Populaires depuis longtemps en Europe, les toits verts ont commencé à séduire les propriétaires, les entreprises et même les villes, qui y voient un moyen attrayant de promouvoir l’environnement tout en résolvant les problèmes des toits conventionnels, ces toitures vertes complètent la végétation traditionnelle sans perturber l’infrastructure urbaine.
Table des matières
Comprendre les toits végétalisés
Une toiture verte est une surface de toit, plate ou inclinée, qui comporte un support de culture sur une membrane d’étanchéité plantée partiellement ou totalement de végétation.
Les toits verts font partie intégrante de la construction moderne en Europe, et certaines villes et gouvernements nationaux ont même rendu leur utilisation obligatoire. La ville autrichienne de Linz, par exemple, exige des toits verts sur tous les nouveaux bâtiments résidentiels et commerciaux dont le toit dépasse 100 m2.
En Allemagne, la construction de toits verts a été encouragée par la loi fédérale sur la protection de la nature, le code de la construction et les lois sur la protection de la nature au niveau des États.
Les exemples australiens, bien que moins fréquents, se multiplient. En 2007, une organisation nationale, Green Roofs Australasia, a été créée pour promouvoir les toits verts, et plusieurs conseils municipaux ont mis en place des politiques et des programmes visant à promouvoir les toits et les murs verts.
L’intérêt pour la construction de toits verts augmente, encouragé par la disponibilité de technologies qui rendent leur construction plus facile et plus économique. Alors, quels sont les avantages de cette pratique, ses types et son impact sur l’environnement ?
Les avantages des toits végétalisés
Les toits verts peuvent être particulièrement utiles dans les environnements plus denses et plus urbains, où ils peuvent compenser la perte de paysages productifs au niveau du sol, voici l’avantage de ces réalisations :
- Une réduction des besoins en chauffage et en climatisation du bâtiment
- Réduction et ralentissement du ruissellement des eaux pluviales
- Amélioration de l’isolation acoustique
- La séquestration du carbone
- Capture des polluants gazeux et particulaires
- Atténuation des effets de l’îlot de chaleur urbain
- L’augmentation de la biodiversité
Types de toits végétalisés
Les toits verts peuvent être « extensifs » et avoir un milieu de culture mince (jusqu’à 200 mm de profondeur) avec une végétation « couvre-sol », ou « intensifs » avec un sol de plus de 200 mm de profondeur supportant une végétation pouvant atteindre la taille d’un arbre.
Entre ces deux types, il existe des toits semi-extensifs (extensifs avec des zones de sol plus profond) et semi-intensifs (intensifs avec des zones de sol moins profond).
La construction en terre, où la structure du bâtiment est partiellement ou entièrement recouverte de terre et de végétation, peut être considérée comme un type spécifique de toit vert.
Toits verts extensifs
Les toits verts extensifs ont un profil peu profond, cela signifie qu’il y a moins de volume de substrat disponible pour stocker l’eau et favoriser la croissance des racines, bien qu’il y en ait encore assez pour réduire et ralentir le ruissellement des eaux pluviales.
Cela limite le choix des plantes à celles qui tolèrent le stress environnemental, en particulier la sécheresse et les vents desséchants. De nombreuses plantes indigènes des régions côtières et arides de l’intérieur des terres peuvent convenir à ce type d’environnement.
Les caractéristiques d’un toit vert extensif sont les suivantes :
- Milieu de culture peu profond, généralement moins de 200 mm
- Structure du toit similaire à celle des couvertures conventionnelles
- Poids de 60 à 200 kg/m2
- Végétation généralement limitée à des plantes basses, à enracinement superficiel et à des plantes couvre-sol qui tolèrent la sécheresse, l’exposition au vent et les fluctuations de température
- Ne convient pas à l’accès général
- Relativement économique
- Certains avantages en matière d’isolation thermique et acoustique
- Peut être facile à installer sur des toits existants, demandez conseil à un professionnel qualifié pour vous assurer que votre toit est capable de supporter le poids.
