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Toitures vertes 26/05/2015
Edwige Noirfalisse, CSTC 1
1
Aspects techniques au travers de la NIT 229 et travaux du CSTC
Edwige NOIRFALISSE
CSTC
Bruxelles Environnement
Formation Bâtiment Durable8. Toitures vertes: du concept à l’entretien
2
LES TOITURES VERTES:RÉSULTATS ET VALORISATION DE LA RECHERCHE MENÉE AU CSTC
Edwige Noirfalisse, CSTC Laboratoire ‘Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité’
Toitures vertes 26/05/2015
Edwige Noirfalisse, CSTC 2
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1. Introduction
2. Définition et types de toitures vertes
3. Avantages et inconvénientsa. Gestion de l’eau
b. Confort thermiquec. Confort acoustique
d. Sécurité contre l’incendie
4. Conception et composition de la toiture plate
5. Conception et composition de la toiture verte
6. Ouvrages de raccord et particularités constructives
Contenu
4
Contenu
Remarque importante:
Les notes de cours ne font pas partie des publications officielles du CSTC et ne peuvent donc être utilisées comme référence. La reproduction ou la traduction, même partielle, de ces notes n’est permise qu’avec l’autorisation du CSTC.
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Les toitures vertes: un concept pas vraiment nouveau…
Jardins suspendus de Babylone VIIème siècle avant JC
Aujourd’hui
1. Introduction
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1. Introduction
Intérêt du secteur pour ce type de toiture (Comités Techniques, avis techniques, …)
Projet de recherche 2002-2004
Groupe de travail 2001
Rapport de recherche
Article concernant la gestion de l’eau
NIT 229 ‘Toitures vertes’
Guidance …
Réglementation incendie
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Recherche 2002-2004
11 maquettes de toitures sur le toit d’un bâtiment CSTC
Thermique, acoustique, évacuation/qualité eaux pluviales, …
2 toitures classiques
1 lestée1 nue
1. Introduction
9 toitures vertes
7 extensives 2 intensives
8
Définition
Une toiture verte est une toiture plate recouverte de végétation et des couches nécessaires à son développement (drainage, substrat, …)
2. Définition et types
Toiture-jardin Toiture-jardin légère
Toiture végétalisée
Toiture verte recouverte de
végétation intensive élaborée(gazon, fleurs, arbustes, arbres, …)
végétation intensive peu élaborée(gazon et certaines plantes décoratives à croissance lente)
végétation extensive
(mousses, sedums, certaines plantes vivaces)
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Types de toitures vertes
Végétation intensive ExtensiveToiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée
2. Définition et types
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2. Définition et types
Types de toitures vertes
Végétation intensive ExtensiveToiture-jardin Toiture jardin légère Toiture végétalisée
Epaisseur indicat, ≥ 0.25 m 0.10-0.25 m ≤ 0.10 m
Poids (saturé) ≥ 400 kg/m² 100-400 kg/m² 30-100 kg/m²
Accessibilité Oui Oui Non*
Pente usuelle 2-10 % 2-58 % 2-70 %
Entretien Important Moyen Limité
RénovationBâtiment neuf
Souvent impossibleA étudier
ParfoisA étudier
OuiOui
* Sauf si aménagement supplémentaire
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Qualité de vie et biodiversitéLongévité accrue de l’étanchéitéGestion optimale de l’eauConfort thermique et consommation énergétiqueConfort acoustique
3. Avantages et inconvénients
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Sécurité incendie (plus compliquée à évaluer avec la végétation)Limitations liées à la végétation (racines, réparation des fuites)Surcharge (structure portante à vérifier)Obligation d’entretien (surtout toitures intensives)Détails de toiture (précautions aux relevés, joints, …)
3. Avantages et inconvénients
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3. Avantages et inconvénients
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a. Gestion de l’eauEvacuation des eaux pluviales à long terme
Evacuation en cas d’averse
Qualité des eaux pluviales évacuées?
