Introduire la biodiversité dans la construction et l'urbanisme/L'enveloppe du bâti elle-même /Toitures et terrasses végétalisées (TTV)

Toiture extensive de sédums, utile et pédagogique (centre d'interprétation de la Nature, Parc national du Biesbosch, Pays-Bas)

Les mythiques jardins de Babylone, autrefois considérés comme seconde des sept merveilles du monde

Norðragøta (îles Féroé)

Reconstitution d'habitations Viking au Labrador

L'architecture militaire pour des raisons de camouflage ou de protection contre les obus a utilisé la terre et la végétation en couverture

Toit vert de type « culture intensive » à Manhattan

La végétalisation du toit contribue à l'intégration paysagère

Village islandais de Kvivik (1900)

Graminées sur habitat traditionnel, Musée des traditions d'Oslo

Chaque année, les graines d'érables germent dans la mousse qui couvre ce chaume, mais meurent en été quand le substrat sèche. Aucun pesticide n'est nécessaire pour éviter que les arbres ne poussent sur ce type de substrat

Toit vert (gazon et trèfle) des pavillons Lassonde de l'École Polytechnique de Montréal

Toit vert des Galeries du Parc, à Montréal

Terrasse d'agrément, avec jardin de sédum et buissons, East Asia Institute à Ludwigshafen (Allemagne)

Toiture et chemin de promenade sur le toit de l'Université des arts et cultures de Shizuoka (Japon)

Toit végétal, dans l'ancienne ville de Dali (Montagnes du Yunnan, Chine)

Bâtiment partiellement végétalisé du siège de la Banque brésilienne de développement (BNDES), à Rio de Janeiro.

La biodiversité agricole peut aussi être concernée, comme le montre cet exemple de ferme urbaine et serres commerciales installées sur une toiture terrasse (Fermes Lufa) du quartier Ahuntsic-Cartierville de Montréal

Le principe de la « toitures terrasses végétalisées» (TTV) « toiture végétale » (aussi : « toit vert » ou « toit végétalisé » est ancien. Il remonte probablement à la préhistoire.
Il consiste à recouvrir d'un substrat végétalisé un toit plat ou à faible pente (jusqu'à 35° et rarement plus, au-delà, on parlera de mur végétalisé).

La création d'un « écotoit » présente de nombreux intérêts pour les habitants (intérêt aménitaire) et pour la structure bâtie (exemple : durabilité de l'étanchéité améliorée par la réduction des chocs thermiques). Nous ne traiterons ici que de son intérêt direct ou indirect pour la biodiversité.

Nous bénéficions maintenant du retour d'expérience des systèmes traditionnels et de nombreuses expériences de végétalisation de toiture ou terrasses conduites depuis les années 1970.

Intérêt : Le bâti qui était biologiquement inerte ou inhospitalier pour la plupart des espèces, qui interceptait le cycle naturel de l'eau et qui occupait et stérilisait un espace antérieurement bioproductif, tout en étant facteur de fragmentation écologique devient - une fois correctement végétalisé -support d'un nouveau milieu de vie. Selon les solutions retenues par l'architecte, et selon le contexte, il sera plus ou moins écologiquement utile et intéressant dans une perspective de restauration, gestion ou protection de la biodiversité et de l'Environnement en milieu urbain ou particulier concernant la qualité de l'air et l'atténuation des îlots de chaleur urbaine, entre autres bénéfices possibles.

Types de terrasses

Des 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 ne nécessitant que très peu d'entretien, à la station d'arrosage automatisée.

Variantes

• Les toitures végétales traditionnelles; telles qu'elles ont existé depuis des millénaires dans certains pays scandinaves et européens en zone paléarctique, qui fait aussi encore partie des traditions amérindiennes d'Amérique du Nord. Aux USA, dans la seconde moitié du XIXe siècle des mottes prélevées dans la grande prairie américaine recouvraient souvent les maisons.
  Le principe en 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 cependant de solides et lourdes 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 type de toiture ne convient pas aux climats trop secs.