- Peu d’entretien.
Toitures vertes intensives
Les profils des toits verts intensifs peuvent avoir une profondeur de 200 mm à plus de 1 m. Cela augmente le volume du milieu de culture disponible pour le développement des racines et la capacité de rétention d’eau.
Cela augmente le volume du milieu de culture disponible pour le développement des racines et la capacité de rétention d’eau, et élargit considérablement la variété de plantes pouvant être cultivées.
Le poids supplémentaire exige une structure de toit plus solide que les toits verts extensifs, mais permet la circulation des piétons.
Les toits verts intensifs peuvent être aussi richement plantés et aménagés que les jardins au sol. Ils nécessitent le même niveau d’entretien que les jardins conventionnels.
Les caractéristiques d’un toit vert intensif sont les suivantes
- Milieu de culture profond – 200 mm ou plus
- Nécessite une structure de toit plus solide
- Poids de 180 à 500 kg/m2 ou plus
- Large gamme de plantations possibles, des plantes couvre-sol aux arbres
- Possibilité d’accès et d’utilisation en tant que jardin de toiture
- Grande marge de manœuvre pour la conception et les utilisations multiples
- Relativement coûteux en raison des exigences structurelles
- Avantages considérables en termes d’isolation thermique et acoustique
- Difficile à installer sur des bâtiments existants
- Nécessité d’un entretien régulier.
Constructibilité, disponibilité et coût
Les toits verts ont des coûts de construction plus élevés que les toits conventionnels, avec des retours sur investissement limités à court terme. Cependant, les retours sur investissement à long terme sont potentiellement excellents.
Les propriétés individuelles bénéficient de coûts d’entretien et de fonctionnement réduits.
Les toits végétalisés peuvent entraîner une augmentation de la valeur des propriétés, comme cela a été démontré en Amérique du Nord et au Royaume-Uni.
Apparence
Les toits verts peuvent être petits et ressembler à un accessoire, ou grand et spectaculaire. Ils permettent de créer des environnements urbains agréables en introduisant des plantes et de la verdure qui sont visuellement reposantes ou rafraîchissantes.
Les effets thérapeutiques prouvés pour les bâtiments commerciaux ou de bureaux comprennent une augmentation de la productivité et une réduction de l’absentéisme.
Les toits verts peuvent ressembler à une pelouse ou à une forêt. Les toits verts extensifs, avec une fine couche de substrat de culture pour soutenir les plantes couvre-sol, sont généralement conçus en tenant compte des performances du bâtiment plutôt que de préoccupations esthétiques. Les toits verts extensifs inclinés et courbés peuvent être vus depuis le niveau du sol.
Les toits intensifs peuvent accueillir une végétation assez importante et très visible, qui tombe en cascade sur les côtés du bâtiment, ou des arbustes et des arbres qui s’élèvent au-dessus de la ligne de toiture. Ces « jardins de toit » paysagers peuvent modifier la ligne de toiture d’un bâtiment.
Capacité structurelle
Les toits verts sont généralement plats, mais ils peuvent être incurvés ou inclinés. Les structures de soutien doivent être conçues pour pouvoir supporter toutes les charges associées à la végétation, à son support et aux couches d’imperméabilisation et de protection qui se trouvent en dessous, ainsi que les charges réelles des personnes qui utilisent le toit.
Durabilité et résistance à l’humidité
Si elle est bien conçue et entretenue, une toiture végétalisée peut prolonger de quelques années la durée de vie d’une toiture conventionnelle. En empêchant l’impact direct du soleil sur les membranes d’étanchéité, une toiture végétalisée protège contre les dommages causés par les rayons ultraviolets et par le réchauffement et le refroidissement constants de la membrane.
Les toits verts doivent être conçus pour durer au moins 50 ans. Le remplacement de n’importe quel composant des toits verts peut être relativement coûteux, c’est pourquoi les considérations structurelles clés sont les suivantes :
– La longévité de la structure
– Le drainage approprié
– L’étanchéité.
