Conception des Toitures Végétalisées pour la Gestion des Eaux Pluviales urbaines : TVGEP

Concevoir et Construire pour le Développement Durable C2D2

Chef de projet : Bernard de Gouvello, chercheur CSTB localisé au LEESU

• Contexte et enjeux

Végétaliser les toitures est souvent présenté comme offrant de nombreux effets bénéfiques, tant au niveau du bâtiment (amélioration des isolations thermique et acoustique et de la durabilité de l’étanchéité de la toiture) qu’à l’échelle de la ville (amélioration de la qualité de l’air et l’esthétique paysager, réduction de l’îlot de chaleur urbain, accroissement de la biodiversité urbaine, meilleure gestion des eaux pluviales). Toutefois, le cadre réglementaire et normatif inhérent à cette technique est limité (DTU applicables aux seules toitures terrasses et règles professionnelles réalisées sous l’égide de la Chambre Syndicale Française de l’Étanchéité) et n’intègre pas une objectivation de ces performances.

En matière de gestion de l’eau, les effets énoncés des toitures végétalisées ne sont que partiellement validés scientifiquement alors que les attentes des industriels, des acteurs de la construction et des gestionnaires de réseaux d’assainissement sont importantes en la matière dans une perspective de développement durable. En progression et structuré essentiellement autour des toitures terrasses végétalisées (TTV), le marché pourrait connaître un essor si le comportement hydrique de ces structures est caractérisé en des termes compatibles avec les attentes des gestionnaires de réseaux d’assainissement qui pourraient alors en promouvoir la mise en place via notamment des mécanismes d’incitation.

• Objectifs du projet

L’objectif du projet TVGEP était d’évaluer l’intérêt des toitures terrasses végétalisées (TTV) pour la gestion quantitative et qualitative des eaux pluviales, en en identifiant leurs atouts et limites, tant à l’échelle de la parcelle qu’à l’échelle de la ville. En termes opérationnels, le projet visait à avoir une vision des pratiques et des acteurs concernés par les toitures TTV, débouchera sur une méthodologie permettant de mieux concevoir, dimensionner et entretenir la technique pour la gestion des eaux pluviales à l’échelle d’un bâtiment, et établira les bases d’un protocole d’évaluation de la performance « eau » des produits proposés par le marché.

• Travaux réalisés
  • Partie 1 : Panorama des techniques et état des lieux des pratiques
    • Une typologie des techniques de TTV existantes a été réalisée en lien avec les industriels : elle a permis d’orienter la définition du banc expérimental
    • Une enquête par entretiens semi-directifs (environ 30 entretiens) auprès des différents acteurs de la filière s’est attachée à identifier les facteurs favorisant ou freinant le recours aux TTV sur les projets de construction.
  • Partie 2 : Comportement hydrologique d’une TTV
    • Des suivis expérimentaux du bilan hydrique de TTV ont été menés par le CETE-IF à partir d’un banc d’essai construit à Trappes. Deux toitures dépendant des CG 92 et 93 ont aussi été suivies.
    • Des essais de modélisation en continu et à pas de temps fin du bilan hydrique des TTV ont été menés : un modèle global de type réservoir a été élaborée, calibré et validé à partir des données expérimentales.
  • Partie 3 : Caractérisation des flux polluants aux exutoires des TTV
    • La caractérisation des émissions par les matériaux constitutifs de la structure (étanchéité et substrat) ont été effectués au travers de tests de lixiviation sur éprouvettes et de percolation en colonnes.
    • Un suivi en conditions réelles de la qualité des eaux de ruissellement a été effectué sur l’ensemble des 8 compartiments du banc de Trappes pour 13 évènements pluvieux.
  • Partie 4 : Déclinaisons opérationnelles
    • En direction des industriels et des évaluateurs, un outil de caractérisation de la performance hydrologique d’une TTV en fonction de ses caractéristiques physiques a été élaboré (outil FAVEUR).
    • En direction des gestionnaires de réseaux d’assainissement, l’intérêt de la diffusion de TTV sur la gestion des eaux pluviales à l’échelle d’un bassin versant urbanisé (réduction des inondations et limitation des déversements) ont été étudiés à partir de cas réels dans les Hauts-de-Seine.

• Résultats obtenus
  • L’analyse sociologique a montré que la nature très changeante au cours du temps des leviers et des freins était révélatrice d’un double enjeu de construction d’un marché et de forte évolution des pratiques encadrant cette technique.
  • Le banc d’essai a permis de modéliser de façon satisfaisante le comportement des solutions de toitures végétalisées suivies au travers d’un modèle phénoménologique global puis à élaborer un outil de caractérisation de la performance hydrologique d’autres variétés de TTV (outil FAVEUR).
  • Les résultats en termes de qualité des eaux sont contrastés en fonction du contaminant étudié. Les concentrations issues des toits végétalisées sont globalement supérieures à celles issues d’un toit nu. Toutefois, l’exception du carbone organique dissous et du phosphore, les concentrations observées restent dans des gammes comparables ou inférieures à celles usuellement observées dans les eaux de ruissellement urbaines.
  • Les simulations réalisées sur des bassins urbanisés réels ont mis en évidence que la végétalisation des toitures peut réduire la fréquence et l’intensité des phénomènes de débordement de réseau et de déversement en fonction de la surface de toit couverte.

Rapport final de TVGEP

Publications

• Communications :

1. Chauveau J., de Gouvello B., 2013, Les perspectives du développement des toitures végétalisées en France : construction d’un marché et évolutions des pratiques, NOVATECH Lyon, 10 p.
2. Gromaire M.-C. et al., 2013, Incidence of extensive green roof structures on the quantity and the quality of runoff waters – first results from an experimental test bench in Paris area, NOVATECH Lyon, 10 p
3. Versini P.-A et al., 2013, Hydrological impact of green roofs on urban runoff at the watershed scale – Case studies in the Hauts-de-Seine County (France), NOVATECH Lyon, 10 p
4. Ramier D. et al., 2013, Analyse du fonctionnement hydrologique de toitures végétalisées : observations et modélisation, Colloque INOGEV & GDEP Nantes, pp. 40-50

• Publications :

1. Seidl M. et al., Effect of substrate depth and rain-event history on the pollutant abatement of green roofs, Environmental Pollution, 183 (2013), 195-213.
2. Versini, P.A., Jouve, P., Ramier, D., Berthier, E. and de Gouvello, B., 2014. Use of green roofs to solve storm water issues at the basin scale - Study in the Hauts-de-Seine county (France). Urban Water Journal. In press