Les toitures vegetalisees et leurs importances

La végétalisation des enveloppes des bâtiments est considérée comme l’une des meilleures techniques pour améliorer les conditions interne et externe des constructions urbaines. Comparée au toit ordinaire, le toit vert permet la gestion des eaux pluviales [1], [2], la réduction de la pollution de l’air [3], [4] ou encore le bruit urbain[5]. La végétalisation des toits urbains permet également d’augmenter la biodiversité animale et végétale en ville [6], [7] et de convertir par photosynthèse le dioxyde de carbone en oxygène [4], [8]. Cette technique de revêtement des bâtiments par des couches végétales améliore l’isolation thermique des bâtiments en réduisant approximativement de 70 à 90% le gain de chaleur en été et de 10 à 30% la perte de chaleur en hiver [9], réduit la consommation d’énergie et améliore la condition interne en période de haute température. Beaucoup de travaux ont déjà été effectués concernant les avantages des couvertures végétales installées sur les toits des bâtiments. Malgré les nombreuses variétés de plantes endémiques pouvant être utilisées en terme de végétalisation des toits des bâtiments, très peu d’études ont été effectuées et le potentiel du toit vert reste encore un sujet de recherche ignoré à Madagascar.

Les intérêts d’un toit vert 

HISTORIQUE DE LA TOITURE VEGETALISEE 

Les toits verts également appelés toits écologiques ou toitures végétalisées ont un long siècle d’histoire. Les premiers types de tels toits verts célèbres remontent au jardin suspendu de Babylone (VIIIème siècle av. J.C) et ceux de Gênes (Italie). La technique de revêtement des toitures par des couches végétales se fait depuis toujours dans de nombreux pays scandinaves et de l’Europe. Depuis des millénaires, les amérindiens ont réalisé la végétalisation de leurs habitations en mélangeant les végétaux herbacés avec de terre dans le but d’obtenir une toiture isolée, assez étanche à l’air et aux pluies et qui peut même résister aux chocs extérieurs. L’inconvénient majeur des toits verts traditionnels est la surcharge apportée par la couche de terre qui exige de charpentes solides avec une couche supplémentaire de protection entre la charpente et la partie végétalisée pour éviter que les charpentes pourrissent. Pour cela, on utilisait souvent des tuiles de bois ou des plaques épaisses d’écorce déroulée des grands arbres comme le bouleau. Les techniques actuelles utilisent des systèmes étanches ou des bâches spéciales anti-racines.

En Allemagne
La technique de végétalisation des toits résidentiels a commencé avec la période de l’évolution industrielle en Allemagne. Ce sont les allemands qui, depuis les années 1960, furent les pionniers de cette technique. Entre 10 ans seulement (1995-2005), 10% des toits des nouvelles constructions ont été végétalisées [10]. D’autre part, plusieurs villes comme Stuttgart ou Hambourg ont encouragé les propriétaires des bâtiments à végétaliser leurs toitures en remboursant le surcoût de ce produit. Actuellement, une surface de 10 000 000m² de nouveaux toits sont en projet de construction chaque année dont trois quart sont extensives .

Au Canada
Bien que de nombreux travaux de recherche concernant les intérêts des toits verts ont été réalisés, les projets incluant les toits écologiques sont encore peu nombreux. Les plus célèbres toitures vertes du Canada sont le Mountain Equipment Coop (Toronto), la toiture de l’École Polytechnique montréalais ou encore le Cépep de Rossemont (Montréal) [10]. On peut également citer les résidences de la gendarmerie royale de Canada, la toiture terrasse de la bibliothèque de Bromont et celle du Vancouver avec 1850m² de surface verte sur sa terrasse que le paysagiste et architecte Oberland Conelia a conçue en 1995.

En Chine
Les chinois sont actuellement conscients des intérêts apportés par cette technique de revêtement des bâtiments. La grande distinction par rapport aux autres pays repose sur le fait de transformer les toitures des résidences urbaines en rizières .

Au Japon
Le Japon fait parmi les premiers pays orientaux possédant des grandes surfaces et résidences couvertes de végétaux. Des lois sont appliquées dans la ville de Tokyo obligeant qu’au moins 20% des surfaces doivent être végétalisées pour les constructions occupant plus de 1000m² [10]. On note par exemple la grande surface végétalisée de l’Université des arts et de la culture de Shizuoka et encore plusieurs autres célèbres constructions couvertes de végétaux.

