Végétalisation extensive des terrasses et toitures (fiche de lecture)
Alexandre Clamens 24-04-2008
Les toitures végétalisées sont de plus en plus populaires auprès des maîtres d’ouvrage. Elles semblent esthétiques et écologiques. Par conséquent, certaines communes n’hésitent pas à les rendre obligatoires dans leurs règlements de lotissements ou de ZAC tandis que plusieurs conseils régionaux et agences de l’eau les subventionnent. Quelles sont leurs véritables performances techniques ? Quelles précautions faut-il prendre lors de leur mise en oeuvre ? Combien coûtent-elles ? Autant de questions auxquelles François Lassalle s’efforce de répondre dans son ouvrage « Végétalisation extensive des terrasses et toitures ».
François Lassalle est un spécialiste de la végétalisation des toitures. Il est président de l’association pour le développement et l’innovation en végétalisation extensive de toiture. Il dirige le département « végétalisation » de Soprema étanchéité.
Végétaliser les bâtiments, une idée récente ?
En dehors des fameux jardins suspendus de Babylone, il existe de nombreux exemples d’architecture où les toitures sont végétalisées. Ainsi, les maisons traditionnelles de plusieurs régions de Turquie, d’Amérique du Nord, de Scandinavie ou de Sibérie sont recouvertes de terre et de verdure. Pour les constructeurs, il s’agit surtout d’améliorer le confort thermique.
En Europe, à partir de 1920, de nouveaux courants architecturaux – le Bauhaus puis le mouvement Moderne – vantent les mérites des toitures terrasses, qui deviennent rapidement des toitures jardins. Puis, dans les années 1970, les architectes allemands et suisses cherchent à innover dans le but de réduire le poids de ces jardins en hauteur ; c’est le début de la végétalisation extensive. La fin du XXe siècle verra l’achèvement d’une grande période de recherche et de normalisation en Allemagne.
Aujourd’hui, le marché annuel est d’environ 15 millions de m2 en Allemagne, pour un marché de l’étanchéité de 80 millions de m2. Cette ampleur permet le développement de procédés industriels et de nombreux systèmes y sont disponibles. Il existe un grand nombre d’entreprises qualifiées et les architectes sont biens informés sur les techniques possibles et leurs contraintes. En France, le marché de la végétalisation extensive des toitures se situe bien au-deçà, puisqu’il est seulement de 150 000 m2, pour un marché de l’étanchéité de 24 millions de m2.
Végétalisation intensive, semi-intensive ou extensive ?
Les professionnels distinguent trois types de végétalisation des toitures.
La végétalisation intensive, c’est simplement un jardin sur le toit. Les espaces sont soignés, régulièrement entretenus et accessibles aux habitants. L’entretien est aussi exigeant qu’un jardin au sol, contraintes d’accès en plus.
La végétalisation semi-intensive est moins ambitieuse. Elle ne permet de cultiver que des arbustes de faible hauteur et des plantes de sol (graminées et vivaces). La couche de culture est moins épaisse pour que la charge soit amoindrie. L’entretien est réduit et se limite à l’irrigation et aux désherbage des adventices (plantes non désirées).
La végétalisation extensive, celle qui nous intéresse, fonctionne avec un entretien limité au minimum. Sur une faible épaisseur de substrat, on cultive uniquement des plantes de sol : mousses, succulentes, vivaces sauvages et graminées.
Quels sont les avantages démontrés de la végétalisation extensive des toitures ?
Des toitures plus esthétiques. La végétalisation des toitures est assurément un avantage lorsqu’elles sont visibles depuis un bâtiment voisin ou depuis la rue. La présence d’espaces verts, même laissés à l’état sauvage, a un effet bénéfique sur les humains. Par exemple, une étude à démontré que les patients d’un hôpital ayant une vue sur un arbre guérissent plus rapidement que les autres. Les toitures végétalisées sont d’autant plus appréciées qu’elles accueillent des plantes avec une longue floraison ou changeant de couleur avec les saisons (certains sedums deviennent rouges en été).
Les plantes succulentes, qui ont la capacité de stocker facilement de l’eau et des éléments nutritifs. Elles sont les plus adaptées aux climats secs. Les plus utilisées proviennent des genres sedum et sempervivum.
Les plantes vivaces, qui durent plusieurs années mais dont les besoins en eau sont plus élevés.
Les plantes graminées xérophiles, qui se multiplient facilement grâce à la production de graines et qui ont de faibles besoins en eau.
A éviter : Les bambous et les joncs, qui ont des racines très agressives.
