Calculer la quantité d'eau à stocker et à évacuer

Les eaux à stocker

Le rôle de la toiture verte dans la gestion de l'eau est de stocker temporairement l'eau. Une partie retourne naturellement à l'atmosphère via évaporation et évapotranspiration des plantes réduisant ainsi le volume d'eau de pluie renvoyé éventuellement à l'égout (s'il n'y a pas d'infiltration).

De manière globale, on estime que la toiture verte permet une rétention allant de 50% (toiture verte extensive) à 90% (toiture verte intensive) des eaux de pluie incidentes annuelles.

En cas de pluie d'orage, les toitures vertes permettent également de diminuer le débit d'eau évacué par la toiture, voire de retarder le pic d'évacuation. Cette diminution est également fonction du type de toiture verte et peut aller de presque 50% (facteur de ruissellement de 0,6 à 0,5) pour les toitures extensives à plus de 70% (facteur de ruissellement de 0,3) pour les toitures intensives.

Le tableau ci-dessous résume la capacité de rétention à long terme, ainsi que l'effet en cas d'orage (le facteur de ruissellement) que l'on peut retrouver dans la littérature.

Moyenne de stockage et facteur de ruissellement annuels de l'eau selon le type de toiture verte et l'épaisseur de sa couche de support

Type

Forme de végétation

Epaisseur de couche (cm)

Rétention (%)

Facteur de ruissellement

Extensive

mousse/ sedums

2 - 4

40

0,60

sedums/mousses> 4 - 6450,55
sedums/mousses/herbacées> 6 - 10500,50
sedums/herbacées/herbes> 10 - 15550,45
herbes/herbacées> 15 - 20600,40

Intensive

herbes de prairie/herbacées/petits arbustes

15 - 25

60

0,40

herbes de prairie/herbacées/arbustes> 25 - 50700,30
herbes de prairie/herbacées/arbustes/arbres> 50900,10

Comparaison avec le facteur de ruissellement des aménagements urbains classiques

habitat à forte densité0,80
habitat à moyenne densité0,60
habitat à faible densité + grands jardins0,25
aires de sport0,20
parcs0,05

Source: FLL (ForschungsgesellschaftLandschaftsentwicklungLandschaftsbau E.V)

Remarque : Pour des raisons de sécurité (fortes pluies avant la mise en œuvre de la toiture verte, ou lors de travaux nécessitant l'enlèvement de la partie verte) le système d'évacuation des eaux pluviales de la toiture est dimensionné sans tenir compte de l'effet retardateur en cas d'orage : le facteur de ruissellement étant pris = 1.

Afin d'éviter que le substrat soit emporté par la force de l'eau qui coule de la toiture, il est conseillé de concevoir un étroit lit de gravier.

Schéma d'une toiture verte avec étroit lit de gravier

Schéma d'un toiture verte avec étroit lit de gravier NIT 229 © CSTC

Le dossier Gérer les eaux pluviales sur la parcelle aborde le sujet de la gestion des orages par les toitures vertes dans le dispositif Toitures stockantes.

La compatibilité de la récupération d'eau de pluie en toiture verte est abordée dans : Arbitrage et Page | Identifier les usages du Dossier | Récupérer l'eau de pluie

Les eaux à évacuer

Le CSTC a établi une méthode de calcul du débit d'eau à évacuer sur une toiture et du dimensionnement des avaloirs et des trop-pleins dans ses NIT,

Débit à évacuer

Selon la norme NBN EN 12056-3, le débit d'eau à évacuer d'une toiture est déterminé à l'aide de la formule suivante :

Q = r · V · A · C [l/s]

Q = le débit en l/min (ou en l/s) à évacuer par les avaloirs

r = l'intensité de la pluie en l/min.m² (ou en l/m².s); en Belgique : valeur de 3 l/min.m² ou de 0,05 l/m².s

V = un coefficient de sécurité sans unité; dans tous les cas, V = 1.

A = la superficie de la toiture (en m²) qui est raccordée à l'avaloir ; celle-ci se calcule comme suit :

  • s'il s'agit d'une toiture individuelle (non reliée à une façade en élévation), ‘A' équivaut à la projection horizontale du toit
  • si la toiture est raccordée à une façade en élévation, la projection horizontale du toit est augmentée de la moitié de la superficie de la façade

C = un coefficient retardateur ou réducteur, sans unité. Ce coefficient se justifie en principe par le fait que la toiture verte a un effet retardateur sur l'évacuation de l'eau (par rapport à une toiture traditionnelle nue). Etant donné que l'effet retard est fonction de l'épaisseur du substrat et de la nature de la couche drainante, il y a lieu de calculer ce coefficient pour chaque type de toiture. Or, à l'heure actuelle, il n'existe aucune méthode normalisée pour ce faire. Même si l'Allemagne a proposé une méthode d'essai, celle-ci est loin de faire l'unanimité. Il est donc impossible, dans l'état actuel des choses, de recommander des valeurs C admises par tous. En attendant que la situation se normalise au niveau européen, il est conseillé de dimensionner les avaloirs des toitures vertes de la même manière que pour une toiture nue, soit C = 1.

