Le principe de la toiture végétale (aussi : toit vert ou toit végétalisé) existe depuis la préhistoire. Il consiste à recouvrir d'un substrat végétalisé un toit plat ou à faible pente (jusqu'à 35° et rarement plus).
C'est une caractéristique architecturale fréquente d'un bâtiment durable, ou de type HQE (approche architecturale incluant les principes et critères du développement durable).
De nombreuses expériences conduites en Europe (depuis les années 1970 surtout en Allemagne, Pays-Bas, Suisse, pays scandinaves, et depuis peu en Belgique, France, etc.) ont montré 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.
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Historiquement, la construction de toitures végétales se fait de manière traditionnelle dans plusieurs pays scandinaves et européens. Le principe utilisé depuis des millénaires dans la zone paléarctique, qui fait encore partie des traditions des Amérindiens d'Amérique du Nord, est le suivant.
Un épais mélange de terre et de végétaux herbacés enracinés permettait de réaliser des toitures relativement bien isolées, étanches à l'air et à l'eau, résistantes au vent et au feu, le tout se faisant avec des matériaux facilement disponibles localement. Ces lourdes toitures exigent de solides charpentes et une couche protectrice placée entre la partie végétalisée et la charpente afin que cette dernière ne pourrisse pas. Pour ce faire, on utilise traditionnellement par exemple des tuiles de bois peu putrescibles, ou plus souvent des plaques d'écorce déroulée de bouleau. La construction moderne utilise des bâches spéciales en matière plastique (avec feutre antiracine le cas-échéant) ou des éléments étanches thermosoudés ou collés non métalliques.
Ce pays a été pionnier. Durant les années 1995 à 2005, environ 10 % des toits allemands nouvellement construits ont été végétalisés. Dans certaines villes (Hambourg, Stuttgart), durant un certain temps, le surcoût a été remboursé ou fortement subventionné par la commune, qui y trouvait son intérêt, ces toitures lui évitant d'agrandir les égouts devenus trop petits pour absorber le ruissellement lié aux fortes pluies sur des sols de plus en plus imperméabilisés ; grâce au pouvoir " tampon " du substrat végétalisé sur les pluies.
Des fabricants allemands vendent les garages directement fournis avec leur terrasse ou toiture végétalisée. Aujourd'hui, un système de points " bonus " accorde une réduction de taxe environnementale aux promoteurs immobiliers qui utilisent les toits végétaux. Les assureurs allemands notent que les terrasses végétalisées sont moins sources de sinistres que celles couvertes de goudron ou de cailloux, car le bâtiment subit des chocs thermiques très atténués.
Au Canada, les projets commerciaux et résidentiels incluant des toits végétaux sont encore peu nombreux (une vingtaine au Québec), mais les produits et l'expertise sont maintenant disponibles. Il y aurait, parmi les baby-boomers, une certaine popularité des toits-jardins, sortes de prés fleuris pour condominium ou appartement de ville.
Parmi les toitures végétalisées les plus connues, on note celles du Mountain Equipment Co-op de Toronto et des Pavillons Lassonde, de l'École polytechnique de Montréal.
Au Japon, la ville de Tokyo exige que toute construction occupant plus de 10 000 pieds carrés de terrain soit couverte de végétaux sur 20 % de sa surface.
Aux États-Unis d'Amérique, les toitures vertes ont longtemps été associées à des concepts marginaux d'architecture bio-climatique, enfouie et recouverte de terre. Cette architecture d'abri anti-atomique n'a pas connu une grande popularité. La venue de nouveaux systèmes de culture plus légers et les nouveaux enjeux environnementaux ont relancé l'intérêt pour ces toitures. On parle maintenant de toitures durables qui ajoutent une qualité de vie aux immeubles résidentiels urbains.
Ce pays a pris beaucoup de retard par rapport à ses voisins. Mais depuis 2006, la ville de Paris rend le mur et/ou la toiture végétalisé(s) obligatoire(s) si une demande de permis de construire ne prévoit pas un taux suffisant d'espaces végétalisés au sol.
