nnovation dans l habitation Renseignements généraux Wiesbaden (Allemagne) Novembre 2004

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1 i nnovation dans l habitation Novembre 2004 Étude de cas : Toitures vertes chez Soka-Bau Wiesbaden (Allemagne) Renseignements généraux Soka-Bau (Zusatzversorgungskasse des Bauhauptgewerbes VVaG), qui administre un fonds de pension étendu pour l'industrie de la construction allemande, a récemment construit un nouveau complexe d'immeubles administratifs à Wiesbaden, capitale de l'état régional de Hessen, au centre-ouest de l'allemagne. L'entreprise loue une partie des immeubles à des locataires, y compris à la Ville de Wiesbaden. Le projet Soka-Bau constitue une étude de cas utile puisqu'il fait état de plusieurs aspects de la conception et de l'entretien d'une toiture verte, notamment : une variété de types d'écologisation, comme les toitures vertes extensives, les toitures vertes intensives, ainsi que les jardins verticaux; l'emploi d'une combinaison de plantes visant à optimiser les milieux intérieur et extérieur; de caractéristiques innovantes qui devraient inspirer les concepteurs de toitures vertes; leçons tirées du projet. Gracieusement offerte par Anneliese Latz Figure 1 : Plan conceptuel d'aménagement paysager

2 Description du concept Général L'initiative avait pour objectif principal de créer des conditions optimales dans le milieu (p. ex. climat, lumière, énergie) pour les occupants de l'immeuble. L'architecte et les architectes paysagistes ont effectué une analyse approfondie de l'emplacement et des effets possibles du soleil, de l'ombre, du vent et des autres variables climatiques sur l'immeuble. L'analyse a engendré des solutions de conception particulières voulant qu'une combinaison de plantes soit utilisée afin d'atteindre des conditions optimales en matière de lumière naturelle, de ventilation, d'ombrage et de climatisation passive de l'air. L'emplacement comprend donc des éléments de toitures vertes extensives et intensives. La figure 2 montre les composants principaux du complexe de Soka-Bau (de A à D). L'élément central du nouvel immeuble est un hall-promenade situé au niveau du sol (A) et sur lequel s'élèvent quatre collectifs de bureaux en saillie (B). À l'est, on trouve un stationnement souterrain et à l'ouest, plusieurs citernes souterraines. L'imposant immeuble sis au sud (C), doté de cours intérieures fermées, est l'ancien immeuble administratif rénové. Le petit immeuble (D) à l'extrémité sud de l'emplacement accueille une école maternelle. Figure 2 : Plan d'ensemble schématique Toitures vertes extensives Les toitures vertes extensives couvrent les étages supérieurs des collectifs de bureaux (B), de même que ceux de l'immeuble rénové (C) et de l'école maternelle (D). Elles ne sont pas accessibles au public et sont impossibles à voir par les occupants des immeubles. Ces toitures vertes remplissent des fonctions écologiques telles que celles de retenir les eaux pluviales et de favoriser la biodiversité urbaine. Comme toutes les toitures vertes, elles contribuent également à prolonger la durée utile de la membrane d'imperméabilisation en offrant une protection contre les rayons ultraviolets, les températures extrêmes et les dommages mécaniques. 2