Dimensionnement des avaloirs

Le diamètre des avaloirs peut être déterminé sur la base du graphique, qui indique le débit d'évacuation d'un avaloir à diamètre constant situé dans le plan de la toiture, pour un niveau d'eau supposé de 30 à 50 mm maximum (3). Les avaloirs doivent être munis de grilles ou de crapaudines. Au cas où le niveau des eaux est différent ou si l'avaloir est un dispositif conique à diamètre rétréci, qu'il traverse un relevé ou que la pente du toit n'est pas dirigée vers l'évacuation, il convient d'utiliser la méthode de calcul de la norme NBN EN 12056-3.

Dimensionnement des avaloirs NIT 229 © CSTC

Le graphique s'utilise comme suit :

  • on calcule d'abord le débit à évacuer
  • puis on porte la valeur obtenue en abscisse, on trace ensuite une verticale partant de ce point jusqu'à l'intersection avec la courbe correspondant au niveau d'eau admis au droit de l'avaloir
  • le diamètre de l'avaloir est le point d'intersection entre la droite correspondant au niveau d'eau concerné et l'axe des ordonnées.

Il est conseillé de disposer au moins un avaloir par 100 m² de surface de toiture projetée et au moins deux avaloirs pour des superficies plus importantes. Si la toiture est équipée de plusieurs avaloirs, l'intervalle entre ceux-ci doit être limité à une distance de 10 à 20 m, chaque avaloir desservant une surface de 250 m² maximum.

Trop-pleins

Il est nécessaire de prévoir des trop pleins sur les toitures plates pourvues d'acrotères, afin d'éviter une surcharge permanente du toit en cas d'obstruction du système d'évacuation ou en cas de pluies exceptionnelles et d'empêcher l'eau de s'écouler par débordement à l'intérieur du bâtiment.

Si le dimensionnement des avaloirs s'opère sur la base d'une hauteur d'eau de 30 mm, la génératrice inférieure des trop-pleins sera placée à cette même hauteur. Dans les autres cas, ils seront placés à 50 mm au-dessus des avaloirs.

Selon te type de bâtiment et la fiabilité de ses installations d'évacuation, différentes approches de dimensionnement des trop-pleins peuvent s'envisager, à déterminer par le maître de l'ouvrage :

Dans cas de bâtiments à contenu précieux ( muséum p.ex) ou dans le cas où on n'a pas de certitude en ce qui concerne la fiabilité des installations d'évacuation lors de fortes pluies, on adoptera le principe que L'ensemble des trop-pleins devront pouvoir évacuer à eux seuls une averse d'une intensité de 0,07 l/s.m² (4,2 l/min.m²) : pour une toiture de 1000 m², l'ensemble des trop-pleins doit donc être à même d'évacuer un débit total de 70 l/s. ( NB Dans certains cas exceptionnels, le maître de l'ouvrage peut même envisager des intensités plus importantes.)

Dans le cas des bâtiments usuels, ayant une installation d'évacuation ne présentant pas d'anomalies de fonctionnement lors de fortes pluies, on peut partir de l'idée que les avaloirs évacueront toujours 0,05 l/s.m² et que les trop-pleins ne doivent prendre en compte que la surintensité, càd 0,07 – 0,05 = 0,02 l/s.m².

Les trop-pleins doivent être répartis compte tenu des surfaces à desservir. La distance entre deux trop-pleins ne dépassera pas les 30 m. Enfin, il est impératif de ménager une zone sans végétation autour du trop-plein.

Pour dimensionner les trop-pleins de section rectangulaire, on utilise la formule suivante (selon NBN EN 12056-3) :

L = 24000 Q/h1,5 (mm)

dans laquelle :

  • Q = le débit à évacuer (en l/s), calculé en function de la surface à desservir et d'une intensité de 0,07 l/s.m²
  • L = la largeur du trop-plein (en mm)
  • h = la hauteur maximale admissible au-dessus de la génératrice inférieure du trop-plein. La valeur de h se définit comme la hauteur d'eau maximale admissible sur la toiture, diminuée de la hauteur prévue pour dimensionner les avaloirs (30 ou 50 mm selon le cas).

Principe du trop-plein

Principe du trop-plein NIT 229 © CSTC

Mis à jour le 23/11/2016