Université Badji Mokhtar Annaba Département d’Architecture
Master 2 : option Architecture, Environnement et Technologie
Cours 6
Présenté par : Dalel MEDJELEKH
Année universitaire 2019-2020
Effets de la végétation sur le bâtiment, le microclimat
urbain et la santé
1 Table des matières
Introduction ... 2
I- Actions de l’arbre et effets de la végétation sur le microclimat urbain ... 2
II. La protection saisonnière de l’arbre ... 3
II-1. Le captage solaire en hiver ... 3
II-1-1. La végétation brise-vent ... 3
II-2. La protection solaire en été et impact sur l’effet de serre ... 4
II-2-1. Jardin de pluie : Gestion de l’eau ... 4
II-2-2. La végétation et le confort lumineux ... 5
III- Plantations types et leurs effets sur les ambiances ... 5
III-1. Alignement ... 5
III-2. Plantes tapissantes ... 5
III-3. Exposition ouest à nord ... 6
III-4. Exposition Sud ... 6
III-5. Façades ouest et Nord ... 6
III-6. Espaces vitrés ... 7
III-7. Terrasses et pergolas ... 7
IV- Murs et toitures végétalisés ... 7
V- La végétation et le confort sonore ... 8
VI- Impacts de la végétation sur la santé ... 9
VI-1. Les arbres à éviter à planter ... 9
VIII- L’arbre et la consommation d’énergie du bâtiment ... 10
IX- Impact de la végétation sur l’économie du pays ... 10
X- La végétation urbaine et la biodiversité ... 10
Bibliographie ... 11
« La végétation ne connaît pas de contradiction. Il vient des nuages pour contredire le soleil du solstice. Aucune tempête n'empêche l'arbre, à son heure, de devenir vert. »
Gaston Bachelard
2 Introduction
I- Actions de l’arbre et effets de la végétation sur le microclimat urbain
Fig 1. Action de l’arbre sur le climat (Source : Le groupement ECIC et Symbios’in, 2015)
Fig 2. Profil d’un îlot de chaleur urbain : différences entre températures mesurées en site urbain et températures du rural environnant végétalisé (Source : Berkeley National
Loboratory, 2020)
o Effet d’ombrage, confort thermique et régulation microclimatique ; o Réduction du rayonnement absorbé par les surfaces minérales ; o Absorbation du rayonnement solaire et évapotranspiration (Fig 1) ; o Modification de l’écoulement d’air ;
o Drainage et gestion de l’eau pluviale ; o Traitement des eaux usées ;
o Impact sur la température extérieure : réduction de l’ilot chaleur urbain (Fig 2) ; o Traitement de l’air et impact sanitaire ;
o Réduction du bruit ; o Activités de loisirs ;
o Effet induit sur la consommation d’énergie.
La végétation joue un rôle physiologique et biochimique dans le confort quotidien du bâtiment et l’usager, ainsi qu’un rôle de régulation des excès climatiques. Le bon choix de ses essences et la bonne connaissance de son usage, assurent le meilleur contrôle des ambiances microclimatiques, préserver la santé des usagers et enrichir l’économie du pays.
3 II. La protection saisonnière de l’arbre
Fig 3. Protection saisonnière de l’arbre II-1. Le captage solaire en hiver
Fig 4. Arbre à feuillage caduc et de faible dimension pour le captage solaire hiver et printemps (photo prise le 14/05/2019 à 15h10 au quartier Empalot à Toulouse)
II-1-1. La végétation brise-vent
Fig 5. Brise–vent (Source : paysages-de-nos-communes-74.blogspot.com)
Le cycle des quatre saisons fait apparaître pour le bâtiment et l’utilisateur une variation des besoins.
o La végétation doit être à feuillage caduc et/ou de faible dimension pour ne pas porter ombre sur les espaces extérieurs de repos et les surfaces de captage.
o Les arbres ont un effet brise vent qui réduit le taux d’infiltration de l’air extérieur. Le végétal doit être persistant et doit avoir un bon comportement de résistance mécanique vis à vis du vent, Fig 5. L’effet brise vent est meilleur avec des haies d’arbres à feuilles pérennes. Une protection du vent de courte à longue distance en alignement ou intégré dans un système par étagement peut être assumée.