3 Toiture verte extensive Bandes de buis Haie Terrasse Hall-promenade Terrasse Bosquet Bosquet Puits de lumière Citerne Le concept consiste en de légers sillons tracés en diagonale avec l'immeuble. Le substrat a une profondeur de 100 mm (4 po) dans les creux et de 150 mm (6 po) de profondeur aux crêtes. Les creux accueillent des orpins et d'autres plantes basses, tandis que des plantes légèrement plus hautes, comme des iris, des fleurs sauvages, des graminées et des herbes aromatiques occupent les sommets. Au total, bulbes ont été ajoutés entre les plantes, et plusieurs espèces de mousses se sont établies de façon spontanée. Une station météorologique installée sur l'un des toits recueille des données sur les variables climatiques, notamment les précipitations et la vitesse du vent, lesquelles sont ensuite stockées sur un ordinateur central, puis analysées. Les données relatives aux précipitations contrôlent automatiquement le système d'irrigation. En périodes de grands vents, les persiennes installées sur les façades de l'immeuble se stabilisent automatiquement. Toitures vertes intensives Les bandes de buis, les cours et les terrasses constituent toutes des exemples de toitures vertes intensives et ont été décrites en détail ci-dessous. Les toitures vertes intensives se composent de plantes dont le système racinaire est plus élaboré et plus profond. Bandes de buis Figure 3 : Section schématique élévation Des bandes curvilignes de buis se trouvent au-dessus du hall-promenade entre les collectifs de bureaux. Cette zone est sujette à la turbulence de l'air, et les bandes tournoyantes de buis en réduisent les effets. Pour le concepteur, le motif en spirale ponctué de rosiers représente la turbulence pour le concepteur et ressemble à un filigrane en arabesque quand il est vu depuis les bureaux au-dessus. L'idée a germé pendant que l'architecte paysagiste a fait appel à un spécialiste de la Grande-Bretagne dans le cadre d'essais en soufflerie de l'immeuble et des structures végétales. La conception architecturale préliminaire proposait des angles courbes pour les collectifs de bureaux, ce qui aurait réduit efficacement l'effet de bourrasque, mais des contraintes financières ont forcé la mise en veilleuse de ce concept. 3

4 Comme le montre la figure 6, du haut des airs, le complexe de Soka-Bau se distingue des immeubles avoisinants par les aménagements imaginatifs de végétaux qui se trouvent sur ses toits. Cours Nichées un niveau en dessous des bandes de buis, on trouve les cours, lesquelles peuvent être observées d'en haut ou depuis les salles de réunions voisines. Le concept consiste en des sentiers en gravier, en quelques plantes hautes, telles que le cornouiller kousa, parmi des fougères et d'autres plantes forestières parsemées, ainsi qu'en des sculptures de pierres calcaires empilées. Terrasses Source : Landeshauptstadt Wiesbaden Figure 6 : Photo aérienne prise le 16 avril 2003, le contraste ayant été réglé pour mettre en évidence la structure distinctive des jardins sur le toit Au même étage que les cours, on a aménagé des terrasses aux extrémités est et ouest du hall-promenade. Les terrasses à l'ouest sont plus larges et légèrement plus ensoleillées que celles à l'est. Des bandes de métal curvilignes séparent des surfaces de gravier fin de couleurs différentes. Des haies de buis, plantées le long des courbes, montent graduellement en pente comme s'ils s'arquaient vers la lumière. Comme les bandes tournoyantes de buis, ces haies servent de zone tampon au vent provenant du sud-ouest. Leur forme est différente puisque le vent est plus doux à cet endroit. 4

