G_NAT02 Réaliser des toitures vertes

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2 Table des matières.. 2 Principe.. 2 Eléments de choix durable.. 6 Mise en oeuvre - Conception.. 13 Mise en oeuvre - Exécution.. 29 Mise en oeuvre - Usage.. 29 Mise en oeuvre - Fin de vie.. Cette partie n'est pas encore disponible pour l'instant.. 29 Références.. 29 Table des matières Page 1 sur 31

3 Augmenter les surfaces vertes, la présence de la biodiversité et la rétention de l'eau sur la parcelle en recouvrant les toits plats et inclinés de végétaux à croissance lente ou, mieux encore, de véritables jardins. Principe Enjeux Figure 1 : [025] Caméléon, toiture verte intensive, photo : A Bruxelles, comme dans d'autres agglomérations, beaucoup de quartiers manquent d'espaces verts. De plus, les nuisances telles que la pollution, les poussières, le bruit et les inondations prennent de plus en plus d'ampleur. En milieu dense, les toitures vertes constituent une alternative intéressante au jardin en pleine terre et autres dispositifs développés dans la recommandation G_NAT01 - Maximiser la biodiversité. Entre autres avantages environnementaux, elles contribuent à augmenter la présence de la nature dans la ville. Chacune s'inscrit dans le maillage vert bruxellois en tant que stepstone, relais, pour la faune et la flore. Elles contribuent ainsi à la continuité des couloirs verts. Via la régulation des eaux pluviales, elles participent également au cycle de l'eau. Souvent, une toiture est mise en œuvre dans le but de procurer une image plus «verte» à un bâtiment. Or, une toiture verte comporte de nombreuses autres qualités. La présente recommandation mettra l'accent sur ses différents intérêts au niveau de l'eau, de la biodiversité, du microclimat et au niveau socioculturel. Démarche En milieu dense, chaque bâtiment constitue un potentiel support, stepstone, pour le développement de la biodiversité. Les toitures sont donc des espaces particuliers, des opportunités pour l'introduction de la nature en ville. Leur végétalisation est une solution intéressante, car les surfaces libres au sol y sont parfois très rares. Choisir sa solution Il existe trois types de toitures vertes : les toitures vertes extensives, les toitures vertes intensives simples et les toitures vertes intensives élaborées. Celles-ci se distinguent en fonction de l'épaisseur du substrat mis en œuvre dans chaque cas et du choix de la végétation qui en découle. Page 2 sur 31

4 Le choix entre l'un ou l'autre dispositif à mettre en œuvre est à effectuer en fonction de la capacité portante de la toiture, mais également des enjeux, des besoins et de la situation de la parcelle (voir Eléments du choix durable et partie 3 Conception de la présente fiche). Aller plus loin : envisager des cultures surélevées Le quatrième dispositif développé dans la présente recommandation est l'exploitation de cultures surélevées sur les toitures plates. Cette démarche, liée au développement de l'agriculture urbaine, est à promouvoir car elle représente une réduction d'échelle au niveau des coûts, des émissions de CO2, des besoins en énergie et en carbone fossile. Figure 2 : [011] Nos Pilifs, plantation de framboisiers et implantation d'une serre sur la toiture verte intensive, 1120 Neder-Over-Heembeek, photo : Yvan Glavie. Indicateurs Les indicateurs sont des paramètres objectifs propres à la thématique abordée qui permettent d'évaluer la performance du projet (ou du dispositif) mis en œuvre. Le CBS (coefficient de biotope par surface, voir explication fiche G_NAT01 - Maximiser la biodiversité Mise en œuvre - Aspects communs à tous les dispositifs - Conception). Celui-ci est différent selon que la toiture soit de type extensif ou intensif : 0,5 = Toitures vertes extensives 0,7 = Toitures vertes intensives Le poids [kg/m²] et l'épaisseur [cm] des différentes couches qui constituent la toiture plate. Celui-ci sera à limiter en rénovation. Capacité de rétention d'eau [% ou l/m²]. Celle-ci varie en fonction des différentes épaisseurs mises en œuvre. Vue d ensemble des dispositifs La démarche de la présente recommandation se traduit de manière pratique en quatre dispositifs. Les dispositifs sont les différentes solutions concrètes pouvant être mises en œuvre pour améliorer la durabilité du projet. Page 3 sur 31

5 Toitures extensives vertes Figure 3 : Immeuble de bureaux de Greenpeace, Schaerbeek photo : ceraaasbl DESCRIPTION POINTS D'ATTENTION Toiture verte couverte de végétaux à enracinement superficiel. Végétaux : mousses, sédums, herbacées. Surcharge et épaisseur du substrat réduites. Entretien restreint. Epaisseur : 5 à 10 cm. Possible rénovation. en Elles ne sont pas praticables, leur végétation ne supportant pas le piétinement, à moins d'être aménagées pour y circuler (terrasse, chemins,...). Toitures vertes intensives simples Figure 4 : Immeuble de bureaux, Ixelles. Arch-paysagiste: Bernard Capelle, 2003 Une toiture verte comparable à un jardin ordinaire des points de vue de son aspect et de son usage. La végétation y a un enracinement plutôt profond. Végétaux : herbacées, arbustes et plantes basses, gazon. Epaisseur : 10 à 25 cm. Engendre des surcharges sur la structure du bâtiment. Accessibles et praticables via quelques aménagements, ces toitures peuvent être appropriées à la détente privée ou collective : création de chemins, terrasses, agrémentées de reliefs, pièces d'eau et mobiliers, Toitures vertes intensives élaborées Figure 5 : Immeuble de bureaux, Ixelles photo : ceraaasbl Caractéristiques similaires aux toitures intensives simples, Engendre des surcharges sur la structure du bâtiment. Page 4 sur 31

