Méthodologie de caractérisation des charges liées au substrat de culture, au drain et au filtre pour la réalisation de toitures et terrasses végétalisées

Directement liée à la question des charges vue dans le précédent numéro d’Echo du bâtiment végétalisé, la mesure de la masse volumique apparente, de la capacité maximale en eau (CME) et de la perméabilité des substrats, drains et filtres est essentielle pour dimensionner l’élément porteur d’une toiture recevant une végétalisation. Présentation des protocoles de ces mesures auxquels doivent se soumettre l’ensemble des composants des solutions de végétalisation, ces essais devant être effectués par un laboratoire indépendant. Définitions Masse volumique apparente : encore appelée densité apparente, il s’agit du rapport de la masse au volume total de l’échantillon (espace poral compris), exprimé en kilogramme par mètre cube.
Porosité ou espace poral : volume total des vides remplis d’air et/ou d’eau, mesuré dans des conditions spécifiques. La porosité est exprimée en pourcentage du volume apparent total.
Capacité maximale en eau (CME) : volume d’eau maximal retenu par l’échantillon dans les conditions définies au présent protocole, exprimé en pourcentage volumique. Un substrat pour végétalisation extensive doit par exemple avoir une CME de 35 % minimum (soit 350 mL d’eau retenu dans 1 L de substrat).
Perméabilité/conductivité hydraulique : vitesse de circulation de l’eau dans un matériau, exprimée en cm/s. On distingue perméabilité verticale - encore appelée vitesse de percolation – et perméabilité horizontale – encore appelée débit dans le plan – exprimée en L/m/s. Pour les substrats et les matériaux granulaires A l’aide d’un matériel standardisé, trois mesures sont réalisées afin d’obtenir une moyenne. L’échantillon de matériau est préparé en compactant 2 100 à 2 500 ml de volume de matériau meuble à l’état frais.
Le calcul de la masse volumique apparente s’effectue à partir de l’échantillon compacté et le calcul de la masse volumique apparente sèche se fait après détermination de la teneur en eau de l’échantillon.
Pour la mesure de la CME, l’échantillon compacté est saturé en eau puis ressuyé. On considère ainsi que toute l’eau gravitaire s’est écoulée et que l’eau restante représente la quantité maximale que le substrat pourra retenir.

Cylindre de 15 cm de diamètre intérieur, dont le fond est perforé selon un dessin standard pour compacter l’échantillon
  Bouton Pour la perméabilité, la mesure s’effectue sur le même échantillon par abaissement d’un niveau d’eau dans une unité de temps.
L’ensemble de ces mesures est effectué par le fabricant de substrat, communiqué à son client et mentionné dans l’étude du projet de végétalisation de la toiture. Pour les filtres et drains Le protocole appliqué ne concerne que les géotextiles à base de fibres ou mousses synthétiques, utilisés en tant que couche filtrante et/ou matériaux de drainage. Le principe est de les saturer en eau et d’appliquer une charge statique de masse connue, pour vérifier la quantité d’eau expulsée sous contrainte. Cinq mesures sont réalisées pour une matière première donnée. Les échantillons sont ensuite immergés et égouttés puis leur masse surfacique est mesurée. Afin d’être au plus près de la réalité, deux mesures supplémentaires sont réalisées : sous charge minimale (10 kg/m² correspondant à la masse d’un substrat extensif de l’épaisseur la plus faible à CME) et maximale (20 kg/m² correspondant à la masse d’un substrat semi-intensif de l’épaisseur la plus élevée à CME).
Pour les produits synthétiques moulés, thermoformés ou calandrés, rigides ou semi-rigides, utilisés en drain ou en réserve d’eau, le protocole précise qu’il est nécessaire de réaliser cinq mesures de la matière première. Une fois la masse à sec déterminée, l’échantillon est rempli d’eau afin de mesurer sa masse à CME.
La masse à CME du système de végétalisation compose la charge permanente et permet le dimensionnement des éléments porteur.

Pour les systèmes « tout en un » Un protocole spécifique vise les mesures pour les solutions en bacs ou caissettes précultivés servant de système complet de végétalisation et assurant les fonctions des quatre couches caractéristiques des toitures et terrasses végétalisées extensive et semi-intensives.
Les mesures sont effectuées sur trois bacs non végétalisés qui doivent être reconstitués au laboratoire directement par le fabricant. Ceux-ci sont mis en eau, puis vidés et ressuyés avant que l’on ne mesure leur masse à CME. Ils sont ensuite passés en étuve pour mesurer leur masse sèche. A partir de ces deux mesures, on calcule la capacité de rétention en eau du bac hors végétal. Pour les tapis précultivés Enfin, il existe également un mode opératoire propre aux tapis ou rouleaux précultivés sur support/trame de culture naturelle/biodégradable et/ou imputrescible, recouvert le cas échéant d’un substrat de culture.
Le protocole de mesure traite séparément : La trame : les mesures de sa masse à CME, de sa masse à sec et de sa capacité maximale de rétention en eau suivent le protocole des géotextiles utilisés en couche filtrante (cf. ci-dessus) ;
Le substrat : sa mesure de masse à CME, masse à sec et capacité maximale de rétention en eau se réfère au protocole pour les matériaux granulaires utilisés comme substrat (cf. ci-dessus).
Toutes ces mesures doivent s’effectuer en laboratoire indépendant et faire l’objet d’un PV d’essai daté qui mentionne que l’essai a été fait conformément aux Règles professionnelles TTV, précise le nombre d’échantillons concernés, l’atmosphère de conditionnement utilisée, la fiche technique du produit mesuré, la valeur moyenne de la masse surfacique à sec et à CME (en g/m²), le coefficient de variation entre ces deux mesures, ainsi que les détails relatifs à tout écart par rapport au mode opératoire d’essai spécifié.
La correcte caractérisation des matériaux composant les procédés de végétalisation est fondamentale pour permettre la prise en compte d’hypothèses de charges réalistes pour le dimensionnement de l’ouvrage sous-jacent.

Retrouvez les protocoles précis de mesure dans les annexes G1 à G5 des RP TTV. L’Adivet peut communiquer les coordonnées d’un laboratoire indépendant compétent pour la conduite de ces essais.