Toitures végétales

Avant-propos:

Toit vert en cassettes prévégétaliséesLe principe de la toiture végétale (appelée aussi : toit vert, toit végétalisé ou écotoit) existe depuis la préhistoire. Il consiste à recouvrir d'un substrat végétalisé un toit plat ou en pente (au-delà de 25°, on se servira de techniques de rétention du substrat pour éviter l'érosion).    

De nombreuses expériences conduites en Europe depuis les années 1970 ont démontré que pour des objectifs esthétiques ou de durabilité, comme dans la perspective de restauration ou protection de la biodiversité et de l'environnement en milieu urbain, l’aménagement d’un «écotoit» se révélait intéressant.

Fait primordial à noter, une toiture végétale n'est pas étanche en soi et est conçue de manière à laisser passer tout surplus d'eau lorsque le substrat et les végétaux en sont saturés. Il est donc essentiel d'avoir un système d'étanchéité sous le toit vert, idéalement avec des matériaux imputrescibles et résistants aux racines.
 

Types de toiture végétale:

Il existe deux grandes catégories: les toits végétaux extensifs et les toits végétaux intensifs. On parlera aussi de toit vert hybride ou semi intensif, qui représente une combinaision de plus d'une catégorie. Les toits ultra-légers sont considérés ici extensifs. Les toits terrasse et les toits jardin sont des ajouts optionnels possibles pour toutes les catégories.
 
  1. Toit vert extensif: Constitué d'une mince couche de terreau plutôt minéral d'environ 3,8cm à 15 cm (1½ po à 6 po), sur lequel on implantera des végétaux très résistants à la sécheresse et aux autres conditions climatiques du milieu. Plusieurs variétés de plantes grasses comme les orpins (sedums) ont fait leurs preuves sur les toitures mais aussi certaines graminées et plantes vivaces sélectionnées selon la région climatique.
    Le système extensif est le plus accessible de par son coût réduit et son poids modéré de 30 à 73 kg/m2 (6 à 20,5 lbs/pi2) et ce, lorsque saturé d'eau. À noter que la structure du bâtiment doit tout de même faire l'objet d'un rapport signé par un ingénieur spécialisé en structure, qui analysera et calculera la charge supplémentaire que la toiture est en mesure de supporter. 
     

  2. Toit vert intensif: Constitué d'une épaisse couche de terreau organique de plus de 15 cm (6 po), ce système, beaucoup plus dispendieux et lourd (147 kg/m2 (30 lbs/pi2) et plus), nécessite une structure de bâtiment renforcie en conséquence. Surtout implanté sur des bâtiments neufs conçus en fonction de la charge supplémentaire considérable, ce système permet non seulement d'amplifier tous les bénéfices reliés à l'augmentation de la masse végétale mais permet aussi la culture maraîchère et même l'implantation de petits arbres et arbustes.
     

Toit terrasse et toit jardin: Pour profiter au maximum de son toit végétal et lorsqu'il est possible d'installer un accès sécuritaire au toit, une infinité d'options d'aménagement paysager sont alors réalisables. Comme il est déconseillé de marcher directement sur la plupart des végétaux, des sentiers peuvent être incorporés avec différents matériaux préférablement lourds, qui ne se feront pas déplacer par le vent. Des surfaces de couvre-sols tels le trèfle rampant, le lierre rampant ou encore du gazon à faible entretien (les graminées pour gazon sont les championnes du piétinement), permettent de créer une aire de détente à circulation modérée. Toujours sans oublier la contrainte de poids, il est aussi possible d'incorporer divers éléments tels qu'un potager, un patio ou pontage de bois, un gazebo, une fontaine, voire même un bassin d'eau.
 

Composantes / membranes:


Une toiture végétale peut comporter très peu ou plusieurs éléments, dont voici les principaux:

  1. La membrane d'étanchéité - Essentielle comme pour toutes les toitures, elle protège contre les infiltrations et évacue les eaux en surplus lorsque le toit végétal en est saturé. Les types de membranes idéales pour une toiture végétale sont les membranes thermoplastiques TPO et les membranes de caoutchouc synthétique appelées EPDM. L'élastomère ou bitume modifié peut aussi être une option valable, quoiqu'il soit moins résistant à l'eau stagnante et doit être protégé par une membrane anti-racine puisqu'il est fait à base de bitume, un composé organique n'offrant pas une résistance à toute épreuve aux racines. La toiture d'asphalte conventionnel est évidemment déconseillée pour la même raison, et trop peu durable en plus d'être néfaste pour l'environnement.
     
  2. La membrane sacrifice - Facultative, donne une protection supplémentaire à la membrane d'étanchéité. Une membrane TPO ou EPDM lâche est idéale mais plusieurs autres matériaux synthétiques et/ou résistants à l'eau peuvent être utilisés à cette fin.
     
  3. La membrane anti-racine - Nécessaire seulement sur les types de membrane organiques comme les membranes avec bitume.
    Les autres membranes monocouche comme la TPO et l'EPDM sont des matériaux aux propriétés anti-racines.
     