5 Les surfaces de gravier sont parsemées de bulbes et d'autres espèces de plantes basses qui apparaissent et disparaissent avec les saisons. Les aires ombragées mettent en valeur des espèces d'ombre, comme les géraniums. La terrasse à l'ouest, près de la cafétéria, qui sert de salle à manger extérieure, est partiellement revêtue de dalles de pierre assorties aux courbes caractéristiques. Autres types d'écologisation Bosquets et haies Les bosquets à l'est sont plantés au-dessus du stationnement souterrain, et ceux à l'ouest couvrent partiellement les citernes. Le milieu de croissance est de 1 à 1,2 m (de 3,2 à 3,9 pi) de profondeur. Chaque zone située entre les collectifs de bureaux est dotée d'un bosquet d'arbres à feuilles fines (Gleditsia, Robinia ou Crataegus), qui fournit de l'ombre en été tout en laissant filtrer la lumière naturelle. Le mélange de prés se compose de graminées, de trèfle, de scille et d'iris. Les haies de troènes jouxtant le côté ouest du hall-promenade sont plantées en rangées curvilignes de façon à former un prolongement des haies de buis se trouvant sur les terrasses au-dessus. Les bosquets et les haies servent de zone tampon contre les vents dominants du sud-ouest, en plus de rafraîchir les façades orientées vers l'ouest. Puits de lumière Les puits de lumière sont situés au niveau le plus bas et fournissent de la lumière naturelle aux bureaux du sous-sol, ainsi qu'une ventilation naturelle au stationnement souterrain. Des vignes qui s'enroulent autour des câbles métalliques ont été plantées le long de l'ouvrage de stationnement afin de créer une façade-verdure. Elles servent à cacher partiellement la vue des voitures stationnées depuis les fenêtres des bureaux qui y font face. La croissance des vignes sera restreinte de façon à ce qu'elles ne bloquent pas la ventilation naturelle du stationnement ouvert à l'air libre. La croissance des plantes dans les puits de lumière s'avère difficile puisqu'elles poussent complètement à l'ombre et sont vulnérables aux courants d'air froids. Les structures en saillie restreignent également la quantité de précipitations que reçoivent les plantes. Afin d'éclairer l'espace, les concepteurs ont choisi d'utiliser des éléments verticaux, tels que des chênes et des vignes colonnaires et des sculptures de pierres calcaires, le tout sur fond de gravier jaune et blanc. L'irrigation par brouillard assure l'humidité nécessaire. Avec leurs sculptures de pierres calcaires, les puits de lumière ont une qualité primordiale, rappelant des fossiles de dinosaures situés au beau milieu de fougères, de vignes et de brouillard. 5

6 Aspects techniques Milieu de croissance Les toitures vertes extensives utilisent la méthode de construction en une seule couche, selon laquelle la couche de drainage et le milieu de croissance sont combinés (voir figure 4). Le milieu de croissance qui en résulte offre une porosité relativement élevée favorisant un drainage rapide (mm) Milieu de croissance (roche volcanique, pierre ponce et zéolite) 1 à 10 mm Couche de protection (géotextile 800 g/m 2 ) Corps de métier paysagiste Membrane hydrofuge/antiracines Corps de métier structure Gracieusement offerte par Wigbert Riehl.Traduite par Goya Ngan. Figure 4 : Coupe transversale d'une toiture verte extensive (construction en une couche) Dans le cas présent, le substrat se compose de roche volcanique, de pierre ponce et de zéolite, avec une distribution granulométrique allant de 1 à 10 mm (de 0,03 à 0,39 po) et ne contient aucune matière organique. Il s'agit d'une composition que les paysagistes allemands utilisent depuis plus de 10 ans. Ce substrat présente plusieurs avantages par rapport à un milieu de croissance riche en matière organique. Il ne se décompose pas à la longue, et sa distribution granulométrique demeure stable. De plus, il ne s'affaisse pas après l'installation et la compression. D'autres caractéristiques comprennent un système tampon de silice, la régulation du ph, une capacité élevée d'échange cationique, un faible contenu de sel solvable, ainsi qu'une grande rétention de nutriments. Une fois le fertilisant épandu, seulement une très petite quantité est lessivée. En fait, l'eau provenant de ces toitures vertes extensives a été testée, et elle se conforme aux exigences réglementaires en matière d'eau potable. 6