La mise en place de ces terrasses et toitures plantées sont susceptibles d’apporter un certain nombre d’avantages parmi lesquels certains sont d’utilité publique. Les avantages des toitures végétales sont destinés tant aux propriétaires qu'à la société dans son ensemble.
Un impact technique sur la durabilité et le confort du bâtiment. En effet, les toitures végétalisées offrent :
Judicieusement conçues, les toitures végétalisées redonnent aux villes, notamment industrielles, une indéniable valeur esthétique et valorisent l’habitat en offrant une bonne solution pour que le bâtiment s’intègre dans son environnement.
Amélioration de la qualité de l’air (hygrométrie, poussières, toxiques). La végétation supplémentaire apportée par les toits végétaux crée un apport d'oxygène dans les villes tout en filtrant bon nombre de polluants atmosphériques tels le dioxyde de soufre ou l'oxyde d'azote. De plus, les végétaux retiennent la poussière et réduisent la quantité de particules en suspension dans l'air.
Les toitures végétalisées contribuent à rendre la ville plus " calme ", moins stressante. Les habitants retrouvent une certaine harmonie urbanisme-nature.
On a pu constater, sur les expériences déjà réalisées dans divers pays européens, que les écotoits contribuent à une réduction des dépenses dans plusieurs domaines, entre autres, une réduction des dépenses de santé, de nettoyage (des poussières dans la rue par exemple, qui, en raison de leur quantité et de leur relative toxicité commencent à poser des problèmes d’élimination et de stockage), des dépenses d’entretien et de réparation dues aux inondations, aux pollutions dues aux crues subites engendrées par l’imperméabilisation des sols, aux dysfonctionnements des réseaux d’eaux pluviales ou d’égout, des stations d’épuration, etc.
L'ajout d'un toit végétal offre une aire extérieure additionnelle aux occupants. En zone urbaine, cette aire extérieure supplémentaire est recherchée et ajoute une plus-value pour la vente ou la location. Pour les édifices à bureaux, le toit-terrasse vert ajoute du prestige aux entreprises qui y ont un accès direct. Cet espace vert extérieur devient un reflet de l'engagement social de l'entreprise. L'espace vert extérieur crée aussi un climat propice aux rencontres et aux bonnes relations entre les employés.
Pour un bâtiment public (école, lieu de travail, etc.), les coûts de construction sont plus élevés, mais compensés à long terme. On estime qu'un tel environnement augmente la productivité de ses occupants de 5 à 15 %, tandis que la construction représente 2 % des coûts à long terme et la masse salariale, 92 % (le 6 % restant est pour l'exploitation du bâtiment).[1]
L'ajout d'un substrat de culture et de végétaux nécessite une structure suffisamment forte du toit, une étanchéité parfaite, une pente relativement faible et un accès facile pour l'entretien durant les premières années...
Un toit vert ou végétal est constitué essentiellement de cinq composantes. En partant du support de toit, on retrouve :
L'épanouissement des plantes du toit végétal prend quelques années.
Elle peut être en béton, acier ou bois, mais doit supporter le poids de l’installation prévue, gorgée d'eau ou couverte de neige.
Le toit peut être plat ou incliné (35° au maximum). Il est recommandé de construire des terrasses avec une pente minimale de 1 à 2 %, pour diminuer l’épaisseur de la couche drainante et donc le poids de la structure.