6 si ce n'est que l'épaisseur de substrat plus importante permet la plantation d'arbres ou arbustes. Cultures surélevées Il est possible, en milieu dense de cultiver certains végétaux (herbes, plantes potagères, Figure 6 : photo : fleurs à couper, ) sur les toits plats via des plantations en bacs ou jardinières. Ceci représente une forme d'agriculture urbaine. Epaisseur : >25 cm. Bacs et jardinières de qualité, étanches, système drainant, substrat allégé et aéré. Engendre des surcharges sur la structure du bâtiment. * Base réglementaire et bonne pratique Application de la réglementation : Toiture verte extensive pour tout toit plat de superficie >100 m2 (Règlement Régional d'urbanisme du 21/11/2006 Titre I, art 13, voir Conception, Réglementation urbanistique). ** Minimum conseillé Pour que le projet valorise et soutienne les valeurs écologiques présentes sur le site, la toiture verte mise en œuvre sur la parcelle doit contribuer à l'amélioration du CBS global de la parcelle (voir recommandation G_NAT01 - Maximiser la biodiversité).valeur minimum à atteindre dans l'outil de calcul de conservation / augmentation de la valeur écologique du site : 2 (voir mesure R_NAT Développement de la biodiversité du référentiel). Mesure R_WAT Infiltration et rétention des eaux pluviales. La toiture verte mise en œuvre participe à la temporisation de l'écoulement de l'eau de pluie vers les égouts (surface / épaisseur suffisante) et permettre d'atteindre un score de 3 pour la mesure R_WAT Infiltration et rétention des eaux pluviales du référentiel. Mesure R_WAT Débit d'évacuation vers les égouts. La contribution de la toiture verte mise en œuvre participe à la réduction d'eau rejetée dans les égouts (évaporation du substrat / évapotranspiration des végétaux /...) et permet d'atteindre un score de 4 pour la mesure R_WAT Débit d'évacuation vers les égouts du référentiel. *** Optimum Pour que le projet maximise les valeurs écologiques présentes sur le site, la toiture verte mise en œuvre sur la parcelle doit contribuer à l'amélioration du CBS global de la parcelle (voir recommandation G_NAT01 Maximiser la biodiversité).valeur minimum à atteindre dans l'outil de calcul de conservation / augmentation Page 5 sur 31

7 de la valeur écologique du site : 4 (voir mesure R_NAT Développement de la biodiversité du référentiel). Si aucune autre surface de la parcelle n'est prévue à cet effet, mettre en œuvre une toiture permettant l'agriculture urbaine. Si aucun espace vert récréatif n'est prévu dans le quartier, rendre la toiture accessible et propice à la détente. Mesure R_WAT Infiltration et rétention des eaux pluviales. La toiture verte mise en œuvre participe à la temporisation de l'écoulement de l'eau de pluie vers les égouts (surface / épaisseur suffisante) et permettre d'atteindre un score de 6 pour la mesure R_WAT Infiltration et rétention des eaux pluviales du référentiel. Mesure R_WAT Débit d'évacuation vers les égouts. La contribution de la toiture verte mise en œuvre participe à la réduction d'eau rejetée dans les égouts (évaporation du substrat / évapotranspiration des végétaux /...) et permet d'atteindre un score de 8 pour la mesure R_WAT Débit d' évacuation vers les égouts du référentiel. Eléments du choix durable Les éléments du choix durable développent des arguments permettant à l'utilisateur du guide de choisir et de développer la meilleure solution pour chaque cas spécifique. Cette partie de la recommandation détaille les avantages, les inconvénients, les éventuels freins et moteurs relatifs aux dispositifs. Aspect technique La surcharge structurelle induite par les toitures plates Plus les couches de végétation, de substrat et de drainage sont épaisses, plus elles sont lourdes. La surcharge inhérente à cette «masse» supplémentaire, ainsi qu'au poids de l'eau en cas de forte pluie doit être répartie sur l'ensemble de la structure du bâtiment et la structure portante de la toiture devra être dimensionnée en fonction. Le poids des toitures extensives est réduit du fait de la minceur des couches. Elles ne nécessitent généralement pas la construction d'un toit adapté et peuvent être réalisées sur des bâtiments existants moyennant quelques adaptations. Les toitures intensives nécessitent par contre un toit adapté ainsi qu'un dimensionnement adapté de la structure du bâtiment. (Voir partie 3. Mise en œuvre Conception Méthodologie indiquant l'épaisseur de la couche de substrat et la surcharge à prendre en compte). En rénovation... Il est possible de mettre en œuvre une toiture verte sur une toiture existante, à condition qu'un état des lieux préalable de celle-ci soit réalisé. Plusieurs points devront être observés : Que la structure portante puisse supporter la charge supplémentaire liée à la toiture verte. Page 6 sur 31

8 Que la membrane d'étanchéité soit de bonne qualité et parfaitement étanche à l'eau. Que le matériau d'isolation soit suffisamment résistant à la compression.(isolant rigide). Que la toiture présente une pente de minimum 2% pour l'écoulement des eaux. La gestion Les toitures vertes extensives demandent un entretien restreint (contrôle annuel des évacuations et suppression des plantes indésirables). L'entretien des toitures vertes intensives est similaire à un jardin en terre pleine traditionnel (tonte, taille, ) et dépend des végétaux qui la couvrent. Augmentation de la durée de vie de l'étanchéité L'étanchéité du toit est protégée des rayonnements solaires (ultraviolets) ainsi que des intempéries. La toiture verte a un effet régulateur sur les importantes fluctuations de température. En période estivale par exemple, la température de la membrane d'étanchéité d'un toit nu peut atteindre 70 à certains moments de la journée, alors que dans des conditions hygrothermiques similaires, elle ne sera que de 25 dans le cas d'une toiture verte intensive. Cette diminution de température s'observe d'autant plus que l'épaisseur de substrat est importante. Graphique de l'évolution des courbes de T en fonction du moment de la journée et du type de toit T moyenne de la membrane d'étanchéité en été en fonction du type de toit Toit nu 34,3 C Toit plat recouvert de gravier 31,6 C Toiture verte intensive simple 27,8 C Toiture élaborée 25,1 C verte intensive Figure 7 : Extrait de CSTC (2006), Les toitures vertes NIT 229, Bruxelles. Les toitures vertes souffrent donc moins des stress thermiques et de l'action gel-dégel, sources de désagrégation, et de fissuration des matériaux. De plus l'étanchéité est protégée en permanence contre la grêle, le piétinement et les chocs accidentels occasionnés lors de travaux de maintenance de la toiture, des systèmes de ventilation et de climatisation qui s'y trouvent. En conclusion, grâce à l'effet tampon' de la végétation et du substrat, la durée de vie de l'étanchéité est prolongée. Isolation acoustique Le poids et la structure des différentes couches de la toiture verte, notamment de son substrat, absorbent aussi bien les bruits d'impact (pluie) que les bruits d'ambiance (circulation). Cet effet fonctionne dans les deux sens : la transmission de bruits de l'extérieur vers l'intérieur est atténuée, tout comme le sera Page 7 sur 31