• Les terrasses dites "extensives" : En zone tempérée ou froide, ces toits végétaux modernes, légers sont insérées dans l'habitat individuel, mais aussi dans de grands projets commerciaux,scolaire, résidentiels, de service ou de loisirs. Peu coûteux et ne nécessitant presque pas d'entretien (d'où leur nom),ils se sont fortement développés depuis les années 1995 (de 1995 à 2005, environ 10 % des toits allemands nouvellement construits, dans une dynamique de haute qualité environnementale 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. L'entretien (annuel ou bisanuel) consiste à veiller à ce que les écoulements de gouttières soient libres). Les surcoûts de construction sont très faibles (ou inexistants par rapport à un dallage ou un carrelage), en comparaison des services rendu.
  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.

D'autres entreprises proposent des bacs plastiques emboitables, prévégétalisés autodrainants, mais comportant une réserve d'eau qui permet a priori un peu plus de diversité floristique que la « classique » terrasse de sedums.

Intérêt écologique et sanitaire

• Végétalisation compensatoire : les terrasses extensives sont des habitats de substitution possibles pour diverses espèces et communautés d'espèces pionnières.
• Ce sont des lieux aménitaires qui peuvent aussi avoir une valeur de compensation. Plusieurs villes (dont paris) imposent à certains projets ne pouvant pas intégrer de surface suffisante de jardins au sols de les remplacer par des terrasses et/ou murs végétalisés. A Bâle (Suisse), la végétation est obligatoire sur tout nouveau toit plat. En Autriche, comme en Suisse ou en Allemagne, des lois locales rendent les toits verts obligatoires sur les toitures présentant une inclinaison propice. 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 % au moins de sa surface. Dans cet esprit une idée naissante est celle de « remboursement de la dette écologique », ce qui implique une réflexion plus approfondie sur les fonctions de substitution que peuvent développer ces éléments végétalisés, ainsi donc que sur leur degré de naturalité. Ils présentent notamment les intérêts secondaires suivants ;
• La fixation des poussières atmosphériques et des pollens. L’évapotranspiration engendrée par les terrasses plantées élève l’humidité de l’air et favorise donc la formation de rosée, indispensable à la fixation des poussières et des pollens en suspension dans l’air. Les particules de plomb, de carbone, les matières organiques particulaires ou de faible densité sont fixées dans le substrat ou nourrissent les bactéries, plantes et insectes qui s’y développent.
• Une diminution des taux de CO et CO2, pour plus d’oxygène produit.
• Une augmentation de la superficie disponible en espace de nature sauvage ou non, accessible ou non, mais aussi le cas échéant en espace de loisirs, ce qui soulagera les milieux naturels surfréquentés, tout en diminuant le trafic et ses nuisances.
• Des effets bénéfiques sur le climat, les microclimats, l’hygrométrie, et donc sur la santé et le bien-être des habitants. L’éco-toit permet de récupérer une partie de la surface perdue, à cause de l’occupation du sol par le bâtiment, par les espaces verts.
• De nombreux effets bénéfiques sur la biodiversité. La vie sauvage retrouve des habitats, des équilibres naturels se recréent. Sur les terrasses extensivement végétalisées, les plantes les plus adaptées sont les plantes de milieux secs et oligotrophes qui sont justement menacées de disparition à cause de l’eutrophisation générale des milieux. Les cortèges faunistiques associés trouvent ainsi des îlots où leur survie est possible.
  On peut également associer un rucher à la toiture végétalisée, ce qui permet notamment la réintroduction des abeilles en ville, indispensables à la pollinisation des végétaux.
• La reconstitution d’un véritable maillage écologique et de corridors, qui autorisent au sein de la ville la circulation des espèces animales et végétales, les flux de gènes indispensables à la survie des espèces et à leur adaptation au milieu.
• Les villes sont toujours plus chaudes que les campagnes adjacentes. Le réchauffement excessif des toitures, du béton, de l'asphalte des rues et de la maçonnerie extérieure des murs réchauffe l'air environnant de quelques degrés supplémentaires. En Amérique du Nord, la température estivale moyenne dans les villes a augmenté durant les dix dernières années ajoutant encore à l'inconfort et aux malaises dus à la chaleur.
  Selon une étude du Ministère canadien de l'Environnement, la présence de toitures vertes sur seulement 6 % des toits des villes canadiennes ferait descendre la température d'environ 1,5°C et ferait ainsi économiser près de 5 % des coûts de climatisation dans tous les immeubles climatisés des villes.
• Un impact très positif sur l’eau avec une filtration et une épuration biologique des eaux de pluies par complexation, par exemple, des métaux lourds dans le substrat.
• Une régulation des débits hydriques. Les toitures représentent jusqu'à 20 % des surfaces de nos villes. Les eaux de pluies qui tombent sur les toits sont ensuite acheminées vers les égouts pluviaux. Ceci surcharge les égouts et les stations d'épuration d'eau tout en causant parfois des inondations de sous-sols. À l’image d’une éponge, la toiture végétalisée accumule l’eau dont une partie est utilisée par les plantes, une autre est évaporée et une autre évacuée par les canalisations avec un retard favorisant le bon écoulement. Les toitures et terrasses plantées, par leur capacité de rétention, d’évaporation et de relargage différé des eaux de pluies contribuent à lutter contre les effets néfastes de l’imperméabilisation des sols, à savoir : augmentation constante des débits de pointe, engorgement des réseaux d’assainissement en période crue, afflux de pollutions métalliques et organiques après les orages, etc.
  Annuellement, un toit végétal pourrait absorber jusqu'à 50 % de la quantité d'eau tombant sur les toits, permettant ainsi une réduction des coûts de traitement de l'eau de 5 à 10 %.

