Green roof with solar panels 1 20140504 1258710417
Biodiversité urbaine
Performance énergétique
Publié le 21 juillet 2016

Les toitures végétalisées sont-elles compatibles avec des panneaux photovoltaïques ?

Sur un projet, que faire face à l’obligation d’installer des panneaux photovoltaïques et des toitures végétalisées sur le(s) bâtiment(s) ? Les avantages de ces deux systèmes sont aujourd’hui indéniables. Les panneaux photovoltaïques permettent de produire de l’électricité renouvelable localement tandis que les toitures végétalisées, entre autres, apportent une protection du bâtiment, participent à la rétention des eaux de pluie et soutiennent la biodiversité locale. Souvent considérés comme incompatibles, la question de la compétition d’usage se pose régulièrement sur des projets qui encouragent à la fois les PV et les toitures végétalisées. Pourtant, plusieurs études montrent que des interactions existent entre le système végétalisé (substrat + végétaux) et les panneaux photovoltaïques et qu’ils agissent en synergie. Ainsi, la combinaison des panneaux photovoltaïques avec les toitures végétalisées permettent de répondre à deux enjeux de la ville durable (énergie durable et préservation de la biodiversité urbaine) tout en encourageant la densification du bâti, indispensable à la préservation de la biodiversité locale. Les villes allemandes et suisses regorgent d’exemples qui nous prouvent que la production d’électricité renouvelable et la végétalisation du bâti sont compatibles et interagissent de manière positive, alors n’hésitez plus à explorer cette solution pour votre projet !

DE MULTIPLES SYNERGIES ENTRE LES TOITURES VEGETALISEES ET LES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES

Une production d’électricité améliorée

  • Grâce à l’évapotranspiration des végétaux : En été les PV souffrent de surchauffe et l’efficacité des cellules diminue dès que leur température dépasse 25°C. Grâce au phénomène d’évapotranspiration des végétaux, le rendement peut être notablement amélioré. L’évapotranspiration qualifie la transformation d’eau liquide en vapeur qui a lieu lors de la photosynthèse ou lors de la régulation thermique des tissus de la plante. Ce processus consomme de l’énergie qui sera prélevée dans l’environnement et participe ainsi à son refroidissement. Une différence de 5 à 11°C à la surface des panneaux a pu être observée entre une toiture non végétalisée avec PV et une toiture végétalisée avec PV.
  • Grâce à l’augmentation de l’albédo : La production dépend de la radiation solaire qui arrive sur les cellules, et plus la radiation solaire est élevée, plus la production est élevée. Il est possible d’augmenter l’albédo de la surface du toit en retenant des végétaux au feuillage clair et en maintenant une couverture végétale maximale. La surface ainsi végétalisée renvoie davantage d’énergie solaire vers les cellules des PV que les toitures en graviers, augmentant ainsi le rendement des PV.
  • Protection contre les poussières et particules fines : Les poussières et particules fines s’accumulent à la surface des PV et réduisent la radiation solaire sur les cellules. La végétation permettrait de capturer une partie de cette pollution et de limiter la perte de rendement associée. Toutefois, ce bénéfice est encore mal documenté et reste donc difficile à quantifier.
  • Protection contre le froid : Enfin, la végétation, grâce à ses capacités thermiques, protège les PV du froid, qui sont sensibles à des températures très basses.

Selon les études, la combinaison des panneaux photovoltaïques et des toitures végétalisées permettrait d’avoir une augmentation de la production électrique comprise entre 1,3 et 8,3% par rapport à un toit conventionnel couvert de panneaux photovoltaïques (Lamatou et Chemisana, 2015).

Une biodiversité locale favorisée

  • Une plus grande diversité d’espèces : L’installation de PV au-dessus d’une toiture végétalisée apporte une diversité de conditions climatiques et permet la création de zones ensoleillées, mi- ombragées et ombragées. Cette diversification des habitats soutient une plus grande diversité d’espèces végétales qui elle-même offre une plus grande variété d’habitats aux espèces animales. Sur des toitures qui combinent PV et toitures végétalisées, les essences adaptées aux milieux ombragés sont par exemple plus nombreuses.
  • Un meilleur développement des végétaux : Les phénomènes de sécheresse sont particulièrement marqués en toiture à cause d’une forte exposition au soleil et au vent. Les PV procurent de l’ombre au système végétalisé (substrat et végétaux) et le protègent contre le vent. Des tests in situ en été ont montré que les PV pouvaient diminuer jusqu’à 4 ou 5°C la température à la surface de la toiture végétalisée. Mieux protégés de la sécheresse et du vent, les végétaux se développent mieux et la biomasse est plus élevée.

Des avantages structurels

Les PV sont maintenus en place par le substrat, ce qui limite l’usage de plots en béton contraignants pour la structure du toit. Le poids des PV est réparti sur l’ensemble du système et il n’est pas nécessaire de percer l’étanchéité.

CONSEILS ET PRECAUTIONS OPERATIONNELS

Des plantations adaptées en toiture et qui optimisent les synergies :

  • Plantation d’un système extensive à semi-intensif selon l’emplacement : si les panneaux sont placés à 20 cm au-dessus de la surface, limiter la hauteur des végétaux devant les panneaux à 20 cm sur 8 cm de substrat. Sous les panneaux et sur les zones sans panneaux, les végétaux peuvent atteindre 50 cm de hauteur sur 12 cm de substrat. Prévoir une épaisseur de substrat différente entre l’avant et l’arrière des panneaux permet de mieux contrôler la hauteur de la végétation.
  • Des végétaux adaptés aux conditions particulières rencontrées en toiture : un système racinaire peu profond pour ne pas endommager la membrane d’étanchéité, un besoin en nutriment et en eau faible, une résistance au vent, à la sécheresse et à la radiation directe
  • Des végétaux adaptés aux expositions ombragées sous les panneaux photovoltaïques
  • Afin de maximiser les interactions avec les panneaux photovoltaïques, choisir des végétaux de couleurs claires et maximiser la couverture végétale pour augmenter l’albédo de la surface
  • Pour favoriser le développement de la biodiversité animale et végétale, choisir un substrat de qualité et diversifier la palette végétale (au moins 20 espèces différentes), choisir des plantes mellifères ou qui produisent des graines et des fruits appréciés des oiseaux.

