L’impact des toits végétaux sur le rafraichissement intérieur

4. L’impact des toits végétaux sur le rafraichissement intérieur :

L’équilibre thermique s’effectue entre l’énergie que nous irradions et l’air de la pièce qui l’absorbe. Cet échange thermique se fait par rayonnement, conduction, convection ou évaporation.

La sensation de confort thermique reste assez subjective et difficile à mesurer, les critères de confort les plus couramment utilisés dans le design architectural sont basés sur les travaux de Fanger. Ce dernier a développé une théorie selon laquelle le confort thermique dépend de six paramètres, le mécanisme d’autorégulation du corps humain laisse donc apparaitre une zone ou la variation de confort thermique faible : c’est la plage de confort thermique.

De façon simplifiée, on définit une température de confort ressentie, dite encore température opérative ou température résultante sèche comme suit :

Trs= (Ta+Tp)/2

Trs : Température résultante sèche.

Ta : Température ambiante ou température sèche, mesurée par un thermomètre ordinaire. Tp : Température des parois, celle-ci est égale à la moyenne des températures des parois environnantes pondérées par leur surface.

4.1. L’impact sur les températures de l’air intérieur :

La température de l’air intérieur doit être maintenue stable et uniforme sous des conditions climatiques externes variables. Ce qui ne peut être atteint que par un choix judicieux des matériaux de construction de grande capacité calorifique, par un dimensionnement adéquat des ouvertures et leur orientation par rapport au soleil et au vent.

La hausse des températures de l’air intérieur est fonction des gains de chaleur par l’enveloppe du bâtiment, les occupants, ou autres de chaleur (appareils, éclairage…).

L’installation d’un toit végétal permet d’atteindre un confort thermique intérieur meilleur en utilisant une moindre énergie pour le chauffage et spécialement pour la climatisation.

Le rafraichissement des bâtiments procuré par les toitures végétalisées a été constaté par plusieurs chercheurs.

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La baisse des températures de l’air intérieur sous un toit végétal est due à sa capacité à diminuer le transfert de l’extérieur vers l’intérieur, et ce, grâce à l’ombrage, l’évapotranspiration et l’inertie importante du substrat. Cette baisse est évaluée en moyenne entre 3°C à 4°C. Cependant, ces résultats peuvent varier selon le climat de la région étudiée, les caractéristiques du bâtiment, le complexe de culture, l’espèce végétale, la couverture foliaire et d’autres paramètres.¹⁵

4.2. L’impact sur les températures surfaciques de la toiture :

Les radiations solaires augmentent les températures des espaces intérieurs par convection et par rayonnement elles représentent les plus importants gains de chaleur à l’intérieur du bâtiment qui diminue la sensation de bien-être ressentie lorsqu’une différence de plus de 2° existe entre les températures des parois et l’air ambiant.

Les facteurs permettant la prise des températures surfaciques sont : la résistance thermique et la capacité thermique de la toiture végétalisée, l’absorption des radiations solaires par la végétation, le transfert de chaleur par convection à la surface de la toiture végétalisée et le transfert de chaleur latente due à la vapeur d’eau dans la couche de végétation.

Les toits végétaux ne permettent pas une réduction continue des températures surfaciques, ¹⁶ceci va dépendre de leurs caractéristiques et des paramètres suivants :

15Ibid.p39.

16 Ipid.p39.

Figure 2 : Températures de l’air intérieur des bâtiments avec et sans toit végétal.

45 La température de l’air extérieur

La nébulosité (ciel clair ou ciel nuageux) Différence entre le jour et la nuit

4.3. L’impact sur l’amplitude des températures surfaciques :

La baisse des températures de l’air intérieur sous un toit végétal est due à sa capacité à diminuer le transfert de l’extérieur vers l’intérieur, et ce, grâce à l’ombrage, l’évapotranspiration et l’inertie importante du substrat. Cette baisse est évaluée en moyenne entre 3°C à 4°C. Cependant, ces résultats peuvent varier selon le climat de la région étudiée, les caractéristiques du bâtiment, le complexe de culture, l’espèce végétale, la couverture foliaire et d’autres paramètres.

La surface externe du toit est souvent soumise aux fluctuations de températures les plus larges en fonction de son type et de sa couleur. Les températures surfaciques de cette dernière suivent les fluctuations saisonnières et quotidiennes des températures de l’air ambiant, ce qui engendre un réchauffement puis un refroidissement, continus et périodiques des composantes de la toiture. En effet, la surface du toit de référence exposée au soleil absorbe les radiations durant le jour et ses températures augmentent, la chaleur absorbée par cette dernière est dégagée la nuit ce qui réduit sa température surfacique, créant d’importantes amplitudes thermiques diurnes (différence entre la température maximale et minimale diurne). D’après plusieurs chercheurs, les amplitudes thermiques diurnes des surfaces externes des toits peuvent être réduites en réduisant leurs températures, et ce, en installant des toits végétaux (bass et baskaran, 2003, Wong et al. 2003, Liu, 2004, liu et baskaran, 2005, liu et Minor 2005)¹⁷.

Une expérimentation a été effectuée par le NRC (National Rresearch Canada) dans le campus d’Ottawa au Canada. La moitié du toit d’un bâtiment a été végétalisée en plantant des graines de fleurs sauvages, des sedums de différentes espaces et des planètes annulent sur 150mm de substrat. Les résultats obtenus montrent que, les surfaces externes du toit de référence sont sensibles aux variations saisonnières des températures de l’air, leurs températures augmentent et baissent avec des valeurs extrêmes ce qui augmente les amplitudes thermiques jusqu’à 46C et plus en été. Alors que, la végétation et le substrat de culture du toit végétal

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procure des variations des températures surfaciques moins importantes en été réduisant de ce fait les amplitudes thermiques a une moyenne de 6.5 C.

4.4. L’impact sur le flux de chaleur :

Les expériences démontrent que le flux de chaleur qui est en premier lieu fonction à la fois des conditions climatiques extérieures et des composantes de la toiture végétale (isolation, substrat et couverture foliaire) ,est fortement diminué alors que les gains à travers d’autre toits nettement plus élevé en revanche le flux de chaleur sortant est bloqué par le toit végétalisé à cause des substrats de culture et de la végétation qui agissent comme une masse thermique.¹⁸

5. Les paramètres influents sur l’efficacité thermique de toiture végétale : 