Impacts techniques

Des impacts techniques et sur la durabilité et le confort du bâtiment existent. Ils semblent toujours positif dans le cas des terrasses et toitures végétalisées extensives, qui offrent :

• Une protection de l’étanchéité assurée par le fait que les matériaux imperméabilisants résistent plus longtemps à l’abri des ultraviolets (UV) et du rayonnement thermique solaire. En effet, la dégradation des membranes est principalement due à la chaleur et aux U.V qui dégradent les élastomères synthétiques ou les huiles du bitume élastomère qui devient alors plus cassant. le substrat végétalisé bloque aussi les rayons UV qui sont responsables d’environ 5% du vieillissement des membranes. De plus, l’écotoit constitue une barrière contre les intempéries. Ces actions combinées permettent d’espérer une durée de 30 à 50 ans pour la membrane d’étanchéité.
• Une protection contre les chocs thermiques (pluie froide sur les toitures chaudes, alternance jour/nuit soleil/nuages) dont bénéficie le bâtiment (réduction des contraintes mécaniques facteurs de fissuration) et ses occupants. Les toitures végétalisées permettent une réduction des variations de température jusqu’à 40%
• Une inertie thermique permettant de réaliser d’importantes économies d’énergie. Une membrane de toiture exposée au soleil peut atteindre une température de surface de 65°C alors que la même membrane recouverte de végétaux demeure à une température de 15 à 20°C. La température de la toiture influence la température intérieure d’un logement et donc les besoins de climatisation. Une toiture couverte de végétaux et de son substrat de culture (une terre légère) réduit aussi sensiblement les pertes de chaleur en hiver, mais cet impact est moindre que celui de la climatisation.
• Une isolation phonique : la terre végétalisée est un des meilleurs isolants acoustiques, elle absorbe les ondes sonores. Elles permettent notamment de diminuer le niveau sonore ambiant de l’environnement urbain. Un substrat de 12cm d’épaisseur peut réduire les bruits aériens de près de 40 dB. Un avantage appréciable dans les secteurs survolés par des avions à basse altitude.

