Caractéristiques générales

Agencement des particules

L’observation des lames à l’œil nu montre qu’elles présentent un degré de tri granulométrique modéré, avec 10 à 30 % de l’ensemble des fractions autres que la principale de l’ordre de 0,5 – 1,5 cm associée à la pouzzolane (Figure 57 et Figure 58). La distribution relative entre les matériaux les plus grossiers et les plus petits est de type « Enaulic » avec un squelette de gros matériaux, en contact avec les uns avec les autres, puis des particules de plus petites tailles dans les vides interstitiels.

Matière minérale

La pouzzolane, matériau majoritaire du substrat extensif (Annexe V), est bien visible à l’œil nu (Figure 57). Elle est présente dans les gammes de granulométrie annoncée par le constructeur (3-6 mm et majoritairement 7-15 mm). Cependant une certaine hétérogénéité se dégage dans la répartition granulométrique entre les différentes lames avec un nombre plus important de particules dont au moins une dimension dépasse 1 cm (Figure 58) aux points de prélèvements 3 et 4 (au moins 6 à 8 particules) par rapport aux points 1 et 2 (de 1 à 4 particules). Celle-ci peut provenir de l’hétérogénéité de la répartition granulométrique du substrat dans le « big bag » au moment de son déversement sur la toiture, évoquée dans le paragraphe précédent. La surface de ces particules est d’ondulante à rugueuse (indentations plus profondes que larges). Cela provient notamment de la forte porosité initiale du matériau (p. 179). Ainsi, si une petite partie se désolidarise en surface, des cavités importantes sont rapidement creusées.

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Figure 57 - Lames minces de substrat extensif prélevées aux points de prélèvements 1 (S. spurium) et 2 (S. floriferum) sur la toiture Extensive

Exemples de matière organique initialement présente dans le substrat Exemples de racines de sedum Racines avec diamètre > 0,2cm Racines avec diamètre > 0,2cm Racines avec diamètre > 0,2cm 1 cm 1 cm Exemples de grains de pouzzolane

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Figure 58 - Lames minces de substrat extensif prélevées aux points de prélèvement 3 (S. album) et 4 (S. reflexum) sur la toiture Extensive

Exemples de vides inter-particulaires favorables à un écoulement gravitaire de l’eau Exemples de vésicules dans un grain de pouzzolane (cf. p. 178) Racines avec diamètre > 0,2cm Exemples de particules avec au moins une dimension > 1cm 1 cm 1 cm

184 Matière organique

Deux principaux types de matière organique se distinguent (Figure 57), la matière organique : - endogène au substrat, soit celle initialement apportée dans le mélange par le fabricant :

tourbe blonde et écorce de pin compostée,

- colonisatrice du milieu : soit les végétaux qui se sont développés dans cette zone, essentiellement des racines dont certaines sont en voie de décomposition.

Ces matières organiques sont majoritairement de teintes jaunes-orangées à marrons, en fonction de leur origine, de la nature des tissus ou de leur degré de décomposition. La teinte grise qu’elles peuvent également présenter est un artéfact lié à l’utilisation de carbure de silicium utilisé lors de la réalisation des lames minces.

Différents degrés de dégradation sont visibles, parfois sur un même élément de matière organique comme sur la Figure 59 qui montre la dynamique d’évolution de la matière. Dans les racines mortes des sedums présents, certaines présentent encore de la matière à l’intérieur tandis que pour d’autres seul le rhizoderme (enveloppe externe de la racine) est encore visible (Figure 60).

Figure 59 – Dégradation progressive et hétérogène de la matière organique initialement présente dans le substrat (point de prélèvement 2)

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Figure 60 - Racines de S. reflexum vivantes et mortes avec différents stades d'avancement de dégradation (point de prélèvement 4)

Deux principaux types de porosité

Le substrat présente une porosité complexe avec notamment deux principaux types de vides (Figure 58). Le premier correspond aux vides fortement interconnectés présents entre les particules fines et grossières. Le second, de type « vésicule » ¹⁸, est celui présent dans les particules de matières minérales. Sur les lames des points de prélèvements 3 et 4, les plus grands vides inter-particulaires sont de l’ordre de 1 à 1,5 cm de largeur et sont répartis de façon homogène sur l’ensemble de l’épaisseur du substrat. Ces vides peuvent atteindre jusqu’à 3 cm sur les lames des points de prélèvements 1 et 2 autours des zones en profondeur présentant des racines de diamètre important (de l’ordre de 0,5 cm). En moyenne, les différentes lames présentent un pourcentage de vide inter-particulaire sur l’ensemble de la profondeur de l’ordre de 36 % et un vide de type vésiculaire de l’ordre de 18 %, soit au total environ 54 % de vide.