4
II-2. La protection solaire en été et impact sur l’effet de serre
Fig 6. L’ombre des arbres, l’évapotranspiration et la photosynthèse des plantes
II-2-1. Jardin de pluie : Gestion de l’eau
Fig 7. Jardin de pluie (Source : Segur, 2017)
La végétation permet de réduire les risques d'échauffement par la création d'ombres, l'humidification de l'air et la ventilation. Elle réduit aussi l’effet de l’ilot de chaleur urbain par la séquestration du carbone :
o L’ombre des arbres et surtout celle des végétaux grimpants avec le port du feuillage réduit la température au sol et à la surface des bâtiments. Les arbres offrent l’ombre sans émission de la chaleur : c’est l’effet du plafond réfrigérant. (Izard, De Stobeleire, 1998).
Des modélisations à Tel Aviv montrent un rafraîchissement lié à la présence d’arbres de -4 °C, mais seulement de -1,3 °C dans certaines rues au trafic élevé (Dimoudi et Nikolopoulou, 2003) ;
o Le feuillage des arbres réduit aussi la vitesse du vent(Hashem, Akbari et al, 1997).
o Par le biais de l’évapotranspiration de la végétation, l’eau est transférée du sol vers l’atmosphère ce qui rafraîchit l’air ;
o Et avec la photosynthèse l’arbre contribue à limiter l’effet de serre en piégeant le CO2.
o Le jardin de pluie est une technique alternative pour la gestion des eaux de ruissellement urbain. L’idée est de récupérer et stocker les eaux pluviales pendant la période hivernale et l’utiliser pendant la canicule d’été pour booster l’évapotranspiration des arbres ; et par conséquent rafraichir l’air. Dans le cadre du réaménagement de la rue Garibaldi à Lyon, un nombre de souterrains existants ont été transformés en bassins de stockage des eaux pluviales pour le rafraîchissement de la ville (Fig 7).
5
II-2-2. La végétation et le confort lumineux
Fig 8. La végétation dans le patio (Source : Riad patio à Fès)
III- Plantations types et leurs effets sur les ambiances III-1. Alignement
Fig 9. Alignement d’arbres à Toulouse : Impasse Couzinet (photo prise le14/5/2019 à 15h23)
III-2. Plantes tapissantes
Fig 10. Plantes tapissantes (Source : pinterest.com /chrisrlenoble/jardin-mediterraneen/) o Dans les espaces exigeant une transition entre l'ombre et la pleine lumière, tel que les
patios et atriums, l’usage de la végétation permet d'éviter les phénomènes d'éblouissement et assure le confort lumineux.
o Les plantations marquant l’alignement sur voie, ou d’autres limites peuvent se composer d’arbres et petits arbres permettant le captage solaire d'hiver et la protection solaire d'été.
A citer : l’Acacia de Constantinople, Catalpa commun, Arbre de Judée, Micocoulier, Mûrier platane, Mûrier de chine, Platane, Sophora du japon, Tilleul argenté (Guyot, 1988).
o Des végétaux comme le genêt, lavandes, romarins… permettent d’améliorer les conditions de ruissellement. Ils sont capables de retenir les terres et absorber les eaux de pluie sur place.
6
III-3. Exposition ouest à nord
Fig 11. Cyprès de Provence (Source : lesbourdoncles.clustria.net) III-4. Exposition Sud
Fig 12. Plantes grimpantes à floraison estivale (Source : willemsefrance.fr) III-5. Façades ouest et Nord
Fig 13. Plantes grimpantes pour l’isolation thermique : le lierre (Source : jardinet.fr) o Les plantes grimpantes à feuillage caduc en exposition sud rafraîchissent l’intérieur des
bâtiments et offrent une protection solaire l'été. Une température de - 4 à 6 °C a été enregistrée au niveau des façades (Akbari, 2002). Les grimpants à citer sont l’Aristoloche siphon, Bignone à grandes fleurs, Bougainvillée, Glycine de chine, Jasmin de virginie, Vigne, Vigne vierge à 5 feuilles, Volubilis, etc. (Guyot, 1988).
o En revanche en orientation ouest et nord, il faut prévoir des grimpants à feuillage persistant assurant l’isolation thermique en hiver et en été, tel que le Figuier grimpant, Fusain grimpant, Lierre commun des bois, Lierre des canaries, etc. (Guyot, 1988).
o Les arbres et haies assurant l’effet brise-vent peuvent s’agir du Peupliers, Cyprès de Provence, Filao, Pittosporum… (Guyot, 1988).