Impact paysager et écopaysager

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. Si elles sont conçues dans cet esprit, elles peuvent aussi être un élément d'un réseau écologique (ensemble de corridors biologiques, zones tampon, zones de connexions biologiques, habitats de substitution, gués écologiques, etc)

Impact sur la santé

Il ne semble pas avoir été scientifiquement précisément mesuré, mais divers indices laissent penser qu'il existe ;

• la végétation supplémentaire offerte par les toits végétaux crée un apport d'oxygène dans les villes
• les végétaux et leur substrat fixent ou filtrent bon nombre de polluants atmosphériques tels le dioxyde de soufre ou l'oxyde d'azote, micro et peut-être nanoparticules. Les végétaux (grâce à la rosée notamment) retiennent la poussière et de nombreux pollens allergènes et réduisent la quantité de particules en suspension dans l'air, au point que divers programmes scientifiques ont retenu l'analyse de mousses pour cartographier la pollution de l'air, tant elles captent et fixent bien les métaux lourds (tant qu'elles y survivent).

Impact social

Les toitures végétalisées contribuent à rendre la ville et le contexte bâti plus « calme », moins stressants. Les habitants et usagers retrouvent une certaine harmonie urbanisme-nature.

Impacts économiques (Coût/bénéfices)

Pour ce qui concerne les aspects matériels, le CSTB a en 2008 en France estimé les couts moyens suivants ;

• une terrasse-jardin coûtait en 2008 de 150 à 300 €/m2.
• un complexe étanchéité + végétalisation extensive coûtait au même moment de 45 à 100 € le m2 (selon la surface, la pente, les végétaux choisis et les éventuels travaux de renforcement, soit un surcout apparent de 45€/m2. En réalité l'allongement de durée de vie de l’étanchéité rend à long terme cette solution moins couteuse qu'un toit de tuile ou d'ardoise.
  

Les bénéfices aménitaires et certains effets collatéraux positifs (pour la santé, les économies d'énergie, l'allongement de la durée de vie de la structure portante, etc.) sont difficiles à évaluer en termes financiers.
Sur les toits verts, le substrat et la végétation joue un rôle d'isolant thermique (contre la chaleur essentiellement). Sous le niveau des racines, les températures fluctuent modérément, réduisant jusqu'à 20 % les coûts de chauffage et surtout de refroidissement (climatisation estivale) des lieux de vie ou de passage situés en dessous.
De plus, les écotoits contribuent secondairement à réduire certaines dépenses individuelles et collectives (de santé, de gestion de l'eau, de nettoyage dont des poussières qui, en raison de leur quantité et de leur relative toxicité commencent à poser des problèmes d’élimination et de stockage. Les 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. sont diminuées quand la végétalisation des surfaces imperméabilisées augmente.

L'ajout d'un toit végétal offre parfois une aire extérieure additionnelle aux occupants, ce qui en zone urbaine 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 et/ou environnemental de l'entreprise. L'espace vert extérieur crée aussi un climat propice aux rencontres et aux bonnes relations entre les employés. Ce sont aussi des bénéfices difficiles à évaluer financièrement.

Pour un bâtiment public (école, lieu de travail, etc.), les coûts sont aussi compensés par le fait 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)..