3. Avantages et inconvénients
Source www.lesoir.be Source www.lalibre.be
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Evacuation des eaux pluviales à long terme
Fraction évacuéeprintemps hiver6 à 51 % 86 à 98 %
TotalÉtéAutomneHiverPrintemps
lestée gravier extensives intensives
Frac
tion
évac
uée
(%)
3. Avantages et inconvénients
Fraction d’eau évacuée ↓ pour toutes les toitures vertes, surtout intensives Diminution plus importante au printemps
(rétention plus importante, besoin d’eau accru des plantes)
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Evacuation des eaux pluviales à long terme
Rétention d’eau sur un anextensives ± 30 %intensives ± 50 %
Frac
tion
évac
uée
à lo
ng te
rme
(-)
Epaisseur du substrat (mm)
3. Avantages et inconvénients
Plus l’épaisseur du substrat ↑ plus la fraction évacuée ↓
Dépend du substrat mais aussi des couches rétentrices d’eau utilisées
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Evacuation en cas d’averse
3. Avantages et inconvénients
1er effet: diminution de la quantité évacuéegraviers < extensives << intensives
extensives
intensives
nuelestée gravier
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Evacuation en cas d’averse
extensive substrat 40 mm
intensive substrat 200 mm
nue
Débit de pointe ÷ toiture nue
Extensive 40 mm
- 48 % + 8 min.
Intensive200 mm
- 74 % + 16 min.
3. Avantages et inconvénients
2ème effet: retardement du pic de débit évacuéextensives < intensives
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Coefficient de retardement
Q = r · A · C (l/s) Q = débit évacué (l/s)r = intensité pluviométrique (l/s.m²) (par pays)A = surface de la toiture (m²)C = coefficient de retardement
Proposition allemande
Basé sur DIN 1982-2 (2001)Arrosage artificielVolume évacué / volume arrosé en 15’
3. Avantages et inconvénients
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Coefficient de retardement
Essai CSTC
Plus le substrat est épais, plus C diminue Influence non négligeable des autres
couches En l’absence de valeur normalisée C = 1
3. Avantages et inconvénients
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Qualité de l’eau évacuée ↓ acidité des pluies (↑ pH) (toiture nue: effet acidifiant) Coloration (jaunissement) de l’eau ↑ conductivité, matières en suspension, dureté (pas de filtration) ↑ taux de matières organiques (DBO, DCO) Produits chimiques oxydables présents (engrais) ↑ nombre de bactéries
Contradictoire de vouloir la réutiliser vu la forte diminution du débit disponible?
3. Avantages et inconvénients
Pollution de l’eau nécessitant un traitement adéquat pour une utilisation domestique (toilettes, lessive…), voire pour le déversement dans les eaux de surface, pêche ou baignade
22
Qualité de l’eau évacuée – jaunissement
Varie selon la saison (sécheresse +foncé) Également observé pour la toiture nue
extensives intensivesLestée | nue
3. Avantages et inconvénients
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b. Confort thermique
3. Avantages et inconvénients
Hiver EtéComplément apporté faible pour les toitures extensives(épaisseur substrat réduite +haute contenance en eau)
Réduction des pointes de consommation possibles pour les toitures intensives (inertie thermique du substrat)
Résistance et inertie accrues en fonction de l’épaisseur du substrat
Réduction des apports solaires en fonction du type de végétation et de la densité de son feuillage
Refroidissement naturel par évapotranspiration(diminution de la température de l’air sous la végétation)
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b. Confort thermique
3. Avantages et inconvénients
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b. Confort thermique
3. Avantages et inconvénients
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3. Avantages et inconvénients
Campagne de mesures CSTC
Température moyenne de la membrane:Effet bénéfique
(température de la membrane plus élevée et plus constante)
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Campagne de mesures CSTC
Température moyenne de la membrane:Effet bénéfique
(forte réduction des températures max. de la membrane et des fluctuations)
3. Avantages et inconvénients
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c. Confort acoustiqueMasse supplémentaire ajoutée par le complexe végétal Effet positif sur l’isolation aux bruits aériens
Possibilité de système masse-ressort-masse Jonctions souples entre
structure et végétation (isolation)
Impact sur bruits aériens et bruits de choc
3. Avantages et inconvénients
+ 5 dB
+ 10 dB
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3. Avantages et inconvénients
d. Sécurité contre l’incendie
Réglementation en vigueur – toitures plates
Normes de prévention de base: AR 7-7-1994 (et ses modifications, notamment AR 12-7-2012)
Prescriptions minimales pour tous les bâtiments nouveaux
Bas (h < 10 m)MoyensÉlevés (h > 25 m)Industriels
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3. Avantages et inconvénients
Résistance au feu intérieur de la toitureElément structural de la toiture
Prévenir l’effondrement prématuré de la structure de la toiture Eviter un effondrement ‘progressif’ des éléments structuraux du
bâtimentBâtiments bas R 30Bâtiments moyens R 60Bâtiments élevés R 120Bâtiments industriels R 15 à R 120
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3. Avantages et inconvénients
Comportement au feu extérieur de la toiture« Revêtement » de la toiture
Prévenir la création de foyers secondaires sur la toiture Eviter la perforation de la toiture (extérieur intérieur) Eviter la propagation de l’incendie en surface (membrane et isolation)
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3. Avantages et inconvénients
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3. Avantages et inconvénients
Comportement au feu extérieur de la toiture« Revêtement » de la toiture
Exigence: BROOF(t1) sur l’élément de toiture completEssai CEN TS 1187
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3. Avantages et inconvénients
Comportement au feu extérieur de la toiture« Revêtement » de la toiture
Essai CEN TS 1187
Critères chiffrésdans la norme declassificationEN 13501-5
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3. Avantages et inconvénients
Comportement au feu extérieur de la toitureEt pour la toiture verte?