Masse thermique et isolation
L’un des principaux avantages énergétiques des toits verts est leur capacité à réduire les besoins de refroidissement en été. Leur contribution à l’isolation et à l’ombrage des bâtiments peut contribuer de manière significative à la réduction de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre.
Les toits végétalisés peuvent également pré-refroidir l’air d’admission dans les systèmes de climatisation, réduisant ainsi les besoins en systèmes.
La masse thermique de la composante végétale des toits verts est faible. Bien qu’il puisse y avoir une certaine masse dans le sol, le support de culture habituel est léger, et est donc plus utile comme isolation et ombrage que comme masse thermique.
Les toits verts peuvent inclure ou non une couche isolante en plus du sol et de la végétation, mais même sans cette couche, ils fournissent une isolation thermique et un ombrage significatif pour le bâtiment.
Isolation acoustique
Dans les zones urbaines très fréquentées, la nature acoustiquement absorbante du sol et de la végétation des toits verts peut isoler du bruit des véhicules lourds tels que les trains, les tramways, les bus et les camions.
Un immeuble de bureaux situé sous la trajectoire de vol de l’aéroport international de San Francisco, planté d’un mélange d’herbes indigènes et de fleurs sauvages, a permis de réduire les niveaux de bruit. Des tests ont montré qu’une couche de 5 pouces de terreau peut réduire le bruit de 40 décibels.
Résistance au feu et aux parasites
Le sol utilisé dans la construction des toits verts renforce leur résistance au feu. Les différents types de végétation que l’on peut trouver sur un toit vert vont des plantes grasses à racines peu profondes, qui brûlent peu et offrent une bonne résistance au feu, aux plantes plus substantielles sur les toits intensifs, qui peuvent inclure des arbustes et des arbres.
Bien que la végétation sèche puisse présenter un risque, il est peu probable que la quantité de végétation sèche sur un toit extensif puisse alimenter plus que des incendies de faible intensité, en supposant que les mesures générales de préparation du site soient prises conformément aux recommandations des autorités de lutte contre les incendies de votre région.
Les animaux nuisibles n’ont pas été identifiés comme un problème pour les toits ou les murs végétalisés, peut-être parce qu’ils représentent un effort délibéré pour incorporer des matériaux vivants dans un bâtiment et créer un habitat dans lequel il y a une plus grande biodiversité et moins de déséquilibre entre les humains et les autres espèces animales.
Filtration pour mieux respirer
La végétation des zones urbaines, y compris celle des toits, peut filtrer les fines particules en suspension dans l’air qui sont ensuite entraînées dans le sol. En outre, le feuillage peut absorber de nombreux polluants gazeux. Des études ont montré que les toits verts peuvent piéger jusqu’à 95 % des métaux lourds présents dans l’atmosphère locale.
Si l’on cultive des légumes destinés à la consommation dans les zones urbaines, il peut être judicieux de faire tester régulièrement le sol et les plantes pour détecter la présence de métaux lourds ou d’autres polluants.
Le processus de construction
Les composants
En plus des composants structurels, un toit vert comporte généralement 7 couches :
- Membrane d’étanchéité (membrane monocouche ou membrane à application fluide ; le bitume modifié ou la feuille de plastique sont les plus courants)
- Barrière anti-racines (feuille de polyéthylène, cuivre ou composés de cuivre dans la membrane)
- L’isolation (facultative, mais peut être exigée pour satisfaire aux exigences de conformité)
- Couche de drainage (treillis de drainage synthétique, agrégat granulaire)
- Tissu filtrant (géotextile)
- Milieu de culture, également appelé milieu de plantation ou substrat (sol manufacturé, brique pilée ou autre matériau inorganique pouvant être complété par un matériau organique tel que la fibre de coco ou le cocotier)
- La végétation (racines peu profondes sur les toits extensifs, racines plus profondes sur les toits intensifs).
Les matériaux utilisés sont notamment l’acier pour les armatures, le polyéthylène haute densité (PEHD) pour les bacs à plantes et les géotextiles. Pour les applications extérieures, l’irrigation peut se faire par le haut à l’aide de tuyaux d’arrosage ou autres. Les applications intérieures peuvent utiliser des goutteurs.