9 l'éventuelle nuisance sonore provenant de l'intérieur du bâtiment, ce qui peut être intéressant pour le secteur tertiaire. Aspects environnementaux Gestion des eaux Les toitures vertes jouent un rôle au niveau du concept global de la gestion des eaux. Elles agissent comme tampon entre les intempéries et le système d'évacuation. Une part des eaux est filtrée et absorbée par le couvert végétal, son substrat et sa couche drainante. Ceci permet : De réduire et différer le ruissellement vers les égouts ainsi que les risques d'inondation et d'érosion D'en restituer une partie dans l'atmosphère (évaporation du substrat / évapotranspiration des végétaux), régulant ainsi la teneur hygrométrique de l'air De nourrir la flore et la faune habitant la toiture En outre, les dispositifs de drainage et de rétention d'eau permettent de récupérer une autre part des eaux afin de les restituer dans le substrat en période de sécheresse. Pour plus de précision sur et le facteur de ruissellement et de stockage de l'eau selon le type de toiture verte, voir le point Conception gestion des eaux de cette recommandation et la recommandation G_WAT03 - Récupérer l'eau de pluie. Pour plus de précisions sur les enjeux au niveau de la gestion des eaux de pluies en Région de Bruxelles Capitale, voir la G_WAT01 - Gérer les eaux pluviales sur la parcelle) Renforcement de la biodiversité et habitats pour la faune. Les toitures vertes contribuent à la présence d'associations animales dans le paysage. Il est cependant à noter que la taille des toitures végétales, l'épaisseur du substrat, l'ampleur de la verdurisation, le choix d'espèces indigènes, la fréquence des toitures vertes en ville sont des facteurs qui jouent un rôle sur l'impact réel de celles-ci au niveau de la biodiversité. Une petite toiture verte plantée de sédum en plein centre-ville n'a probablement qu'un intérêt relatif pour l'ensemble de la biodiversité. Et si ces toitures plates devenaient vertes? Figure 8 : Vue aérienne de Bruxelles, quartier densément bâti à Forest. Figures 9 et 10 : Intérieur d'îlot à Saint-Gilles. Photos : ceraaasbl. Les toitures vertes intensives élaborées ont un impact particulièrement intéressant pour la biodiversité. Les toitures vertes extensives, assez peu fertiles, peuvent cependant héberger certaines espèces végétales. Les fleurs des plantes grasses qui s'y développent attirent les papillons et autres insectes se nourrissant de leur nectar. Page 8 sur 31

10 Les + pour la biodiversité : La diversification des espèces végétales plantées par la forme, les strates, la hauteur du substrat, les typologies de plantes sera favorable à la biodiversité. Orienter le choix vers une végétation variée et adaptée aux conditions locales et, de préférences, planter des espèces indigènes. La création d'une toiture verte est l'opportunité d'intégrer des gîtes pour la faune tels que nichoirs à oiseaux et chauve-souris, abris à insectes, ruches, Source : Observatoire Départemental de la Biodiversité Urbaine de la Seine-Saint-Denis, Natureparif, Plante&Cité, Muséum national d'histoire naturelle (octobre 2011), Réaliser des toitures végétalisées favorables à la biodiversité, Paris. Régulation thermique Eté comme hiver, les toitures vertes contribuent à la régulation thermique de la toiture. Elles permettent de réduire la demande énergétique du bâtiment et/ou d'augmenter le confort thermique en réduisant la surchauffe dans les locaux qu'elle protège directement. Dans sa NIT 229 consacrée aux toitures vertes (Bruxelles, 2006), le CSTC montre que l'inertie thermique d'une toiture verte de forte épaisseur (toiture intensive, substrat 20 cm et drainage 10 cm) a un effet bénéfique en période hivernale. La température de la membrane reste pratiquement constante. Ceci induit une réduction des consommations énergétiques du bâtiment. Cependant, la mesure de la résistance thermique précise des toitures vertes est une matière complexe. La difficulté de mesurer les gains thermiques réellement obtenus réside dans le fait que la plupart du temps, les valeurs de la conductivité thermique des différentes couches ne sont pas connues avec précision et varient fortement en fonction du taux d'humidité présent dans les différentes couches. Des valeurs sécuritaires ont été déterminées pour calculer la résistance thermique du substrat d'une toiture verte (Voir Mise en œuvre Conception Résistance thermique des toitures vertes). Microclimat local. Grâce au pouvoir absorbant du substrat et du couvert végétal, les toitures vertes ne réfléchissent que très peu les rayons solaires (contrairement aux revêtements des toitures conventionnelles) et régulent la température de l'air ambiant. Elles contribuent ainsi à réduire l'effet d'îlot thermique (dû notamment à la radiation de la chaleur emmagasinée par les constructions) qui engendre des températures plus élevées et une hygrométrie de l'air plus faible. Amélioration de la qualité de l'air Les végétaux filtrent une partie des particules en suspension déposées par les mouvements d'air. Les pluies dirigent ensuite ces particules vers le substrat. Les feuilles absorbent les métaux lourds, jusqu'à 95% pour le cadmium, le cuivre et le plomb, et 16% pour le zinc. Grâce à la photosynthèse, tous les végétaux croissant sur les toitures vertes contribuent à réduire la quantité de CO2 et à augmenter l'oxygène dans l'atmosphère. Page 9 sur 31