7 Puisque les toits sont hauts et sujets à une surcharge due aux grands vents, le milieu de croissance devait également être résistant au soulèvement sous l'action du vent. Enfin, il possède une grande résistance au gel, ce qui limite la désintégration mécanique et les changements hydrauliques qui, autrement, réduiraient la perméabilité du substrat. Le milieu de croissance pour les toitures vertes intensives se compose de roche volcanique, de pierre ponce et de zéolite, avec une distribution granulométrique allant de 0 à 8 mm (de 0 à 0,3 po) (voir figure 5). On y a ajouté 6,5 p. 100 de matière organique sous forme de fumier de bouvillon et de compost vert. Bien qu'un certain nombre de caractéristiques ressemblent à celles du milieu de croissance extensive en une seule couche, le milieu de croissance intensive a une plus grande capacité de rétention d'eau et de nutriments et favorise une germination et une croissance plus fortes des plantes (mm) Bordure en acier 80 x 5 mm Cornière 35 x 4 mm Longueur = 320 mm Fondations ponctuelles en béton Fin gravier concassé Milieu de croissance (pierre de lave, pierre ponce et zéolite, 0 à 8 mm Géotextile filtrant non tissé (300 g/m 2 ) Couche de drainage en pierre de lave (2 à 12 mm) Couche de protection (Géotextile 800 g/m 2 ) Corps de métier paysagiste Membrane hydrofuge/antiracines Corps de métier structure Gracieusement offerte par Wigbert Riehl.Traduite par Goya Ngan. Figure 5 : Coupe transversale d'une toiture verte intensive Irrigation Toutes les toitures sont munies de drains et de descentes pluviales raccordés à deux citernes souterraines situées sur le côté ouest de la propriété. Elles sont interconnectées et ont chacune une capacité de 1,35 million de litres ( gal). Le système d'irrigation en entier se sert de l'eau provenant des citernes. Une citerne distincte remplie en permanence d'eau de la ville alimente le système d'extincteurs automatiques à eau à l'intérieur de l'immeuble. Ce dernier n'utilise pas l'eau du toit, car les niveaux fluctuent, et les sédiments pourraient colmater les extincteurs automatiques. 7

8 Le complexe de Soka-Bau est desservi par trois différents systèmes d'irrigation. Des tuyaux suintants ont été installés le long des haies et autour de chaque arbre. Dans les puits de lumière, des gicleurs à brouillard d'eau sont utilisés aux fins d'irrigation et d'esthétique. Des asperseurs irriguent les autres surfaces en végétaux telles que les toitures vertes extensives et les zones entre les haies. Ces derniers ne sont requis sur les toitures vertes extensives que durant la période d'établissement et, à l'avenir, ils ne seront probablement utilisés qu'en cas d'extrêmes sécheresses. Les asperseurs situés près des rangées de buis et des terrasses ne sont pas nécessaires à la croissance des plantes puisque les tuyaux suintants fournissent suffisamment d'irrigation, mais ils contribuent à créer un microclimat frais et humide. Les asperseurs s'activent tôt le matin pour stimuler l'effet d'inversion de vallée. Lorsque les employés arrivent au travail, l'environnement est rafraîchissant. Entretien L'entretien se fait à temps plein par un jardinier hautement qualifié embauché durant la construction. Puisque le jardinier a travaillé avec l'architecte paysagiste et les entrepreneurs, il peut poursuivre les buts de la conception. Chez Soka-Bau, les exigences en matière d'entretien paysager sont élevées : le jardinier a des kilomètres de haies à tailler, en plus d'environ 200 espèces et 90 variétés de plantes à entretenir. Pendant la période d'établissement, il suit un horaire hebdomadaire strict dans l'espoir de réduire l'entretien à quatre ou cinq séances de désherbage par année. Certaines plantes, comme les arbres et les arbustes poussant dans les cours, ont besoin d'être émondées sévèrement puisque le concept ne supporte qu'un poids et une surcharge due aux vents limités. Le mélange de graminées et de fleurs de prés planté sous les bosquets est tondu au début de juin et à la fin d'octobre. Une gestion intégrée des ravageurs, p. ex. par la libération de prédateurs naturels, évite l'emploi de pesticides chimiques. Les haies de buis sont fertilisées tous les trois mois à l'aide d'un fertilisant chimique et une fois par année à l'aide de fumier de poulet. Leçons tirées Le complexe de Soka-Bau, compte tenu de sa grande portée et de son concept progressif, s'est avéré une excellente source d'apprentissage sur les toitures vertes. Les leçons suivantes ont été tirées de l'étude de Soka-Bau et peuvent être appliquées à bien des projets de toitures vertes. Elles devraient permettre aux constructeurs et aux concepteurs futurs d'éviter de commettre des erreurs. L'importance de lignes de conduite Les concepteurs allemands ont la chance de pouvoir compter sur l'ouvrage Lignes de conduite relatives aux toits verts qui traite de façon approfondie de la conception, de 8