Exigence BROOF(t1) applicable également mais…• Comment tester? Avec / sans plantes? Quelles plantes? Quel taux
d’humidité? Quels critères?• Norme d’essai CEN TS 1187 non adaptée aux toitures vertes
Toiture verte non conforme à la réglementation belge en vigueur…• Refus des SRI• Dossier à la commission de dérogation• Prescriptions au cas par cas
Modification de l’AR normes de prévention de base (1/12/2012)Prescriptions belges univoques, plus de refus des SRI ni demande de
dérogation nécessaire
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
1. Propagation interne de l’incendie (via l’isolation par ex.)2. Propagation de l’incendie en surface3. Propagation de l’incendie de l’extérieur vers l’intérieur
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
1. Eviter la propagation interne de l’incendie
Exigences sur la couche de substrat:1. Epaisseur ≥ 3 cm2. Si épaisseur ≤ 10 cm ≤ 20% de matière organique
Si (1) et (2) pas satisfait: la couche de substrat doit être testée en laboratoire et présenter BROOF(t1) (15°, situation sèche, sans végétation)
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
2. Eviter la propagation de l’incendie en surface
Compartimenter les zones vertes:1. Compartiment (zone verte) de max 40 m2. Hauteur de végétation de part et d’autre de la limite des compartiments
≤ hv,max
Source: LMP
Bande en matériaux incombustibles (A2FL-s2) de largeur déterminée entre deux compartiments (zones vertes): dalles en béton, couche de gravier de plus de 3 cm d’épaisseur, …
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
2. Eviter la propagation de l’incendie en surface
Compartimenter les zones vertes:
hv,max = dv – 0,4 + he [m]
dv distance horizontale entre le point haut de la végétation à l’endroit considéré et l’axe de référence du compartimentage
he hauteur du muret de compartimentage éventuel par rapport au sol
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
2. Eviter la propagation de l’incendie en surface
Compartimenter les zones vertes:
Exemple: Végétation de hauteur 10 cm 0,1m = dv – 0,4 + 0 dv = 0,5 m Bande incombustible de largeur par rapport à l’axe de référence dv = 0,5 m Chemin incombustible de largeur de 2 x 0,5 = 1 m
0,5 m
hv,max = dv – 0,4 + he [m]
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
3. Eviter la propagation de l’incendie vers l’intérieur
Hauteur de la végétation / bande incombustible à proximité des baies vitrées, lanterneaux, …
hv,max = dv – 0,4 + he [m]
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3. Avantages et inconvénients
Exigences propres aux toitures vertes (depuis 1/12/2012)
3. Eviter la propagation de l’incendie vers l’intérieur
Exemple: baie donnant sur le toit, végétation 10 cm Soit allège de hauteur he = 0,5 m Soit bande incombustible de largeur d = 0,5 m hv,max = dv – 0,4 + he [m]
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4. Conception et composition de la toiture plate
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Couches nécessaires au développement de la végétation
Toiture plate
Elément porteur: ! Charge permanente de la toiture verte
Pente: Eviter la stagnation et les infiltrations 2%(rétention d’eau dans les couches supérieures)
NIT 215
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4. Conception et composition de la toiture plate
Pare-vapeur: Oui, éviter l’humidification de l’isolant (pôle d’attraction pour les racines)
Isolation: Résistance en compression (charge permanente toiture verte)
Exigences sur - la stabilité dimensionnelle sous charge et t° (DLT)- la résistance à la compression (CS)- la résistance au poinçonnement (PL)
UBAtc
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4. Conception et composition de la toiture plate
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4. Conception et composition de la toiture plate
Etanchéité: Difficilement accessible bicouche en adhérence totale ou
compartimentée (plutôt qu’indépendance ou adhérence partielle)
Grande superficie compartimenter l’isolant
Risque de poinçonnement avant/pendant/après pose de la toiture verte (bêche,…) Interdire l’accès? Peu réaliste… protections temporaires 1ère couche d’étanchéité (2ème juste avant toiture verte) Couche de protection mécanique …
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Etanchéité: Soit résistante aux racines (période sèche, recouvrements, relevés, …) toitures intensives ou extensives
(sans végétaux déconseillés)
Soit recouverte d’une protection résistant aux racines (PE ≥ 0,4 mm) toitures extensives, simples (peu d’obstacles)
4. Conception et composition de la toiture plate
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4. Conception et composition de la toiture plate
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5. Conception et composition de la toiture verte
Protection mécaniqueEviter les dégâts occasionnés par la circulation, le dépôt de matériaux, la mise en place de la toiture verte, l’entretien, …
Drainage et filtrationEvacuation de l’eau de pluie excédentaire
Rétention d’eauRéserve d’eau pour la survie et la croissance des plantes
Enracinement des plantesSubstrat
