Formation Bâtiment Durable 8. Toitures vertes: du concept à l entretien

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1 Formation Bâtiment Durable 8. Toitures vertes: du concept à l entretien Bruxelles Environnement Aspects techniques au travers de la NIT 229 et travaux du CSTC Edwige NOIRFALISSE CSTC 1 LES TOITURES VERTES: RÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC Edwige Noirfalisse, CSTC Laboratoire Matériaux d'isolation et d'etanchéité 2 Edwige Noirfalisse, CSTC 1

2 Contenu 1. Introduction 2. Définition et types de toitures vertes 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 6. Ouvrages de raccord et particularités constructives 3 Contenu 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. 4 Edwige Noirfalisse, CSTC 2

3 1. Introduction Les toitures vertes: un concept pas vraiment nouveau Jardins suspendus de Babylone VIIème siècle avant JC Aujourd hui 5 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 6 6 Edwige Noirfalisse, CSTC 3

4 1. Introduction Recherche maquettes de toitures sur le toit d un bâtiment CSTC 9 toitures vertes 7 extensives 2 intensives 2toitures classiques 1 nue 1lestée Thermique, acoustique, évacuation/qualité eaux pluviales, 7 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) 8 Edwige Noirfalisse, CSTC 4

5 2. Définition et types Types de toitures vertes Végétation intensive Extensive Toiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée 9 2. Définition et types Types de toitures vertes Végétation intensive Extensive Toiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée Epaisseur indicat, 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 10 Edwige Noirfalisse, CSTC 5

6 Qualité de vie et biodiversité Longévité accrue de l étanchéité Gestion optimale de l eau Confort thermique et consommation énergétique Confort acoustique 11 Sécurité incendie (plus compliquée à évaluer avec la végétation) Limitations liées à la végétation (racines, réparation des fuites) Surcharge (structure portante à vérifier) Obligation d entretien (surtout toitures intensives) Détails de toiture (précautions aux relevés, joints, ) 12 Edwige Noirfalisse, CSTC 6

7 13 a. Gestion de l eau Evacuation des eaux pluviales à long terme Evacuation en cas d averse Qualité des eaux pluviales évacuées? Source Source 14 Edwige Noirfalisse, CSTC 7

8 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) 15 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 16 Edwige Noirfalisse, CSTC 8

9 Evacuation en cas d averse nue lestée gravier extensives intensives 1 er effet: diminution de la quantité évacuée graviers < extensives << intensives 17 Evacuation en cas d averse nue extensive substrat 40 mm intensive substrat 200 mm Débit de pointe toiture nue Extensive - 48 % + 8 min. 40 mm Intensive 200 mm - 74 % + 16 min. 2 ème effet: retardement du pic de débit évacué extensives < intensives 18 Edwige Noirfalisse, CSTC 9

10 Coefficient de retardement Q = r A C (l/s) Q = débit évacué (l/s) r = intensité pluviométrique (l/s.m²) (par pays) A = surface de la toiture (m²) C = coefficient de retardement Proposition allemande Basé sur DIN (2001) Arrosage artificiel Volume évacué / volume arrosé en Coefficient de retardement Essai CSTC Plus le substrat est épais, plus C diminue Influence non négligeable des autres couches En l absence de valeur normalisée C = 1 20 Edwige Noirfalisse, CSTC 10

11 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? 21 Qualité de l eau évacuée jaunissement Lestée nue extensives intensives Varie selon la saison (sécheresse +foncé) Également observé pour la toiture nue 22 Edwige Noirfalisse, CSTC 11

12 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) 23 b. Confort thermique 24 Edwige Noirfalisse, CSTC 12

13 b. Confort thermique 25 Campagne de mesures CSTC Température moyenne de la membrane: Effet bénéfique (température de la membrane plus élevée et plus constante) 26 Edwige Noirfalisse, CSTC 13

14 Campagne de mesures CSTC Température moyenne de la membrane: Effet bénéfique (forte réduction des températures max. de la membrane et des fluctuations) 27 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 28 Edwige Noirfalisse, CSTC 14