9 l'installation et de l'entretien des toitures vertes (FLL-Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e.v.). Ces lignes de conduite correspondent au document général Lignes de conduite sur les toits plats (ZVDH-Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks). L'une des exigences parallèles pour les toits dont la pente est de moins de cinq degrés veut que l'étanchéité se prolonge d'au moins 100 mm (4 po) au-dessus du niveau de plantation ou du niveau du sol. Le parapet fait office de zone de débordement dans le cas où les avaloirs venaient à se boucher et que le toit devienne inondé. Les dommages aux façades adjacentes et l'infiltration de l'eau peuvent être évités en étendant la membrane d'imperméabilisation de façon à ce qu'elle soit au moins 150 mm au-dessus du niveau du sol. Les problèmes liés à ce projet sont survenus sur les toitures vertes extensives. En effet, l'architecte avait conçu le parapet à égalité avec la rive d'une dalle de béton, elle-même à égalité avec le niveau de plantation. Ces toitures sont pratiquement planes (60 mm {2,3 po} de dénivellation sur 20 m {65,6 pi}) et ne renferment qu'un avaloir. Même si le drainage a été mis à l'essai avant la plantation et qu'il a été considéré suffisamment rapide, la toiture a fini par déborder sur le parapet et sur les façades de l'immeuble, ce qui a endommagé les composants en bois. Le parapet a dû être reconstruit de façon à être situé 100 mm (4 po) au-dessus du niveau de plantation. Comme précaution supplémentaire, des gouttières ont été ajoutées. Maintenant, les eaux pluviales peuvent être retenues sur la toiture pour ensuite s'écouler lentement sans causer de dommages. Des lignes de conduite, comme celles publiées par le FLL, n'existent pas encore au Canada, et aucune spécification relative à la construction de toitures vertes n'est incluse dans les normes et les lignes de conduite existantes sur les toitures. Vérification de fuites avant l'installation des composants de toiture verte Au niveau des terrasses, des fuites dans la membrane d'imperméabilisation ont été découvertes après l'achèvement des travaux de plantation. Les plantes et les composants de la toiture verte ont dû être retirés complètement pour permettre la réparation de la membrane. Puisque cette opération s'est déroulée pendant la saison de croissance, certaines plantes sont mortes et ont dû être remplacées. Il est donc essentiel de bien vérifier s'il y a des fuites avant d'installer les composants de la toiture verte. Cette vérification peut être effectuée entre les travaux structuraux et paysagistes, tel que le montrent les figures 4 et 5 portant sur les toitures vertes extensives et intensives. 9