Végétation
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5. Conception et composition de la toiture verte
Protection mécanique de l’étanchéité Matériaux possibles: Panneaux de caoutchouc recyclé
Géotextile (haute résistance au poinçonnement)Asphalte couléPlaques de PVCFeuilles polyéthylène / polypropylèneDrainage (immédiatement après étanchéité)…
Idéalement démontable accès à l’étanchéité si infiltration
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5. Conception et composition de la toiture verte
Drainage et filtration Matériaux possibles: Panneaux rainurés polystyrène extrudé
Matelas composites en matériaux synthétiquesGranulats d’argile expanséePlaques à excroissances synthétiques
Généralement accompagné d’une couche filtrante pour éviter le colmatage du drainage par les particules fines (non-tissé synthétique)
Rétention d’eau Argile expansée entre filtre et drainage,
plaques à excroissances
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5. Conception et composition de la toiture verte
Enracinement des plantes: substrat Fixation des plantes, stockage d’air, d’eau, d’éléments minéraux
et organiques et apport de ces éléments aux plantes
Assez léger, capacité de rétention d’eau et air
Végétation intensive: terre de jardin améliorée avec éléments organiques (tourbe, compost, ..) éléments minéraux (sable, argile expansée, tuile broyée, …) éléments chimiques (flocons polystyrène, engrais, …)
Végétation extensive éléments principalement minéraux (limiter le développement
de la végétation et l’entretien): pierre de lave, argile expansée, argile, sable, …
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5. Conception et composition de la toiture verte
Végétation Extensive, intensive peu élaborée, intensive élaborée ou combinaison Résistance au gel, à la sécheresse, à la chaleur, au vent, … Système radiculaire pas trop dense ou agressif
Liste de plantes déconseillées
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5. Conception et composition de la toiture verte
Végétation
Tableau 7 Plantes déconseillées en toiture verte
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5. Conception et composition de la toiture verte
VégétationA ne pas oublier… Ne se développe pas instantanément! Aspect varie en fonction des saisons
Influence plus forte en toiture qu’en jardin (exposition, substrat réduit)
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Détails et raccords des toitures plates
NIT 244 (2012)
Document traditionnel ‘papier’ Détails d’exécution électroniques (www.cstc.be)
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Détails et raccords des toitures vertes
Quelques adaptations sont nécessaires…
Avaloirs
doivent rester accessibles mesures pour éviter leur obstruction prévoir des trop-pleins
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Détails et raccords des toitures vertes
Avaloirs
Toiture extensive (crépine +dalle ou gravier)
Toiture-jardin(chambre de visite)
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Détails et raccords des toitures vertes
Relevés, rives
≥ 150 mm, mêmes principes qu’en toiture plate classique zone de gravier éventuelle
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Détails et raccords des toitures vertes
Joints de mouvement
doivent rester accessibles
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Détails et raccords des toitures vertes
Compartimentage
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Particularités des toitures vertes
Zones de gravier ou dalles le long des rives / détails
Pourquoi? Exigence incendie (limiter la propagation) Autoriser la circulation (inspection, entretien) Entretien des vitres, installations en toiture Inspection des avaloirs, éviter leur envahissement par la végétation
Comment? Gravier roulé (ou concassé sur protection), dalles sur plots, (bois) Arrêts de gravier
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6. Ouvrages de raccords et particularités constructives
Particularités des toitures vertes
Chemins de circulation
Sans interruption du drainage et de l’étanchéité (évacuation des eaux)
Bassins, fontaines, étangs
Etanchéité indépendante de celle de la toiture
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Toitures vertes stations expérimentale Limelette
Aspect? Evolution des végétaux? Qualité de l’eau de pluie? Etat des matériaux d’étanchéité? …
10 ans après…
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Toitures vertes stations expérimentale Limelette
10 ans après…
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Toitures vertes stations expérimentale Limelette
10 ans après…
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Toitures vertes stations expérimentale Limelette
10 ans après…
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Toitures vertes stations expérimentale Limelette
10 ans après…
Relevé floristique:
1ères observations:
Sédums type orpin très durables voire envahissants; lierre, ciboulette, …
Sédums précultivés ou plantés ont mieux tenu que les semés
Plantes ont moins bien tenu avec couches alvéolées / à cuvettes qu’avec matelas / géocomposites ?
