Biodiversité : une végétalisation extensive de toiture pour un meilleur climat

Les végé­ta­li­sa­ti­ons de toiture apportent une large con­tri­bu­tion à l’atténuation des effets du chan­ge­ment cli­ma­tique dans les vil­les et com­mu­nes. Elles sti­mu­lent la bio­di­ver­sité, amé­lio­rent le micro­cli­mat, rédui­sent les pol­lu­ants atmo­sphé­ri­ques et abaissent les émis­si­ons sono­res. Par ail­leurs, elles sou­lagent les égouts en cas de pré­ci­pi­ta­ti­ons inten­ses. Pour ce faire, il est indis­pensable d’avoir un con­cept de plan­ta­tion adé­quat et de le réa­li­ser dans les règles de l’art avec les élé­ments appropriés.

D’année en année, le chan­ge­ment cli­ma­tique met en évi­dence des épi­so­des extrê­mes : les inon­da­ti­ons dues à la fonte des gla­ciers ou les pré­ci­pi­ta­ti­ons inten­ses se mul­ti­pli­ent et de sévè­res vagues de chaleur con­tri­buent à une hausse expo­nen­ti­elle de la tempé­ra­ture moy­enne glo­bale. Le rap­port d’experts de l’Agence euro­pé­enne pour l’environnement AEE « Chan­ge­ment cli­ma­tique, impacts et vul­né­ra­bi­lité en Europe»¹ montre que le chan­ge­ment cli­ma­tique en Europe a des impacts éten­dus et néga­tifs sur la bio­di­ver­sité, la société et la santé humaine.

Changement climatique : défis auxquels sont confrontées les villes

Pollution par les particules fines

Les pol­lu­ants atmo­sphé­ri­ques comme ceux pro­ven­ant du tra­fic moto­risé et des com­bus­ti­bles fos­si­les con­tri­buent for­te­ment au chan­ge­ment cli­ma­tique. Le noir de car­bone nocif con­tenu dans ces micro­par­ti­cu­les est le résul­tat de la com­bus­tion incom­plète de com­bus­ti­bles. Ce car­bone absorbe les ray­ons du sol­eil dans l’atmosphère et con­tri­bue ainsi for­te­ment au réchauf­fement cli­ma­tique. Con­trai­re­ment aux espaces verts orga­ni­ques dans les milieux plus ruraux, les nombreu­ses sur­faces dures sur les bâti­ments et les rues imper­méa­bi­li­sées dans les vil­les ne peu­vent pas lier et fil­trer les micro­par­ti­cu­les. C’est une rai­son parmi d’autres expli­quant la plus forte pol­lu­tion de l’air des vil­les. Les minus­cu­les par­ti­cu­les fines ont par ail­leurs des con­sé­quen­ces gra­ves et direc­tes sur la santé humaine. Elles ne mesu­rent que quel­ques micromè­tres, pénèt­rent de ce fait pro­fon­dé­ment dans tou­tes les peti­tes rami­fi­ca­ti­ons des pou­mons et rejoig­n­ent aussi en par­tie les vais­se­aux san­gu­ins et lymphatiques.

Îlots de chaleur urbains

Dans les gran­des com­mu­nes et les vil­les, le réchauf­fement cli­ma­tique se mani­feste en plus par l’effet d’îlot de chaleur urbain (Urban Heat Island Effect). Cet effet se res­sent par­ti­cu­liè­re­ment dans les zones à con­s­truc­tion dense dans les­quel­les l’apport d’air frais et rafraîchis­sant est limité par de nombreux obs­ta­cles aux cou­rants d’air (bâti­ments). Vient s’y ajou­ter le fait que les bâti­ments dont les toits et les faça­des sont en béton, en verre ou en crépi se réchauf­fent dans la jour­née et trans­fè­rent la chaleur dans les piè­ces inté­ri­eu­res. Lors­que la nuit arrive, ils resti­tu­ent la chaleur – c’est pour­quoi il fait par­ti­cu­liè­re­ment chaud la nuit dans les vil­les. Les écarts de tempé­ra­ture par rap­port aux zones non bâties peu­vent att­eindre 10 °C.

