L'éco-bâtiment Acros Fukuoka à Fukuoka au Japon possède l'un des toits verts les plus célèbres au monde. Le GRIT Lab de l'Université de Toronto s'emploie à installer des toits verts dans la ville et au-delà afin de lutter contre le changement climatique. (Shutterstock)

Printemps et été 2017 a été l’un des plus humides jamais enregistrés dans l’est de l’Amérique du Nord. Et le monde entier surveille toujours Houston, où l'ouragan Harvey a provoqué des inondations dévastatrices.

Les quantités de précipitations au printemps battre des records dans des endroits comme Toronto, où des millimètres de 44.6 sont tombés en heures 24. Les averses du printemps ont provoqué un débordement de l'infrastructure des eaux pluviales de la plus grande ville du Canada, entraînant l'inondation des rues animées du centre-ville.

L'urbanisation dans de nombreuses villes d'Amérique du Nord a entraîné une perte rapide de surfaces perméables où l'eau peut s'écouler librement. Couplé à la croissance de la population du centre-ville dans les villes de Toronto, cela signifie que les systèmes d'égout pluvial et d'égout en place doivent gérer plus d'eau que durant les décennies précédentes.

En outre, la hausse de la température mondiale a été liée à la hausse d'événements météorologiques extrêmes dans le monde entier, une tendance qui pourrait s’aggraver si le réchauffement climatique n’est pas maîtrisé.

Beaucoup de villes sont mal équipé pour traiter ces quantités sans précédent de précipitations en raison de leur infrastructure d'eaux pluviales insuffisante et obsolète.

Un chauffeur de dépanneuse traverse les eaux de crue après avoir accroché une voiture sur la Don Valley Parkway à Toronto après une importante tempête de pluie survenue en juillet 2013. LA PRESSE CANADIENNE / Frank Gunn

Vingt-trois pour cent des égouts du centre-ville de Toronto sont combinés, ce qui signifie que les eaux pluviales et les eaux usées de la ville se rejoignent dans un même tuyau vers une station d’épuration. En période de fortes précipitations, la quantité d'eaux pluviales dans les égouts peut atteindre sa capacité maximale et déborder dans les rues de Toronto, son lac et ses rivières.

Cela signifie que pour prévenir les inondations dans les zones du centre-ville, les eaux usées sont rejetées - sans traitement - dans des plans d'eau permettant la baignade et d'autres sports de loisirs.

Avec les quantités de précipitations à la hausse globalementC’est un moment crucial pour examiner comment les villes peuvent moderniser leurs infrastructures de construction existantes afin de réduire les dégâts causés par les inondations et de traiter les eaux pluviales de manière plus durable.

Les technologies d’infrastructure verte, telles que les chaussées perméables, bioswales, citernes et toits verts, sont maintenant couramment recommandés pour faire face aux phénomènes météorologiques extrêmes.

Toits verts pour la gestion des eaux pluviales

Les toits verts sont une infrastructure verte (GI) option qui peut être appliquée à pratiquement tous les toits, en fonction de la capacité de charge pondérale. Les avantages des toits verts vont bien au-delà de leur attrait esthétique évident.

Une étude réalisée par l'ingénieur civil de l'Université de Toronto, Jenny Hill, et des co-chercheurs au laboratoire d’innovation sur les toits verts de l’école (GRIT Lab) ont montré que les toits verts pouvaient capter en moyenne X% de précipitations sur une période donnée, soulageant ainsi les systèmes souterrains d'eaux pluviales et libérant les eaux de pluie dans l'atmosphère.

GRIT Lab de l'Université de Toronto

L’étude a examiné quatre variables de conception de toit vert représentant les pratiques les plus courantes de l’industrie: type de plantation (plantes succulentes ou graminées et plantes à fleurs herbacées), substitut du sol (minéral, compost de bois), profondeur de plantation (10 centimètres ou 15 centimètres) et calendrier d’irrigation ( aucun, tous les jours ou activé par capteur), et comment ces quatre facteurs ont influencé la capture d'eau.

Il a été démontré que le programme d'arrosage avait le plus grand effet, la capacité de rétention augmentant de 50% avec irrigation quotidienne à 70% avec irrigation activée ou non. En d'autres termes, les toits qui n'ont pas été arrosés, ou qui ne le sont que lorsque leur sol a atteint un niveau d'humidité prédéterminé, ont une plus grande capacité d'absorption des eaux pluviales.

En outre, l'étude a calculé un nouveau coefficient d'écoulement de pointe - une valeur constante utilisée pour calculer la capacité de rétention d'eau d'un toit végétal - pour que les toits verts se situent autour de 0.1-0.15, une réduction de 85 à 90% par rapport à une surface imperméable.

Les concepteurs et les ingénieurs utilisent régulièrement un chiffre 0.5 (réduction de 50 en pourcentage) pour évaluer les performances d'un toit écologique. Cet écart entre les pratiques de l'industrie et les résultats régionaux fondés sur des preuves met en évidence la nécessité de poursuivre les recherches.

Plantes grasses et plantes à fleurs sur le toit vert du laboratoire GRIT. GRIT Lab de l'Université de Toronto

La deuxième variable la plus importante pour la rétention des eaux pluviales était le substitut du sol. Le matériel de plantation de toit vert le plus largement utilisé est basé sur les directives de la Société allemande de recherche, de développement et de construction du paysage (FLL).

