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1 LES TOITURES VERTES RÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC Edwige Noirfalisse, ir. Laboratoire ‘Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité’ Avec la collaboration de la guidance technologique ‘Ecoconstruction et développement durable’ de la Région de BruxellesCapitale subsidiée par l’Institut Bruxellois pour la Recherche et l’Innovation (InnovIRIS)

ÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE … Energie... · 6 Définition Une toiture verte est une toiture plate recouverte de végétation et des couches nécessaires à son développement

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LES TOITURES VERTESRÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC

Edwige Noirfalisse, ir. Laboratoire ‘Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité’

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)

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1. Introduction

2. Définition et types de toitures vertes

3. Avantages et inconvénientsa. Gestion de l’eaub. Confort thermique

c. Confort acoustiqued. Sécurité contre l’incendie

4. Conception et composition de la toiture plate

5. Conception et composition de la toiture verte

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.

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Les toitures vertes: un concept pas vraiment nouveau…

Jardins suspendus de Babylone VIIème siècle avant JC

Aujourd’hui

1. Introduction

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1. Introduction

Intérêt du secteur pour ce type de toiture (Comités Techniques, avis techniques, …)

Projet de recherche 2002-2004

Groupe de travail 2001

Rapport de recherche

Article concernant la gestion de l’eau

NIT 229 ‘Toitures vertes’

Guidance …

Réglementation incendie

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Recherche 2002-2004

11 maquettes de toitures sur le toit d’un bâtiment CSTC

Thermique, acoustique, évacuation/qualité eaux pluviales, …

2 toitures classiques

1 lestée1 nue

1. Introduction

9 toitures vertes

7 extensives 2 intensives

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Définition

Une toiture verte est une toiture plate recouverte de végétation et des couches nécessaires à son développement (drainage, substrat, …)

2. Définition et types

Toiture-jardin Toiture-jardin légère

Toiture végétalisée

Toiture verte recouverte de

végétation intensive élaborée(gazon, fleurs, arbustes, arbres, …)

végétation intensive peu élaborée(gazon et certaines plantes décoratives à croissance lente)

végétation extensive

(mousses, sedums, certaines plantes vivaces)

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Types de toitures vertes

Végétation intensive ExtensiveToiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée

2. Définition et types

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2. Définition et types

Types de toitures vertes

Végétation intensive ExtensiveToiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée

Epaisseur ≥ 0.25 m 0.10-0.25 m ≤ 0.10 m

Poids (saturé) ≥ 400 kg/m² 100-400 kg/m² 30-100 kg/m²

Accessibilité Oui Oui Non*

Pente usuelle 2-10 % 2-58 % 2-70 %

Entretien Important Moyen Limité

RénovationBâtiment neuf

Souvent impossibleA étudier

ParfoisA étudier

OuiOui

* Sauf si aménagement supplémentaire

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Qualité de vie et biodiversitéLongévité accrue de l’étanchéitéGestion optimale de l’eauConfort thermique et consommation énergétiqueConfort acoustique

3. Avantages et inconvénients

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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)

3. Avantages et inconvénients

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3. Avantages et inconvénients

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a. Gestion de l’eauEvacuation des eaux pluviales à long terme

Evacuation en cas d’averse

Qualité des eaux pluviales évacuées?

3. Avantages et inconvénients

Source www.lesoir.be Source www.lalibre.be

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Evacuation des eaux pluviales à long terme

Fraction évacuéeprintemps hiver6 à 51 % 86 à 98 %

TotalÉtéAutomneHiverPrintemps

lestée gravier extensives intensives

Frac

tion

évac

uée

(%)

3. Avantages et inconvénients

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)

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Evacuation des eaux pluviales à long terme

Rétention d’eau sur un anextensives ± 30 %intensives ± 50 %

Frac

tion

évac

uée

à lo

ng te

rme

(-)

Epaisseur du substrat (mm)

3. Avantages et inconvénients

Plus l’épaisseur du substrat ↑ plus la fraction évacuée ↓

Dépend du substrat mais aussi des couches rétentrices d’eau utilisées

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Evacuation en cas d’averse

3. Avantages et inconvénients

1er effet: diminution de la quantité évacuée

extensives

intensives

nuelestée gravier

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Evacuation en cas d’averse

extensive substrat 40 mm

intensive substrat 200 mm

nue

Débit de pointe ÷ toiture nue

Extensive 40 mm

- 48 % + 8 min.

Intensive200 mm

- 74 % + 16 min.

3. Avantages et inconvénients

2ème effet: retardement du pic de débit évacué

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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

Contradictoire de vouloir la réutiliser vu la forte diminution du débit disponible?