La construction
Les constructions couvertes de terre (également appelées abris de terre) peuvent être considérées comme un type de toit vert et constituent l’une des formes de construction les plus anciennes.
Souvent construites à flanc de colline, les maisons modernes recouvertes de terre sont généralement conçues pour « disparaître » dans l’environnement et avoir un impact visuel minimal. La terre est recouverte de végétation et les fenêtres sont souvent le seul signe de la présence d’une maison.
Les maisons recouvertes de terre utilisent l’énorme masse thermique de la terre pour maintenir une température stable et confortable.
En fonction de l’épaisseur du sol, de sa température, de la structure et d’autres éléments de construction, la construction couverte par la terre peut fournir une isolation thermique et acoustique substantielle. Pour que cela fonctionne au mieux, les murs du bâtiment doivent être directement reliés à la terre.
Dans la pratique, les membranes d’étanchéité et les couches d’isolation peuvent compromettre une partie de cette connectivité.
Les maisons recouvertes de terre sont conçues pour apporter de la lumière dans les pièces, tout comme n’importe quelle maison normale.
La principale différence réside dans le fait que si une maison est construite sur une pente, la plupart des fenêtres, sinon toutes, se trouvent sur le côté descendant du bâtiment, généralement face à la direction du soleil. D’autres pièces peuvent être éclairées par des puits de lumière ou par la lumière « empruntée » aux pièces éclairées par le soleil.
Impacts sur l’environnement
Les toits végétalisés peuvent contribuer à la réalisation des objectifs de développement durable, notamment pour les choses suivantes :
La gestion des eaux pluviales
Les toits verts peuvent réduire les coûts liés à l’augmentation des pics de précipitations associés au changement climatique en retenant les eaux pluviales et en ralentissant le ruissellement.
Des recherches menées à l’université du Queensland ont montré des réductions du ruissellement allant jusqu’à 42 % avec seulement 100 mm de sol planté de gazon à croissance modérée ; la capacité de rétention augmente avec la profondeur du sol et l’utilisation de l’eau par la végétation.
La réduction de la pollution
La rétention et la fixation des contaminants (par exemple les fientes d’oiseaux ou la pollution atmosphérique) peuvent contribuer à éliminer la pollution nocive du ruissellement dans les écosystèmes aquatiques.
La réduction de l’effet de chaleur
Les propriétés d’isolation et de faible absorption thermique des toits et des murs verts réduisent l’effet de chaleur urbain.
Des chercheurs de l’école galloise d’architecture de l’université de Cardiff ont conclu que les toits et les murs végétalisés pouvaient refroidir le climat local autour d’un bâtiment dans une ville de 3,6 à 11,3 °C, et que plus le climat est chaud, plus l’effet de refroidissement est important.
La conservation et l’augmentation de la biodiversité
Les toits verts peuvent créer des habitats qui augmentent la biodiversité et attirent la faune, y compris les oiseaux rares ou migrateurs. Encourager les oiseaux, les papillons et les abeilles a été un aspect important de certaines toitures vertes suburbaines à l’étranger.
Par exemple, aux États-Unis, un grand constructeur automobile a installé un élevage d’abeilles sur le toit vert de 4 hectares situé au-dessus de l’une de ses usines.
Augmentation de l’efficacité des panneaux solaires
En abaissant la température ambiante des toits, les toits verts permettent aux panneaux solaires qui y sont installés de fonctionner plus efficacement, avec des rendements énergétiques jusqu’à 15 % supérieurs à ceux des panneaux installés sur des toits recouverts d’asphalte ou de gravier qui s’échauffent.