La FLL a recommandé un agrégat minéral, car on le pense plus durable et plus résistant que les substituts de sol biologiques. Mais cette recommandation a été contestée par recherche aujourd'hui.

Hill et son équipe ont comparé le matériau de culture minérale au compost de bois. Le compost surpassait le minéral de 10 pour cent (70 pour cent par rapport à 60 pour cent de précipitations retenues) dans des lits sans irrigation et avait compression minimale ou décomposition dans le temps.

Une autre conclusion clé de l'étude de Hill a démontré que le matériel de plantation, lorsqu'il était déjà humide, dû aux arrosages ou à la pluie, avait la plus grande influence sur la rétention d'eau. Le compost a été jusqu'à trois fois plus performant que le substitut de sol minéral lorsqu'il est complètement saturé (pourcentage de 83 conservé par rapport aux précipitations de 29).

Compost un meilleur substitut du sol

Cela signifie que le compost a non seulement mieux performé à chaque saison, mais également beaucoup mieux en saison des pluies et lors de tempêtes successives.

La profondeur de plantation (centimètres 10 par rapport aux centimètres 15) et la famille de plantes (succulentes versus plantes à fleurs graminées et herbacées) ont été montrés comme ayant peu d'impact sur la rétention des eaux pluviales par rapport au matériel de plantation et au calendrier d'arrosage.

Ainsi, sans compromettre la gestion des eaux pluviales, la sélection des plantes peut répondre à des objectifs esthétiques et à des repères environnementaux tels que la biodiversité et l'habitat des espèces.

Une abeille plane autour d'une plante en fleurs dans le jardin sur le toit du GRIT Lab de l'Université de Toronto. U de T GRIT Lab

Une des contraintes pour la construction de toits verts est le poids, en particulier dans les bâtiments qui n’avaient pas été construits à l’origine pour supporter le poids d’un toit vert saturé. Ainsi, une profondeur de plantation centimétrique 10, par opposition à 15, signifierait que davantage de toits pourraient être rénovés.

Néanmoins, même si une palette de plantes biodivers comprenant des herbes et des plantes herbacées constituerait une option de toit vert plus riche sur le plan esthétique et écologique, ces plantes nécessitent un arrosage pour survivre dans des villes comme Toronto. Comme l'irrigation a un effet négatif sur la rétention des eaux pluviales, les concepteurs de toits verts peuvent envisager des plantes succulentes résistantes à la sécheresse comme le sedum.

Cependant, lorsque les plantes herbacées sont plantées dans du compost plutôt que dans du matériel de plantation minéral, la diminution de la capacité de rétention des eaux pluviales pourrait être évitée.

L'irrigation à la demande activée par un capteur d'humidité du sol peut équilibrer la gestion de l'eau avec la disponibilité de l'eau pour la croissance des plantes. De plus, le compost pèse beaucoup moins que le matériel de plantation minéral, ce qui ouvre davantage de possibilités de modernisation.

Ainsi, les recherches de Hill et de son équipe sur quatre variables de toit vert distinctes nous permettent de comprendre les avantages et les inconvénients de chacune d’entre elles, ainsi que la manière dont elles peuvent être combinées.

Toits verts: infrastructure verte optimale

En tant que chercheurs du GRIT Lab, les toits verts sont l’infrastructure verte urbaine optimale en raison de leur multifonctionnalité: ils peuvent être installés ultérieurement sur des bâtiments existants, ils offrent un espace de faune urbaine et ils peuvent être enrichissants espaces publics pour que les citadins puissent en profiter. De plus, les toits verts peuvent rendre agréables des lieux auparavant inhospitaliers et offrent un nouvel espace extérieur aux employés de bureau.

Un papillon flotte autour des fleurs sur le toit vert du GRIT Lab. U de T GRIT Lab

Ces découvertes récentes montrent clairement le potentiel des toits verts. Cependant, des études scientifiques approfondies sur les toits verts, telles que celles entreprises au GRIT Lab, sont nécessaires pour déterminer la meilleure composition de toit vert pour une performance optimale.

Par exemple, bien que le type de plantation ait peu d’effet sur la rétention des eaux pluviales, il a été démontré que le mélange herbacé de plantes indigènes attrayant pour les abeilles indigènes et est sans doute plus attrayant. Cette information est essentielle. Bien que les plantes succulentes soient actuellement la norme de l'industrie, ne planter que des plantes succulentes sur les toits pourrait avoir un impact négatif sur l'écologie urbaine dans diverses régions.

Une variable supplémentaire à prendre en compte lors de la conception d'un toit vert est son emplacement. Scott MacIvor, chercheur au GRIT Lab et co-chercheurs a constaté que la hauteur des bâtiments importait: il y a beaucoup moins de ruches quand les toits verts sont trop hauts et il serait donc vain de concevoir un toit destiné à aider les abeilles de plus de huit étages.

Alors que les tempêtes deviennent de plus en plus fréquentes et graves pour les municipalités, les villes dotées d'infrastructures de gestion des eaux pluviales vieillissantes peinent à trouver des moyens d'atténuer les effets de ces tempêtes. Les toits verts peuvent faire partie de cette solution, mais tous les toits verts ne sont pas créés égaux. La recherche et les connaissances appropriées sont essentielles.

A propos de l'auteur

Catherine Howell, assistante de recherche, GRIT Lab, Université de Toronto; Jennifer Drake, professeure adjointe de génie civil, Université de Torontoet Liat Margolis, professeur agrégé d'architecture de paysage, Université de Toronto

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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