La végétalisation de l'îlot bâti et des infrastructures, qu'il s'agisse des toitures-terrasses, des murs, des pieds d'immeuble ou des voies de tram, etc., existe spontanément. Mais l'homme s'est intéressé très tôt à mettre des plantes sur ces zones construites avec des objectifs d'agrément (terrasses-jardins) mais aussi à des fins de confort. Aujourd'hui, il est reconnu que la végétalisation du bâti, solution fondée sur la nature multifonctionnelle, apporte de nombreux services écosystémiques.
L'accueil de la biodiversité
Les îlots bâtis et les infrastructures de nos villes peuvent accueillir une véritable biodiversité. Par le terme « biodiversité », on entend la flore (plantée et spontanée), la faune (y compris les insectes et les araignées), les micro-organismes du sol (bactéries, champignons, etc.) et les interactions entre ces trois groupes d’êtres vivants, sans oublier celles avec leur environnement.
Concernant la flore, il est possible de concevoir volontairement un îlot bâti ou une infrastructure biodiverse en travaillant sur la composition du substrat et de la palette végétale. Mais le rôle de l'îlot bâti ou infrastructure végétalisé ne s’arrête pas là : il offre également un espace que les espèces spontanées vont pouvoir massivement investir, comme l’a montré l’étude Grooves, publié en 2021. Celle-ci, portant sur une trentaine de toitures d’Île-de-France, a comptabilisé qu’environ 70 % des espèces floristiques présentes en toiture n’avaient pas été plantées, certaines étant des représentantes d’espèces rares ou menacées. Ces travaux de recherche font suite à ceux du Muséum National d’Histoire Naturelle publiés en 2014 qui observaient la même tendance sur plus de cent toitures de la moitié Nord de la France.
Côté faune, les résultats sont aussi positifs. Lieux préservés, les toitures végétales représentent des espaces propices pour accueillir les oiseaux, les chauves-souris ou les insectes, dont les pollinisateurs si utiles à la diversité de notre alimentation. La LPO (Ligue de protection des oiseaux) souligne l’importance de la présence en ville de ces toitures végétalisées qui offrent aux oiseaux un lieu temporaire ou pour s’établir. L’étude Grooves a également montré l’importance et la diversité des invertébrés en toiture : 611 espèces différentes ont été observées.
Enfin, dans le support de culture des toitures végétalisées, on trouve toute une population de micro-organismes, suffisamment diversifiés et nombreux pour que ce « techno-sol » soit fonctionnel, comme l’ont montré des études menées par AgroParisTech. Les projets d’agriculture urbaine en toiture, de plus en plus nombreux, présentent d’ailleurs des techno-sols avec une belle diversité d’organismes.
Les façades accueillent elles aussi la biodiversité, permettant en outre une connectivité avec l’environnement du bâtiment (rue plantée d’arbres, espaces verts au sol), faisant le « lien » avec la toiture ou terrasse végétalisée.
La gestion des eaux pluviales
Avec des sols artificialisés et des pics de pluviométrie de plus intenses et fréquents, la gestion des eaux pluviales, longtemps basée sur le tout réseau, doit trouver aujourd’hui des solutions alternatives. De nombreuses collectivités ont mis en place une gestion de l’eau à la parcelle, obligeant les propriétaires d’ouvrage de se contraindre au débit de rejet demandé.
Pour écrêter ces pics de pluviométrie, la végétalisation des toitures ou des infractructures représente une réponse pertinente, sachant qu'il est plus vertueux d’arroser les plantes avec les eaux de pluie que de l’eau potable. Et si les plantes sont suffisamment irriguées, elles pourront évapotranspirer de façon optimale (cf. les bénéfices écosystémiques suivants).
Des études, comme celle de TV-GEP menée par le Cerema, ont clairement montré le rôle des toitures et terrasses végétalisées lors d’épisodes pluvieux perturbateurs :
Ainsi, en retenant une partie des eaux de pluie à la manière d’une éponge, îlot bâti et infrastructures végétalisés régulent les écoulements (notion d’abattement) et limitent les risques d’inondation en évitant la saturation des réseaux. L’ampleur de l’effet retardateur de l’évacuation de l’eau, qui dépend de ses dimensions, de sa composition et de sa pente, peut atteindre 2/3 des effets d’un orage d’une durée d’une heure.
