Canicule, températures de plus en plus élevées la nuit… Lutter contre les îlots de chaleur urbains (ICU) est une nécessité pour que les villes ne deviennent pas invivables. Avec la végétalisation, le rafraichissement de toiture est une réponse pertinente à cet enjeu crucial. Effet complémentaire non négligeable, ils aideront à la réduction des consommations d’énergie liées à la climatisation.
Le dérèglement du climat, avec ses vagues de fortes chaleurs de plus en plus fréquentes, conjugué à la densification et à l’artificialisation des sols accentue ce qu’on appelle les « îlots de chaleur urbains » (ICU). Les ICU sont des zones urbaines où l’élévation de la température de l’air et des surfaces est beaucoup plus importante par rapport aux zones périurbaines ou rurales, et ceci notamment la nuit. Ce phénomène, observable et accentué lors des périodes de canicule, a des impacts sur la santé, le bien-être, l’attractivité des villes, les consommations énergétiques (climatisation), et la biodiversité animale et végétale. Plusieurs facteurs y contribuent, comme l’inertie des matériaux de construction des bâtiments, des voiries et autres infrastructures, la minéralité des sols et l’absence de végétaux, les dégagements de chaleur issus de l’activité (système de climatisation, industries, moteur de voiture, etc.). Sans oublier, la conception même des villes – voies de circulation importantes – et tous les phénomènes entravant la convection… L’exemple de la climatisation est très parlant : plus il fait chaud, plus on climatise, mais plus on climatise, plus on réchauffe l’air à l’extérieur. Et plus on consomme d’énergie, plus on émet de gaz à effet de serre, facteur de réchauffement climatique.
Les élus prennent conscience de cette problématique et des enjeux qui y sont liés. Des recherches sont en cours, notamment des modélisations pour comprendre le phénomène et trouver des solutions adaptées pour l’atténuer. D’ores et déjà, on sait que parmi les facteurs influents sur les ICU, certains matériaux utilisés en revêtements de façade et de toiture ont un impact. Ceux-ci stockent la chaleur pendant la journée – 15 à 30 % de plus que dans les zones rurales (source Cerema) – et la « relarguent » la nuit. Résultat : les températures extérieures nocturnes ne baissent pas, d’où l’inconfort – et c’est un euphémisme – pour les habitants. Cet écart entre villes et campagnes peut aller de 2 à 7°C, voire 10°C en période de canicule.
TOITURES FRAÎCHES
Pour autant, il n’y a pas de fatalité : des moyens existent pour atténuer, sinon supprimer, ces îlots de chaleur. Entre autres solutions, recourir à certains matériaux aux propriétés adaptées. Et ceux de toitures, plus particulièrement dédiés aux toitures-terrasses, sont en première ligne. On pense immédiatement à la végétalisation1 et à raison puisqu’elle réduit fortement les besoins de climatisation en protégeant des surchauffes – de 70 à 90 % d’énergie transmise en moins par rapport à une toiture nue2. Notons également son effet positif sur les températures extérieures, notamment lors des pics de chaleur. Les végétaux ayant la capacité de transformer l’eau liquide prélevée dans le substrat en vapeur d’eau (en puisant de la chaleur), laquelle se diffuse ensuite dans l’air ambiant et contribue à le rafraîchir.