15 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 29 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 Edwige Noirfalisse, CSTC 15

16 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) Edwige Noirfalisse, CSTC 16

17 Comportement au feu extérieur de la toiture «Revêtement» de la toiture Exigence: B ROOF (t1) sur l élément de toiture complet Essai CEN TS Comportement au feu extérieur de la toiture «Revêtement» de la toiture Essai CEN TS 1187 Critères chiffrés dans la norme de classification EN Edwige Noirfalisse, CSTC 17

18 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 35 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 1. Propagation interne de l incendie (via l isolation par ex.) 2. Propagation de l incendie en surface 3. Propagation de l incendie de l extérieur vers l intérieur 36 Edwige Noirfalisse, CSTC 18

19 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) 37 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 38 Edwige Noirfalisse, CSTC 19

20 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 39 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] 40 Edwige Noirfalisse, CSTC 20

21 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] 41 Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012) 3. Eviter la propagation de l incendie vers l intérieur Exemple: baie donnant sur le toit, végétation 10 cm Soit allège de hauteur h e = 0,5 m Soit bande incombustible de largeur d = 0,5 m h v,max = d v 0,4 + h e [m] 42 Edwige Noirfalisse, CSTC 21

22 This image cannot currently be displayed. 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) 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 stabilité dimensionnelle sous charge et t (DLT) - la résistance à la compression (CS) - la résistance au poinçonnement (PL) 44 Edwige Noirfalisse, CSTC 22

23 4. Conception et composition de la toiture plate 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 46 Edwige Noirfalisse, CSTC 23

24 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) Conception et composition de la toiture plate 48 Edwige Noirfalisse, CSTC 24

25 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 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 50 Edwige Noirfalisse, CSTC 25

26 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 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, 52 Edwige Noirfalisse, CSTC 26

27 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 Conception et composition de la toiture verte Végétation Tableau 7 Plantes déconseillées en toiture verte 54 Edwige Noirfalisse, CSTC 27

28 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) 55 Détails et raccords des toitures plates NIT 244 (2012) 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives Document traditionnel papier Détails d exécution électroniques ( 56 Edwige Noirfalisse, CSTC 28

29 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives Ouvrages de raccords et particularités constructives 58 Edwige Noirfalisse, CSTC 29

30 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives 59 Détails et raccords des toitures vertes Avaloirs doivent rester accessibles mesures pour éviter leur obstruction prévoir des trop-pleins 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives Quelques adaptations sont nécessaires 60 Edwige Noirfalisse, CSTC 30

31 Détails et raccords des toitures vertes Avaloirs Toiture extensive (crépine +dalle ou gravier) 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives Toiture-jardin (chambre de visite) 61 Détails et raccords des toitures vertes Relevés, rives 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives 150 mm, mêmes principes qu en toiture plate classique zone de gravier éventuelle 62 Edwige Noirfalisse, CSTC 31

32 Détails et raccords des toitures vertes Joints de mouvement doivent rester accessibles 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives 63 Détails et raccords des toitures vertes Compartimentage 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives 64 Edwige Noirfalisse, CSTC 32

33 Particularités des toitures vertes 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives Zones de gravier ou dalles le long des rives / détails Pourquoi? Exigence incendie (limiter la propagation) Autoriser la circulation (inspection, entretien) Entretien des vitres, installations en toiture Inspection des avaloirs, éviter leur envahissement par la végétation Comment? Gravier roulé (ou concassé sur protection), dalles sur plots, (bois) Arrêts de gravier 65 Particularités des toitures vertes Chemins de circulation Sans interruption du drainage et de l étanchéité (évacuation des eaux) 6. Ouvrages de raccords et particularités constructives Bassins, fontaines, étangs Etanchéité indépendante de celle de la toiture 66 Edwige Noirfalisse, CSTC 33