Un glossaire pour préciser les notions de la gestion des eaux pluviales
L'Adivet a établi le glossaire suivant pour préciser et partager les définitions le vocabulaire ayant trait à la gestion des eaux pluviales :
Climatologie/Météo
Temps de retour
Occurrence de pluie. Caractérisé par une intensité, une durée et une fréquence de retour (pluie décennale, vingtennale, trentennale, cinquantennale, centennale) calculés avec des données météorologiques locales (Météo-France). La collectivité en charge de la gestion des eaux pluviales du bassin versant choisi le temps de retour à respecter.
Précipitations/pluviométrie
Volume total des précipitations atmosphériques humides, qu'elles se présentent à l'état solide ou à l'état liquide (pluie, neige, grêle, brouillard, givre, rosée, etc.), habituellement mesuré par les instituts météorologiques ou hydrologiques.
Hydrologie
Bassin versant
Territoire sur lequel toute l’eau ruisselée s’écoule vers un point unique appelé exutoire et a pour limite la ligne de partage des eaux le séparant des bassins-versants adjacents. Un bassin versant peut représenter une ou plusieurs parcelles construites ou non. Par extension, le terme bassin versant peut s'étendre à un impluvium.
Ruissellement
Eau qui s'écoule à la surface d'un sol sans s'y infiltrer. Pour une toiture végétalisée, cela représente qui l'eau ruisselle sur ou au travers du complexe de végétalisation et qui est rejetée vers les évacuations d'eau pluviales (ou autres types d'exutoires) par unité de temps.
Evapotranspiration
Somme des flux de vapeur d'eau provenant d'une part de l'évaporation de l'eau des sols, des eaux de surface et de la végétation mouillée, d'autre part de la transpiration des végétaux. L'évapotranspiration est une composante importante du cycle de l'eau. Elle dépend de paramètres météorologiques (rayonnement, vent, température, etc.), de caractéristiques du sol (humidité, albédo, etc.) et de la végétation. Elle est mesurée en hauteur d'eau rapportée à une durée, par exemple en mm/jour.
Coefficient de ruissellement
Coefficient égal au rapport entre le volume écoulé par unité de surface du bassin versant et la hauteur totale de pluie précipitée ; on parle également de coefficient d'écoulement ou, à grande échelle, coefficient d'apport.
Coefficient de ruissellement événementiel
Rapport entre la hauteur d’eau qui a ruisselé sur une surface donnée (qu’on nomme aussi « pluie nette ») et la hauteur d’eau précipitée (« pluie brute ») sur un évènement ponctuel (pluie caractéristique). (Cf. règles FLL)
Coefficient de ruissellement annuel
Rapport entre la hauteur d’eau qui a ruisselé sur une surface donnée (qu’on nomme aussi « pluie nette ») et la hauteur d’eau précipitée (« pluie brute ») sur l'année. (Cf. FLL)
Coefficient d'imperméabilisation
Rapport entre la surface imperméabilisée d'un bassin versant et sa surface totale.
Calcul du coefficient d'imperméabilisation du bassin versant
Moyenne pondérée des coefficients d'apport de chaque aménagement du bassin versant. Dépend de la nature des matériaux et de la pente.
Abattement
Quantité d'eau retenue puis évapotranspirée par la toiture végétalisée, en mm, correspondant à la différence entre la quantité d'eau collectée par la toiture et la quantité qui est rejetée pour un événement pluvieux donné ou une durée. D'autres usages de l'eau retenue sur les toitures peuvent conduire à un abattement (différent de la CME).
Débit de fuite
Débit de vidange d’un ouvrage de rétention et/ou infiltration d’eau. Pour une toiture végétalisée, débit de rejet de la toiture, en L/s ou L/s/ha, qui peut être maitrisé avec un régulateur de débit.
Débit de fuite réglementaire
Valeur de débit de fuite maximale définie par la réglementation locale, en L/s ou L/s/ha.
Régulateur de débit
Système de régulation du débit de fuite d'une toiture végétalisée. Peut aussi être appelé limiteur ou réducteur de débit.
Exutoire
Point de rejet des eaux. Désigne également l’extrémité aval du rejet des eaux pluviales.
Impluvium
Surface qui reçoit et collecte l'eau de pluie.
Surface active (Sa)
Surface contribuant effectivement au ruissellement pour une pluie donnée : surface de l'aménagement x coefficient de ruissellement.