  4. Couche de drainage - Permet de laisser s'écouler le surplus d'eau lorsque le substrat et les plantes en sont saturés. Composante essentielle de presque tous les systèmes de toiture végétale. Les végétaux conventionnels pour toiture apprécient rarement tant les sécheresses que les inondations...
     
  5. Rétention - Souhaitable au niveau des infrastructures d'évacuation des eaux pluviales mais pas nécessairement pour les végétaux en place, à sélectionner en fonction des espèces choisies et du climat.
     
  6. Filtration - Utile pour retenir un substrat qui serait drainé, peut aussi servir de milieu d'enracinement supplémentaire.
     
  7. Irrigation - L'apport en eau devrait idéalement se limiter à l'eau de pluie, à tout le moins pour les systèmes non maraîchers. L'irrigation par capillarité devrait aussi se faire naturellement par le substrat posé en continuité sur les surfaces.
     
  8. Couche de substrat (terreau) - Les toits extensifs préféreront un minimum de terreau mélangé à beaucoup de minéraux (sable, gravier, etc.) pour améliorer le drainage et ainsi éviter que ne baignent dans l'eau les plantes grasses habituées à un milieu sec. Un toit vert intensif quant à lui nécessitera beaucoup plus de nutriments et d'espace pour sa grande variété de végétaux, donc un terreau plus volumineux et plus riche. Il est bien entendu possible de combiner les deux types pour créer un système hybride avec différentes épaisseurs de substrat.
     
  9. Couche de végétation et aménagement  paysager -  Outre les végétaux au choix, divers aménagements paysagers peuvent être amalgamés: toit brun avec enrochements, sable, bûche... (+biodiversité), toit bleu (+rétention). Bien qu'il soit possible de marcher directement sur du couvre-sol comme du lierre, du trèfle rampant ou du gazon, il est préférable d'installer des chemins de dalles, pierres ou autres matériaux plus résistants pour les usages autres que l'entretien.

    Les composantes 3 à 9 peuvent être implantées dans un système de toiture végétale de mille et une façons, mais de façon plus conventionnelle par soit un système tout-en-un en panneaux ou caissettes prévégétalisées (excluant toujours la membrane d'étanchéité et sacrifice), soit par différentes épaisseurs de matériaux en rouleaux, substrat ajouté en vrac, végétaux en rouleaux, etc. Les systèmes tout-en-un auront l'avantage de laisser un accès beaucoup plus facile et moins intrusif pour atteindre la membrane d'étanchéité au besoin.
 

Accès au toit:


Lorsqu'un accès au toit est prévu pour d'autres fins que l'entretien (aire de repos, potager, etc.), il est obligatoire au Canada d'installer un garde-corps ou un parapet d'une hauteur minimale de 1,07m (3,5 pi). Il est aussi primordial de s'informer des réglementations municipales, sachant que certaines municipalités exigeront par exemple qu'un garde-corps ne soit pas visible du côté de la rue et soit installé en retrait du bord du toit.     
 

Avantages des toitures végétales:

 

Avantages économiques:

  • Climatisation des bâtiments: Plusieurs études démontrent des économies très appréciables en climatisation et chauffage.

- Selon un modèle d’Environnement Canada, un toit de simple gazon sur 10 cm (3,9 po) de terreau engendre des économies en climatisation pouvant aller jusqu’à 25%, en absorbant et/ou réfléchissant les rayons solaires. Selon une étude menée par le même ministère en 2002, la présence de toitures vertes sur seulement 6 % des toits des villes canadiennes ferait diminuer la température d’environ 1,5 degrés Celsius et économiser près de 5 à 6 % des coûts d’énergie à tous les immeubles climatisés des villes.
 

- D’après le rapport de la SCHL (1) : Un substrat de 20 cm (8 po) avec une épaisse couche de végétation a une valeur RSI de 3,52 (R20). Un substrat de 30 cm (12 po) ne glisse pas sous le point de congélation.
 

- L’expérience de Dre Karen Liu de la B.C. Institute of Technology (2) conclut qu’un toit vert extensif avec 6 po de terreau réduit les gains de chaleur de 95% et les pertes de chaleur de 26% par rapport à un toit conventionnel.
 

- Les chercheurs de l'Institut de recherche en construction (IRC) du CNRC ont construit une toiture végétale en conservant une section de la toiture originale pour fins de comparaison. Ils ont enregistré les variations de température durant le printemps et l'été et ont observé que la membrane installée sur le toit traditionnel avait atteint près de 70ºC, tandis que la membrane installée sous le toit vert n'a pas dépassé 25ºC.
 

  • Protection de l'étanchéité: Le substrat et les végétaux isolent la membrane d’étanchéité des rayons ultraviolets, des variations de température, de la pluie, de la grêle et d'autres phénomènes qui contribuent à la dégradation de cette dernière. Selon l’expérience européenne, cette protection doublerait aisément la durée de vie de la membrane.
     