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Toitures vertes stations expérimentale Limelette
10 ans après…
Analyse eau de pluie (6x, août 2014):
1ères observations:
Coloration toujours forte pour toutes les toitures
pH: toujours effet neutralisant toitures vertes (nue: acidifiant)
Toujours conductivité, matières en suspension, matières organiques, phosphore (P) et azote (N) (nutriments)
Influence du substrat sur la qualité de l’eau évacuée, même après 10 ans!
Toitures vertes 26/05/2015
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Choix et aspect de la végétation
Mousse, sédum ≠ toiture jardin (aspect) Exposition, ensoleillement Type et épaisseur du substrat, drainage, charge permanente, entretien, …
Accessibilité
Extensive (circulation régulière) – Intensive (pas de limite) Chemins de circulation conseillés
Entretien
Extensive: très limité – Intensive: comme un jardin Intensive: système d’irrigation
Toiture verte - Checklist
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Charge permanente de la toiture
Structure portante: dimensionner en conséquence ou vérifier (rénovation) Extensif: rarement problématique
Conception du complexe de toiture plate
Pare-vapeur (µ) Isolant (λ, résistance à la compression) Etanchéité (type et pose, résistance aux racines) Protection mécanique de l’étanchéité (chantier, entretien) Sur toiture plate existante:
Vérifier si isolant et étanchéités adaptés Ne pas endommager l’étanchéité pendant les travaux
Toiture verte - Checklist
Toitures vertes 26/05/2015
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Résistance au vent
Complexe de toiture plate résistant au vent Toiture verte masse suffisante pour résister au soulèvement Précautions éventuelles (empêcher l’érosion du substrat, ancrer les
plantes)
Evacuation des eaux pluviales
Système d’évacuation adapté à la toiture verte Avaloirs accessibles, zones de gravier autour Trop-pleins
Autres ouvrages de détail
Rives, relevés, joints de dilatation, percements, … adaptés Zones de gravier
Toiture verte - Checklist
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Autres aspects traités dans la NIT 229
Toitures vertes 26/05/2015
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Edwige NoirfalisseLaboratoire Matériaux d'Isolation et d'Etanchéité
CSTC
Merci pour votre attention!
Avec le support de la guidance technologique ‘éco‐construction et développement durable’ de la Région de Bruxelles‐Capitale subsidiée par l’Institut Bruxellois pour la Recherche et l’Innovation (InnovIRIS)
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www.cstc.be NIT 229 ‘Toitures vertes’ Dossier CSTC ‘Sécurité incendie des toitures vertes’ Dossier CSTC ‘Toitures vertes : évacuation des eaux pluviales’
www.normes.be Antennes-Normes du CSTC Antenne-normes ‘H2O et toitures’ Antenne-Normes ‘Incendie’ …
www.cstc.be/go/gt-batimentdurable/ Guidance Bruxelloise eco-construction
Outils, sites internet, etc… intéressants :
Références Guide Pratique pour la construction durable et autres sources :
• Guide pratique pour la construction et la rénovation durables de petits bâtiments: http://app.bruxellesenvironnement.be/guide_batiment_durableFiche TER06 ‘Réaliser des toitures vertes’
• AR du 12-7-2012 modifiant l’AR du 7-7-1994 fixant les normes de base en matière de prévention contre l’incendie http://www.cstc.be/homepage/index.cfm?cat=services&sub=standards_regulations&pag=fire&art=library&niv01=belgian_regulation
Toitures vertes 26/05/2015
Edwige Noirfalisse, CSTC 40
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Contact
Edwige NOIRFALISSE
Chef-Adjoint du Laboratoire
‘Matériaux d’Isolation et d’Etanchéité’
CSTC – WTCB - BBRI
Av. P. Holoffe 21, 1342 Limelette
: 02 655 78 75
E-mail : en@bbri.be
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