Cela dit, elle n’est pas la seule option technique en toiture pour aider à rafraîchir la ville et à réduire les besoins en climatisation. Depuis quelques années déjà se développe la technologie des couvertures dites « toitures fraîches ». Ces toitures de couleur claire, voire entièrement blanches, réfléchissent le rayonnement solaire et stockent peu de chaleur. « Nous reprenons les principes qu’utilisent les Grecs lorsqu’ils peignent leurs maisons au blanc de chaux. C’est une industrialisation de concepts ancestraux », explique Rémi Perrin, directeur recherche & développement SOPREMA, qui en résume le principe : « En réfléchissant la chaleur avec des matériaux qui ne chauffent pas, on en réduit la température de surface. Par effet boule de neige, ces températures de surface plus froides permettent de diminuer les îlots de chaleur en milieu urbain, d’où une augmentation de la capacité de la canopée à rafraîchir la ville la nuit. »
DURABILITÉ ET ÉCONOMIE D’ÉNERGIE
Et d’expliquer plus concrètement le fonctionnement de ces couvertures : « L’énergie solaire est divisée en deux parties bien distinctes. La première est le spectre visible du soleil, la seconde le spectre des infrarouges. Les propriétés d’un système de couverture rafraichissement de toiture sont mesurées sur la capacité d’un matériau à réfléchir le spectre visible et le spectre infrarouge. » Soit des revêtements à fort albédo (pouvoir réfléchissant d’une surface) sur le spectre solaire et à forte émissivité dans le lointain infrarouge. « Ces caractéristiques optiques sont des propriétés de surface des matériaux. Cela se joue sur les premiers 30 ou 40 micromètres de surface. Nous avons donc besoin de matériaux de surface qui n’accumuleront pas la chaleur des infrarouges – ce qui évite le stockage dans l’enveloppe du bâtiment. Parmi les matériaux performants, les matériaux organiques polymères ont tout leur rôle à jouer. »
Patinoire Michel Raffoux à Dunkerque
Ainsi, les toitures demeurent fraîches en dépit de l’ensoleillement, d’où une réduction de 50 % de l’impact du bâtiment sur les effets d’ICU, mais aussi de ses consé-quences sur la pollution de l’air et la santé. Autre effet positif notable sur les pics de consommation électrique, dont la climatisation des bâtiments est en partie respon-sable. En effet, en sous-face d’une toiture fraiche, la température intérieure des locaux est de 2 à 3°C inférieure à celle d’un bâtiment qui en serait dépourvu. Résultat : 15 à 20 % d’économies sur la consommation d’énergie de rafraîchissement et/ou de climatisation et autant de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) responsables du réchauffement climatique. Ces toitures sont aussi plus durables, car la plus faible température de surface augmente la durée de vie des membranes.
RAFRAICHISSEMENT DE TOITURE ET INSTALLATIONS SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES
En outre, il est possible de coupler une couverture rafraichissement de toiture avec des panneaux solaires photovoltaïques bifaciaux, permettant d’augmenter la production d’électricité renouvelable grâce à la réflexivité du revêtement de toiture. Un autre effet vertueux que met en avant Jean Damian, directeur de SOPRASOLAR : « Il y a eu un fort développement de centrales au sol avec les panneaux bifaciaux. Du fait de la massification du marché, les capacités de production ont augmenté et l’écart de prix avec les panneaux conventionnels est aujourd’hui très faible. » Un surcoût d’environ 5 %, à mettre en perspective avec l’augmentation du rendement sur vingt-cinq ans de l’installation solaire comprise entre 5 et 10 % selon l’inclinaison des panneaux, la nature du revêtement et sa réflectivité, et bien sûr en fonction de la région.
D’où l’intérêt de marier les deux technologies pour les maîtres d’ouvrage de bâtiments industriels et commerciaux, qui ont aujourd’hui l’obligation de mettre en place des installations photovoltaïques en toiture. Une option triplement vertueuse selon Jean Damian : « Premièrement, le maître d’ouvrage se donne les moyens avec le rafraichissement de toiture de limiter le transfert de chaleur à l’intérieur du bâtiment en période de forte chaleur. Deuxièmement, la réflectivité de la membrane d’étanchéité permet de récupérer la lumière pour stimuler la face arrière des panneaux solaires et augmenter la production d’électricité. Troisièmement, cette solution répond à l’ensemble des exigences réglementaires, tant celle de la loi Energie Climat, que celles assurantielles ou de sécurité incendie. » L’offre SOPRASOLAR sous avis technique répond à l’ensemble des exigences réglementaires.
Casino Supermarché à Saint-Laurent-des-Arbres
Si on revient aux systèmes de rafraichissement de toiture, la stratégie de SOPREMA Entreprises consiste à commercialiser l’offre la plus large possible pour répondre à tout type de bâtiment et de demande : « Nous ne nous sommes pas limités à une seule technologie, mais avons fonctionnalisé le rafraichissement de toiture à l’ensemble de nos systèmes d’étanchéité, quelle que soit la nature de l’ouvrage », précise Rémi Perrin. Ainsi il existe des gammes de membranes d’étanchéité bitumineuse ou synthétique avec des finitions rafraichissement de toiture, et une gamme d’étanchéité liquide. De quoi satisfaire les maîtres d’ouvrage les plus exigeants.
50 % de réduction de l’impact du bâtiment sur les effets d’îlots de chaleur urbains
-3°C baisse de la température intérieure
Jusqu’à 20 % d’économies d’énergie en été
GLOSSAIRE
Albédo : Rapport de l’énergie solaire réfléchie par une surface sur l’énergie solaire incidente. On utilise une échelle graduée de 0 à 1 ; 0 correspondant au noir, pour un corps avec aucune réflexion, et 1 au miroir parfait.
Réflectivité : Capacité d’un matériau à réfléchir le rayonnement (exprimé en %) selon ASTM (American Society for Testing and Materials).