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La ville de Köbe ainsi que de Kyoto ont suivi cette technique et d’autres villes japonaises sont en phase d’adoption des lois similaires.

En Amérique
La technique de végétalisation des toitures devient de plus en plus populaire aux États-Unis. L’une de plus grandes surfaces végétalisées est celle de l’usine du River Rouge Plant, à Dearborn (Michigan) couvrant 42000m² [12], et conçue par l’architecte William Mc Donough. Il y a également la toiture végétalisée de type intensive du Millenium Park Garage de Chicago avec 99,000 m2 de surface. D’autres célèbres exemples incluent La City Hall Green Roof de Chicago, le siège de Weyerhaeuser à Washington, le siège social de Gap de San Bruno ou encore la toiture ondulée de l’Académie des Sciences de San Francisco (Californie) .

En France
Malgré un certain retard en la filière, plusieurs millions de mettre carré de surface de toiture sont actuellement végétalisées et plusieurs associations comme l’ADIVET [14] et la CSTB [14] réalisent des projets d’installation de toit vert à grande échelle. Toute nouvelle construction doit prévoir un taux suffisant de surface végétalisée au sol sinon le toit ou les murs des bâtiments résidentiels doivent être végétalisés. Selon l’ADIVET, une surface totale d’environ 1,36 millions de mettre carré de toits a été couverte de végétation en 2011 et 22 millions de mettre carré en 2012 pour la capitale française [14]. En fait, 70% de tel marché concernent surtout les publics, 20% pour les grandes surfaces commerciales et locaux industriels, et seulement 10% pour les bâtiments résidentiels individuels. Parmi les toitures vertes extensives les plus connues de France, on cite le nouveau musée l’Historial de la Vendée, à l’Ouest du pays, avec une couverture de 8000m² et celle de l’International School de Lyon avec la même couverture.

Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre I : LES INTERETS D’UN TOIT VERT
I.2- LES TOITURES VEGETALISEES ET LEURS IMPORTANCES
I.2.1- Types de toitures végétales et composantes
I.2.2- Caractéristiques des différents types de toitures végétalisées
I.2.3- Les divers éléments composant une toiture verte
I.2.4- Les atouts d’un toit vert
I.2.4.1- Le toit vert, un facteur de rétention des eaux pluviales
I.2.4.2- Modération de l’effet d’ilot thermique urbain (urban heat island effect)
I.2.4.3- Le toit vert, un atout pour la qualité de l’air urbain
I.2.4.4- Le toit vert, un isolant phonique
I.2.4.5- Le toit vert, un isolant thermique
I.2.4.6- Le toit vert, un facteur d’allongement de la durée de vie pour les toits
Chapitre II : MODELE MATHEMATIQUE ASSOCIE AU TOIT VERT
II.1- MODELE DE LA TOITURE VEGETALISEE
II.1.1- Hypothèses simplificatrices du modèle de la toiture végétalisée
II.1.2- Modèle mathématique associé au sol de croissance des végétaux
II.1.3- Modèle mathématique associé la canopée
II.1.3.1- Flux net de radiation thermique
II.1.3.2- Flux net de radiation solaire
II.1.3.3- Transfert thermique par convection entre les feuilles et l’air
II.1.3.4- Flux de transpiration
II.1.3.5- Flux de chaleur et de vapeur entre surface du sol et l’air
II.1.3.6- Transferts de chaleur et de vapeur entre l’air de la canopée et l’air ambiant
II.1.4- Modèle mathématique associé au support
II.2- ADIMENSIONALISATION DES EQUATIONS OBTENUES
II.3-Modele du toit de reference
II.3.1-Equations de bilan thermique
II.3.2- Modèle des coefficients d’échange thermique
II.3.2.1-Echange par conduction au niveau de la toiture
II.3.2.2-Echange par rayonnement entre la voute céleste et la toiture
II.3.2.3-Echange par convection
II.3.3-Apport solaire au système
II.4-ANALYSE DE SENSIBILITE PARAMETRIQUE DU MODELE
II.5- DONNEES METEOROLOGIQUES
Chapitre III : SIMULATION ET RÉSULTATS
III.1-ESTIMATION DE LA PERFORMANCE ENERGETIQUE
III.2-RESULTATS ET DISCUSSION
III.3- RESULTATS DE L’ANALYSE DE SENSIBILITE
III.3.1-Résultats de l’analyse de sensibilité du flux de chaleur traversant le toit vert en période diurne
III.3.2-Résultats de l’analyse de sensibilité du flux de chaleur traversant le toit vert en période nocturne
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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