7 III-6. Espaces vitrés
Fig 14. Plantation des espaces vitrés (Source : gammvert.fr) III-7. Terrasses et pergolas
Fig 15. Végétation des terrasses et pergolas (Source : Gonzale.net)
IV- Murs et toitures végétalisés
o Au niveau des terrasses et sur les pergolas, les grimpants permettant le captage solaire d'hiver et la protection solaire d'été sont : Aristoloche siphon, Bignone à grandes fleurs, Glycine de chine, Jasmin de virginie, Vigne, Vigne vierge à 5 feuilles, Volubilis (Guyot, 1988).
o Comparée à une toiture nue, l’énergie solaire apportée à une toiture végétalisée peut être réduite de 90% par les ombres générées par la végétation, (Leroux, 2005) ;
o La modélisation dans des rues encaissées à Londres ou Montréal montre une baisse optimale de la température de - 1,7 à 2,1 °C sur les toits des bâtiments si les murs sont végétalisés (lierre) (Akbari, 2002) ; et de -3 à 3,8 °C si les murs et les toitures sont végétalisés (herbacées et lierre) (Akbari et al, 2010) ;
o De la baisse de température de 2 à 4 °C en associant l’augmentation de la surface urbaine végétalisée (au sol et sur les bâtiments) et augmentation de l’albédo des matériaux (bâtiments et rues) (Jo et Mc Pherson, 2011).
o Dans les espaces vitrés, les plantations permettant le captage solaire d'hiver et la protection solaire d'été sont l’Aristoloche siphon, Bignone à grandes fleurs, Glycine de chine, Grenadier, Jasmin de virginie, Vigne, Volubilis … (Guyot, 1988)
8
Fig 16. Mur, toiture végétalisés et composants de la toiture végétalisée (Source : SOLEHA - Solution Eco Habitat, www.soleha.fr )
V- La végétation et le confort sonore
Fig 17. Diminution de la pollution sonore (CERFO, 2007).
o On estime qu’un talus planté de végétaux sur une longueur de 30 m et une hauteur de 15m réduit le bruit de 6 à 8 décibels, ce qui correspond à une sensation de diminution du bruit de 30 à 40,8%, Fig 17. Le bruissement des feuilles, ajoutées au chant des oiseaux qui y nichent, contribuent également à masquer les bruits de la ville (Centre de transfert de technologie en foresterie CERFO, 2007).
o Les arbres également aident à réduire le bruit, notamment lorsqu’ils sont intégrés dans des systèmes de murs végétaux (Labrecque et Teodorescu, 2005).
9 VI- Impacts de la végétation sur la santé
VI-1. Les arbres à éviter à planter
Fig 18. Le bouleau et le platane (Source : http://guidancesetsoinsenergetiques.e-monsite.com, http://nature.jardin.free.fr)
VII- Impacts de la végétation sur la qualité de l’air : NOx et les particules
1
1 PM (Particule Matter) particules fines : polluants atmosphériques sans définition chimique. PM10 : particules fines de diamètre inférieur à 10 µm
Certains arbres sont à éviter à planter tel que : o Le bouleau, un arbre de pollens très allergisant ;
o Le platane, les poils de ses fruits qui tombent à la fin du printemps provoquent chez l’homme des éternuements et irritations des yeux.
Plusieurs bénéfices sur la santé de l’usager sont liés à la présence de la végétation : o Amélioration de l’activité physique ;
o Diminution de la pression artérielle et de l’obésité, surtout chez les enfants ; o Bien-être psychologique.
Mais la concentration de la végétation provoque chez l’usager :
o Le risque d’allergies lié à l’émission de pollens d’espèces potentiellement allergisantes o L’effet néfaste lié à l’utilisation de produits phytosanitaires (pesticides) : cancers,
maladies neurodégénératives…
Les arbres améliorent la qualité de l’air (Rao et al., 2014). Un hectare de forêt de hêtres de 100 ans fixe annuellement une moyenne de 4 800 kg de CO2 et filtre les poussières (de 0,3 à 1 tonne par hectare par année) (Gillig et al., 2008).