Baisse de la biodiversité

Une bio­di­ver­sité éle­vée avec ses nombreux éco­sys­tè­mes a un impact direct sur la santé et le bien-être des humains. Tou­te­fois, le chan­ge­ment cli­ma­tique amène la faune et la flore auto­ch­tone à modi­fier leur cycle de vie et à se diri­ger vers le nord ou vers des zones de plus haute alti­tude. En con­sé­quence, la bio­di­ver­sité régio­nale et, avec elle, sa diver­sité flo­ris­tique et fau­nis­tique bais­sent. Ces éco­sys­tè­mes ne sont plus en mesure de con­tri­buer à la santé humaine. C’est une des rai­sons pour les­quel­les l’ONU a éga­le­ment placé la pré­ser­va­tion de la bio­di­ver­sité dans ses 17 objec­tifs de déve­lo­p­pe­ment dura­ble (Objec­tifs de déve­lo­p­pe­ment dura­ble ODD – Sus­tainable Deve­lo­p­ment Goals SDG).

Avantages des toits végétalisés par rapport aux toits conventionnels

Les toitures occup­ent une part importante de l’espace urbain. En même temps, les toitures pré­sen­tent un fort potentiel pour atté­nuer sen­si­blem­ent, et de manière mesura­ble, les impacts du chan­ge­ment cli­ma­tique. Pour cette rai­son, de nombreu­ses vil­les et com­mu­nes ont pris des mesu­res urba­nis­ti­ques et réa­gis­sent à la pres­sion que repré­sente l’évolution du cli­mat en végé­ta­li­sant les toitures.

Les toits végé­ta­li­sés pré­sen­tent un cer­tain nombre d’avantages par rap­port aux sur­faces de bâti­ment con­ven­ti­on­nel­les². On citera en pre­mier lieu les fon­c­tions de régu­la­tion du cli­mat à l’échelle locale, la fon­c­tion d’habitat pour la faune et la flore et la mise en valeur des vil­les et loca­li­tés. Les toits végé­ta­li­sés emma­gasi­nent de l’eau plu­viale, pro­dui­sent de l’oxygène et ne se réchauf­fent que dans une moindre mesure, même lors­que les tempé­ra­tures sont très éle­vées. Des espè­ces végé­ta­les et ani­ma­les peu­vent s’implanter sur des sites non per­tur­bés et redon­nent une chance à la nature dans les zones habi­tées⁵. L’utilisation des toits comme espaces verts est une con­tri­bu­tion éco­lo­gi­que et une com­pen­sa­tion dans le cadre de pro­jets de con­s­truc­tion. Il en découle de nombreux avantages :

• Pré­ser­va­tion ou exten­sion d’habitats pour la faune et la flore
• Régu­la­tion de la tempé­ra­ture et com­pen­sa­tion microclimatique
• Ges­tion opti­male des eaux plu­via­les par l’emmagasinement de ces eaux avec écou­le­ment dif­féré et évaporation
• Absorp­tion de pol­lu­ants atmosphériques
• Mesu­res plus rigou­reu­ses de pro­tec­tion contre le bruit
• Pro­tec­tion de l’étanchéité du toit et, par là même, pro­lon­ga­tion de la durée de vie des toitures
• Meil­leure iso­la­tion ther­mi­que d’abris et de bâtiments
• Mise en valeur des loca­li­tés et des vil­les, d’espaces rési­dentiels et de bâti­ments admi­nis­tra­tifs lors­que les toitures sont visibles
• Baisse des coûts de réno­va­tion, d’énergie et d’élimination des eaux usées

