LES TOITURES VERTES RÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC

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1 Avec la collaboration de la guidance technologique Eco construction et développement durable de la Région de Bruxelles Capitale subsidiée par l Institut Bruxellois pour la Recherche et l Innovation (InnovIRIS) LES TOITURES VERTES RÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC Edwige Noirfalisse, ir. Laboratoire Matériaux d'isolation et d'etanchéité 1

2 Contenu 1. Introduction 2. Définition et types de toitures vertes 3. Avantages et inconvénients a. Gestion de l eau b. Confort thermique c. Confort acoustique d. Sécurité contre l incendie 4. Conception et composition de la toiture plate 5. Conception et composition de la toiture verte Remarque importante: Les notes de cours ne font pas partie des publications officielles du CSTC et ne peuvent donc être utilisées comme référence. La reproduction ou la traduction, même partielle, de ces notes n est permise qu avec l autorisation du CSTC. 2

3 1. Introduction Les toitures vertes: un concept pas vraiment nouveau Jardins suspendus de Babylone VIIème siècle avant JC Aujourd hui 3

4 1. Introduction Intérêt du secteur pour ce type de toiture (Comités Techniques, avis techniques, ) Projet de recherche Groupe de travail 2001 NIT 229 Toitures vertes Rapport de recherche Guidance Article concernant la gestion de l eau Réglementation incendie 4 4

5 1. Introduction Recherche maquettes de toitures sur le toit d un bâtiment CSTC 9 toitures vertes 2 toitures classiques 7 extensives 2 intensives 1 nue 1lestée Thermique, acoustique, évacuation/qualité eaux pluviales, 5

6 2. Définition et types Définition Une toiture verte est une toiture plate recouverte de végétation et des couches nécessaires à son développement (drainage, substrat, ) Toiture-jardin végétation intensive élaborée (gazon, fleurs, arbustes, arbres, ) Toiture-jardin légère Toiture verte recouverte de végétation intensive peu élaborée (gazon et certaines plantes décoratives à croissance lente) Toiture végétalisée végétation extensive (mousses, sedums, certaines plantes vivaces) 6

7 2. Définition et types Types de toitures vertes Végétation intensive Extensive Toiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée 7

8 2. Définition et types Types de toitures vertes Végétation intensive Extensive Toiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée Epaisseur 0.25 m m 0.10 m Poids (saturé) 400 kg/m² kg/m² kg/m² Accessibilité Oui Oui Non* Pente usuelle 2-10 % 2-58 % 2-70 % Entretien Important Moyen Limité Rénovation Bâtiment neuf Souvent impossible A étudier Parfois A étudier Oui Oui * Sauf si aménagement supplémentaire 8

9 Qualité de vie et biodiversité Longévité accrue de l étanchéité Gestion optimale de l eau Confort thermique et consommation énergétique Confort acoustique 9

10 Sécurité incendie (plus compliquée à évaluer avec la végétation) Limitations liées à la végétation (racines, réparation des fuites) Surcharge (structure portante à vérifier) Détails de toiture (précautions aux relevés, joints, ) Obligation d entretien (surtout toitures intensives) 10

11 11

12 a. Gestion de l eau Evacuation des eaux pluviales à long terme Evacuation en cas d averse Qualité des eaux pluviales évacuées? Source Source 12

13 Evacuation des eaux pluviales à long terme Fraction évacuée (%) Total Été Automne Hiver Printemps Fraction évacuée printemps hiver 6 à 51 % 86 à 98 % lestée gravier extensives intensives Fraction d eau évacuée pour toutes les toitures vertes, surtout intensives Diminution plus importante au printemps (rétention plus importante, besoin d eau accru des plantes) 13

14 Evacuation des eaux pluviales à long terme Fraction évacuée à long terme (-) Rétention d eau sur un an extensives ± 30 % intensives ± 50 % Epaisseur du substrat (mm) Plus l épaisseur du substrat plus la fraction évacuée Dépend du substrat mais aussi des couches rétentrices d eau utilisées 14

15 Evacuation en cas d averse nue lestée gravier extensives intensives 1 er effet: diminution de la quantité évacuée 15

16 Evacuation en cas d averse nue extensive substrat 40 mm intensive substrat 200 mm Débit de pointe toiture nue Extensive 40 mm Intensive 200 mm - 48 % + 8 min % + 16 min. 2 ème effet: retardement du pic de débit évacué 16

