| Architecture durable / Toits verts Toits verts ou toitures végétales : matériaux et techniques |
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Les toits végétalisés ( toits-terrasses, toits verts, toits-jardins ) symbolisent de plus en plus l'effort collectif et individuel visant à réduire l'impact des villes sur l'environnement naturel.
En Chine, on veut transformer les toits en rizières pour répondre à l'exode rural vers les villes et alimenter la population. Au Canada, l'urgence d'agir globalement est moindre mais l'expérimentation doit se faire rapidement pour trouver des solutions de design et de techniques répondant aux attentes des citoyens et des entreprises.
Historique des toits verts ou toitures végétales
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.
En Allemagne, durant les 10 dernières années, 10% des toits ont été végétalisés. Un système de points "bonis" accorde une réduction de taxe environnementale aux promoteurs immobiliers qui utilisent les toits végétaux.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.
Aux États-Unis, 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.
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 et de nombreux baby-boomers se mettent à rêver de toits-jardins et de prés fleuris pour leur condo ou leur appartement de ville.
Voir aussi notre article sur le développement écologique en Chine.
Au Canada, l'utilisation de toiture végétale a de nombreux avantages qu'on peut classer en avantages pour les propriétaires d'immeubles et en avantages pour la société.
POUR LES PROPRIÉTAIRES
Réduction des frais énergétiques. 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 augmente 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 beaucoup moindre que celui de la climatisation.
Prolongation de la durée de la membrane. Le fait de couvrir une membrane de bitume élastomère d'un substrat de culture peut presque doubler sa durée de vie en la protégeant de la chaleur, des rayons UV et des variations de température. En effet, la dégradation des membranes est principalement due à la chaleur. La chaleur dégrade les huiles du bitume élastomère qui devient alors plus cassant. Le substrat de culture permet aussi d'éviter les variations journalières de température ainsi que les chocs thermiques causés par les pluies froides tombant sur une toiture chaude. Finalement, le substrat bloque aussi les rayons UV qui sont responsables d'environ 5% du vieillissement des membranes.
Ces actions combinées permettent d'espérer une durée de 30 à 50 ans pour la membrane d'étanchéité.
Isolation acoustique. 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.
Toit-terrasse et plus value. L'ajout d'un toit végétal offre une aire extérieure additionnelle aux occupants. En habitation 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 LA SOCIÉTÉ
Les toits verts en milieu urbain offrent aussi de multiples avantages publiques sur la qualité de vie et la préservation de l'environnement.
Réduction de la chaleur. 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 dus 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.
Diminution des frais de traitement d'eau. 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.
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%. Amélioration de la qualité d'air. 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 bioxyde de souffre ou l'oxyde d'azote. De plus, les végétaux retiennent la poussière et réduisent la quantité de particules en suspension dans l'air.
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.
Structure du toit. L'ajout d'un substrat de culture léger de 6 pouces ( 15 cm) de hauteur crée une surcharge de 30 à 40 lb/pi.ca. lorsque le sol est saturé d'eau. La structure des toits canadiens est généralement conçue pour recevoir une charge de neige uniforme de 40 lbs/pi.ca. De manière générale, les toits plats canadiens existants ne sont donc pas conçus pour supporter les charges combinées de substrat et de neige qui totali
sent 70 lbs/pi.ca. Les toits verts s'adressent donc principalement aux nouveaux immeubles, particulièrement ceux ayant une structure de béton armé comme on en retrouve beaucoup en Europe ou les toits verts sont plus populaires.
Pour les immeubles existants, la stratégie de végétalisation des toits passe plutôt par des toits-terrasses jardins dont les plantations se font dans des bacs et sont localisées à certains endroits de la toiture, près des murs porteurs. Ceci nécessite une étude cas par cas où un professionnel du bâtiment évalue la capacité portante en fonction de la structure existante et de son état.
Ceci est particulièrement important pour les toits résidentiels en bois dont la charpente vieillissante peut avoir des faiblesses ponctuelles. À ce sujet Lire notre article Transformer un toit plat résidentiel en terrasse-jardin.
Pente du toit. Après la formation des racines des plantes, le substrat de culture résiste très bien avec des pentes allant jusqu'à 4 sur 12 ( 4 unités verticales pour 12 unités horizontales). Mais de manière générale, les toits végétaux sont surtout conçus pour les toits à pentes faibles de 1 sur 12 ou moins.