3. Avantages et inconvénients

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

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Qualité de l’eau évacuée – jaunissement

Varie selon la saison (sécheresse +foncé) Également observé pour la toiture nue

extensives intensivesLestée | nue

3. Avantages et inconvénients

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b. Confort thermique

3. Avantages et inconvénients

Hiver EtéComplément 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)

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)

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3. Avantages et inconvénients

Campagne de mesures CSTC

Température moyenne de la membrane:Effet bénéfique

(température de la membrane plus élevée et plus constante)

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Campagne de mesures CSTC

Température moyenne de la membrane:Effet bénéfique

(forte réduction des températures max. de la membrane et des fluctuations)

3. Avantages et inconvénients

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c. Confort acoustiqueMasse supplémentaire ajoutée par le complexe végétal Effet positif sur l’isolation aux bruits aériens

Possibilité de système masse-ressort-masse Jonctions souples entre

structure et végétation (isolation)

Impact sur bruits aériens et bruits de choc

3. Avantages et inconvénients

+ 5 dB

+ 10 dB

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3. Avantages et inconvénients

d. Sécurité contre l’incendie

Réglementation en vigueur – toitures plates

Normes de prévention de base: AR 7-7-1994 (et ses modifications, notamment AR 12-7-2012)

Prescriptions minimales pour tous les bâtiments nouveaux

Bas (h < 10 m)MoyensÉlevés (h > 25 m)Industriels

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3. Avantages et inconvénients

Résistance au feu intérieur de la toitureElément structural de la toiture

Prévenir l’effondrement prématuré de la structure de la toiture Eviter un effondrement ‘progressif’ des éléments structuraux du

bâtimentBâtiments bas R 30Bâtiments moyens R 60Bâtiments élevés R 120Bâtiments industriels R 15 à R 120

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3. Avantages et inconvénients

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)

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3. Avantages et inconvénients

Comportement au feu extérieur de la toiture« Revêtement » de la toiture

Exigence: BROOF(t1) sur l’élément de toiture completEssai CEN TS 1187

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3. Avantages et inconvénients

Comportement au feu extérieur de la toitureEt pour la toiture verte?

Exigence BROOF(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

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3. Avantages et inconvénients

Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)

1. Propagation interne de l’incendie2. Propagation de l’incendie en surface3. Propagation de l’incendie de l’extérieur vers l’intérieur

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3. Avantages et inconvénients

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 cm2. 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 BROOF(t1) (15°, situation sèche, sans végétation)

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3. Avantages et inconvénients

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 m2. Hauteur de végétation de part et d’autre de la limite des compartiments

≤ hv,max

Source: LMP

Bande en matériaux incombustibles (A2FL-s2) de largeur déterminée entre deux compartiments (zones vertes): dalles en béton, couche de gravier de plus de 3 cm d’épaisseur, …

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3. Avantages et inconvénients

Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)

2. Eviter la propagation de l’incendie en surface

Compartimenter les zones vertes:

hv,max = dv – 0,4 + he [m]

dv distance horizontale entre le point haut de la végétation à l’endroit considéré et l’axe de référence du compartimentage

he hauteur du muret de compartimentage éventuel par rapport au sol

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3. Avantages et inconvénients

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 = dv – 0,4 + 0 dv = 0,5 m Bande incombustible de largeur par rapport à l’axe de référence dv = 0,5 m Chemin incombustible de largeur de 2 x 0,5 = 1 m

hv,max = dv – 0,4 + he [m]0,5 m

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3. Avantages et inconvénients

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, …

Exemple: baie donnant sur le toit Soit allège de hauteur he = 0,5 m Soit bande incombustible de largeur

d = 0,5 m

hv,max = dv – 0,4 + he [m]

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4. Conception et composition de la toiture plate

Couches nécessaires au développement de la végétation

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)

NIT 215

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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)

Exigences sur - la déformation sous charge et température (DLT)- la résistance à la compression (CS)- la résistance au poinçonnement (PL)

UBAtc

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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 1ère couche d’étanchéité (2ème juste avant toiture verte) Couche de protection mécanique …

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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)

4. Conception et composition de la toiture plate

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4. Conception et composition de la toiture plate

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5. Conception et composition de la toiture verte

Protection mécaniqueEviter les dégâts occasionnés par la circulation, le dépôt de matériaux, la mise en place de la toiture verte, l’entretien, …

Drainage et filtrationEvacuation de l’eau de pluie excédentaire

Rétention d’eauRéserve d’eau pour la survie et la croissance des plantes

Enracinement des plantesSubstrat

Végétation

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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 couléPlaques de PVCFeuilles polyéthylène / polypropylèneDrainage (immédiatement après étanchéité)…

Idéalement démontable accès à l’étanchéité si infiltration

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5. Conception et composition de la toiture verte

Drainage et filtration Matériaux possibles: Panneaux rainurés polystyrène extrudé

Matelas composites en matériaux synthétiquesGranulats d’argile expanséePlaques 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

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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, …

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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

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5. Conception et composition de la toiture verte

VégétationA 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)

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Pour plus d’informations…

www.cstc.be

www.normes.be

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Edwige NoirfalisseLaboratoire Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité

[email protected]/ 655 77 11

Merci pour votre attention!

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)