Émissivité : Capacité d’un matériau ou d’une surface à réémettre l’énergie absorbée (exprimé en %) selon ASTM (American Society for Testing and Materials).
Où en est le marché des toitures fraiches et en quoi est-ce une solution d’avenir ?
Depuis deux ans et demi, nous constatons un important développement de ce marché. Auparavant, nous réalisions deux ou trois chantiers par an ; aujourd’hui, si nous cumulons toutes les technologies de toitures fraiches que nous commercialisons, les volumes sont de l’ordre de 200 000 m2 par an, en France. La RE2020, qui intègre le confort d’été, devrait accélérer le processus, tout comme la nécessité de limiter les îlots de chaleur (ICU) en ville.
Sur ce dernier point, quels sont les effets concrets des toitures fraiches ?
Ces toitures reprennent un principe ancestral utilisé dans certaines régions chaudes du globe : réfléchir l’énergie du soleil avec des matériaux clairs qui ne stockent pas la chaleur. Ainsi durant les pics estivaux, l’écart de température entre une toiture recouverte d’un revêtement traditionnel et une toiture fraiche peut atteindre 40°C. La réduction de l’impact du bâtiment sur les effets d’îlots de chaleur urbains peut aller jusqu’à 50 %.
Avez-vous étudié ces produits et sous quel axe ?
Oui bien sûr, y compris avec des laboratoires de recherche académique pour comprendre leur fonctionnement. Nous voulions savoir, entre autres, quelle était la création de valeur pour le client. Les conclusions de ces études nous ont permis de montrer ce qui se passe à l’intérieur comme à l’extérieur du bâtiment. Sachant que la principale création de valeur de la toiture fraiche est pour l’extérieur, avec la lutte contre les îlots de chaleur urbains. C’est un argument de poids pour les maîtrises d’ouvrage publiques qui ont une responsabilité dans l’urbanisation pour concevoir des bâtiments avec un impact positif sur le confort global des usagers.
Cette solution membrane toiture fraiche a une double action de réduction de l’effet d’îlots de chaleur urbains (ICU) et d’amélioration du confort d’été à l’intérieur des bâtiments. Avec elle, les toitures sont maintenues fraîches naturellement.
Le système SOPRASTAR® Flam est l’un des rares procédés d’étanchéité de toiture à avoir obtenu le label « Solar Impulse Efficient Solutions ». Délivré par la Fondation Solar Impulse créée à l’initiative de l’explorateur et environnementaliste suisse Bertrand Piccard, ce label, basé sur des critères techniques, environnementaux et socio-économiques, certifie l’efficacité du système SOPRASTAR® Flam à protéger l’environnement et ce, de manière rentable. Car l’un des objectifs du label est aussi de réconcilier économie et écologie.
Fruit du savoir-faire des équipes recherche et développement de SOPREMA, SOPRASTAR® Flam est une simple membrane de finition toiture fraiche qui limite l’absorption par les bâtiments de l’énergie solaire. Ainsi grâce à ses caractéristiques exceptionnelles de réflectivité et d’émissivité (indice de réflexion solaire de 96), cette membrane n’absorbe pas l’énergie solaire. Mieux, elle la réfléchit. Ce qui permet de réduire de 40 à 50 % l’impact du bâtiment sur le réchauffement urbain, tout en abaissant la température intérieure de 1 à 2°C, réduisant ainsi les besoins en climatisation jusqu’à 3 kWh/an/m2 d’économies d’énergie.
Revêtement quadricouche
Sur le plan technique, SOPRASTAR® Flam se présente sous la forme d’une membrane d’étanchéité à base de bitume élastomère à armature composite de polyester. Sa face inférieure est protégée par un film thermofusible et sa face supérieure blanche est réflective grâce à un revêtement quadricouche laminé croisé spécifique. Le tout offre les meilleurs niveaux de réflectivité, d’émissivité et indice de réflectance solaire de sa catégorie. Sa surface est protégée par un film VALERON® limitant l’entretien et renforçant sa résistance à l’encrassement.
Elle est également sur la plus haute marche du classement FIT : F5 I5 T4. Ce classement d’aptitude à l’emploi créé par le CSTB et la Chambre syndicale française de l’étanchéité (CSFE) permet de répertorier les revêtements d’étanchéité sous Avis Technique selon trois critères : Fatigue, soit l’endurance aux mouvements du support de F1 à F5 ; Indentation ou résistances aux poinçonnements statique et dynamique, de I1 à I5 ; Température équivalent au glissement du revêtement sous l’effet de la température, de T1 à T4.
