Le printemps et l'été 2017 ont été parmi les plus humides jamais enregistrés dans l'est de l'Amérique du Nord, y compris le sud de l'Ontario.

Les quantités de pluie au printemps ont battu des records dans des endroits comme Toronto, où 44,6 millimètres de pluie sont tombés en 24 heures.

Les averses incessantes ont fait déborder l'infrastructure des eaux pluviales de la plus grande ville du Canada, entraînant l'inondation des rues achalandées du centre-ville.

L'urbanisation dans des villes comme Toronto a entraîné une perte rapide de surfaces perméables où l'eau peut s'écouler librement. Couplé à la croissance de la population du centre-ville de Toronto, cela signifie que les systèmes d'eaux pluviales et d'égouts en place doivent gérer plus d'eau qu'au cours des décennies précédentes.

Par ailleurs, les augmentations de la température mondiale ont été liées à l'augmentation des événements météorologiques extrêmes dans le monde entier, une tendance qui pourrait s'aggraver si le réchauffement climatique n'est pas maîtrisé.

Des villes comme Toronto sont mal équipées pour faire face à ces quantités de précipitations sans précédent en raison de leur infrastructure de gestion des eaux pluviales insuffisante et désuète.

Vingt-trois pour cent des égouts du centre-ville de Toronto sont réunis, ce qui signifie que les eaux pluviales et les eaux usées de la ville s'écoulent ensemble dans un seul tuyau vers une usine de traitement des eaux. En période de fortes pluies, la quantité d'eaux pluviales dans les égouts peut atteindre sa capacité maximale et déborder dans les rues de Toronto et dans son lac et ses rivières.

Cela signifie prévenir les inondations dans les centres-villes, les eaux usées sont rejetées — non traitées — dans les plans d'eau qui permettent la baignade et d'autres sports récréatifs.

Avec des quantités de précipitations en hausse dans le monde, c'est un moment crucial pour examiner comment des villes comme Toronto peuvent moderniser leur infrastructure immobilière existante pour atténuer les dommages causés par les inondations et gérer les eaux pluviales d'une manière plus durable.

Technologies d'infrastructures vertes, comme les chaussées perméables, biowales, citernes et toits verts, sont désormais couramment recommandées pour faire face à des événements météorologiques extrêmes.

Toits verts pour la gestion des eaux pluviales

Les toits verts sont une option d'infrastructure verte (IG) qui peut être appliquée à pratiquement n'importe quel toit, compte tenu de la capacité de charge pondérale. Les avantages des toits verts s'étendent bien au-delà de leur attrait esthétique évident.

Une étude réalisée par l'ingénieure civile de l'Université de Toronto Jenny Hill et des co-chercheurs du Green Roof Innovation Testing Lab (GRIT Lab) de l'école a montré que les toits verts ont la capacité de capter en moyenne 70 pour cent des précipitations sur une période donnée, soulager les systèmes d'eaux pluviales souterrains et libérer l'eau de pluie dans l'atmosphère.

L'étude a examiné quatre variables de conception de toits verts qui représentent les pratiques industrielles les plus courantes :le type de plantation (plantes succulentes ou graminées et plantes herbacées à fleurs), substitut de sol (minéral, compost de bois), profondeur de plantation (10 centimètres ou 15 centimètres) et programme d'irrigation (aucun, quotidien ou activé par capteur), et comment ces quatre facteurs ont influencé la capture de l'eau.

Le programme d'arrosage s'est avéré avoir le plus grand effet, avec une capacité de rétention passant de 50 pour cent avec une irrigation quotidienne à 70 pour cent avec une irrigation activée par capteur ou sans irrigation. En d'autres termes, les toits qui n'ont pas été arrosés, ou ne sont arrosés que lorsque leur sol atteint un taux d'humidité prédéterminé, ont une plus grande capacité d'absorption des eaux pluviales.

Par ailleurs, l'étude a calculé un nouveau coefficient de ruissellement de pointe - une valeur constante utilisée pour calculer la capacité d'un toit vert à retenir l'eau - pour les toits verts se situant autour de 0,1-0,15, une réduction de 85 à 90 pour cent par rapport à une surface imperméable.

Les concepteurs et les ingénieurs utilisent couramment un chiffre de 0,5 (réduction de 50 %) pour évaluer la performance des toits verts. Cet écart entre les pratiques de l'industrie et les résultats régionaux fondés sur des données probantes met en évidence la nécessité de poursuivre les recherches.

La deuxième variable la plus importante pour la rétention des eaux pluviales était le substitut de sol. Le matériau de plantation de toits verts le plus largement utilisé est basé sur les directives de la German Landscape Research, Société de développement et de construction (FLL).

La FLL a recommandé un agrégat minéral car on pense qu'il est plus durable et plus résistant que les substituts de sol biologiques. Mais cette recommandation a été contestée par la recherche aujourd'hui.