Agronomie
Perméabilité
Vitesse d'infiltration de l'eau à travers d'un complexe de végétalisation après saturation. Fortement liée à la morphologie et la porosité du matériau ou substrat. En hydrologie, elle s’exprime en m/s et parfois le cm/h ou le mm/h.
Porosité
Rapport du volume occupé par les pores (espaces « vides ») sur le volume total du matériau ou du substrat. Les pores peuvent être de taille et de formes différentes et être plus ou moins connectés entre eux. Selon leur taille et leurs connections, ils sont utiles pour permettre la circulation de l’air et de l’eau (macroporosité) et la rétention d’eau (microporosité).
Coefficient d'évapotranspiration
Rapport entre volume d'eau évapotranspiré et volume d'eau précipité. Echelle saisonnière ou annuelle.
Ruissellement de surface
Eau qui s'écoule à la surface d'un sol sans s'y infiltrer.
Coefficient de ruissellement de surface
Rapport entre la quantité d'eau ruisselée en surface d'un matériau et la quantité de pluie reçue.
Temps de vidange
Durée que met un dispositif de stockage pour se vider.
Surverse
Évacuation par débordement quand le dispositif de stockage est plein. Il est aussi appelé dispositif de trop-plein. Il sert aussi de sécurité en cas d'évacuation bouchée.
Rétention temporaire
Stockage d'eau avec vidange différée avec l'aide d'un débit de fuite régulé ou non.
Rétention
La rétention d'eau est une dynamique à long terme qui ne peut être permanente sur une toiture végétalisée. Ce terme renvoie au stockage d'eau effectué par le substrat et/ou par un dispositif sous le système végétalisé pour être réutilisée par les plantes par évapotranspiration et/ou capillarité. D'autres usages de l'eau retenue peuvent exister. Ces solutions visent à limiter le rejet.
Zéro-rejet
Correspond à un coefficient de ruissellement nul. Le complexe de végétalisation vise à retenir l'intégralité des pluies recueillies sans rejet vers le réseau pour une période donnée de retour de pluie. L'eau collectée par le complexe est évapotranspirée.
Capillarité
Processus physique passif qui permet le déplacement d'un fluide dans un conduit de très faible diamètre. Les plantes utilisent ce phénomène pour faire remonter l'eau depuis les racines vers les feuilles. Sur une toiture végétalisée, la capillarité permet à l'eau stockée de remonter vers le substrat et la plante.
Evénement pluvieux
Caractérisé par une intensité, une durée et une fréquence de retour de la pluie.
Volume de régulation
Volume en m3 dédié à la rétention temporaire, calculé en tenant compte du bassin versant raccordé, du coefficient de ruissellement associé, ainsi que de la pluie de référence appliqué sur la surface. Ce volume tient compte d'un débit de fuite.
Volume de rétention
Volume en m3 dédié à la rétention permanente calculé en tenant compte du bassin versant raccordé, du coefficient de ruissellement associé, ainsi que de la pluie de référence appliquée sur la surface. Ce volume tient compte d'un débit de fuite nul.
Logiciels de dimensionnement
Processus de validation
Le logiciel devra être codéveloppé par un tiers universitaire ou faire l’objet d’une validation par tierce-expertise.
Cahier des charges
L'Adivet a défini un cahier des charges avec les données climatiques, la caractérisation de la capacité à retenir l'eau de la toiture : complexe végétalisé et rétention d'eau, les données de sorties et les fonctionnalités attendues par les logiciels de dimensionnement. Ce cahier des charges peut être transmis sur demande auprès de contact@adivet.net
La lutte contre l'îlot de chaleur urbain
L’artificialisation des sols, le manque d’espaces verts ou d’arbres plantés le long des rues, le dérèglement climatique impliquent que les épisodes de chaleur, de plus en plus nombreux, longs et intenses sont difficiles à vivre, tout particulièrement en ville, générant des îlots de chaleur urbains.