Agrégats

Les premiers cm de substrat présentent une accumulation progressive de particules fines majoritairement organiques dans les vides inter-particulaires. Ce phénomène est plus particulièrement visible sur la coupe du point de prélèvement 1 (Figure 57). Il présente d’ailleurs un pourcentage de vide inter-particulaire inférieur dans les 3 premiers cm de substrat (de l’ordre de 40%) par rapport au reste du profil, notamment en profondeur avec environ 60% de vide inter-particulaire sur les 3 derniers cm. Plus en profondeur, des vides inter-inter-particulaires apparaissant comme non connectés sur ces coupes en 2D montrent également une accumulation progressive de mélanges de matières minérales et organiques (Figure 62), tout comme certains vides intra-particulaires (Figure 61). En outre, des mélanges de matières minérales et organiques se fixent sur

18 Vésicule : vide autre qu’inter-particulaire dont les contours sont des courbes simples et lisses selon Bullock et al., 1985 Racines vivantes Racine en cours de décomposition Racine en cours de décomposition dont seul le rhizoderme est encore présent 500µm

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certaines anfractuosités en surface des particules minérales. Observée à une échelle plus fine, la surface de la pouzzolane semble se fractionner par endroit et s’associer à d’autres types de matériaux (Figure 63). Des processus d’agrégation sont donc bien présents et pourraient conduire progressivement au colmatage de certains vides. Ces agrégats sont généralement poreux, de forme ronde et sont dissociés entre eux. Leurs tailles varient de très fines (0,5 à 1 mm) à ultrafines (<0,5 mm) avec de très rares occurrences de fines (1-2 mm).

Figure 61 - Colmatage progressif de vides intra-particulaires (vésicules)

par des particules fines et notamment de la matière organique (point de prélèvement 3)

Figure 62 - Formation d'agrégats dans des vides inter-particulaires (point de prélèvement 2)

Agrégats dans vides inter-particulaires connectés Accumulation progressive d’agrégats dans vides inter-particulaires non

connectés.

2 mm 500 µm

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Figure 63 - Observation à plus fort zoom des agrégats et de leurs associations avec la surface de la pouzzolane (point de prélèvement 4)

Dynamique d’écoulement et de lessivage

Les lames minces montrent des vides dont l’orientation est favorable à un écoulement des eaux (Figure 58), sans qu’il n’y ait toutefois de vide avec une orientation parfaitement verticale indiquant un écoulement direct de l’eau. Celle-ci doit circuler gravitairement d’un vide à l’autre avec des déplacements latéraux au fur et à mesure de son écoulement dans le substrat. Par ailleurs, des zones présentent également une orientation de particules fines (Figure 64) qui peut indiquer une dynamique de lessivage progressif de ces éléments.

Figure 64- Orientation de particules dans un vide inter-particulaire pouvant indiquer un lessivage de celles-ci (point de prélèvement 3)

Petites particules potentiellement issues du fractionnement de la pouzzolane 500 µm

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2.2.2 Caractéristiques de la végétation

A l’œil nu, les quatre variétés de sedums présentent différentes répartitions des racines de diamètres les plus importants (de 0,2 à 0,5 cm voire plus). Elles se trouvent essentiellement en surface pour S. album et S. reflexum (Figure 58) et en profondeur pour S. spurium (Figure 57). S. floriferum présente une répartition plus homogène des racines sur l’ensemble de la lame, d’environ 1,5 cm de profondeur jusqu’à 8 cm (Figure 57). Depuis le mois de février 2013, le système de stockage d’eau dans la couche de drainage était de nouveau effectif. Les teneurs en eau dans le substrat en profondeur devaient donc être significativement plus élevées qu’en surface durant la période ayant précédé les prélèvements finaux. La répartition des racines peut donc indiquer un besoin en eau plus important pour S. spurium que pour S. album et S. reflexum ou encore un développement racinaire différent par nature entre ces différentes espèces. Comme évoqué précédemment, ces racines de dimensions importantes sont généralement entourées de vides inter-particulaires de grandes dimensions.

Observées à la loupe binoculaire, ces lames révèlent la présence de racines de diamètre inférieur à celles évoquées précédemment, réparties sur l’ensemble des profils des différents points de prélèvements. Ces racines plus petites sont systématiquement entourées d’agrégats organo-minéraux comme le montrent les coupes transversales et longitudinales des figures ci-dessous (Figure 65).

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Figure 65 – Agrégation et accumulation de particules au-dessus de racines de S. spurium (haut) et S. floriferum (bas) (points de prélèvement 1 et 2)

De multiples interactions entre les racines des végétaux et la matière minérale sont visibles sur les deux lames minces réalisées au point de prélèvement 2 (en présence de S. floriferum). Des racines sont présentes dans les porosités de la pouzzolane (Figure 66). D’autres sont en contacts directs et semblent avoir séparé deux particules initialement en contact (Figure 67) ou avoir induit une légère dégradation/fragmentation de la matière minérale (particules fines qui semblent se détacher de la particule principale Figure 68). Ce phénomène n’a pas été observé sur les autres lames. Des répétitions seraient nécessaires pour confirmer la présence de différences significatives selon les

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espèces de sedums étudiées. S. floriferum pourrait être venu chercher de l’eau stockée dans ces pores ou encore de l’air si le substrat était trop humide. Il n’a cependant pas été possible d’identifier dans la littérature de besoins différents pour ce sedum par rapport aux autres variétés.

Figure 66 - Racines de S. floriferum introduites dans les porosités d'un grain de pouzzolane (point de prélèvement 2)

Figure 67 - Racine de S. floriferum introduite entre deux grains de pouzzolane probablement en contact au préalable (point de prélèvement 2)

Figure 68 - Racine de S. floriferum en contact direct avec un grain de pouzzolane semblant induire un fractionnement de petites particules de pouzzolane dans la zone de contact (point de

prélèvement 2) 500 µm

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