11 Aspects économiques Coûts d'investissement Le budget d'une toiture verte dépend de nombreux facteurs (accessibilité, superficie, demandes spécifiques d'aménagement, systèmes et matériaux utilisés, espèces végétales, épaisseur du substrat, ). Globalement, on peut dire que le coût augmente avec l'épaisseur du substrat et donc de la toiture verte extensive à l'intensive. Si la mise en œuvre d'une toiture verte coûte plus cher que celle d'une toiture classique, il est cependant à noter qu'elle permet de réaliser des économies sur d'autres points : Réduction des coûts pour la climatisation du bâtiment Diminution des coûts d'entretien et de réparation réguliers de l'étanchéité traditionnelle Economie du gravier de lestage de la toiture plate traditionnelle Coût de l'entretien : Si le coût de la mise en œuvre d'une toiture verte augmente avec l'épaisseur du substrat, et donc de la toiture verte extensive à l'intensive, c'est également le cas pour le coût de l'entretien. Voir point Aspects techniques Gestion. Primes Concernant les travaux de rénovation relatifs à la structure et l'étanchéité de toiture, la Région de Bruxelles Capitale alloue des primes (immeubles d'au moins 30 ans dont le propriétaire est occupant ou est propriétaire bailleur en agence immobilière sociale). La demande de prime est à introduire avant travaux. Pour plus de renseignements : Concernant la réalisation de toitures vertes, il est possible d'obtenir des primes régionales auprès de Bruxelles Environnement (Primes Energie). Pour plus de renseignements : Il existe également des primes communales différentes d'une commune à l'autre. Il est conseillé de prendre contact avec le service d'urbanisme de la commune pour recevoir ces informations. Toutes les primes citées ci-dessus sont cumulables. Opportunités économiques des cultures surélevées. Dans certains cas, l'exploitation des toitures plates en tant que potagers représente une opportunité économique pour les habitants ou l'entreprise qui exploite le bâtiment. Aspects socio-culturels Santé et psychosensoriel La réalisation de toitures vertes permet le contact à la nature dans les quartiers peu favorisés en espaces verts. Ceci contribue au sentiment de bien-être et améliore la qualité de vie des usagers du bâtiment. Page 10 sur 31

12 Confort visuel et avantages esthétiques La présence des toitures vertes contribue à l'esthétique tant des bâtiments que des îlots, à l'introduction de la nature au sein de ces derniers. Elles augmentent aussi le confort visuel des occupants situés plus hauts en réduisant l'impact des auvents, locaux techniques, parkings, grandes surfaces etc. Figure 11 : Bâtiment exemplaire [073] PLASKY, 1030 Schaerbeek, MDW architecture Lieux à usages variés : récréatif, pédagogique, Une toiture verte peut avoir plusieurs rôles. Les toitures vertes intensives, peuvent servir de lieux à usage récréatif, en complément des espaces verts. Dans le cas de bureaux, par exemple, elles jouent le rôle de d'espace convivial, de rencontre lors de pauses. En outre, les surfaces des toits plats offrent la possibilité d'y cultiver des plantes potagères et aromatiques dans les zones urbaines à haute densité (agriculture urbaine). A grande échelle, l'exploitation d'une toiture verte en tant que cultures surélevées comporte plusieurs intérêts au niveau socio-culturel : la production de nourriture, l'accès à des produits sains et locaux, le contact avec la vie agricole. Gestion collective La gestion de ces diverses toitures végétalisées peut créer des opportunités d'échange. Il est intéressant de conjuguer gestion de la nature' et expérience de la nature'. Dans le cadre d'un ensemble de logement collectif ou d'une école, par exemple, la gestion de la toiture verte peut constituer un projet commun à tous les habitants ou usagers du bâtiment. Celle-ci aura une fonction conviviale, donnera lieu à des rencontres, à un apprentissage de la nature. A cet effet, il sera intéressant d'opter pour une toiture verte intensive plutôt qu'extensive. Page 11 sur 31

13 Arbitrage Coût sociétal >< aspects durables. Bien que les toitures vertes occasionnent des frais supplémentaires, à long terme le toit et le bâtiment dureront plus longtemps grâce à la protection que leur fournit la toiture verte. Ainsi, par exemple, une toiture verte double au moins la durée de vie du revêtement étanche. La surcharge occasionnée par la mise en œuvre d'une toiture verte nécessite la mise en œuvre d'une plus grande quantité de matière. Au vu des intérêts que présentent les toitures vertes en matière de qualité de vie, qualité du paysage urbain, biodiversité, impact sur le cycle de l'eau, confort thermique, acoustique et au niveau de la diminution de la consommation d'énergie, etc, la démarche est intéressante d'un point de vue durable. Compatibilité entre les toitures vertes et les panneaux solaires? La compatibilité entre toitures vertes et installation de panneaux solaires fait l'objet d'un rapport rédigé par l'ibge dont voici un résumé. La pose de panneaux solaires sur une toiture verte est possible. Cette association présente même certains avantages : L'intégration du lestage du panneau solaire avec le complexe de la toiture verte. Les toitures vertes, les plantations et leur évapotranspiration ont un rôle sur le rafraîchissement des panneaux photovoltaïques et permettent d'améliorer le rendement de ceux-ci. La protection des circuits solaires. Les zones à l'ombre causée par les panneaux solaires permettent aussi aux plantes de mieux résister à la sècheresse. De plus, la végétation, limitant la réverbération du soleil sur le toit et y réduisant la température, augmente la durée de vie des panneaux solaires. A prendre en compte : Ombrage causé par les panneaux sur la végétation. Il faudra dès lors faire un choix approprié des végétaux et réaliser une implantation différenciée des plantes en fonction de l'exposition. Surcharges. Si les surcharges admissibles de la toiture sont limitées, les panneaux solaires peuvent être implantés au droit de la structure portante. Demander conseil à un bureau d'étude qui devra tenir compte du poids propre du panneau, de cadre d'accroche et de la pression des vents. Assurer une bonne évacuation des eaux pluviales à proximité des panneaux solaires, car accroissement du ruissellement localisé à leur pied. L'effet des toitures vertes sur la réduction des débits de pointe sera d'ailleurs un peu diminué. L'accessibilité aux panneaux solaires pour procéder à leur entretien. Etant donné l'humidité liée à la toiture verte, veiller à ce que les conduites soient protégées et étanches. Source : Bruxelles Environnement - IBGE (2010), Rapport technique - Bâtiments exemplaires, Fiche 4.2 : La compatibilité entre les panneaux solaires et la conception des toitures vertes, Bruxelles. Page 12 sur 31