Face à ceux-ci, la végétalisation de l'îlot bâti et des infrastructures représente un atout, grâce à l’évapotranspiration des végétaux. Les plantes rejettent l’eau absorbée pour assurer leur croissance sous forme de vapeur (évapotranspiration). Ce processus chimique demande de l’énergie et a pour conséquence une baisse de la température de l’air au-dessus de la végétation. Ce phénomène permet aux toits et aux façades végétalisés d’agir sur le climat urbain dans le sens d’une réduction de la température estivale. Les chiffres avancés par diverses études font état d’un rafraîchissement de l’air ambiant de – 3 °C à – 5 °C tandis que la différence du PET (Physiological equivalent temperature ou écart de température ressentie) est en moyenne de -13 °C.
Par ailleurs, la végétation de l'îlot bâti et des infrastructures absorbe les rayons solaires et réduit le stockage de chaleur par les surfaces urbaines. Ainsi, l’énergie est absorbée par la végétation et non restituée sous forme de chaleur par les surfaces minérales. A minima, une toiture, une façade, une voie de tram, etc. végétalisée n’ajoute pas de la chaleur à la chaleur et, la nuit, permet le rafraîchissement plus rapide de la ville, la chaleur s’échappant du bâtiment étant réduite d’environ 70 % (livingroofs.org, 2004). La sensation se ressent tout particulièrement dans les rues canyons lorsque les façades sont végétalisées.
L'apport pour la santé/le bien-être
La végétalisation de l'îlot bâti et des infrastructures a plusieurs rôles en faveur de la santé ou du bien-être. Au-delà de son aspect esthétique, végétaliser les bâtiments permet de répondre à l’appétence humaine pour la biophilie. Voir, et encore mieux, avoir accès à un espace végétalisé, même en toiture, est favorable à la santé mentale comme de nombreuses études l’ont montré. La présence de plantes en intérieur, par exemple sous forme de murs végétalisés, dans des environnements de travail, est reconnue comme un facteur d’apaisement, diminuant le stress et favorisant la concentration et la productivité.
La végétalisation du bâti peut aussi jouer un rôle d’un point de vue social lorsque, accessible et entretenu par les résidents, elle permet de créer du lien.
D’un point de vue physiologique, la végétalisation de l'îlot bâti et des infrastructures permet la dépollution de l’air, en fixant les COV, particules fines et métaux lourds : la végétation des toitures peut capter jusqu’à 95 % du cadmium, du cuivre, du plomb et 16 % du zinc. Par ailleurs, en journée, les végétaux, grâce à la photosynthèse, produisent de l’oxygène. Ils sont également un puits de carbone.
Le confort apporté par la végétalisation du bâti concerne également l’isolation thermique, notamment dans le cadre d’une rénovation. Grâce à son inertie, le toit ou la façade végétalisé permet d’agir comme un complément d’isolation, évitant le recours à la climatisation qui est énergivore et rejette de la chaleur l’extérieur. Les façades végétalisées permettent la régulation thermique du bâtiment grâce au rafraîchissement du mur qui peut varier entre 7°C et 15°C.
Le confort apporté par la végétalisation de l'îlot bâti et des infrastructures touche enfin à l’acoustique. Le bruit est l’une des sources de nuisance les plus pénalisantes. Pour lutter contre celui-ci, la toiture ou la façade végétalisée permet de réels gains. Une toiture végétalisée permet de gagner 10 à 20 dB par rapport à une toiture classique, selon que le substrat est sec ou gorgé d’eau. Pour les façades végétalisées, l’absorption acoustique peut atteindre 14 dB et l’affaiblissement acoustique 61 dB.
La protection du bâti
La végétalisation des toitures permet une meilleure durée de vie du toit, du fait que la toiture végétale protège des intempéries, de l’exposition aux rayons UV et des variations importantes de température, autant de facteurs qui entraînent la dégradation de l’étanchéité, prolongeant sa durée de vie et protégeant le bâtiment de désordres.
La façade végétalisée protège le bâtiment contre l'effet corrosif des pollutions urbaines (pluie acide, pollution atmosphérique) et contre l’humidité (acide, en ville), en offrant une surface imperméable à la pluie. En effet, la disposition "en tuiles" des feuilles de certaines grimpantes, telles que le lierre, permet de protéger presque totalement le mur de la pluie. Dans le cas de plantes poussant à partir du sol, les racines participent à son assèchement à proximité des fondations.
Pour toutes ces raisons, la végétalisation de l'îlot bâti et des infrastructures dégage une véritable valeur que les maîtres d'ouvrage publics et privés (promoteurs, gestionnaires de parcs immobiliers) apprécient et mettent en œuvre de plus en plus.