Une bonne protection de l’étanchéité. De la même manière que les protections à base de gravillons, le complexe de végétalisation protège l’étanchéité contre les poinçonnements, les chocs et le rayonnement solaire. Une étude réalisée à Strasbourg a permis de mesurer que la température de l’étanchéité sous une végétalisation extensive diminuait de 35°C. Des observations en Allemagne et en France sur des toitures qui se sont végétalisées spontanément ont montré que l’étanchéité était toujours aussi efficace 80 ans après son installation (étanchéité en brai de houille).
Une rétention des eaux pluviales. L’imperméabilisation du sol est toujours une des principales cause des inondations car elle accélère l’écoulement des eaux pluviales et concentre ainsi leur volume sur une faible période. La végétalisation offre la possibilité de stocker une partie des eaux pluviales reçues par le bâtiment et de l’évacuer plus tard vers le réseau, au fur et à mesure du ressuyage de la couche de culture. Une autre partie de ces eaux pluviales est directement recyclée grâce à l’évapo-transpiration de la végétation. Selon une étude menée en Allemagne, où le climat est de type continental, une toiture végétalisée extensive peut retenir jusqu’à 60% du volume des eaux pluviales sur une année.
Une plus grande richesse biologique. En choisissant des essences variées, voire des espèces menacées, les constructeurs améliorent la diversité végétale en ville, ce qui entraîne une diversité animale (papillons, coléoptères, sauterelles,… puis oiseaux insectivores). Cette diversité est accrue si l’épaisseur du substrat est variable (bosses), si la toiture est peu élevée, si la surface est importante et si les interventions humaines sont réduites.
Un renforcement de l’isolation acoustique. La végétation atténue la réflexion et la transmission des bruits. Selon les essais du CSTB, pour un complexe végétalisé de faible épaisseur porté par des bacs aciers, l’amortissement est de 5dB à 125 Hz.
Un entretien réduit. L’entretien des systèmes extensifs est très succinct. Si les plantes sont bien choisies, ils n’ont besoin ni d’arrosage, ni de désherbage, ni de tonte, ni de fertilisation.
Une faible surcharge. Pour une végétalisation intensive, la couche de culture est au minimum de 40 cm. La surcharge à prendre en compte lors du calcul de la structure, qui inclut la capacité de rétention d’eau est élevée. En revanche, le poids d’un système extensif est équivalent à celui d’une protection d’étanchéité gravillonée. Il peut donc être mis en œuvre sur un plus grand nombre de supports – bois ou tôles d’acier nervurées – et sur des bâtiments existants.
Une augmentation du confort thermique. Il est probable que les toitures végétalisées améliorent la performance thermique des bâtiments en été et réduisent l’effet d’îlot de chaleur urbain grâce à l’évapotranspiration des végétaux. Cependant, pour l’instant , aucune étude n’a démontré ces bénéfices.
Les bases de la conception et de la mise en œuvre
En Allemagne, la conception des toitures végétalisées est réglementée et normalisée. En France, plusieurs procédés font l’objet d’un avis technique, ce qui permet au maître d’ouvrage de contractualiser une assurance dommage-ouvrage. Il n’existe pas de norme ou de DTU mais seulement un document de référence : Règles professionnelles pour la conception et la végétalisation des toitures et terrasses végétalisées. Ce guide a été rédigé par des professionnels et a été validé par des bureaux de contrôle technique.
La pente idéale des toitures est comprise entre 3% et 5%. En-dessous de 3%, il existe un risque de stagnation d’eau, ce qui aurait pour conséquence de perturber le développement de la végétation. En-dessus de 5%, l’eau a tendance à s’évacuer trop rapidement.
La surcharge à prendre en compte pour le calcul de structure comprend les poids du substrat, de la couche de drainage, de la végétation, du volume d’eau potentiel plus une surcharge forfaitaire de 15 daN/m2. Ce calcul impose de connaître exactement la nature du matériau lors de la conception (poids, texture, perméabilité). Les matériaux du substrat et de la couche de drainage doivent garder des caractéristiques constantes car il n’est plus possible de les travailler après leur mise en oeuvre. En particulier, il faut qu’ils conservent la même perméabilité et la même capacité de rétention d’eau, tout en restant suffisamment aérés pour éviter la suffocation des racines. Le plus souvent, on utilise des roches volcanique ou de l’argile expansée, matériaux qui ont l’avantage d’être à la fois légers et stables. L’avis technique de l’isolant sous étanchéité doit permettre une utilisation sous « protection rapportée meuble ». Il faut en outre une résistance à la compression suffisante par rapport à la surcharge du complexe végétalisé.