Végétalisations extensives

Les toitures à végé­ta­li­sa­tion exten­sive se com­po­sent le plus sou­vent d’une seule couche. La hauteur de mon­tage est rela­ti­ve­ment fai­ble et la couche de sub­strat d’environ 15 cm. Il est ainsi pos­si­ble de végé­ta­li­ser des toits dont la capa­cité de charge est fai­ble, par exemple des abris à vélos ou des abris pour voy­a­ge­urs, des abris de voitures ou des gara­ges. La capa­cité de charge maxi­male du toit est de 80 à 230 kg/m². La fine couche de sub­strat impose de se limi­ter à une végé­ta­tion résistante à la sécher­esse. De tel­les végé­ta­li­sa­ti­ons exten­si­ves comme les pro­pose Velopa par exemple, se com­po­sent de plan­tes bas­ses peu exi­ge­an­tes et néces­si­tant peu de soins comme les plants de sédum, les fleurs sau­va­ges ou les mélan­ges d’herbes. Con­trai­re­ment aux végé­ta­li­sa­ti­ons inten­si­ves, les végé­ta­li­sa­ti­ons exten­si­ves ne deman­dent pas de soins dur­a­bles, car elles se régé­nè­rent elles-mêmes – il n’est pas néces­saire de les arro­ser sauf pen­dant les trois pre­miè­res semaines. Il n’est pas indis­pensable non plus de leur don­ner des eng­rais. De tels toits verts sup­port­ent sans pro­blème à la fois des péri­odes sèches et des péri­odes plu­vieu­ses et sont extrê­me­ment résistants aux con­di­ti­ons météo­ro­lo­gi­ques extrê­mes et varia­bles. La struc­ture de toit spé­ciale dotée d’un sou­bas­se­ment thermo-iso­lant en plaques recy­clées pro­tège dura­blem­ent ces plan­ta­ti­ons du gel. Les végé­ta­li­sa­ti­ons exten­si­ves se carac­té­ri­sent par un ent­re­tien mini­mal et de fai­bles coûts d’acquisition et d’entretien par rap­port aux toitures dont la végé­ta­li­sa­tion est intensive.

Impacts des toitures végétalisées sur le climat urbain

La toiture végétalisée – habitat pour la faune

Un toit vert amé­nagé pour la faune sti­mule la bio­di­ver­sité dans les zones urbai­nes. Quel­ques pré­cau­ti­ons sont à prendre pour qu’un toit à végé­ta­li­sa­tion exten­sive offre un habi­tat idéal à une bio­di­ver­sité riche en espè­ces. Il faut notam­ment veil­ler à choi­sir un mélange de plan­tes adé­quat et un nombre suf­fi­sant de fleurs pour atti­rer les insec­tes volants pré­cieux tels que les papil­lons et les abeil­les. De cette manière, le toit vert offre un bio­tope idéal à de nombreu­ses espè­ces ani­ma­les dans l’espace urbain :

• colé­op­tères
• arai­gnées
• four­mis
• abeil­les sauvages
• papil­lons
• sau­te­r­el­les
• oise­aux

La toiture végétalisée – habitat pour la flore

Outre la struc­ture de toit qui se com­pose de l’isolation et du sub­strat, la végé­ta­tion pla­cée sur le bâti­ment est à la base d’une végé­ta­li­sa­tion effi­cace. Le choix des plan­tes dépend de la hauteur dis­po­nible du sub­strat et de sa nature – il doit garan­tir une capa­cité éle­vée de réten­tion de nut­ri­ments et d’eau et être en même temps per­méa­ble à l’eau. Les sub­strats idéaux se com­po­sent d’un mélange équi­li­bré de sub­s­tances miné­ra­les et orga­ni­ques comme la lave, la ponce, l’argile expan­sée ou l’humus d’écorces. Les plan­tes sur les toits à végé­ta­li­sa­tion exten­sive se con­ten­tent le plus sou­vent de quel­ques cen­timè­tres de substrat.

