La première condition pour la couverture d’un toit, c’est d’être ininflammable. Par ailleurs les toits plats sont souvent couverts de gravier ou d’un substrat et végétalisés, afin d’ajouter du poids. En plus d’aspects touchant à la biodiversité et à l’esthétique, la végétalisation d’un toit permet aussi de retenir l’eau de pluie. 30 à 50 % seulement de la pluie arrivant sur un toit végétalisé doit être éliminée via les gouttières; pour un toit recouvert de gravier, ce chiffre passe à 95 %. La végétation évapore l’eau de pluie et la température du toit est plus basse, ce qui diminue les besoins en climatisation à l’intérieur du bâtiment.
Si lors d’une chaude journée d’été la température du toit est de 30° au lieu de 80°, l’installation photovoltaïque produira plus de courant. Selon les mesures effectuées, la production annuelle est ainsi supérieure de 3 à 4 %. Mais ce potentiel de symbiose a aussi ses exigences. Les toits végétalisés nécessitent plus d’entretien, notamment s’il y a des modules photovoltaïques. L’exploitant de l’installation doit surtout éviter que la végétation projette une ombre sur les modules.
L’importance de l’interaction entre la végétation sur toits et les modules PV a fait l’objet de présentations lors de la session de printemps 2015 de VESE.
Liens:
Ville de Bâle: recommandations pour les toits végétalisés avec installations PV (en allemand)
Quels sont les défis lorsqu’on installe des modules PV sur un toit végétalisé?
(1 à) 2 sessions d’entretien par an / Fauchage entre les lignes de modules.
Fourchette de coûts pour l’entretien d’une toiture courante, selon la nécessité d’entretien d’une toiture végétalisée: 0,5 ct/kWh (p.ex.: 2 personnes pendant trois jours = CHF 6’000.- pour une installation de 5 kWc).
Liens:
Présentation de Tecton: Toits PV avec entretien intensif. Session VESE d’avril 2015 (en allemand)
Exemple d’une installation de 25 kWc sur un immeuble locatif
Les modules PV ont été installés en mai, la végétation ayant été tondue. La photo de gauche montre la situation lors du premier contrôle sur le toit en octobre. En comparaison à une même installation en disposition ouest-est sur une toiture garnie de gravillon, l’installation a produit 8 % de moins en août et 12,5 % de moins en septembre. Le rendement moindre en juillet sur le gravier peut s’expliquer par l’effet rafraîchissant de la végétalisation; l’effet négatif de l’ombre portée par la végétation est toutefois supérieur. En raison de l’écoulement de l’eau de pluie, la végétation pousse particulièrement bien devant les modules; sous les modules, la croissance est minime.
L’entreprise chargée de l’entretien du toit facture CHF 500.- pour le fauchage à l’automne; cela représente 2 cts/kWh sur l’ensemble de la production annuelle ou 4 cts/kWh rapportés sur le semestre d’été. L’année suivante, la végétation est à nouveau apparue entre les modules en mai, ce qui a nécessité un fauchage en juin et un deuxième en septembre. A présent, c’est le concierge qui assume le contrôle.
Dans toute la mesure du possible, il faut renoncer à l’utilisation d’herbicides, de produits toxiques. Il faut notamment vérifier la compatibilité de ces produits avec l’isolation de la toiture et protéger l’environnement, tout particulièrement lorsque l’eau s’écoulant du toit finit dans la nappe phréatique ou les eaux de surface.
Pour un montant de CHF 5’000.-, le substrat aurait pu être pompé et remplacé par du gravier ou une natte de protection avant l’installation des modules PV. L’investissement supplémentaire aurait été amorti au cours de la moitié de la durée de vie de l’installation, alors que la perte en matière de biodiversité et l’absence de rétention d’eau de pluie sur le toit auraient représenté des points négatifs.
A quoi faut-il veiller lors de l’installation de modules PV sur un toit végétalisé?