Conditions facilitatrice ou de réussite

L'ajout d'un substrat de culture et de végétaux nécessite une structure suffisamment forte du toit, une étanchéité parfaite, une pente minimale (pour le drainage naturel de l'excès d'eau) mais pas trop importante ainsi qu'un accès facile pour l'entretien (notamment durant les premières années).
Il convient de toujours veiller, en amont et dans une approche systémique, écosystémique et préventive à ce que la flore et la faune interfèrent positivement avec le bâti et la vie des habitants, c'est à dire qu'elle n'interfèrent pas négativement avec ;

• les systèmes de production ou d'accumulation d'énergie (mur trombe, capteurs solaires (thermiques ou photovoltaïque). Des panneaux photovoltaïque peuvent tout-à-fait être posés sur des terrasses végétalisées ;
• les ouvertures (passage, lumière, aération), qui peuvent être posés au dessus d'une terrasse végétalisée ou à proximité) en particulier avec les charnières et autres systèmes de fermeture/ouverture, rails, etc.
• quand ils existent, les systèmes installés pour l'aide au nettoyage de hauts-murs, surplombs, terrasses ou parois vitrées..
• les gaines, tuyaux apparents ou systèmes devant rester accessibles pour les contrôles et entretient périodiques. Dans une habitation écocompatible, ces systèmes devraient idéalement être accessibles de l'intérieur du bâti ou dans un seul endroit (compteur gaz/électricité..)
• les accès, échelles, galeries ou escaliers de secours
• les systèmes domotiques ou externes de type détecteurs de présence gérant des systèmes d'éclairage ou détecteurs de sécurité (alarmes/radar) ou cellules photovoltaïques déclenchant des ouvertures/fermetures de portes, etc. La végétation ne doit pas interrompre leur fonctionnement.
• les nichoirs qui doivent dans la mesure du possible rester inaccessible aux chats et prédateurs opportunistes

Lors de la conception (éco-conception) du bâti, c'est dire très en amont, on cherchera tant que possible une architectonique et une gestion de l'eau et de la lumière qui facilite l'entretien et l'écocompatibilité bâti-biodiversité. L’intégration d’un « toit vert » ou de terrasses végétalisées dans le bâti sera d'autant plus utile pour la biodiversité et d'autant plus réussie qu'elle aura été envisagée dès la conception du bâtiment (prise en compte de l'exposition aux microclimats plus ou moins modifiés par l'architecte et l'urbaniste, des besoins en eau de la flore et de la faune, de l'attrait ou de la répulsion d'espèces vis à vis de la lumière et de l'éclairage artificiel, des sources de propagules. Un architecte assisté d'un écologue peut anticiper ou contrôler la nature et la structure ou les espèces végétales et animales qui coloniseront le bâti, rien que par les conditions microclimatiques qu'il mettra en place, plus ou moins adaptées aux plantes et espèces qu'il souhaite voir s'épanouir ou non dans l'environnement construit.

Une des principales condition de réussite est que l'étanchéité ait été vérifiée et qu'elle soit « écocompatible » (non toxique pour les espèces, mais non attaquables par ces mêmes racines et les micro-organismes du milieu).

Le "verdissement" de toitures à faibles pentes, ou de terrasses existantes est presque toujours possible, mais nécessite des précautions particulières (réalisable sur des constructions déjà existantes.
. Dans ce cas, deux possibilités s'offrent à l'architecte ou à l'habitant :

Éléments d'un toit vert

Un toit vert ou végétal est constitué essentiellement de cinq composantes. En partant du support de toit, on retrouve :

• la structure portante.
• une couche d'étanchéité. Une barrière antiracines et une membrane d'étanchéité séparent le système du toit vivant du bâtiment isolé qui se trouve en dessous.
• une couche éventuelle de drainage et de filtration. En cas d'excédent d'eau, une couche de réservoirs ou de galets la filtre puis elle se déverse dans une canalisation. Pendant les périodes sèches, l'eau stockée remonte vers les racines.
• un substrat de croissance. La terre naturelle devient trop lourde quand elle se gorge d'eau. Les architectes des toits verts utilisent un substrat.
• une couche végétale si l'on recherche un aspect engazonné ou de type prairie, ou une couche d'un substrat léger, pauvre et absorbant type mélange de billes d'argile expansée ou d'ardoise expansée, sans engrais dans lequel on plantera surtout des plantes succulentes, de type sédums. Les sédums stockent l'eau, absorbent les pluies qui ruisselleraient sur un toit plat ordinaire.