Comme pour toute toiture, elle est essentielle. L'importance de la couche d'étanchéité ne doit jamais être sous-estimée ; une terrasse végétalisée bien faite fuit beaucoup moins que si elle ne l'était pas, mais les coûts de réparation d'une fuite sont souvent au moins doublés comparés aux toitures-terrasses classiques. Le complexe isolant doit être résistant à la compression et aux racines. Les membranes bitumineuses APP sont adaptées, mais dans leurs versions "anti-racine" uniquement. Elles offrent une épaisseur plus importante que leurs sœurs synthétiques et présentent moins de problème de recyclage selon leurs promoteurs. L'application en deux couches d'une membrane anti-racine est recommandée. Malheureusement, il pollue l'eau pluviale, et donc l'aquasystème. Les meilleures étanchéités sont le polyoléfine / TPO / FPO (cartouche éthylène propylène + polypropylène) et en deuxième, le caoutchouc synthétique (EPDM) car le PVC dégage des dioxines et la plupart des bitumes (mais pas tous) contiennent un herbicide (pas recommandé) pour empêcher la pénétration des racines. Les choix des espèces, le type de drainage (barrière composée d’une couche d’air) et l’entretien régulier rendent inutile le traitement herbicide inclus dans le bitume. Cependant, la réglementation exige l’ajout d’une couche anti-racine car les fabricants d’étanchéité utilisent du bitume qui est une base "attirant" les racines. Les essais faits en Allemagne par le FLL sont les meilleurs indicateurs de performance des systèmes disponibles en Europe.
Remarque : Selon l'épaisseur et le type de substrat et le climat local, certaines plantes doivent être proscrites. Ceux qui veulent favoriser la biodiversité chercheront à y favoriser les espèces plus locales, mais adaptées à ces " milieux extrêmes " très secs et chauds au plus fort de l'été et exposés aux chocs thermiques de forte amplitude.
Les rouleaux " pré-végétalisés " peuvent être réenroulés pour contrôle ou réparation de l'étanchéité. Certaines terrasses sont couvertes de plantes en godets qu'on peut enlever ou déplacer.
Une membrane de drainage de polyéthylène gaufrée sert à créer un espace de drainage d'environ 3/8 po (10 mm) de hauteur qui dirige l'eau de pluie vers le drain du toit ou vers les gouttières extérieures. Son choix dépendra principalement de la pente du toit (granulat meuble, géotextile de drainage, …). Cette membrane de drainage ne doit pas être obstruée par le sol/substrat. On peut lui adjoindre un filtre qui évite le colmatage de la couche de drainage avec les particules du substrat. Elle est donc recouverte d'un filtre géotextile non-tissé qui retient les fines particules du sol et laisse l'eau s'égoutter. Ce géotextile absorbe aussi l'eau qui la traverse, offrant un milieu humide pour les racines des plantes. Le géotextile non-tissé offre peu de résistance aux racines qui le pénètrent en réduisant son efficacité. On le recouvre généralement d'un autre géotextile (polyéthylène tissé traité anti-racine) qui a pour rôle de bloquer les racines.
Pour les toitures de graminées, les architectes paysagistes ont longtemps recommandé un minimum de 12 pouces de terre sur les toits végétaux, mais la terre devient très lourde lorsqu'elle est saturée d'eau (environ 100 lbs/pi.cu.) avec des risques de dommages à l'étanchéité et à la structure d'un immeuble classique si elle n'a pas été soigneusement renforcée. Le milieu étant moins favorable aux vers de terre, la terre tend à se compacter, évacuant l'oxygène nécessaire à la survie des plantes. Les erreurs passées incitent à attacher la plus grande importance au substrat qui doit permettre la vie des plantes, sans recherche de productivité (laquelle demanderait un entretien accru).
Le substrat doit être léger et résistant à la compaction tout en retenant l'eau. Sa composition est généralement faite de compost végétal de feuilles ou d'écorces mélangé à des agrégats de pierres légères et absorbantes (pierre ponce, matériau expansé, éventuellement récupération de déchets de tuiles broyés..) ayant un diamètre de 1/8 à 1/2 pouce (3 à 12 mm). Les agrégats représentent un volume variant de 40 à 70 % du substrat de culture en fonction de l'épaisseur de substrat, de l'irrigation (si engazonnement) et du type de culture souhaité. L'épaisseur totale du substrat peut ainsi être réduite à seulement 4 po (10 cm) d'épaisseur, voire moins pour les rouleaux prévégétalisés de sédums. 10 cm est en zone tempérée l'épaisseur minimale convenant aux plantes très résistantes au gel. 15 cm sont nécessaires pour bénéficier d'une plus grande variété de plantes (sauf s'il s'agit de sédums, dans le cas de rouleux prévégétalisés).