Une installation des panneaux qui maximise la production :

  • Panneaux disposés en « shed», c’est-à-dire inclinés à 30°, et non à plat sur le sol pour optimiser la production
  • Veiller à ce que le bas des panneaux soit situé à minimum 20 cm au-dessus du niveau du sol, afin d’éviter que les plantes qui poussent devant ne fassent de l’ombre aux cellules.
  • Afin d’éviter les phénomènes d’ombrage entre les panneaux, les espacer de 50 cm environ

Autres conseils et précautions :

  • L’irrigation ponctuelle et limitée aux périodes de forte sécheresse est parfois nécessaire pour le maintien de la végétation et optimise le système panneaux photovoltaïques – toitures végétalisées mais une gestion intelligente de l’eau est nécessaire à l’échelle du projet.
  • Un passage une fois par an à la fin de l’été est nécessaire pour éliminer les plantes susceptibles de percer la membrane d’étanchéité ou de faire de l’ombre.
  • Il est bien sûr essentiel de bien évaluer le surpoids engendré par les panneaux et la végétation, notamment en cas de chutes de neige.

CONCLUSION

Plusieurs retours d’expérience existent aujourd’hui et démontrent la compatibilité technique des toitures végétalisées avec la mise en place de panneaux photovoltaïques en toiture. Dans ce domaine, la Suisse et l’Allemagne ont une longueur d’avance. Voici quelques exemples de réalisations :

  • Toiture installée sur l’Université ZHAW en Suisse
  • Le toit du Palais de Beaulieu à Lausanne en Suisse également
  • Toiture sur le centre technologique de Munich en Allemagne

Les résultats des études scientifiques fondées sur des simulations ou des mesures in situ encouragent vivement cette nouvelle pratique qui illustre la possibilité de mettre en synergie les nouvelles technologies avec des solutions favorables à la biodiversité.

Toutefois, ces études sont encore trop peu nombreuses pour connaitre l’influence des divers paramètres sur la production d’électricité et l’amélioration de la biodiversité et elles sont uniquement menées sur des systèmes de végétalisation extensive avec une monoculture de sédum et une épaisseur du substrat très faible (3 - 5 cm environ). Ces toitures végétalisées ne sont pas optimales du point de vue du développement de la biodiversité ou de la rétention des eaux de pluie par exemple. Qu’en est-il des toitures semi-intensives ? Les synergies sont-elles renforcées ? La taille des végétaux devient-elle problématique pour maximiser la production d’énergie ?

Il serait également intéressant de mesurer les avantages économiques de la combinaison des systèmes grâce à une analyse en coût global : la surproduction des panneaux pendant la vie des bâtiments compense-t-elle le surcoût à l’investissement induit par la mise en place d’une toiture végétalisée et l’augmentation de la charge totale sur la structure porteuse ?

SOURCES

HUI, S. C. M., CHAN, S. C. (2011, November 22). “Integration of green roof and solar photovoltaic systems.” Paper presented on Joint Symposium 2011 - Integrated Building Design in the New Era of Sustainability, Hongkong.

KÖHLER, M., SCHMIDT, M., LAAR, M., WACHSMANN, U., KRAUTER,. S. (2002). “Photovoltaic-panels on greened roofs: positive interaction between two elements of sustainable architecture.” Proceedings of the RIO 02 - World Climate & Energy Event, January 6 - 11, 2002. Rio de Janeiro. Brazil. 151 - 158.

LAMNATOU, C., CHEMISANA, D. (2015). “A critical analysis of factors affecting photovoltaic-green roof performance.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43, 264 – 280

SCHERBA, A., SAILOR, D. J., ROSENSTIEL, T. N. & WAMSER, C. C. (2011). “Modeling impacts of roof reflectivity, integrated photovoltaic panels and green roof systems on sensible heat flux into the urban environment.” Building and Environment, 46, 2’542 - 2’551.

SERVICE DES PARCS ET DOMAINES DE LA VILLE DE LAUSANNE (SPADOM) (2014). “Toitures végétalisées - Guide de recommandations : Pourquoi et comment accueillir la nature sur son toit ? ”

STEURI, B., VIGNOLA, G. (2016). “Green Roof Integrated Photovoltaics: Technologies and Application on an Urban Development Project in Hamburg, Germany.” Paper presented on the SBE16 Hamburg - International Conference on Sustainable Built Environment / Strategies – Stakeholders – Success factors, Hamburg, Germany.

À propos de l'auteur

Photo

Sandra Clermont

As an ecologist, I work for VINCI Construction France where I apply Biodi(V)strict, a tool that evaluates the impacts of construction projects to onsite ecosystems. I am based in Hamburg where I am busy gathering information on good practices to enhance biodiversity.

Date de publication

21 juillet 2016

Commentaires

Avancianiertat

Compression est comment dur votre sang pousse contre les parois de vos arteres lorsque votre coeur essence pompe le sang. Arteres sont les tubes qui transportent prendre offre sang loin de votre coeur. Chaque culture votre determination bat, il pompe le sang par vos arteres a la prendre facilement de votre corps.
https://www.cialispascherfr24.com/cialis-prix-maroc-juin/