L'épanouissement des plantes du toit végétal prend quelques années.

• Couche préfabriquée : Pour les toitures ondulées existantes, Eternit propose une solution "Verdura" (plaques de végétation extensive pré-cultivée) facile à mettre en œuvre et de peu d'entretien.

Structure portante

Elle peut être en béton, acier ou bois. il peut s'agir d'une voute de pierre ou brique correctement protégée des infilstrations d'eau. Elle doit dans tous les cas supporter le poids de l’installation prévue qui peut doubler voire tripler lorsqu'elle est gorgée d'eau en cas de pluie ou de fonte de la neige accumulée.

Le toit peut être plat ou incliné (au delà de 35° des difficultés de fixation apparaissent, ainsi qu'un risqeu accru de stress thermique et de mauvaise tenue pour les végétaux. Une pnte minimale de 1 à 2 % permet de diminuer l’épaisseur de la couche drainante et donc le poids de la structure.

Étanchéité

L'importance de la couche d'étanchéité ne doit jamais être sous-estimée. Plus encore que pour une toiture "classique", elle doit être initialement bien conçue et bien faite. Une terrasse végétalisée bien réalisée fuit beaucoup moins que si elle ne l'était pas, et durera plus longtemps. Sur une terrasse extensive, le substrat en rouleau est facile à déplacer et manipuler,mais les coûts de réparation d'une fuite sur une terrasse couverte d'une épaisse couche de terre sont souvent au moins doublés comparés aux toitures-terrasses classiques. Le complexe isolant doit donc être résistant à la compression et à l'activité biologique des racines et des micro-organismes du substrat, ce pourquoi on utilise généralement des matériaux synthétiques posés par des spécialistes.

Les membranes bitumineuses SBS (éventuellement APP) sont également 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.

Il est aussi possible de mettre en œuvre des étanchéités en polyoléfine dites TPO ou FPO (cartouche éthylène propylène + polypropylène) , le caoutchouc synthétique (EPDM) et le PVC.

Dans bien des cas, le choix des espèces, le type de drainage (barrière composée d’une couche d’air) et l’entretien régulier rendraient 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 considérés comme les meilleurs indicateurs de performance des systèmes disponibles sur le marché européen.

Remarques :

• 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 ré-enroulés pour contrôle ou réparation de l'étanchéité. Certaines terrasses sont couvertes de plantes en godets qu'on peut enlever ou déplacer.

La couche de drainage et de filtration

Selon l'inclinaison de toit, la résistance de la structure portante et l'épaisseur et la nature du substrat, une couche drainante peut être mise en œuvre. C'est le plus souvent du polyéthylène gaufré qui crée un espace de drainage d'environ 10 mm de hauteur dirigeant l'eau de pluie vers le drain du toit ou vers les gouttières extérieures. Pour éviter son colmatage par des particules du sol/substrat, il est éventuellement possible de lui adjoindre 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. Cependant, le non-tissé offre peu de résistance aux racines qui le pénètrent en réduisant son efficacité. On le recouvre donc généralement encore d'un autre géotextile traité anti-racine.

Le substrat de croissance

Le substrat doit être léger et résistant à la compaction tout en retenant l'eau. Sa composition est généralement un mélange de terre et/ou 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 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 10 cm d'épaisseur, voire moins pour les rouleaux prévégétalisés de sédums. 15 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.

Ses capacités de rétention en eau, de perméabilité, de résistance à l’érosion, de densité conditionnent le bon fonctionnement du système.

Pour les toitures de graminées, les architectes paysagistes ont longtemps recommandé un minimum de 30 cm de terre sur les toits végétaux, mais la terre devient très lourde lorsqu'elle est saturée d'eau (environ 1,6 tonne par mètre cube, ou 160 kg par mètre carré pour une épaisseur de 10 cm) 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).