14 Compatibilité entre les toitures vertes et la récupération des eaux de pluie? La compatibilité entre les toitures vertes et la récupération des eaux de pluie devra être analysée au cas par cas, en fonction de la surface de la toiture verte, des besoins en eaux pluviale, de la densité d'occupation du bâtiment, etc. Suite à l'absorption par les différentes couches et à l'évaporation, la quantité d'eau récupérée sera réduite. Cette diminution varie en fonction du type de toitures verte et de l'épaisseur des couches. Aussi, elle sera chargée d'acides organiques et prendra une couleur jaune-brun. Toute utilisation d'eau récoltée depuis une toiture verte nécessitera un traitement approprié, selon l'usage envisagé. Un filtre au charbon actif peut résoudre ce problème. Pour plus d'information sur la récupération des eaux de pluies pour chaque type de toiture, voir le tableau Conception Méthodologie Gestion des eaux. Voir également la recommandation G_WAT03 - Récupérer l'eau de pluie pour la qualité, la quantité d'eau récupérée et le traitement à apporter. Conception Méthodologie 1. Applicabilité : Il est pertinent de mettre en œuvre une toiture verte si on est en présence d'un des cas de figure suivant: le quartier est peu desservi en espaces verts le quartier/l'îlot est fortement imperméabilisé la toiture participe à un îlot de chaleur le niveau acoustique dans le quartier et au sein du bâtiment est élevé la toiture concernée est visible depuis les bâtiments environnants. il y a de la surchauffe au sein du bâtiment la toiture bénéficie d'un minimum d'ensoleillement 2. Choix du type de toiture verte : Le choix du type de toiture verte à mettre en œuvre dépend: de la capacité portante de la toiture de l'épaisseur de substrat qu'il est possible de mettre en œuvre de l'usage attendu de la toiture verte (visuel, récréatif, pédagogique, économique, renforcement des maillages vert et bleu, gestion des eaux, ) de l'orientation/de l'ensoleillement de la toiture des dispositions qui seront prises pour la gestion et l'entretien de la toiture verte 3. Composition des toitures vertes. Epaisseur. L'épaisseur de la toiture verte dépend : du type de toiture à mettre en œuvre. de la végétation que celle-ci devra supporter et nourrir. Page 13 sur 31

15 Etanchéité de la toiture. Type de substrat. Le type de substrat à mettre en œuvre dépend : du type de végétation que celui-ci doit supporter et nourrir. Types de végétaux : Le choix des végétaux dépend: de la finalité et du type de toiture verte de l'épaisseur du substrat qui sera mis en œuvre des aménagements prévus des conditions du milieu (exposition au soleil, au froid et au vent, à la pollution, ) de la recherche de biodiversité des espèces et des habitats des possibilités d'entretien des coûts de réalisation et de gestion 4. Surcharge des toitures vertes. 5. Résistance thermique des toitures vertes. 6. Isolation acoustique des toitures vertes. 7. Pente admissible des toitures vertes. 8. Gestion des eaux. 1. Applicabilité. Position relative par rapport aux autres stepstones Une toiture verte joue un rôle au niveau du maillage vert et de la biodiversité si elle est en relation avec d'autres stepstones. Par exemple, une toiture plate de grande dimension et non verdurisée en intérieur d'îlot peut représenter une véritable coupure pour le maillage vert. La végétalisation de cette toiture pourra avoir un impact très positif pour la biodiversité au sein de l'îlot (voir Eléments du choix durable - Aspects environnementaux). Niveau d'ensoleillement minimum. L'environnement direct de la toiture, l'ombrage éventuel par des bâtiments voisins influent sur le développement de la végétation. Une toiture verte doit en effet bénéficier d'un ensoleillement suffisant (minimum 3 heures par jour en été). Par exemple, s'il s'agit d'une petite toiture entourée de grands bâtiments, celle-ci ne sera pas propice à la réalisation d'une toiture verte. Page 14 sur 31

16 2. Choix du type de toiture verte. Le choix du type de toiture verte à mettre en œuvre dépend: de la capacité portante de la toiture (Voir point 4 Surcharge de la toiture verte) de l'épaisseur de substrat qu'il est possible de mettre en œuvre (Voir point 3 - Composition des toitures vertes - Epaisseur) des dispositions qui seront prises pour la gestion et l'entretien de la toiture verte (Voir Eléments du choix durable - Aspects techniques, économiques et socioculturels). de l'usage attendu de la toiture verte (visuel, récréatif, pédagogique, économique ) (Voir Eléments du choix durable - Aspects économiques et socioculturels). Figure 12 : [055] Biplan, Aire de terrasse sur une toiture intensive, 1130 Haren, Arch : Bxleco1 et FHW, photo : Yvan Glavie. Dans le cadre d'une toiture à végétation intensive, comparable à un jardin traditionnel, l'accès et la circulation piétonne y sont autorisés. Via quelques aménagements, ces toitures peuvent être appropriées à la détente privée ou collective : création de chemins, terrasses, agrémentées de reliefs, pièces d'eau et mobiliers, Veiller dès lors aux questions de sécurité. Par contre, la toiture verte à végétation extensive est couverte de sédums, de mousses et de plantes vivaces ne résistant pas au piétinement. Sans aménagement prévus à cet effet, il est exclu de circuler régulièrement sur la surface de toiture verte extensive. 3. Composition des toitures vertes Toute toiture verte est constituée des éléments de base suivants : Page 15 sur 31

17 Figure 13 : CSTC, NIT 229, Les toitures vertes. Epaisseur. Lien entre type de toiture, épaisseur du substrat et végétation : L'épaisseur du substrat varie en fonction du type de toiture mise en œuvre. Le choix des végétaux est conditionné par l'épaisseur du substrat de la toiture verte. Toiture extensive : 5 à 10 cm La particularité des toitures vertes extensives est la faible épaisseur du substrat qui les couvre. Ceci induit la plantation de végétaux, à enracinement superficiel, se limitant à des mousses, sedums et herbacées. Toiture intensive simple : 10 à 25 cm Toiture intensive élaborée : > 25 cm Les toitures vertes intensives se distinguent par l'épaisseur du substrat qui les couvre. Les toitures vertes intensives simples nécessitent une épaisseur de substrat de 10 à 25 cm permettant la plantation de gazon, de plantes basses et d'arbustes. Les toitures intensives élaborées sont couvertes d'un substrat de 25 cm minimum. Cette épaisseur importante permet la plantation d'arbres ou de grands arbustes au système racinaire important. En cas de rénovation, il est souvent nécessaire de rehausser les murs acrotères, les trémies,... pour qu'un minimum de 150 mm soit être ménagé entre la partie supérieure de la toiture verte et le sommet du relevé. Page 16 sur 31