34 10 ans après Toitures vertes stations expérimentale Limelette Aspect? Evolution des végétaux? Qualité de l eau de pluie? Etat des matériaux d étanchéité? ans après Toitures vertes stations expérimentale Limelette 68 Edwige Noirfalisse, CSTC 34

35 10 ans après Toitures vertes stations expérimentale Limelette ans après Toitures vertes stations expérimentale Limelette 70 Edwige Noirfalisse, CSTC 35

36 10 ans après Toitures vertes stations expérimentale Limelette Relevé floristique: 1 ères observations: Sédums type orpin très durables voire envahissants; lierre, ciboulette, Sédums précultivés ou plantés ont mieux tenu que les semés Plantes ont moins bien tenu avec couches alvéolées / à cuvettes qu avec matelas / géocomposites? ans après Toitures vertes stations expérimentale Limelette Analyse eau de pluie (6x, août 2014): 1 ères observations: Coloration toujours forte pour toutes les toitures ph: toujours effet neutralisant toitures vertes (nue: acidifiant) Toujours conductivité, matières en suspension, matières organiques, phosphore (P) et azote (N) (nutriments) Influence du substrat sur la qualité de l eau évacuée, même après 10 ans! 72 Edwige Noirfalisse, CSTC 36

37 Toiture verte - Checklist Choix et aspect de la végétation Mousse, sédum toiture jardin (aspect) Exposition, ensoleillement Type et épaisseur du substrat, drainage, charge permanente, entretien, Accessibilité Extensive (circulation régulière) Intensive (pas de limite) Chemins de circulation conseillés Entretien Extensive: très limité Intensive: comme un jardin Intensive: système d irrigation 73 Toiture verte - Checklist Charge permanente de la toiture Structure portante: dimensionner en conséquence ou vérifier (rénovation) Extensif: rarement problématique Conception du complexe de toiture plate Pare-vapeur (µ) Isolant (λ, résistance à la compression) Etanchéité (type et pose, résistance aux racines) Protection mécanique de l étanchéité (chantier, entretien) Sur toiture plate existante: Vérifier si isolant et étanchéités adaptés Ne pas endommager l étanchéité pendant les travaux 74 Edwige Noirfalisse, CSTC 37

38 Toiture verte - Checklist Résistance au vent Complexe de toiture plate résistant au vent Toiture verte masse suffisante pour résister au soulèvement Précautions éventuelles (empêcher l érosion du substrat, ancrer les plantes) Evacuation des eaux pluviales Système d évacuation adapté à la toiture verte Avaloirs accessibles, zones de gravier autour Trop-pleins Autres ouvrages de détail Rives, relevés, joints de dilatation, percements, adaptés Zones de gravier 75 Autres aspects traités dans la NIT Edwige Noirfalisse, CSTC 38

39 Merci pour votre attention! Edwige Noirfalisse Laboratoire Matériaux d'isolation et d'etanchéité CSTC Avec le support de la guidance technologique écoconstruction et développement durable de la Région de Bruxelles Capitale subsidiée par l Institut Bruxellois pour 77 la Recherche et l Innovation (InnovIRIS) Outils, sites internet, etc intéressants : NIT 229 Toitures vertes Dossier CSTC Sécurité incendie des toitures vertes Dossier CSTC Toitures vertes : évacuation des eaux pluviales Antennes-Normes du CSTC Antenne-normes H 2 O et toitures Antenne-Normes Incendie Guidance Bruxelloise eco-construction Références Guide Pratique pour la construction durable et autres sources : Guide pratique pour la construction et la rénovation durables de petits bâtiments: Fiche TER06 Réaliser des toitures vertes AR du modifiant l AR du fixant les normes de base en matière de prévention contre l incendie pag=fire&art=library&niv01=belgian_regulation 78 Edwige Noirfalisse, CSTC 39

40 Contact Edwige NOIRFALISSE Chef-Adjoint du Laboratoire Matériaux d Isolation et d Etanchéité CSTC WTCB - BBRI Av. P. Holoffe 21, 1342 Limelette : en@bbri.be Edwige Noirfalisse, CSTC 40