10 Entreposage et accès pour l'entretien Toutes les toitures vertes doivent prévoir un accès pour le personnel et l'équipement d'entretien. Les architectes ont choisi la forme plutôt que la fonction et n'ont pas fourni d'accès aux bandes de buis puisque cela aurait ruiné l'aspect visuel de la façade. Les haies ont besoin d'un entretien fréquent, et on peut seulement y accéder à l'aide d'une échelle à partir des terrasses ou encore par les salles de bains, en passant par une porte très étroite bloquée par une barre horizontale, haute de 70 cm (2,3 pi). Après avoir franchi cet obstacle, le personnel d'entretien doit sauter d'une pièce d'appui à une autre tout en transportant leurs outils et des bacs pour les branches de haies coupées. Une discussion est en cours avec l'architecte pour la construction d'une porte dans la façade. Les outils et le matériel de jardinage sont stockés dans une salle facile d'accès de l'immeuble C. Vérification de la présence de mauvaises herbes dans le milieu de croissance Les toitures vertes intensives fournissent des semences dont les conditions de germination et de croissance sont idéales. Il est important de préciser l'utilisation d'un milieu de croissance et de plantation exempt de mauvaises herbes afin de réduire le désherbage. Si les grandes herbes et les semis ne sont pas retirés, les racines pourraient éventuellement endommager la membrane d'imperméabilisation. Connaissance des plantes Les architectes et les propriétaires d'immeubles ne sont généralement pas habitués de voir des plantes interagir aussi étroitement avec un immeuble. Il est important de bien comprendre le comportement des plantes et de savoir à quoi s'attendre, et ce, selon qu'il s'agit d'une toiture verte extensive ou d'une toiture verte intensive. Le but d'une toiture verte extensive est de créer une communauté largement autonome de plantes. Une approche fréquente en Allemagne consiste à préciser une vaste sélection de plantes convenables. Durant la période d'établissement, un processus comparable au principe de la «survie des plus aptes» s'effectue, et certaines espèces prospèrent, tandis que d'autres meurent. Pendant ce temps, des espèces s'établissent spontanément, soit par l'intermédiaire du vent ou des oiseaux. Reconnaître ce qui doit être conservé et ce qui doit être enlevé, tel que les semis d'arbres, est l'art d'entretenir des toitures vertes. Même si l'entretien n'est nécessaire qu'une ou deux fois par année, il devrait être fait ou, du moins supervisé, par un professionnel ayant une expérience des toitures vertes. Les toitures vertes intensives constituent des environnements hautement artificiels, et les plantes dépendent totalement d'un bon entretien pour répondre à leurs besoins. Les plantes requièrent un bon équilibre d'eau et de drainage, ainsi qu'un approvisionnement continu en nutriments. Elles doivent être maintenues à une taille précise et ne doivent pas dominer le substrat ou dépasser le poids ou la surcharge due aux vents admissibles. Le fait que les plantes soient vivantes peut créer quelques difficultés logistiques au moment de la construction. Un espace de stockage temporaire doit être disponible, mais il faut 10

11 bien reconnaître qu'il y a des limites à la durée pendant laquelle une plante peut tolérer l'entreposage. Le taux de mortalité des plantes a été élevé pour certaines parties de ce projet, surtout en raison d'une longue période de stockage durant la saison chaude. Les architectes et les propriétaires d'immeubles devraient demander l'aide d'un paysagiste expérimenté dans les toitures vertes pour la conception, la construction et l'entretien d'une toiture verte. Le complexe de Soka-Bau a bénéficié de la présence d'un jardinier permanent dont la formation sur place a été effectuée pendant la construction par l'architecte paysagiste, qui l'a renseigné sur les buts du projet. Renseignements sur le projet Type d'immeuble Lieu Complexe d'immeubles administratifs Wettinerstrasse 7, Wiesbaden (Allemagne) État Terminée en 2003 Zone aménagée Emplacement total Budget d'aménagement paysager Budget de construction total Propriétaire-promoteur Architecte Architectes paysagistes Entrepreneurs pour la toiture verte m 2 ( ,9 pi. ca.) m 2 ( ,9 pi. ca.) 5 millions d'euros (environ $CAN, septembre 2004) 200 millions d'euros (environ $CAN, septembre 2004) Soka-Bau Herzog + Partner, Munich Latz + Partner, Ampertshausen (conception) Latz + Riehl, Kassel (documents de construction et administration de contrat) Fa. A. Fichter, Dreieich (nouveaux immeubles A et B) Fa. Dachland, Mainz (immeuble C) Remerciements Wigbert Riehl, Latz + Riehl, Anneliese Latz, Latz + Partner, Landeshauptstadt Wiesbaden, Herr Vetter, jardinier chez Soka-Bau Rédigé par Goya Ngan, architecte paysagiste, ngan@gmx.net. Les photographies sont fournies par l'auteur, à moins d'indication contraire. 11