18 Etanchéité de la toiture Certaines étanchéités, comme l'epdm (caoutchouc synthétique, voir fiche G_MAT05 Choix durable des matériaux de couverture de toiture) ou certains bitumes sont anti-racines. Si les jonctions sont bien réalisées, il ne sera pas obligatoire de poser une membrane anti-racines. Il faudra s'assurer qu'il s'agit d'un bitume qui ne contient pas d'herbicide. Si les couches et les épaisseurs qui composent la toiture ne sont pas adaptées au type de végétation ou mal mises en œuvre, les racines risquent d'abîmer la membrane d'étanchéité. Ce risque est évidemment accru si celle-ci n'est pas de bonne qualité. En outre, les éventuelles fuites sont plus difficiles à détecter que dans le cas d'une toiture sans végétation. Type de substrat Le terme «substrat», en comparaison à la «terre arable» des jardins, signifie un composé nutritif spécifique aux toitures vertes et à leurs exigences. Il assure l'apport nécessaire en nutriments, en eau et en oxygène de la végétation et permet son enracinement. L'épaisseur et la composition du substrat dépendra directement du type de végétation que celui-ci devra supporter et nourrir. Le substrat doit répondre à des exigences de légèreté. Il est généralement constitué d'un mélange de matériaux minéraux granuleux (terre, sable, billes d'argile, lave, écorce ) avec une faible proportion de fines particules, l'ensemble fournissant 60 à 70% d'espaces interstitiels. La terre de jardin telle quelle est proscrite pour la couverture des toitures vertes. Elle se compacte et s'acidifie facilement, ce qui signifie que sa capacité de rétention d'air et d'eau diminue progressivement. De plus, après dessèchement, elle présente une masse volumique très importante et il sera difficile de l'humidifier. Pour une toiture intensive, il est cependant possible d'améliorer la composition de la terre arable par l'ajout d'éléments allégeant le substrat, augmentant sa teneur en matières organiques, ou améliorant sa capacité de rétention d'eau. Il peut s'agir d'éléments organiques (compost, terreau de feuilles, fumier, engrais organiques, ), d'éléments minéraux (sable, granulats d'argile expansée, pierre de lave, débris de tuile de terre cuite, ). Les + pour la biodiversité : L'augmentation de l'épaisseur du substrat. Privilégier une épaisseur moyenne de substrat d'au moins 10 cm, avec des hauteurs variables (de 5 cm à 25 cm, voire 1 mètre) pour créer différents habitats. Varier la composition, l'origine et la granulométrie du substrat (sable, calcaire, sol local, compost, schiste ). Éviter l'utilisation de matériaux artificiels ou non renouvelables (tourbe) et privilégier les approvisionnements en circuit court. Utiliser si possible de la terre prélevée in situ lors des travaux de terrassement, qui sera enrichie de compost issu de déchets verts (prévoir un espace de stockage de la terre) ; en effet, un sol «naturel» est riche en biodiversité (bactéries, acariens, champignons, vers de terre, cloportes, fourmis, etc.) qui transforment les débris végétaux en une matière organique complexe et diversifiée qui profite à la fertilité. Conserver la «banque de graines» déjà présente dans la terre prélevée (donc adaptée au substrat) pour limiter les apports en végétaux. Dans certains cas, l'inoculation de lombriciens (vers de terre) et de microorganismes via du compost permet de dynamiser la faune du sol, et donc de retrouver un sol fertile et stimuler la croissance des végétaux. Page 17 sur 31

19 Prévoir dès la conception des méthodes de rénovation de l'étanchéité «par tranches» afin de préserver l'écosystème de la toiture à long terme. Source : Observatoire Départemental de la Biodiversité Urbaine de la Seine-Saint-Denis, Natureparif, Plante&Cité, Muséum national d'histoire naturelle (2011), Réaliser des toitures végétalisées favorables à la biodiversité, Paris. Types de végétaux. Le choix des végétaux dépend de plusieurs facteurs : La finalité et le type de toiture verte Le choix et l'épaisseur disponible du substrat ainsi que des diverses couches de support nécessaires Les conditions du milieu (urbain, rural, exposition au soleil, au froid et au vent, à la pollution ) L'esthétique (composition, intégration ) La recherche de biodiversité des espèces et des habitats Les possibilités d'entretien Les coûts de réalisation et de gestion Figure 14 : Toiture extensive, Bâtiment exemplaire [018] Dubrucq, 1080 Molenbeek, B-Architecten, photo : Yvan Glavie Page 18 sur 31

20 La couche de végétation d'une toiture verte extensive peut être composée de mousses, sedums (herbes et plantes grasses), d'herbes résistantes à la sécheresse ou la recherchant. La couche de végétation d'une toiture verte intensive peut en plus aussi accueillir des buissons et même des arbres. Les + pour la biodiversité : Choix de plantes indigènes. Privilégier les essences indigènes ou d'origine locale dont certaines mellifères, plantes qui contribuent à la présence d'insectes, notamment pollinisateurs, et d'oiseaux. Diversifier les espèces végétales plantées et éviter la monoculture (notamment de sédum). La diversité végétale crée différentes niches écologiques et favorise la présence des micro-organismes et de la microfaune du sol, dont le rôle est crucial pour le bon fonctionnement du complexe végétation-substrat. Réaliser au préalable un diagnostic écologique de la parcelle et des milieux alentours ou consulter les études déjà réalisées dans le secteur. Le climat local doit être considéré dès la conception (pluviométrie, température, direction et force des vents) pour choisir le type de végétation à planter et les matériaux à utiliser. La hauteur du bâtiment joue également un rôle, notamment sur l'intensité des vents. Source : Observatoire Départemental de la Biodiversité Urbaine de la Seine-Saint-Denis, Natureparif, Plante&Cité, Muséum national d'histoire naturelle (2011), Réaliser des toitures végétalisées favorables à la biodiversité, Paris. 4. Surcharge des toitures vertes. Comment calculer la surcharge induite par la toiture verte? Il est indispensable, dès l'élaboration du projet, d'étudier les sollicitations résultant de la conception, de l'exécution et de la destination finale de la toiture verte, notamment la sollicitation mécanique totale (charges permanentes et occasionnelles) ainsi que les charges occasionnées par le vent. Toiture extensive verte Toiture verte intensive simple Toiture verte intensive élaborée Epaisseur de la couche de substrat < 10 cm Entre 10 cm et 25 cm > 25 cm Poids 30 à 100 kg/m² 100 à 400 kg/m² > 400 kg/m² Extrait de CSTC (2006), Les toitures vertes NIT 229, CSTC, Bruxelles Les variations de poids pour chaque type de toiture sont dues aux variations du taux d'humidité au sein des couches. En tout état de cause, il faut s'assurer que le matériau isolant présente une résistance à la compression suffisante pour la surcharge que représente l'ensemble (isolant rigide). Une toiture verte intensive, au vu de la surcharge permanente qu'elle engendre, doit être étudiée dès la phase de conception du bâtiment lors du calcul des fondations et de la structure. En rénovation, il est possible de mettre en œuvre une toiture verte intensive via un renforcement de la structure existante. Page 19 sur 31