Un toit vert ou végétal se compose essentiellement de cinq composantes. En partant du support de toit on retrouve:
1- une membrane d'étanchéité
2- une couche de drainage et de réserve d'eau
3- une membrane de filtration
4- un substrat de croissance
5- une couche végétale
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.
Toutes les membranes d'étanchéité synthétiques standard ( Élastomériques, PVC, EPDM, etc.) bi-couches ou monocouches peuvent être utilisées. Les membranes multicouches à l'asphalte sont déconseillées pour des raisons de durabilité.
La couche de drainage et de réserve d'eau. Une membrane de drainage de polyéthylène gaufré sert à créer un espace de drainage qui dirige l'eau de pluie vers le drain du toit ou vers les gouttières extérieures. Cette membrane de drainage est gauffrée de manière à retenir une réserve d'eau essentielle aux plantes en période de sécheresse.
La membrane de filtration (géotextile). La couche de drainage est recouverte d'un filtre géotextile qui retient le sol et laisse l'eau s'égoutter sans remplir la couche de drainage de sol. Ce géotextile non tissé 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 la pierre volcanique, l'argile expansé et parfois les 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 peu 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.
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.
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 asséchement 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: oeillet 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.
Système d'arrosage automatique. Durant les trois premières années d'implantation des végétaux ceux-ci ont besoins de plus d'arrosage pour créer leurs racines et couvrir le sol. Sans un arrosage systématique les plantes vont sécher et peuvent devenir la cause de propagation d'incendie d'un immeuble à l'autre. Le sol sec et mal consolidé par les racines devient aussi plus léger et plus volatil en présence de grands vents. Voilà pourquoi un système d'arrosage automatisé est pratiquement essentiel pour de grandes surfaces et particulièrement pour les plantations extensives ayant une faible épaisseur de sol et une faible capacité de rétention d'eau. Voir article sur les systèmes d'arrosage automatiques.
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'expension 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 l'oxygénation des racines. 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.
Quel est le meilleur choix. La tendance actuelle au Canada est de réduire l'épaisseur du substrat pour réduire son poids et les coûts de structure. Cette tendance va fortement à l'encontre des bénéfices sociaux recherchés par l'implantation des toits verts:
- la rétention d'eau pour soulager les usines d'épuration est beaucoup moindre
- la survie des plantes s'en trouve fragilisée pendant les premières années et pendant les sécheresses. Dans l'éventualité où les plantes meurent les racines ne retiendront plus le sol et celui-ci peut être balayé par l'eau et le vent. Une grande surface de plantes séchées devient aussi un facteur de propagation de la flamme élevé pouvant s'envoler et communiquer un incendie à d'autres immeubles à proximité.
- la fonction du toit vert s'en trouve très limitée. Il n'est plus question d'y faire un jardin potager pour les occupants mais seulement un couvre-sol exigeant de l'entretien et du désherbage contre les plantes allergènes comme l'herbe à poux.
- l'efficacité énergétique est moindre en chauffage comme en climatisation
Parmi les produits offerts, le systèmes ultra-léger se démarque fortement des autres produits. Il est préfabriqué et facile à installer par des néophytes. Voir notre article sur le système ultra-léger.
Le meilleur choix semble être une approche variée sur le même bâtiment. Une combinaison de plantation extensive et intensive, avec plantations ponctuelles en bacs, permet généralement de mieux répondre aux besoins des occupants tout en diversifiant les possibilités de design.
Coût et réalisation
Coûts. Le coût d'un toit végétalisé varie beaucoup en fonction de l'épaisseur de substrat, de la dimension de surface végétalisée et du type de végétaux. Pour une toiture de type extensive d'une dimension de 1 000 pi.ca. entièrement couverte on doit prévoir un budget de 17$/pi.ca., main-d'oeuvre incluse. Pour un petit coin terrasse de 200 pi.ca. le coût total sera moindre mais coûtera plus cher au pied carré soit environ 25$/pi.ca.
Qui peut le faire ? Aucun couvreurs n'a l'expertise pour réaliser des systèmes de culture sur toits. Il faut généralement faire réaliser la membrane d'étanchéité par le couvreur et donner le contrat de toit végétal à un paysagiste expérimenté dans ce domaine.
Pour plus d'informations, une expertise technique ou un plan d'aménagement: Guides Perrier 514.523.4441 ou yperrier@guidesperrier.com
Article connexe Transformer un toit plat résidentiel en terrasse-jardin.
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