Ses capacités de rétention en eau, de perméabilité, de résistance à l’érosion, de densité conditionnent le bon fonctionnement du système.
Techniquement, toutes les plantes peuvent pousser sur les toits mais certaines peuvent nécessiter des soins constants pour les préserver d'un soleil permanent, du gel et des grands vents. Dans la plupart des cas, la végétation ne sera qu’herbacée ou arbustive. Elle sera choisie en fonction du climat de la région, de l’ensoleillement, de la pente du toit, etc. De manière générale, on devrait privilégier des plantes vivaces et indigènes très résistantes aux températures extrêmes et qui s'implanteront rapidement pour couvrir les surfaces de sol afin de réduire son assèchement par le soleil et le vent. Les couvre-sols ont aussi l'avantage de laisser peu de place aux mauvaises herbes et de réduire l'entretien. Les plantes alpines et celles adaptées aux zones 3 conviennent bien à cet usage.
Les plantes à privilégier peuvent être :
Selon l'épaisseur de substrat et le degré d'arrosage souhaité, on pourra faire une plantation de type extensive, semi-extensive ou intensive.
Il s'agit d'un type de plantation de faible épaisseur de substrat (4 à 6 pouces) qu'on ne veut pas nécessairement arroser, sauf en cas de sécheresse prolongée. Cette plantation utilise surtout des couvre-sols très rustiques capables de supporter des sécheresses et qui prennent rapidement de l'expansion pour ombrager le sol et le stabiliser par leurs racines. Son substrat de culture contiendra jusqu'à 70 % d'agrégats poreux, en volume, afin de conserver le plus d'eau possible.
C'est aussi une plantation de faible épaisseur (6 pouces) ayant généralement un système d'arrosage automatique goutte-à-goutte se faisant par petits conduits situés sous le substrat de culture entre le géotextile filtrant et le géotextile anti-racine. Voilà pourquoi le géotextile filtrant doit aussi être un géotextile absorbant. Il absorbe les gouttes d'eau pour humidifier les racines sans réduire leur oxygénation. Ce système est aussi très économe en eau, ne créant presque pas d'évaporation. Ce type de culture peut mélanger les couvre-sols, les plantes à fleurs ou à feuillage, les légumes et même de petits arbustes ou des grimpants comme la vigne vierge ou le chèvrefeuille. Le substrat d'une culture semi-extensive est généralement composé d'environ 50 % d'agrégats poreux.
C'est un type de culture dans des bacs pouvant faire jusqu'à 1 ou 2 mètres de profondeur. La culture intensive peut accommoder des arbres tels des pommetiers décoratifs ou des frênes. De manière générale, il est recommandé de leur poser des haubans pour résister aux grands vents. Ces systèmes devraient toujours être munis d'arrosage automatique pour assurer la survie des arbres. Le volume d'agrégats est souvent réduit à 40 % pour faire place à plus d'éléments nutritifs.
Plusieurs entreprises spécialisées ont mis au point des systèmes complets de verdissement des toitures, fiables et performants. Elles proposent toutes sortes de systèmes, allant des tapis pré-végétalisés à la station d'arrosage automatisée. L’intégration d’un toit vert dans le bâtiment sera d’autant mieux réussie si elle est envisagée dès la conception du bâtiment, mais elle est toutefois réalisable sur des constructions déjà existantes.
Les coûts d’entretien et surcoûts de construction sont faibles, en comparaison des services rendus, particulièrement pour les terrasses plantées en extensif qui ne nécessitent qu’un nettoyage annuel des écoulements, et aucun arrosage ni entretien. Cette technique, qui est parfaitement au point et relativement aisée à mettre en place, ne provoque pas l’altération du bâtiment. Au contraire, la stabilité et l’étanchéité des toitures végétalisées sont supérieures aux toitures plates classiques.