Des effets très faibles mais significatifs de la présence d'arbres et la végétation rase sur la diminution des [NOx] et les particules. Les espèces à feuilles caduques apparaissent plus efficaces pour les NOx et les plantes grimpantes (Lierre) pour la fixation des particules : o Recouvrement des murs et des toits des bâtiments et des routes du bassin de Los
Angeles avec du pétunia (26è/217 plantes testée en fumigation) assure une assimilation de 16000 T/an, soit 3,1 % des émissions annuelles liées au trafic (Nowak et al, 2006) ; o Recouvrement de 20 % des toitures des locaux commerciaux et industriels de Détroit
avec du Sedum (Fig 19) donne une diminution des concentrations de NO2 dans l’air de près de 900T/an (Takahashi et al, 2005) ;
o 2000 m² d’herbes non coupées donne jusqu’à 4000 kg de particules atmosphériques piégées soit 2 kg par m² d’herbe sur la toiture végétale (Weber et al, 2014) ;
o L’augmentation du couvert végétal de 3,7 à 16,5 % assure une baisse des concentrations moyennes de PM10 de 10 % soit une élimination annuelle de 110 t/an (Cuny et Cunny, 2011).
10 Fig 19. Lierre, pétunia et sedum (Source : www.gammvert.fr, https://jardinage.ooreka.fr,
http://www.je-jardine.com)
VIII- L’arbre et la consommation d’énergie du bâtiment
IX- Impact de la végétation sur l’économie du pays
X- La végétation urbaine et la biodiversité
o L’augmentation de la surface végétalisée en centre-ville (x 0,065, latitudes moyennes 25 à 45 °N) offre une baisse des coûts de climatisation de -3 à 5% (Akbari et al, 2010), mais donne une augmentation des coûts de chauffage en hiver. Donc les arbres à feuilles caduques sont plus indiqués (frêne, ginkgo, peuplier, tilleul) (Jo et Mc Pherson, 2011) ; o L’ombre des arbres mesurée sur deux maisons cède un refroidissement saisonnier d’une économie d'énergie de 30%, correspondant à une économie quotidienne moyenne de 3.6 et 4.8 KWh/d. Les économies de la demande maximale pour les mêmes maisons sont de 0.6 et 0.8 KW (27% d'économies dans une maison et 42% dans l'autre) (Hashem, Akbari et al, 1997) ;
o D’après (Hoffman et Shashua, 2000), 80% des effets de refroidissement dans les sites urbains sont provoqués par l’ombrage des arbres d’alignement ;
o Un vent de 12 m/h réduit à 3 m/h par un coupe-vent, peut réduire de moitié la quantité du combustible à consommer dans un secteur résidentiel (Robinson, Eddington, 1996).
o La végétalisation des villes contribue par divers aspects à enrichir l’économique du pays.
Le végétal (arbres, arbustes, pelouse, …) dans les quartiers résidentiels augmente la valeur et le prix des résidences. De plus la ville boisée offre un environnement attrayant et de qualité, ce qui permet d’attirer les touristes et les entreprises (Gillig et al., 2008). Selon le rapport des services économiques TD (2014), les forêts urbaines d’Halifax, de Montréal, de Vancouver et de Toronto représentent une valeur combinée de 42 milliards de dollars et rapportent 330 millions de dollars en bienfaits environnementaux chaque année.
La végétation en milieu urbain, tel qu’avec le concept de forêts urbaines, augmente la biodiversité en fournissant un habitat pour la faune, ce qui favorise la présence d’insectes, oiseaux et mammifères. De plus, la plantation d’arbres requiert des sols de qualité et contribue à leur maintien. Ces sols abritent aussi des millions d’êtres vivants par cm3 (Larouche, 2016). Selon Gillig et al., 2008, une tasse de sol contient :
o plus d’un ver de terre (200 à 250 par m3 dans une prairie) ; o 50 000 arthropodes ;
o 100 000 nématodes ;
o 100 000 mètres de champignon ; o 20 millions de protozoaires ; o 200 milliards de bactéries.
