Les toitures végétalisées, de plus en plus populaires, offrent une alternative durable et esthétique aux toits traditionnels. Elles contribuent à la gestion des eaux pluviales, améliorent l'isolation thermique et acoustique des bâtiments, favorisent la biodiversité en milieu urbain et améliorent la qualité de l'air. Un élément clé de ces toitures est la couche de drainage, dont la composition et les matériaux sont essentiels pour assurer leur bon fonctionnement et leur durabilité.
Introduction aux Toitures Végétalisées et à leur Rôle dans la Gestion des Eaux Pluviales
Les toitures végétalisées participent activement à la gestion des eaux pluviales qui arrivent sur le bâtiment. Au lieu de rejeter directement cette eau sur le sol, une toiture ou une terrasse végétalisée contribue, grâce à sa constitution, à la régulation du débit d'eau qui s'abat sur la ville. L'absorption de l'eau par le complexe de culture végétale (substrat et végétation) jusqu'à saturation est un processus important. La quantité d'eau absorbée dépend de l'épaisseur du substrat, de sa composition et de l'état hydrique du substrat au moment des précipitations.
Une fois le substrat saturé, le débit d'eau dépend de la capacité de débit dans le plan de la couche drainante. Cette couche est donc cruciale pour éviter l'asphyxie des racines et assurer la libre circulation de l'eau vers les exutoires.
Rôle et Importance de la Couche de Drainage
La couche de drainage joue un rôle crucial dans la pérennité d'une toiture végétalisée, surtout pour les toits plats ou ceux dont la pente est inférieure ou égale à 5 %. Sa fonction principale est d'évacuer l'eau en excès, empêchant ainsi l'asphyxie des racines des plantes. Elle permet une circulation libre de l'eau vers les exutoires, assurant un environnement sain pour la végétation.
Composition Typique d'une Toiture Végétalisée
Pour comprendre le rôle de la couche de drainage, il est essentiel de connaître la composition générale d'une toiture végétalisée. Comme un millefeuille, elle est constituée de plusieurs couches superposées :
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- Support porteur: La base de la toiture, pouvant être en béton, en acier ou en bois. Il doit être capable de supporter le poids de l'ensemble de la structure, y compris la végétation, le substrat et l'eau.
- Isolation: Une couche isolante (laine de verre, laine de roche, polystyrène extrudé, etc.) pour améliorer l'efficacité énergétique du bâtiment.
- Pare-vapeur: Un film placé contre l'isolant pour empêcher la vapeur d'eau de stagner dans les parois et les couches d'isolant.
- Complexe d'étanchéité: Essentiel pour prévenir les infiltrations d'eau dans la structure du bâtiment. Il est généralement constitué d'un support d'étanchéité, d'un revêtement (bitume, asphalte ou matériaux synthétiques) et de relevés d'étanchéité. Une couche anti-racines peut être ajoutée pour protéger l'étanchéité contre la pénétration des racines.
- Complexe de végétalisation: La partie supérieure de la toiture végétalisée, comprenant :
- La couche de drainage.
- La couche filtrante.
- Le substrat de culture.
- La végétation.
Les Matériaux Constituant la Couche de Drainage
La couche de drainage est conçue pour assurer l'évacuation de l'eau excédentaire. Le choix des matériaux est donc primordial. On distingue principalement :
- Granulats minéraux meubles: Ces matériaux, tels que le gravier, la pouzzolane ou l'argile expansée, offrent une bonne capacité de drainage et sont relativement légers. Ils permettent une circulation efficace de l'eau tout en évitant la stagnation. Un drain minéral (terre cuite ou pouzzolane, par exemple, matériau imputrescible) est préconisé dans les secteurs caractérisés par un climat sec ou continental.
- Plaques de polystyrène alvéolé: Ces plaques, légères et résistantes, sont conçues avec des alvéoles qui permettent le stockage temporaire de l'eau et son évacuation progressive. Elles offrent une bonne isolation thermique et contribuent à alléger la charge sur la structure du bâtiment.