21 On fera plus souvent le choix d'une toiture extensive pour son faible poids. En effet, cette solution peut être posée sur des bâtiments existants, moyennant quelques adaptations minimes. 5. Résistance thermique des toitures vertes. Surchauffe. L'impact de la toiture verte sur le risque de surchauffe dans les locaux qu'elle protège directement peut être évalué par un logiciel de simulation thermique dynamique qui prendra en compte l'inertie thermique de la terre. Par contre, l'effet de l'évapotranspiration de la végétation est malheureusement difficilement chiffrable. Comment calculer la résistance thermique d'une toiture verte? Le CSTC a établi une méthode de calcul de la résistance thermique des différentes couches de la toiture verte dans la NIT 229, Les toitures vertes. Page 20 sur 31

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23 6. Isolation acoustique des toitures vertes. Selon la loi de masse, en doublant le poids d'une toiture verte (min. 30 kg/m2) on obtient un gain de 6 db. Une toiture verte intensive isole donc mieux des bruits aériens qu'une toiture verte extensive. Dans le cas d'une toiture légère (structure bois ou métal), l'apport d'une toiture verte permet d'améliorer de façon intéressante l'isolation acoustique. Il est cependant à noter que, dans le cas d'une toiture lourde (structure béton), l'apport d'une toiture verte intensive élaborée (> 400kg/m²) ne présente qu'une légère amélioration acoustique. Celle-ci est réellement intéressante dans le cas de construction où le niveau d'isolation acoustique demandé est élevé. (Voir les recommandations G_PHY04 - Enrichir le paysage urbain et G_WEL 01 - Assurer le confort acoustique) 7. Pente admissible des toitures vertes. Les toitures plates doivent présenter une pente de minimum 2%, soit en donnant une inclinaison au support, soit en coulant un béton de pente sur le support, soit encore en utilisant des panneaux ou un système d'isolation à pente intégrée. Elles doivent également être pourvues de systèmes d'évacuation des eaux aux points les plus bas, ainsi que de trop-pleins ou de gargouilles. Les éventuelles évacuations d'air provenant du bâtiment doivent être surélevées en fonction de l'épaisseur totale de la toiture verte. Toiture extensive : Page 22 sur 31

24 Figure 15 : [071] Saint François, 1210 Saint-Josse-ten-Noode, O2 société d'architectes, photo : Yvan Glavie Les toitures extensives sont souvent placées sur les toitures plates mais conviennent également pour les toitures inclinées sur des pentes allant jusqu'à 35 dans certains cas. Au-delà de 35, des dispositifs spéciaux d'ancrage doivent être prévus. L'accès pour entretien devient difficile pour des pentes supérieures à 15 % (8,5 ). Toiture intensive simple : La réalisation de toitures intensives simples se fait principalement sur des toitures plates. Les pentes de toitures inclinées couvertes de gazon peuvent cependant aller jusqu'à une pente de 30.Si la pente est plus importante, des dispositifs spécifiques de retenue des terres doivent être prévus. Au-delà de 15 % (8,5 ), il y a lieu de tenir compte du fait que la circulation devient difficile et que la toiture ne se prête plus à un usage récréatif. Toiture intensive élaborée : Les toitures intensives élaborées sont réalisables uniquement sur les toits plats. Pente du support comprise entre 2 et 10 % (1 et 6 ). 8. Gestion des eaux Le rôle de la toiture verte dans la gestion de l'eau est de stocker temporairement l'eau. Une partie retourne naturellement à l'atmosphère via évaporation et évapotranspiration des plantes réduisant ainsi le volume d'eau de pluie renvoyé éventuellement à l'égout (s'il n'y a pas d'infiltration). De manière globale, on estime que la toiture verte permet une rétention allant de 50% (toiture verte extensive) à 90% (toiture verte intensive) des eaux de pluie incidentes annuelles. En cas de pluie d'orage, les toitures vertes permettent également de diminuer le débit d'eau évacué par la toiture, voire de retarder le pic d'évacuation. Cette diminution est également fonction du type de toiture verte et peut aller de presque 50% (facteur de ruissellement de 0,6 à 0,5) pour les toitures extensives à plus de 70% (facteur de ruissellement de 0,3) pour les toitures intensives. Le tableau ci-dessous résume la capacité de rétention à long terme, ainsi que l'effet en cas d'orage (le facteur de ruissellement) que l'on peut retrouver dans la littérature. Moyenne de stockage et facteur de ruissellement annuels de l'eau selon le type de toiture verte et l'épaisseur de sa couche de support Type Extensive Forme de végétation Epaisseur de couche (cm) Rétention mousse/ sedums ,60 > ,55 > ,50 > ,45 sedums/ mousses Facteur de ruissellement (%) Page 23 sur 31

25 sedums/ mousses/ herbacées > , ,40 > ,30 > ,10 sedums/ herbacées/ herbes herbes/ herbacées Intensive herbes de prairie/ herbacées/ petits arbustes herbes de prairie/ herbacées/ arbustes herbes de prairie/ herbacées/ arbustes/ arbres Comparaison avec le facteur de ruissellement des aménagements urbains classiques habitat à forte densité 0,80 habitat à moyenne densité 0,60 habitat à faible densité + grands jardins 0,25 aires de sport 0,20 parcs 0,05 Source: FLL (ForschungsgesellschaftLandschaftsentwicklungLandschaftsbau E.V) Remarque : Pour des raisons de sécurité (fortes pluies avant la mise en œuvre de la toiture verte, ou lors de travaux nécessitant l'enlèvement de la partie verte) le système d'évacuation des eaux pluviales de la toiture est dimensionné sans tenir compte de l'effet retardateur en cas d'orage : le facteur de ruissellement étant pris = 1. La recommandation G_WAT01 - Gérer les eaux pluviales sur la parcelle aborde le sujet de la gestion des orages par les toitures vertes dans le dispositif "Les toitures stockantes : toiture verte extensive, toiture verte intensive, toiture en eau, toiture à gravier" et de manière transversale dans toute la recommandation (voir notamment le tableau page 50, pour calculer le facteur de ruissellement) Page 24 sur 31