17 Qualité de l eau évacuée acidité des pluies ( ph) (toiture nue: effet acidifiant) Coloration (jaunissement) de l eau conductivité, matières en suspension, dureté (pas de filtration) taux de matières organiques (DBO, DCO) Produits chimiques oxydables présents (engrais) nombre de bactéries Pollution de l eau nécessitant un traitement adéquat pour une utilisation domestique (toilettes, lessive ), voire pour le déversement dans les eaux de surface, pêche ou baignade Contradictoire de vouloir la réutiliser vu la forte diminution du débit disponible? 17

18 Qualité de l eau évacuée jaunissement Lestée nue extensives intensives Varie selon la saison (sécheresse +foncé) Également observé pour la toiture nue 18

19 b. Confort thermique Hiver Complément apporté faible pour les toitures extensives (épaisseur substrat réduite +haute contenance en eau) Réduction des pointes de consommation possibles pour les toitures intensives (inertie thermique du substrat) Eté Résistance et inertie accrues en fonction de l épaisseur du substrat Réduction des apports solaires en fonction du type de végétation et de la densité de son feuillage Refroidissement naturel par évapotranspiration (diminution de la température de l air sous la végétation) 19

20 Campagne de mesures CSTC Température moyenne de la membrane: Effet bénéfique (température de la membrane plus élevée et plus constante) 20

21 Campagne de mesures CSTC Température moyenne de la membrane: Effet bénéfique (forte réduction des températures max. de la membrane et des fluctuations) 21

22 c. Confort acoustique Masse supplémentaire ajoutée par le complexe végétal Effet positif sur l isolation aux bruits aériens + 5 db + 10 db Possibilité de système masse-ressort-masse Jonctions souples entre structure et végétation (isolation) Impact sur bruits aériens et bruits de choc 22

23 d. Sécurité contre l incendie Réglementation en vigueur toitures plates Normes de prévention de base: AR (et ses modifications, notamment AR ) Prescriptions minimales pour tous les bâtiments nouveaux Bas (h < 10 m) Moyens Élevés (h > 25 m) Industriels 23

24 Résistance au feu intérieur de la toiture Elément structural de la toiture Prévenir l effondrement prématuré de la structure de la toiture Eviter un effondrement progressif des éléments structuraux du bâtiment Bâtiments bas R 30 Bâtiments moyens R 60 Bâtiments élevés R 120 Bâtiments industriels R 15 à R

25 Comportement au feu extérieur de la toiture «Revêtement» de la toiture Prévenir la création de foyers secondaires sur la toiture Eviter la perforation de la toiture (extérieur intérieur) Eviter la propagation de l incendie en surface (membrane et isolation) 25

26 Comportement au feu extérieur de la toiture «Revêtement» de la toiture Exigence: B ROOF (t1) sur l élément de toiture complet Essai CEN TS

27 Comportement au feu extérieur de la toiture Et pour la toiture verte? Exigence B ROOF (t1) applicable également mais Comment tester? Avec / sans plantes? Quelles plantes? Quel taux d humidité? Quels critères? Norme d essai CEN TS 1187 non adaptée aux toitures vertes Toiture verte non conforme à la réglementation belge en vigueur Refus des SRI Dossier à la commission de dérogation Prescriptions au cas par cas Modification de l AR normes de prévention de base (1/12/2012) Prescriptions belges univoques, plus de refus des SRI ni demande de dérogation nécessaire 27

28 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 1. Propagation interne de l incendie 2. Propagation de l incendie en surface 3. Propagation de l incendie de l extérieur vers l intérieur 28

29 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 1. Eviter la propagation interne de l incendie Exigences sur la couche de substrat: 1. Epaisseur 3 cm 2. Si épaisseur 10 cm 20% de matière organique Si (1) et (2) pas satisfait: la couche de substrat doit être testée en laboratoire et présenter B ROOF (t1) (15, situation sèche, sans végétation) 29

30 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 2. Eviter la propagation de l incendie en surface Compartimenter les zones vertes: 1. Compartiment (zone verte) de max 40 m 2. Hauteur de végétation de part et d autre de la limite des compartiments h v,max Bande en matériaux incombustibles (A2 FL -s2) de largeur déterminée entre deux compartiments (zones vertes): dalles en béton, couche de gravier de plus de 3 cm d épaisseur, Source: LMP 30

31 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 2. Eviter la propagation de l incendie en surface Compartimenter les zones vertes: h v,max = d v 0,4 + h e [m] d v h e distance horizontale entre le point haut de la végétation à l endroit considéré et l axe de référence du compartimentage hauteur du muret de compartimentage éventuel par rapport au sol 31

32 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 2. Eviter la propagation de l incendie en surface Compartimenter les zones vertes: Exemple: Végétation de hauteur 10 cm 0,1m = d v 0,4 + 0 d v = 0,5 m Bande incombustible de largeur par rapport à l axe de référence d v = 0,5 m Chemin incombustible de largeur de 2 x 0,5 = 1 m 0,5 m h v,max = d v 0,4 + h e [m] 32