- Matériaux géotextiles: Ces textiles techniques, fabriqués à partir de fibres synthétiques, sont perméables à l'eau mais retiennent les particules fines. Ils permettent de drainer l'eau tout en empêchant le colmatage de la couche de drainage par le substrat de culture.
Le choix du type de couche drainante est conditionné par la pente de la toiture, la résistance de la structure porteuse, ainsi que l'épaisseur et la nature du substrat.
La Couche Filtrante : Un Complément Indispensable
Pour éviter le colmatage de la couche drainante par des particules du substrat de culture, il est souvent nécessaire d'ajouter une couche filtrante. Cette couche, généralement constituée d'un géotextile, retient les particules du sol tout en laissant s'écouler l'eau. Elle offre également un support d'accrochage pour les racines des plantes.
La couche filtrante est primordiale, même en l’absence de couche drainante. Dans ce cas, la couche filtrante reste obligatoire sur au moins 1,50 m au droit de l’ensemble des dispositifs de séparation et autour des Entrées d’Eaux Pluviales (EEP).
Le Substrat de Culture : Support de la Végétation
Le substrat de culture est un mélange léger et poreux qui sert de support aux plantes. Sa composition est adaptée pour retenir l'eau tout en offrant une bonne aération. Des substrats de culture spécifiques ont été créés pour être légers, perméables et résistants. Ils sont souvent constitués d’un mélange de roches volcaniques ou d’agrégats de pierres légères et absorbantes ayant un diamètre de 0 à 12 mm, associés à des composants organiques tels que de la tourbe ou du compost d’écorce. L'épaisseur totale du substrat peut être réduite à 2 cm d'épaisseur pour les rouleaux prévégétalisés, 12 à 15 cm permettant de bénéficier d'une plus grande variété de plantes.
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Végétation Adaptée aux Toitures Végétalisées
Le choix des végétaux est crucial pour la réussite d'une toiture végétalisée. Les plantes doivent être adaptées au climat de la région, à la pente du toit, à l'épaisseur du substrat, à l'arrosage nécessaire et à l'ensoleillement. Le plus souvent, la végétation sera composée de mousses, de plantes couvre-sols et parfois d’herbacées. Des plantes vivaces résistantes aux variations de températures et qui réduiront le dessèchement des sols par le soleil et le vent pourront orner la toiture végétalisée.
On distingue trois types de végétalisation :
- Extensive: Un tapis végétal composé de sedums, des plantes vivaces succulentes qui ne demandent quasiment aucun entretien et qui s’adaptent facilement au climat.
- Semi-intensive: Une optimisation de la terrasse-jardin avec des matériaux de culture spécifiques qui se substituent à la terre végétale, la couche de drainage participant aussi à la rétention d’eau.
- Intensive: Un jardin véritable, avec de la terre végétale en couche épaisse et des végétaux pouvant aller du gazon aux arbres.
Zone Stérile et Évacuation des Eaux Pluviales
En bordure de toit, l’installation d’une zone de séparation entre la zone stérile et la zone végétalisée est obligatoire. Les matériaux utilisés permettent de retenir la couche de culture tout en assurant le passage de l’eau vers les équipements d’évacuation (entrées d’eaux pluviales). Le dispositif de séparation peut être constitué par un élément muni d’ouvertures représentant 25 % de sa surface si la couche drainante est interrompue ou d’un élément étanche si cette couche drainante est continue jusqu’à la zone stérile. La couche filtrante remonte le long du dispositif pour border le support de culture.
La zone stérile est un espace aménagé sur la toiture, dont le but est de faciliter l’accès aux relevés d’étanchéité et aux évacuations d’eaux pluviales, pour l’entretien, et permettre une hauteur des relevés conforme aux normes DTU les concernant, quelle que soit l’épaisseur du complexe de végétalisation en partie courante. Elle doit aussi être présente autour des dispositifs d’évacuation d’eau pluviale et émergences. La largeur de cette zone stérile est au minimum de 40 cm.