11 Conclusion
Bibliographie
Berkeley National Loboratory, Heat Island Group,
[En ligne] : http://eetd.lbl.gov/HeatIsland/, page consultée le 30/03/2020 à15h30.
M-A. Cuny, L. Verrougstraete, M. Brocvielle, D. Cuny, Les impacts de la végétation en ville sur l’air, le climat et la santé, Conférence aménagement urbain et changement climatique, Loos, 11 février 2016.
A. Dimoudi M. Nikolopoulou, Vegetation in the urban environment: microclimatic analysis and benefits, Energy and Buildings, Volume 35, Issue 1, January 2003, Pages 69-76.
[En ligne] : www. paysages-de-nos-communes-74.blogspot.com [En ligne] : www.pinterest.com /chrisrlenoble/jardin-mediterraneen/) [En ligne] : www. lesbourdoncles.clustria.net)
[En ligne] : www.willemsefrance.fr [En ligne] : www.jardinet.fr
[En ligne] : jardinet.fr
[12] [En ligne] : www.gonzale.net
[13] SOLEHA - Solution Eco Habitat, [En ligne] : www.soleha.fr
[En ligne] : http://guidancesetsoinsenergetiques.e-monsite.com, http://nature.jardin.free.fr) [En ligne] : www.gammvert.fr, https://jardinage.ooreka.fr, http://www.je-jardine.com)
C-M. Gillig, C. Bourgery et N. Amann, L’arbre en milieu urbain : conception et réalisation de plantations. Infolio Éditions, Lullier, 2008, 216 p.
A. Guyot, L’arbre urbain un composant du confort pour l’architecture et l’espace public, [En ligne] : http://www.marseille.archi.fr/~imagine/pedagogie/vegetal/coursveg.html, Page consultée le 30/12/2009, 12:38.
Hashem, Akbari et al, Peak power and cooling energy savings of shade trees, Energy and Buildings, vol. 25, (1997), pp: 139-148.
M. Labrecque, et T. I. Teodorescu, Preliminary evaluation of living willow (Salix spp.) sound barrier along a highway in Québec, Canada. Journal of Arboriculture, 2005, 31(2) pp: 95-98.
L’usage de la végétation est un paramètre-clé, à la fois, dans l’éco-conception des bâtiments et l’aménagement des villes durables. Pour le bâtiment, elle constitue un système de contrôle et de régulation du confort, ainsi qu’un moyen pour réduire la consommation énergétique. En ville, le rôle de la végétation est primordial surtout dans l’atténuation de l’îlot de chaleur urbain et l’amélioration de la qualité de l’air. Ses effets multiples sur le milieu climatique, urbain, conceptuel et même sanitaire, nous oblige à l’introduire dans la conception. Le choix de ses types les plus appropriés est très important. La diversification de ses essences doit être recherchée par rapport au climat, la nature du sol, les différentes orientations et la nature du projet. Pour cela, la végétalisation des bâtiments et surtout des villes, nécessite des réflexions concertées, tenant en compte ses conséquences sanitaires et environnementales.
12 J. Larouche, Foresterie urbaine : recensement mondial des publications, situation actuelle et besoins de recherche des municipalités canadiennes, Université Laval, Mémoire : Maîtrise en sciences forestières, 2016.
Le groupement ECIC et symbios’in, Le rôle de l’Arbre Urbain dans un contexte de Changement Climatique, Atelier d’échanges Nature en Ville et changements climatiques, Grande-Synthe, 16 septembre 2015.
F. Segur, Arbres et plan climat. La stratégie de la Métropole de Lyon, Séminaire «Ville, nature et climat», 10 mars 2017, CNFPT, Lyon.
M. Rao, L. A.George, T. N. Rosenstiel, V. Shandas, and A. Dinno, Assesing the relationship among urban trees, nitrogen dioxide, and respiratory health. Environmental Pollution, 2014, 194 : pp 96-104.
Rapport des Services économiques TD (2014), Chapitre 22 Valeur économique/évaluation des arbres, [En ligne] : https://arbrescanada.ca/, page consultée le 31/3/2020 à 17h11.