33 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 3. Eviter la propagation de l incendie vers l intérieur Hauteur de la végétation / bande incombustible à proximité des baies vitrées, lanterneaux, h v,max = d v 0,4 + h e [m] Exemple: baie donnant sur le toit Soit allège de hauteur h e = 0,5 m Soit bande incombustible de largeur d = 0,5 m 33

34 4. Conception et composition de la toiture plate Couches nécessaires au développement de la végétation NIT 215 Toiture plate Elément porteur:! Charge permanente de la toiture verte Pente: Eviter la stagnation et les infiltrations 2% (rétention d eau dans les couches supérieures) 34

35 4. Conception et composition de la toiture plate Pare-vapeur: Oui, éviter l humidification de l isolant (pôle d attraction pour les racines) Isolation: Résistance en compression (charge permanente toiture verte) UBAtc Exigences sur - la déformation sous charge et température (DLT) - la résistance à la compression (CS) - la résistance au poinçonnement (PL) 35

36 4. Conception et composition de la toiture plate Etanchéité: Difficilement accessible bicouche en adhérence totale ou compartimentée (plutôt qu indépendance ou adhérence partielle) Grande superficie compartimenter l isolant Risque de poinçonnement avant/pendant/après pose de la toiture verte (bêche, ) Interdire l accès? Peu réaliste protections temporaires 1 ère couche d étanchéité (2 ème juste avant toiture verte) Couche de protection mécanique 36

37 4. Conception et composition de la toiture plate Etanchéité: Soit résistante aux racines (période sèche, recouvrements, relevés, ) toitures intensives ou extensives (sans végétaux déconseillés) Soit recouverte d une protection résistant aux racines (PE 0,4 mm) toitures extensives, simples (peu d obstacles) 37

38 4. Conception et composition de la toiture plate 38

39 5. Conception et composition de la toiture verte Protection mécanique Eviter les dégâts occasionnés par la circulation, le dépôt de matériaux, la mise en place de la toiture verte, l entretien, Drainage et filtration Evacuation de l eau de pluie excédentaire Rétention d eau Réserve d eau pour la survie et la croissance des plantes Enracinement des plantes Substrat Végétation 39

40 5. Conception et composition de la toiture verte Protection mécanique de l étanchéité Matériaux possibles: Panneaux de caoutchouc recyclé Géotextile (haute résistance au poinçonnement) Asphalte coulé Plaques de PVC Feuilles polyéthylène / polypropylène Drainage (immédiatement après étanchéité) Idéalement démontable accès à l étanchéité si infiltration 40

41 5. Conception et composition de la toiture verte Drainage et filtration Matériaux possibles: Panneaux rainurés polystyrène extrudé Matelas composites en matériaux synthétiques Granulats d argile expansée Plaques à excroissances synthétiques Généralement accompagné d une couche filtrante pour éviter le colmatage du drainage par les particules fines (non-tissé synthétique) Rétention d eau Argile expansée entre filtre et drainage, plaques à excroissances 41

42 5. Conception et composition de la toiture verte Enracinement des plantes: substrat Fixation des plantes, stockage d air, d eau, d éléments minéraux et organiques et apport de ces éléments aux plantes Assez léger, capacité de rétention d eau et air Végétation intensive: terre de jardin améliorée avec éléments organiques (tourbe, compost, ) éléments minéraux (sable, argile expansée, tuile broyée, ) éléments chimiques (flocons polystyrène, engrais, ) Végétation extensive éléments principalement minéraux (limiter le développement de la végétation et l entretien): pierre de lave, argile expansée, argile, sable, 42

43 5. Conception et composition de la toiture verte Végétation Extensive, intensive peu élaborée, intensive élaborée ou combinaison Résistance au gel, à la sécheresse, à la chaleur, au vent, Système radiculaire pas trop dense ou agressif Liste de plantes déconseillées Tableau 7 Plantes déconseillées en toiture verte 43

44 5. Conception et composition de la toiture verte Végétation A ne pas oublier Ne se développe pas instantanément! Aspect varie en fonction des saisons Influence plus forte en toiture qu en jardin (exposition, substrat réduit) 44

45 Pour plus d informations 45

46 Avec la collaboration de la guidance technologique Eco construction et développement durable de la Région de Bruxelles Capitale subsidiée par l Institut Bruxellois pour la Recherche et l Innovation (InnovIRIS) Merci pour votre attention! Edwige Noirfalisse Laboratoire Matériaux d'isolation et d'etanchéité 02/

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