Les entrées d’eaux pluviales sont réalisées en conformité avec les normes NF DTU de la série 43 et leur entretien est identique à celui des équipements des terrasses inaccessibles habituelles. Différents corps d’état (plombier, couvreur, etc.) peuvent être impliqués dans l’installation du système de récupération des eaux d’arrosage excédentaires.
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Abattement Pluvial et Régulation des Eaux
Les eaux qui ne seront pas directement déversées mais au contraire stockées et consommées par la végétation de la toiture sont parfois règlementées. C'est ce qu'on appelle l'abattement pluvial. Dans le contexte des toitures végétalisées, l'abattement pluvial correspond à la quantité de pluie stockée et consommée par la végétation de la toiture et qui n'est donc pas renvoyée vers les réseaux d'assainissement urbains. Il s'exprime en millimètre par jour. Grâce au sol (terre ou substrat) et aux plantes, l'eau est absorbée et évaporée.
Cette régulation consiste à différer l'évacuation des pluies vers les réseaux par rétention temporaire, puis à maîtriser le débit de fuite vers l'aval. Elle s'exprime en litres/seconde/hectare. Actuellement en France, les régulations demandées varient de 1 à 10 L/s/ha.
Sur ce type d’ouvrage, l’évacuation de l’eau peut se faire soit par vidange avec un débit régulé, soit par évaporation et évapotranspiration en présence de végétaux. En général les deux modes sont utilisés de façon complémentaire, la vidange permettant de limiter la quantité d’eau maximum présente sur la toiture. Dans le cas de toitures végétalisées, il est possible d’imaginer des solutions techniques avec une réserve de stockage combinée à la couche drainante.
Avantages des Toitures Végétalisées
Les toitures végétalisées apportent des solutions innovantes aux problèmes d’urbanisation croissante. En absorbant une partie des eaux pluviales, elles participent à limiter les risques d’inondations et à préserver les infrastructures urbaines. Lorsqu’il pleut, une toiture végétalisée agit comme une éponge naturelle. Elle capte l’eau et la retient dans ses couches végétales et son substrat. Cette rétention réduit la quantité d’eau qui s’écoule dans les systèmes de drainage urbain. Les plantes, combinées au substrat, absorbent une partie de l’eau de pluie pour leur croissance. Une autre partie est évaporée, grâce au processus naturel d’évapotranspiration. En retardant le ruissellement, le toit végétal joue un rôle important lors des fortes pluies.
En plus de gérer les eaux pluviales, une toiture végétale améliore la qualité de l’air, favorise la biodiversité et offre une isolation thermique naturelle.
Exemples Concrets de Toitures Végétalisées
- Un centre commercial situé en Allemagne a intégré une toiture végétalisée sur plus de 10 000 m². En plus de réduire considérablement le ruissellement des eaux de pluie, ce toit végétal est devenu un habitat pour de nombreuses espèces d’oiseaux et d’insectes.
- Dans une grande ville française, une école a choisi une toiture végétalisée extensive pour couvrir son bâtiment principal. Ce projet a non seulement amélioré la gestion des eaux pluviales, mais il a également servi de support pédagogique.
- En Scandinavie, un immeuble résidentiel a opté pour une toiture végétalisée intensive avec un substrat profond. En plus de gérer les eaux pluviales, une toiture végétale améliore la qualité de l’air, favorise la biodiversité et offre une isolation thermique naturelle.
Caractéristiques Techniques de la Couche Drainante
Les caractéristiques de la couche drainante doivent être indiquées dans une fiche technique rédigée par son fournisseur sur la base d’analyses réalisées conformément aux prescriptions des RP TTV par un laboratoire indépendant. La couche de drainage peut-être facultative lorsque la pente est comprise entre 3 et 20 %, à condition que la perméabilité verticale du substrat soit supérieure ou égale à 6 mm/min et la rétention maximale en eau du substrat soit supérieure ou égale à 35 % du volume.
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