Hill et son équipe ont comparé le matériau de croissance minérale au compost de bois. Le compost a surpassé le minéral de 10 pour cent (70 pour cent contre 60 pour cent des précipitations retenues) dans les lits sans irrigation, et avait une compression ou une panne minimale au fil du temps.

Une autre découverte clé de l'étude de Hill a démontré que lorsqu'ils sont déjà humides, soit par l'arrosage soit par la pluie, le matériel de plantation a eu la plus grande influence sur la rétention d'eau. Le compost a surpassé le substitut du sol minéral jusqu'à trois fois lorsqu'il est complètement saturé (83 pour cent des précipitations retenues contre 29 pour cent).

Compostez un meilleur substitut de sol

Cela signifie que le compost n'est pas seulement plus performant à chaque saison, mais il s'est beaucoup mieux comporté pendant les saisons des pluies et pendant les orages consécutifs.

La profondeur de plantation (10 centimètres contre 15 centimètres) et la famille de plantes (plantes succulentes contre graminées et plantes herbacées à fleurs) ont toutes deux montré un faible impact sur la rétention des eaux pluviales par rapport au matériel de plantation et au calendrier d'arrosage.

Et ainsi sans compromettre la gestion des eaux pluviales, la sélection de plantes peut répondre à des objectifs esthétiques et à des repères environnementaux tels que la biodiversité et l'habitat des espèces.

L'une des contraintes pour la construction de toits verts est la charge de poids, en particulier dans les bâtiments qui n'ont pas été construits à l'origine pour supporter le poids d'un toit vert saturé. Ainsi, une profondeur de plantation de 10 centimètres au lieu de 15 signifierait que plus de toits pourraient être éligibles à la rénovation.

Néanmoins, même si une palette végétale diversifiée comprenant des graminées et des plantes herbacées serait une option de toit vert plus esthétique et écologique, ces plantes ont besoin d'être arrosées pour survivre dans des villes comme Toronto. Étant donné que l'irrigation a un effet négatif sur la rétention des eaux pluviales, Les concepteurs de toits verts peuvent envisager des plantes succulentes résistantes à la sécheresse comme le sedum.

Cependant, lorsque les plantes herbacées sont plantées dans du compost plutôt que dans des matières végétales minérales, la diminution de la capacité de rétention des eaux pluviales pourrait être évitée.

L'irrigation à la demande activée par un capteur d'humidité du sol peut équilibrer la gestion de l'eau avec la disponibilité de l'eau pour la croissance des plantes. Par ailleurs, le compost pèse nettement moins que le matériel de plantation minéral, ouvrant plus de potentiel pour les rénovations.

Ainsi, les recherches de Hill et de son équipe sur quatre variables distinctes des toits verts nous permettent de comprendre les avantages et les limites de chacune, et comment ils peuvent être combinés.

Toits verts :Infrastructure verte optimale

A notre avis en tant que chercheurs du GRIT Lab, les toits verts sont l'infrastructure verte urbaine optimale en raison de leur multifonctionnalité :ils peuvent être installés sur des bâtiments existants, ils offrent un espace de biodiversité pour la faune urbaine et ils peuvent enrichir les espaces publics pour le plaisir des citadins. En outre, les toits verts peuvent rendre agréables des lieux auparavant inhospitaliers, et fournir un nouvel espace extérieur pour les employés de bureau.

Ces découvertes récentes montrent clairement le potentiel des toits verts. Mais des études scientifiques approfondies sur les toits verts, comme celles entreprises au GRIT Lab, sont nécessaires afin de déterminer la meilleure composition de toit vert pour une performance optimale.

Par exemple, bien que le type de plantation ait eu peu d'effet sur la rétention des eaux pluviales, le mélange herbacé de plantes indigènes s'est avéré plus attrayant pour les abeilles indigènes et est sans doute plus attrayant. Cette information est critique; bien que les succulentes soient actuellement la norme de l'industrie, planter uniquement des plantes succulentes sur les toits pourrait potentiellement avoir un impact négatif sur l'écologie urbaine dans diverses régions.

Une variable supplémentaire à considérer lors de la conception d'un toit vert est son emplacement. Le chercheur du GRIT Lab Scott MacIvor et ses co-chercheurs ont découvert que la hauteur des bâtiments compte :il y a beaucoup moins de ruches lorsque les toits verts sont trop hauts, et donc concevoir un toit destiné à aider les abeilles de plus de huit étages serait futile.

À mesure que les tempêtes deviennent plus fréquentes et plus graves pour les municipalités, les villes dont l'infrastructure des eaux pluviales est vieillissante, comme Toronto, ont du mal à trouver des moyens d'atténuer l'impact. Les toits verts peuvent faire partie de cette solution, mais tous les toits verts ne sont pas créés égaux. La recherche et les connaissances appropriées sont essentielles.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.