26 Voir également G_WAT03 - Récupérer l'eau de pluie, pour l'impact des toitures vertes sur la quantité et la qualité de l'eau de pluie récupérée. Comment calculer la quantité d'eau à évacuer? Le CSTC a établi une méthode de calcul du débit d'eau à évacuer sur une toiture et du dimensionnement des avaloirs et des trop-pleins dans ses NIT, Débit à évacuer : Selon la norme NBN EN [21], le débit d'eau à évacuer d'une toiture est déterminé à l'aide de la formule suivante : Q = r V A C [l/s] Q = le débit en l/min (ou en l/s) à évacuer par les avaloirs r = l'intensité de la pluie en l/min.m² (ou en l/m².s); en Belgique : valeur de 3 l/min.m² ou de 0,05 l/m².s V = un coefficient de sécurité sans unité; dans tous les cas, V = 1. A = la superficie de la toiture (en m2) qui est raccordée à l'avaloir ; celle-ci se calcule comme suit : s'il s'agit d'une toiture individuelle (non reliée à une façade en élévation), A' équivaut à la projection horizontale du toit si la toiture est raccordée à une façade en élévation, la projection horizontale du toit est augmentée de la moitié de la superficie de la façade C = un coefficient retardateur ou réducteur, sans unité. Ce coefficient se justifie en principe par le fait que la toiture verte a un effet retardateur sur l'évacuation de l'eau (par rapport à une toiture traditionnelle nue; voir , p. 8). Etant donné que l'effet retard est fonction de l'épaisseur du substrat et de la nature de la couche drainante, il y a lieu de calculer ce coefficient pour chaque type de toiture. Or, à l'heure actuelle, il n'existe aucune méthode normalisée pour ce faire. Même si l'allemagne a proposé une méthode d'essai, celle-ci est loin de faire l'unanimité. Il est donc impossible, dans l'état actuel des choses, de recommander des valeurs C admises par tous. En attendant que la situation se normalise au niveau européen, il est conseillé de dimensionner les avaloirs des toitures vertes de la même manière que pour une toiture nue, soit C = 1. Dimensionnement des avaloirs : Le diamètre des avaloirs peut être déterminé sur la base du graphique de la figure 17, qui indique le débit d'évacuation d'un avaloir à diamètre constant situé dans le plan de la toiture, pour un niveau d'eau supposé de 30 à 50 mm maximum (3). Les avaloirs doivent être munis de grilles ou de crapaudines. Au cas où le niveau des eaux est différent ou si l'avaloir est un dispositif conique à diamètre rétréci, qu'il traverse un relevé ou que la pente du toit n'est pas dirigée vers l'évacuation, il convient d'utiliser la méthode de calcul de la norme NBN EN Page 25 sur 31

27 Le graphique de la figure 17 s'utilise comme suit : on calcule d'abord le débit à évacue puis on porte la valeur obtenue en abscisse, on trace ensuite une verticale partant de ce point jusqu'à l'intersection avec la courbe correspondant au niveau d'eau admis au droit de l'avaloir le diamètre de l'avaloir est le point d'intersection entre la droite correspondant au niveau d'eau concerné et l'axe des ordonnées. Il est conseillé de disposer au moins un avaloir par 100 m2 de surface de toiture projetée et au moins deux avaloirs pour des superficies plus importantes. Si la toiture est équipée de plusieurs avaloirs, l'intervalle entre ceux-ci doit être limité à une distance de 10 à 20 m, chaque avaloir desservant une surface de 250 m² maximum (voir également 5.2, p. 40). Trop-pleins : Il est nécessaire de prévoir des trop pleins sur les toitures plates pourvues d'acrotères, afin d'éviter une surcharge permanente du toit en cas d'obstruction du système d'évacuation ou en cas de pluies exceptionnelles et d'empêcher l'eau de s'écouler par débordement à l'intérieur du bâtiment. Si le dimensionnement des avaloirs s'opère sur la base d'une hauteur d'eau de 30 mm, la génératrice inférieure des trop-pleins sera placée à cette même hauteur. Dans les autres cas, ils seront placés à 50 mm au-dessus des avaloirs. Selon te type de bâtiment et la fiabilité de ses installations d'évacuation, différentes approches de dimensionnement des trop-pleins peuvent s'envisager, à déterminer par le maître de l'ouvrage : Dans cas de bâtiments à contenu précieux ( muséum p.ex) ou dans le cas où on n'a pas de certitude en ce qui concerne la fiabilité des installations d'évacuation lors de fortes pluies, on adoptera le principe que L'ensemble des trop-pleins devront pouvoir évacuer à eux seuls une averse d'une intensité de 0,07 l/s.m² (4,2 l/min.m²) : pour une toiture de 1000 m², l'ensemble des trop-pleins doit donc être à même d'évacuer un débit total de 70 l/s. ( NB Dans certains cas exceptionnels, le maître de l'ouvrage peut même envisager des intensités plus importantes.) Dans le cas des bâtiments usuels, ayant une installation d'évacuation ne présentant pas d'anomalies de fonctionnement lors de fortes pluies, on peut partir de l'idée que les avaloirs évacueront toujours 0,05 l/s.m² et que les trop-pleins ne doivent prendre en compte que la surintensité, càd 0,07 0,05 = 0,02 l/s.m². Les trop-pleins doivent être répartis compte tenu des surfaces à desservir. La distance entre deux trop-pleins ne dépassera pas les 30 m. Enfin, il est impératif de ménager une zone sans végétation autour du trop-plein. Pour dimensionner les trop-pleins de section rectangulaire, on utilise la formule suivante (selon NBN EN ) : L = Q/h1,5 (mm) dans laquelle : Q = le débit à évacuer (en l/s), calculé en function de la surface à desservir et d'une intensité de 0,07 l/s.m² L = la largeur du trop-plein (en mm) Page 26 sur 31