ou des grimpants comme la vigne vierge ou le chèvrefeuille. Le substrat d'une culture semi-extensive est généralement composé d'environ 50% d'agrégats poreux.

Plantation intensive. C'est un type de culture dans des bacs pouvant faire jusqu'à 1 ou 2 mètres de profondeur. La culture intensive peut accommoder des arbres tels des pommetiers décoratifs ou des frênes. De manière générale, il est recommandé de leur poser des haubans pour résister aux grands vents. Ces systèmes devraient toujours être munis d'arrosage automatique pour assurer la survie des arbres. Le volume d'agrégats est souvent réduit à 40% pour faire place à plus d'éléments nutritifs.

[modifier] Conclusion

Plusieurs entreprises spécialisées ont mis au point des systèmes complets de verdissement des toitures, fiables et performants. Elles proposent toutes sortes de systèmes, allant des tapis pré-végétalisés à la station d'arrosage automatisée. L’intégration d’un toit vert dans le bâtiment sera d’autant mieux réussie si elle est envisagée dès la conception du bâtiment, mais elle est toutefois réalisable sur des constructions déjà existantes.
Les coûts d’entretien et surcoûts de construction sont faibles, en comparaison des services rendus, particulièrement pour les terrasses plantées en extensif qui ne nécessitent qu’un nettoyage annuel des écoulements, et aucun arrosage ni entretien. Cette technique, qui est parfaitement au point et relativement aisée à mettre en place, ne provoque pas l’altération du bâtiment. Au contraire, la stabilité et l’étanchéité des toitures végétalisées sont supérieures aux toitures plates classiques.

[modifier] Références

• Toit et murs végétaux (titre original:Planting Green Roofs ans Livings Walls), Nigel Dunnett, Noël Kingsburry (préface de François Lassalle, traduit de l'anglais par Erika Laïs) , Éditions du Rouergue, ISBN 2841566412.
• Guide raisonné de la construction écologique (fournisseurs/fabricants - toiture végétalisée, fenêtres, ventilation double flux, isolation, etc) Table des matiéres

[modifier] Voir aussi

• Certification LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) du U.S. Green Building Council
• Arcologie
• Mur végétalisé
• Biodiversité dans le bâti

Entreprises :

• Bondzai Design

[modifier] Liens externes

• Toit végétal sur Ekopedia

Organismes sans but lucratif :

• Reverdir la ville (Les citoyens du futur).
• Le projet Des jardins sur les toits au Québec