La flore sur les toits à végétalisation extensive

Les plan­tes les plus adap­tées aux toits à végé­ta­li­sa­tion exten­sive sont en pre­mier lieu les espè­ces de sédum. Ces plan­tes gras­ses qui résis­tent toute l’année restent de petite taille et, pri­ses ensem­ble, res­sem­blent à un tapis végé­tal. Grâce à leur capa­cité éle­vée de réten­tion d’eau et leurs fai­bles beso­ins en nut­ri­ments, elles sont peu exi­ge­an­tes et ne néces­si­tent guère de soins. Elles sup­port­ent sans pro­blème des péri­odes de sécher­esse ou de froid pro­lon­gées. Les raci­nes des plants de sédum n’étant que peu déve­lo­p­pées, il suf­fit d’avoir une fine couche de sub­strat. Elles con­vi­en­nent donc par­ti­cu­liè­re­ment aux toits dont la capa­cité de charge est fai­ble, par exemple aux abris à vélos, aux abris pour voy­a­ge­urs, aux abris de jard­ins, aux parcs de sta­ti­on­ne­ment ou aux abris de voitures. Lors du choix du mélange de semen­ces, il con­vi­ent de veil­ler à ce qu’il soit adapté à la végé­ta­li­sa­tion exten­sive de toitures. On pri­vilé­giera les plan­tes sau­va­ges typi­ques de la région, car elles trou­vent l’habitat idéal dans la zone cli­ma­tique respec­tive. Vu les con­di­ti­ons cli­ma­ti­ques en Suisse, on optera pour des mélan­ges de plants de sédum, des mélan­ges d’herbes et de plants de sédum ou des mélan­ges de fleurs sau­va­ges et de plants de sédum, qui atti­rent les insec­tes typi­ques de la région.

Régulation de la température et effet rafraîchissant

Dans les vil­les ou les com­mu­nes de grande taille, l’habitat con­densé et le grand nombre de sur­faces imper­méa­bi­li­sées (rues, places, toits) rédui­sent les apports d’air frais et ent­raî­nent une resti­tu­tion plus importante de la chaleur emma­gasi­née dans les faҫa­des des bâti­ments. La pres­sion ther­mi­que y est donc plus éle­vée que dans le milieu rural. Les toits végé­ta­li­sés amé­lio­rent ces con­di­ti­ons micro­cli­ma­ti­ques dans les vil­les, autant durant la jour­née que pen­dant la nuit. Des étu­des mont­rent que les toits végé­ta­li­sés ont une sur­face net­te­ment plus fraîche que les toits recou­verts de bitume, de gra­vier, de tôle, de tui­les ou de bri­ques. Par ail­leurs, ils sti­mu­lent l’évapotranspiration⁶ (l’eau que dégagent les plan­tes). Enfin, les dif­fé­ren­tes par­ties des plan­tes et la terre se trou­vant au-des­sous ombragent le revête­ment du toit, ce qui sert de pro­tec­tion contre le soleil.

Des ana­ly­ses² mont­rent qu’en plein été le ray­on­ne­ment solaire fait mon­ter la tempé­ra­ture du revête­ment d’un toit en bitume à plus de 70 °C. Sur un toit à végé­ta­li­sa­tion exten­sive avec une couche de sub­strat de 15 mm, la tempé­ra­ture mesu­rée est rela­ti­ve­ment basse, le plus sou­vent de seu­le­ment 25 °C.

Rétention des eaux pluviales

Dans le sil­lage du chan­ge­ment cli­ma­tique, le nombre d’intempéries accom­pa­gnées de plu­ies inten­ses aug­mente de manière signi­fi­ca­ti­ve⁷. Les zones urbai­nes notam­ment qui com­pren­nent de gran­des sur­faces dures et non orga­ni­ques sont con­fron­tées à la surcharge tem­po­raire des sys­tè­mes d’évacuation des eaux en cas de pré­ci­pi­ta­ti­ons inten­ses et per­sistan­tes. L’eau plu­viale rete­nue par les toits verts et resti­tuée de manière dif­fé­rée (réten­tion de l’eau plu­viale) décharge for­te­ment les égouts. Ainsi, la réten­tion d’eau d’un toit à végé­ta­li­sa­tion exten­sive cor­re­spond à 50–60 % des précipitations⁸.