Utilisation de toits végétalisés
Conception et détails
Lors de la conception d’une toiture végétale, les éléments à prendre en compte dans les dessins de conception sont les suivants :
- La structure
- Les membranes
- Les nattes
- Le drainage et l’irrigation
- Les treillis
- Microclimat et orientation du toit
- Sélection des plantes
- Intégration aux fonctions du bâtiment
Le choix du milieu de culture adapté au climat et des plantes appropriées est essentiel, en particulier pour les toits extensifs. La sélection des plantes pour les toits verts doit être soigneusement étudiée, car les conditions qui s’appliquent à la végétation sur le toit sont différentes de celles qui s’appliquent au niveau du sol.
Les exigences de croissance et d’entretien à long terme, y compris les besoins en eau, doivent également être prises en compte.
Les toits verts doivent permettre l’irrigation de la végétation tout en évitant l’érosion du sol, et fournir des réservoirs d’eau pour permettre aux plantes de survivre pendant les périodes de faible disponibilité en eau.
Les éléments structurels et d’étanchéité des toits verts, correctement installés, nécessitent peu d’entretien. Comme pour tous les aspects de la construction, de bons détails de construction réduisent le risque de défaillance et facilitent l’accès pour les réparations (par exemple, en cas de fuites).
Évaluation des risques
Comme tout matériau de construction, les toits végétaux présentent des risques qui doivent être pris en compte à la fois au stade de la conception et au moment d’entreprendre les travaux de conception détaillés, ces risques sont les suivants :
La sécheresse
La plupart des toits verts et tous les murs verts nécessiteront une certaine irrigation, en particulier dans les premières phases de croissance. Il faut tenir compte de la disponibilité et des sources de l’eau d’irrigation, sera-t-elle fiable pendant les années sèches ?
L’eau doit provenir de la collecte sur le site et non de l’alimentation principale. L’eau de forage peut ne pas convenir à toutes les espèces végétales, et l’eau de surface des rivières ou des barrages voisins peuvent ne pas être physiquement ou légalement accessibles en période de sécheresse.
Feux de brousse
La performance des toits végétaux en cas de feux de brousse est encore assez mal connue. Si la couche de terre peut contribuer à isoler le bâtiment de la chaleur rayonnante et des braises, tous les éléments combustibles d’un toit végétal, y compris les plantes elles-mêmes, peuvent servir de combustible lors d’un feu de brousse.
Les personnes qui envisagent d’installer des toits végétalisés dans des zones sujettes aux feux de brousse doivent vérifier s’ils sont autorisés dans le niveau d’attaque des feux de brousse par leur gouvernement.
Il est également conseillé de choisir un système qui ne contient pas de matériaux combustibles, des espèces végétales qui ne brûlent pas facilement et, surtout, de s’assurer que le toit est bien irrigué.
Les zones entourant les toits doivent également être entretenues et préparées conformément aux recommandations des autorités locales chargées de la lutte contre les incendies, dans le respect des bonnes pratiques.
Vent fort
La vitesse du vent augmente avec la hauteur au-dessus du sol, et un doublement de la vitesse du vent équivaut à un quadruplement de sa puissance.
La végétation sur les toits et les murs verts des bâtiments de grande hauteur et des bâtiments plus bas situés dans des endroits exposés (crêtes de collines, sommets de falaises, etc.) doit être dotée de moyens de protection.
Conclusion
De nos jours, les solutions intelligentes de toits verts sont de plus en plus populaires en raison de leurs avantages écologiques, techniques et économiques et de leurs qualités esthétiques.
Une planification urbaine réussie comprend un réseau de zones naturelles et semi-naturelles qui intègrent des systèmes de toits verts dans des environnements urbains construits de manière naturelle.
Entre-temps, les technologies de toits verts existantes peuvent être coûteuses à l’achat et leur installation peut nécessiter une main-d’œuvre importante, mais cette recherche vise à contribuer à des solutions durables et orientées vers l’avenir pour résoudre les problèmes complexes des zones urbaines et créer des écosystèmes vivables avec des toitures agréables.
Les technologies d’innovation dans les systèmes de toits végétaux sont une tendance émergente dans le développement des bâtiments écologiques. Les toits verts modulaires innovants permettent de rajeunir et de reconstruire la nature.