La couche végétale

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, de l'épaisseur du substrat, 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 plantes couvre-sols ont aussi l'avantage de laisser peu de place aux herbes sauvages ou indésirables et de réduire l'entretien. Les plantes alpines et rudérales conviennent parfaitement à cet usage.

Les plantes à privilégier peuvent être :

• Plantes fleuries : les origans ; les alliums de petite taille comme la ciboulette , qui offre aussi l'avantage d'être un condiment ; un mélange de fleurs des champs pour créer un pré fleuri ; le gazon d'Espagne ou armérie maritime (Armeria maritima) ; les iris nain comme l'iris Pumila ; les campanules, les centaurées, etc.
• Couvre-sols : les œillets ; les gypsophiles ; les sedums ; les thyms, etc.
• Graminés : les fétuque locales ou la fétuque bleue (Festuca glauca) et fétuque améthyste (Festuca amethystina) particulièrement compact et décoratives.
• Plantes vertes : les iberis comme la corbeille d'argent (Iberis sempervirens) ; certaines armoises, etc.

Plantation extensive ou intensive ?

Selon l'épaisseur de substrat et le degré d'arrosage souhaité, on pourra faire une plantation de type extensive, semi-extensive ou intensive.

Plantation extensive : Il s'agit d'un type de plantation sur substrat de 10 à 15 cm d'épaisseur qu'on ne veut pas nécessairement arroser, sauf éventuellement 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.

Plantation semi-extensive : C'est aussi une plantation de faible épaisseur (15 cm) 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.

Plantation intensive : C'est un type de culture dans des bacs pouvant faire jusqu'à 1 ou 2 mètres de profondeur. La culture intensive peut permettre la culture d'arbres tels les arbres fruitiers décoratifs ou nains. 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.

Quel que soit le choix retenu, dans certains pays et certaines régions ont été édités des guides concernant les essences ou herbacées autochtones et leurs besoins (par exemple par les conservatoires botaniques en France, avec pour le nord de la France, un guide sur les arbres et arbustes et un sur les herbacées). Ces guides peuvent orienter les choix en fonction du substrat retenu, mais aussi de l'orientation, de la proximité de la mer, etc.

Coefficient de biotope

La notion de coefficient de biotope a été mis en place par la ville de Berlin et en France introduite dans le PLU de Paris.

Inconvénients ou limites

• Ces systèmes nécessitent une très bonne étanchéité initiale ;
• Ils sont plus difficiles à installer sur les toits à forte pente ;
• Les terrasses extensives peuvent convenir presque partout, mais une végétation arborée nécessite une charpente ou une dalle plus solide (d'autant plus qu'on voudra y disposer de grands arbres ou une épaisse couche de terre). Dans ce dernier cas un système d'arrosage et drainage peut être nécessaire respectivement pour les période sèche et humides. Dans ce cas les coûts sont 4 à 5 fois plus élevés que ceux d'un toit normal de surface équivalente. Cependant, des « bonus écologique » pourraient à l'avenir rendre ce type projet plus accessibles.

Recherche

Des programmes de recherches, ou recherche-Action ont été lancé dans de nombreux pays.

• Dans le nord de la France Adopta a intégré les toitures vertes dans ses expériences de gestion de l'eau pluviale.
• En France toujours, le ARRDHOR - CRITT Horticole teste in situ différents types de plantes, et a publié un répertoire d'espèces végétales testées .

La recherche contribue aussi à la production ou à l'évolution de normes .