Absorption de polluants atmosphériques

Les plan­tes et les feuilles sur les toits végé­ta­li­sés absor­bent les par­ti­cu­les fines, très dan­ge­reu­ses pour l’homme. Les par­ti­cu­les se dépo­sent sur les feuilles des plan­tes sur les toits verts et y adhè­rent jusqu’à ce que la pluie les lave et les fasse tom­ber sur le sub­strat dans lequel elles sont fil­trées – il est ainsi pos­si­ble de réduire nota­blem­ent les par­ti­cu­les fines dans l’air. Les plants de sédum peu­vent absor­ber jusqu’à 10 g de par­ti­cu­les fines d’un diamètre de 10 μm (PM10) par m² et par an. Les plan­tes se trou­vant sur le toit rédui­sent, outre les par­ti­cu­les fines, les apports de dioxyde de soufre (SO₂), de dioxyde d’azote (NO₂) et d’ozone (O₃).

Réduction du bruit

Les toits végé­ta­li­sés sont moins sen­si­bles aux vibra­ti­ons que les toits non végé­ta­li­sés. Avec le sub­strat et les plan­ta­ti­ons, les toits verts absor­bent for­te­ment le bruit de la cir­cu­la­tion rou­tière. Une autre étu­de⁹ a com­paré l’isolation acous­tique d’un toit non végé­ta­lisé et d’un toit végé­ta­lisé. Il découle des mesu­res effec­tuées à l’intérieur des bâti­ments une réduc­tion du bruit de 33 dB pour un toit con­ven­ti­on­nel et de 41 à 51 dB pour un toit végétalisé.

Conclusion

Les végé­ta­li­sa­ti­ons de toitures sont un com­po­sant effi­cace d’une infra­struc­ture urbaine verte pour rele­ver les défis cli­ma­ti­ques aux­quels sont con­fron­tées les vil­les et les com­mu­nes. Bien conҫue, une végé­ta­li­sa­tion exten­sive de la toiture con­tri­bue de manière net­te­ment per­cep­ti­ble à l’amélioration du cli­mat local, à la réten­tion des eaux plu­via­les, à l’absorption de pol­lu­ants atmo­sphé­ri­ques et à la réduc­tion du bruit. Par ail­leurs, elle sti­mule la bio­di­ver­sité dans les espaces urbains et est un fac­teur important du déve­lo­p­pe­ment dura­ble en milieu urbain – notam­ment dans les espaces très denses.

Sources :

¹ Euro­pean Envi­ron­ment Agency EEA : Cli­mate change, impacts and vul­nerabi­lity in Europe 2016
² Dr.-Ing. Sebas­tian Schmauck, Bun­des­amt für Natur­schutz (Office fédé­ral de la pro­tec­tion de la nature), Leipzig
³ San­di­fer, Sut­ton-Grier, Ward : Oppor­tu­ni­ties to enhance health and bio­di­ver­sity conservation
⁴ Prof. Dr. Wil­helm Kuttler, Stadt­öko­lo­gie: ein Fach­buch für Stu­dium und Pra­xis (Éco­lo­gie urbaine : un ouvrage pour les étu­des et la pratique)
⁵ Ville de Zurich, Tief­bau- und Ent­sor­gungs­de­par­te­ment (Dépar­te­ment de génie civil et d’assainissement)
⁶ Kyle Liu, Tai­pei Uni­ver­sity of Techon­logy, Bas Bas­ka­ran : Ther­mal per­for­mance of green roofs through field evaluation
⁷ Cli­mate Ser­vice Cen­ter 2012
⁸ Prof. Dr Hans-Joa­chim Lies­ecke, Uni­ver­sité d’Hanovre
⁹ Gary Grant, Luke Eng­le­back, Barry Nichol­son : Green Roofs – Sta­tus and poten­tial for con­ser­ving bio­di­ver­sity in urban areas