L’étanchéité doit être traitée pour résister aux racines (même si l’on choisi des essences avec peu de risques). Pour les membranes en bitume élastomère, ce traitement consiste soit en l’ajout d’un adjuvant soit en une imprégnation de sels de cuivre. Une vingtaine de procédés ont été validés par des essais en France et en Allemagne.
Il est indispensable que les orifices d’évacuation soient protégés. Il faut prévoir une zone non végétalisée autour d’eux, ceci afin de réduire la probabilité d’une obstruction. De la même manière, la périphérie des toitures ne doit pas être végétalisée, ce qui offre trois avantages :
- l’accès aisé aux relevés d’étanchéité, qui sont les parties les plus sensibles des toitures ;
- une évacuation plus faciles des eaux de pluies vers les conduites d’évacuation ;
- une simplification du calcul de la hauteur des acrotères.
1) Élément porteur - 2) Pare-vapeur - 3) Isolant thermique - 4) Revêtement d’étanchéité - 5) Couche drainante - 6) Couche filtrante - 7) Substrat
La végétation a fait l’objet de nombreuses études en Allemagne, notamment dans le but de trouver des associations de plantes se développant facilement ensemble. Ces associations peuvent être employées en France, sauf dans les régions méditerranéenne ou dans le Sud-Ouest, où les contraintes climatiques impose l’unique choix de plantes succulentes. La végétation est sélectionnée en fonction de nombreux critères (développés dans le guide) : résistance à la sécheresse, résistance au gel, capacité de couverture du sol, capacité de multiplication, résistance à la concurrence des autres plantes, besoins nutritionnels, sensibilité à l’humidité, résistance aux parasites, etc.
Quelle démarche pour une meilleure qualité ?
La conception de toitures végétalisées extensives fait peu souvent l’objet d’études approfondies en Allemagne. La plupart des maîtres d’œuvre se contentent de faire appel à des techniques simplifiées (sedum sur monocouche), qui font l’objet de controverses à propos de leur durée de vie. La France s’engage dans la même voie, ce qui est d’autant plus risqué que le climat est très variable d’une région à l’autre.
Idéalement, les études de conception devraient définir les matériaux et les essences végétales, l’agencement et l’épaisseur du substrat, le plan de plantation, les modalités de mise en œuvre et les prescriptions d’entretien. Les choix techniques devraient être fait en fonction de la configuration de la toiture, de son exposition, des contraintes techniques (surcharge, rétention en eau, accessibilité) et des exigences architecturales et écologiques du maître d’ouvrage. (ndlr : On peut toutefois supposer qu’à partir de ses données les entreprises pourraient proposer des variantes lors des appels d’offre).
La mise en œuvre d’une toiture végétalisée dure un an, entre l’installation du complexe végétalisé et le développement de la couverture végétale. En particulier, au cours de cette première année et pour assurer une bonne finition, il est nécessaire de prévoir un arrosage pendant les premières semaines après la plantation (ou semaison), un désherbage des plantes non désirées, un fauchage des graminées et, si besoin, des plantations complémentaires. Idéalement, les plantations ont lieu à l’automne. Il est possible de recourir à des rouleaux ou des caissettes précultivées, ce qui a l’intérêt de permettre une mise en œuvre par des non spécialistes (étancheurs) et d’obtenir immédiatement un excellent taux de couverture.
Dans tous les cas, l’auteur conseille d’effectuer une visite de contrôle après la plantation mais de ne prononcer la réception qu’un an plus tard, pour vérifier que la couverture végétale est suffisante (60% de la surface minimum). Ce n’est que deux ou trois ans après la plantation que la toiture végétalisée devient un écosystème stable.
Quel avenir pour les toitures végétalisées en France ?
Selon l’auteur, le concept progresse moins facilement en France qu’en Allemagne pour quatre raisons principales :
- La référence culturelle à propos du végétal est différente. En Allemagne, c’est le mythe romantique de la « nature sauvage » qui domine, tandis qu’en France ce sont les jardins de Versailles. La vue d’une végétation aléatoire laissée sans entretien est donc parfois mal acceptée. Les maîtres d’ouvrage préféreraient un gazon sans entretien, ce qui n’existe pas.
- La collaboration entre les entreprises, le monde de la recherche et les organismes de formation est embryonnaire.
- Les décideurs manquent d’intérêt pour cette nouvelle technique, même lorsque des subventions existent comme dans le Nord-Pas-de-Calais.
- Le surcoût peut varier entre 22€ et 70€ au m² par rapport à une étanchéité simple. Cependant, les subventions permettent souvent de le compenser (48€ / m² en Ile-de-France).
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Télécharger les règles professionnelles sur le site Internet de la FFB