Voir aussi

Bibliographie

• Baumann, N. (2006). Ground-nesting birds on green roofs in Switzerland: Preliminary observations. Urban Habitats, 4(1), 37-50.
• Brenneisen, S. (2006). Space for urban wildlife: designing green roofs as habitats in Switzerland. Urban Habitats, 4(1), 27-36.
• Carter, T., & Butler, C. (2008). Ecological impacts of replacing traditional roofs with green roofs in two urban areas ; Cities and the Environment (CATE), 1(2), 9.
• Coffman, R. R., & Waite, T. (2010). Vegetated roofs as reconciled habitats: rapid assays beyond mere species counts. Urban Habitats, 6(1).
• Cook-Patton, S. C., & Bauerle, T. L. (2012). Potential benefits of plant diversity on vegetated roofs: A literature review. Journal of environmental management, 106, 85-92 (résumé).
• Dunnett & Kingsburry N (préface de François Lassalle, Toits et murs végétaux (titre original:Planting Green Roofs ans Livings Walls), traduit de l'anglais par Erika Laïs), Éditions du Rouergue, ISBN 2-84156-641-2.
• Fernandez-Canero, R., & Gonzalez-Redondo, P. (2010). Green roofs as a habitat for birds : a review Journal of Animal and Veterinary Advances, 9(15), 2041-2052.
• Hunter, M. R., & Hunter, M. D. (2008). Desining for conservation of insects in the built environment. Insect Conservation and Diversity, 1(4), 189-196.
• Kadas, G. (2002) Study of invertebrates on green roofs—how roof design can maximise biodiversity in an urban environment. Unpublished MSc theses, University College London
• Kadas, G. (2006). Rare invertebrates colonizing green roofs in London. Urban Habitats, 4(1), 66-86.
• MacIvor, J. S., & Lundholm, J. (2011). Insect species composition and diversity on intensive green roofs and adjacent level-ground habitats. Urban ecosystems, 14(2), 225-241 (résumé)
• Oberndorfer, E., Lundholm, J., Bass, B., Coffman, R. R., Doshi, H., Dunnett, N., ... & Rowe, B. (2007). Green roofs as urban ecosystems: ecological structures, functions, and services. BioScience, 57(10), 823-833.
• Francis, R. A., & Lorimer, J. (2011). Urban reconciliation ecology: the potential of living roofs and walls. Journal of Environmental Management, 92(6), 1429-1437 (résumé).
• Gedge, D., & Kadas, G. (2005). Green roofs and biodiversity ; Biologist, 52(3), 161-169.
• Rudloff N, Rousseau S, Weiller D (2007) Le vert à l’assaut des toits, Habitat et société, n°46, juin 2007.
• Snep R & Opdam P (2010). Integrating nature values in urban planning and design., in Gaston LJ (2010) Urban Ecology ; Cambridge University Press, 16 sept. 2010 - 318 pages, in in [Urban ecology, 261-286. (Google livre)

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Voir aussi (sur wikipédia, ou dans le glossaire en fin de cet ouvrage)

• HQE (Architecture à « Haute Qualité Environnementale »), et quinzième cible HQE
• Certification LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) du U.S. Green Building Council
• Site de l'initiative Sustainable Building Alliance
• Arcologie
• Mur végétalisé
• Biodiversité dans le bâti et le jardin

Liens externes (directement accessibles à partir de la version en ligne du livre)

• ZDIVET Règles Professionnelles pour la conception et la réalisation des terrasses et toitures végétalisées; édition n°2 novembre 2007 ADIVET (Association pour le Développement et l’Innovation en

Végétalisation Extensive de Toiture) et ses partenaires

• (français) Fiche décrivant l'expérience suisse (Entrelianes)
• (anglais) Green Roofs in the New York Metropolitan Region Columbia University Center for Climate Systems Research, NASA Goddar Institute for Space Studies, Rapport de chercheurs sur les toitures végétalisées dans l'agglomération newyorkaise, PDF, 70 pages
• Article consacré à la découverte d'invertébrés rares sur les toitures végétalisées de Londres (Rare Invertebrates Colonizing Green Roofs in London, par Gyongyver Kadas).
• allemand FFL, organisme de certification toit végétal en Allemagne