  • Surface de production maraîchère: L'Hôtel Fairmont Waterfront, à Vancouver, a utilisé plus de 195 m2 de sa toiture pour aménager un jardin composé principalement de fines herbes, résultant en une économie annuelle de 25 000$ sur le coût de ces herbes!
     

Avantages écologiques:

  • Amélioration de la qualité de l’air: Les plantes absorbent le CO2 présent dans l’atmosphère par photosynthèse, et en produisent, comme nous lors de la respiration. Globalement, les végétaux absorbent environ un tiers des émissions de CO2 dues aux combustibles fossiles. De plus, les plantes des toits verts ont la capacité de capter les fines particules de poussière aéroportées, qui sont par la suite transportées dans le substrat grâce à la pluie.
     
  • Rétention des eaux de pluie: En milieu naturel, l’eau de pluie est en partie absorbée par les végétaux et la terre, le surplus étant filtré par cette dernière pour ensuite être dirigé vers les nappes phréatiques. En milieu urbain, toutes les surfaces occupées par des bâtiments ou du pavé doivent être drainées pour éviter l’infiltration dans les habitations et l’inondation des rues. Toute cette eau est dirigée jusqu’à l’usine d’épuration où elle doit être traitée avant d’être rejetée dans la nature, occasionnant évidemment des coûts défrayés à même nos taxes municipales. Un toit vert permet ainsi de retenir en tout ou en partie cette eau (50 à 100%) qui servira à alimenter les plantes et à réduire l’effet d’îlot de chaleur dans les grands centres urbains.
     
  • Réduction des déchets: La durée de vie utile de la membrane d’étanchéité étant doublée, la quantité de déchets aboutissant à un site d’enfouissement s'en trouve réduite de moitié. 

     

Avantage acoustique:
 

Il a été démontré qu’un substrat de 12 cm (5 po) peut atténuer les bruits de 40dB. En pratique, les plantes bloquent les hautes fréquences et le substrat les basses.
 

Autres avantages:

  • Superficie de terrain supplémentaire...
  • Valeur ajoutée au bâtiment…
  • Résistance au feu…
  • Surface idéale pour potager...
  • Outil éducationnel...
  • Biodiversité...
  • Esthétisme...
     

Inconvénients des toitures végétales:    

  • Coût élevé...
  • Lourd...
  • Entretien...
  • Jalousie des voisins…

 

Quelques faits importants sur les toits verts:

  • Un toit vert ne remplace pas une toiture conventionnelle.
    Si un toit commence à prendre l'eau ou est tout simplement vieillissant, l'étanchéité doit absolument être refaite avant d'implanter un toit vert. Tous les systèmes de toit vert sont conçus de façon à laisser passer tout surplus d'eau, lequel est néfaste tant pour la toiture que pour les végétaux.
  • Tout projet doit faire l'objet d'une analyse structurelle effectuée par un ingénieur qualifié pour s'assurer que la toiture pourra soutenir le surplus de poids et ce, même pour un toit vert extensif.
Ceci n'est pas un toit vert...
  • Pour les systèmes sans irrigation mécanique, une surveillance minimale doit être assurée durant les périodes de sécheresse, surtout les deux premières années. Pour toutes les catégories de toit, quelques inspections par année sont nécessaires pour éviter que des espèces indésirables (voire des arbres) s'y implantent.
     

Quelques faits intéressants sur les végétaux:

  • Une plante qui manque d'eau est moins efficace pour filtrer l'air ambiant. La surface d'une feuille étant constituée, comme la peau, de pores microscopiques appelés stomates (environ 10 000 par cm2) , ces derniers captent le CO2 et le transforment en sucre grâce au phénomène de photosynthèse. En contrepartie, ce traitement fait massivement transpirer la plante par ses pores, d'où son besoin en eau. Si le précieux liquide vient à manquer, les stomates se ferment pour éviter le dessèchement de la plante et la photosynthèse ralentit.
  • Autrefois utilisé en poudre pour contrer la diarrhée et les crises d'épilepsie, l'orpin (très utilisé sur les toits verts) sert à la préparation des médicaments contre l'artériosclérose et l'excès de tension artérielle. Il est important de noter qu'à forte dose, l'orpin est toxique et peut provoquer des maux de tête et des vomissements. Les sucs frais servent à soigner l'eczéma, les dermites fongiques, les ulcères et les cors.
  • La joubarbe des toits, autre vivace très utilisée sur les toits verts, était censée éloigner les éclairs et le feu, ce pourquoi l'empereur des Francs, Charlemagne (742-814), demandait à ses sujets de la planter sur les toits de leurs habitations. Son nom latin Sempervivum (vie éternelle) réfère à sa robustesse.

  

Références

(1) Conseil de l'enveloppe du bâtiment du Québec, Document: «Lignes directrices de conception de toits verts»

(2) Performance evaluation of an extensive green roof (lien externe)