La couche de substrat doit rester de faible épaisseur (5 à 7 cm au maximum devant et entre les modules); cela ne permet toutefois qu’une rétention d’eau de 15 l/m2 alors que l’idéal serait de 30 l/m2, et il n’y aura qu’une végétation basse, extensive (mousses, plantes grasses). D’autre part, la faible importance du substrat ne suffit pratiquement pas à lester les modules si le bord inférieur de ces derniers doit se situer à 15 à 30 cm au-dessus de la végétation, l’installation offrant ainsi une plus grande emprise au vent.
Il faut éventuellement réduire l’épaisseur de la couche de substrat (en tenant compte de la fonction de rétention d’eau de pluie) et éliminer la végétation avant le montage des modules PV.
Variante A) Sous le champ de modules, un textile non-tissé résistant, empêchant le passage des racines; éventuellement une couverture de base de tout le toit en tôle. Ce procédé présente toutefois le risque que la tonte soit encore plus difficile si de la végétation prend quand même racine dans les espaces prévus pour l’aération.
La couverture en tôle présente l’avantage d’une charge moindre et d’une grande densité d’utilisation (<25 kg/m2, 90 MWh/an sur 1’000 m2). La végétation ne peut toutefois être présente que marginalement et la fonction de rétention est entravée.
| A) Dense et aérodynamique | B) Disposition pour toit végétalisé |
|---|---|
 Plia Sol S |  Source: Zinco |
| Poids <25 kg/m2 Inclinaison 7° à 10° Hauteur de construction <30 cm Sur 1000 m2 env. 100 kWc soit 90 MWh/an | Poids >100 kg/m2 Inclinaison 15° à 30° Hauteur de construction >40 cm Sur 1000 m2 env. 62 kWc, soit 60 MWh/an |
| Prix indicatif pour la sous-structure, 40 CHF/m2, soit 350 CHF/kWc | Prix indicatif pour la sous-structure, 50 CHF/m2, soit >500 CHF/kWc |
| Solventure (Développement et installation) | Zinco (avec aide à la planification) |
| Pliasys (montage sud et ouest-est) | OptiGrün SunRoot |
 Solventure Superleggera black |  Source: OPTIGRÜN |
Variante B) La végétation peut se développer sous des modules spécialement rehaussés. Ceci a toutefois pour conséquences:
- plus d’emprise au vent et un poids supérieur (>100 kg/m2),
- une densité d’utilisation réduite (env. 60 MWh/an sur 1000 m2),
- des frais plus élevés pour le montage, le cas échéant il faut faire des boucles.
Comment faut-il concevoir un toit végétalisé avec modules PV?
Lors de la planification de la structure sur le toit et/ou du choix d’une solution pour la rétention de l’eau de pluie, il faut prendre en considération l’installation photovoltaïque.
- A) Il ne faut prévoir des matériaux de rétention sous les modules PV que si c’est nécessaire et il ne faut pas de végétation à ces endroits. La production de courant PV doit être concentrée sur les surfaces convenant idéalement, la végétation prenant place sur les surfaces restantes (p.ex.: sur la distance séparant l’installation du bord du toit ou sur les surfaces ombragées).
- B) Installation d’un système PV adapté aux toitures végétalisées (Zinco, Optigrün ou autre. Il faut r especter les conseils pour la planification)
- C) Une technologie en développement: modules PV bifaces sur supports verticaux.
Lien: Présentation d’Andreas Dreisiebner de Solarspar, mai 2016 (en allemand)
Le rayonnement solaire, venant de l’est puis de l’ouest, atteint successivement les deux faces des modules. Il faut évidemment respecter une distance suffisante entre les alignements de modules pour qu’il n’y ait pas de problème d’ombre. L’avantage est qu’il n’y a pas de pointe de production vers midi. Une exploitation pilote sert actuellement à mesurer la production annuelle pour vérifier si cette dernière est comparable à la production d’une installation orientée au sud. Il faut aussi évaluer les aspects économiques d’une telle installation, à savoir le coût de la construction particulière et la densité possible de modules sur une surface donnée. Les larges couloirs entre les modules permettent, le cas échéant, l’utilisation d’un robot pour la tonte. L’étude tendra également à préciser dans quelle mesure une végétation appropriée, de couleur claire, pourrait augmenter la production de courant du fait de la réflexion.
Source et contact: Andreas Dreisiebner, a777@solarspar.ch