Brevet FR2945303A1 — publié le 20101112

La présente invention concerne, d'une manière générale, une toiture végétalisée, le mot � toiture � désignant ici tant un toit en terrasse qu'un toit en pente ou encore un toit de forme quelconque. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse à une toiture végétalisée avec dispositif de dépollution de l'air. La toiture en cause est, en particulier, une toiture équipée de panneaux photovoltaïques pour la production d'électricité. On connaît, par exemple par la demande de brevet français FR 2906676, le principe de couvertures végétales pour toitures de bâtiments. On connaît aussi, par exemple par le brevet français FR 2545864, des toitures qui d'une part utilisent un matériau de couverture végétal et qui, d'autre part, reçoivent des panneaux photovoltaïques. Toutefois, ces toitures ne participent en aucune manière à la dépollution de l'air, en particulier de l'air contenu à l'intérieur des bâtiments qu'elles recouvrent. Par ailleurs, on connaît d'une manière générale les � biofiltres �, autrement dit des procédés biologiques de traitement des eaux usées ou de l'air vicié, qui réalisent l'élimination de la pollution par l'effet physique de filtration, combiné avec un effet biologique dû aux microorganismes présents dans le matériau filtrant. Ces biofiltres sont notamment associés à des végétaux ù voir par exemple le document WO 2006/030134. Dans ce document, il s'agit toutefois d'une installation située au niveau du sol. Enfin, la demande de brevet français FR 2383280 peut être citée comme exemple de toiture de bâtiment dans laquelle est prévue une circulation d'air entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment, à des fins de climatisation, en association avec un capteur de chaleur solaire. Toutefois, ces diverses techniques connues n'ont jamais été associées et possèdent chacune leurs limites. Face à cet état de la technique, la présente invention a pour but d'optimiser le traitement de l'air extrait d'un bâtiment et/ou pulsé dans le bâtiment, à la fois du point de vue thermique notamment pour le rafraîchissement de l'air, et sous l'aspect de la dépollution, en utilisant les phénomènes naturels. A cet effet, l'invention a pour objet une toiture végétalisée avec dispositif de dépollution, la toiture comprenant essentiellement, en combinaison : - une surface de toiture étanche, - au moins un plénum d'air délimité entre la surface de toiture et une paroi supérieure ajourée s'étendant sensiblement parallèlement à cette surface de toiture, - reposant sur la paroi ajourée, un substrat au moins partiellement constitué de terre végétale, sur lequel se développent des plantes, - des moyens de circulation forcée d'air depuis l'intérieur du bâtiment recouvert par la toiture végétalisée vers l'extérieur de ce bâtiment, et/ou depuis l'extérieur du bâtiment vers l'intérieur de ce bâtiment, au travers du plénum et du substrat. Avantageusement, cette toiture végétalisée comprend encore, au-dessus du substrat et des plantes poussant sur le substrat, un ensemble de panneaux photovoltaïques. Ainsi, la toiture végétalisée objet de l'invention se distingue notamment par son substrat, incorporant de la terre végétale, qui est installé au-dessus d'un plénum d'air participant à un circuit d'extraction d'air vicié hors du bâtiment ou de distribution d'air frais extérieur dans le bâtiment, le plénum assurant une répartition homogène de l'air sur toute l'étendue du substrat, tout en minimisant les pertes de charge dans le circuit d'air. En particulier, l'air aspiré dans le bâtiment est d'abord envoyé dans le plénum, à partir duquel, traversant la paroi supérieure ajourée, il pénètre dans l'épaisseur du substrat où, en s'élevant, il est simultanément rafraîchi par effet d'échange thermique, et dépollué par l'action des bactéries, au niveau des racines des plantes qui se développent sur le substrat. L'air rafraîchi et dépollué, qui s'échappe à la surface du substrat, peut être libéré dans l'atmosphère, ou bien aspiré et réintroduit à l'intérieur du bâtiment concerné. En cas de fonctionnement inversé, c'est-à-dire avec aspiration d'air depuis l'extérieur et soufflage de cet air dans le bâtiment, l'air ambiant est dépollué avant son introduction à l'intérieur du bâtiment, ce qui apporte aussi un avantage important. De plus, dans le cas de la présence de panneaux photovoltaïques, ceux-ci créent un ombre portée sur le substrat et sur les plantes, contribuant ainsi au rafraîchissement pour une optimisation du fonctionnement. De plus, ces panneaux photovoltaïques produisent une énergie électrique suffisante pour alimenter les moyens motorisés qui pulsent l'air à extraire et/ou à réintroduire, ainsi que d'éventuels moyens d'irrigation, en assurant ainsi l'autonomie énergétique de la toiture végétalisée. Dans un mode de réalisation préféré, au moins un conduit de distribution d'air vicié pulsé, en provenance de l'intérieur du bâtiment, est placé dans le plénum d'air. Ce plénum d'air peut aussi recevoir au moins un collecteur d'air dépollué, à pulser vers l'intérieur du bâtiment, ledit collecteur étant raccordé à au moins un conduit qui traverse le substrat et qui a son point de départ situé au-dessus de ce substrat. Avantageusement, la paroi supérieure ajourée du plénum d'air est constituée par un caillebotis, de préférence recouvert par une nappe géotextile sur laquelle repose le substrat. Par ailleurs, la toiture végétalisée doit être conçue de manière à pouvoir récupérer, canaliser et évacuer l'eau de pluie, et aussi le cas échéant l'excédent de l'eau distribuée par un système d'irrigation. A cet effet, des moyens de drainage sont avantageusement prévus sur le fond du plénum d'air. De plus, dans la mesure où cette toiture végétalisée est entourée par des panneaux brise-vent, ces panneaux sont avantageusement équipés, dans leur partie supérieure, d'un trop-plein pour évacuation de l'eau. Dans le même ordre d'idées, les moyens de support des panneaux photovoltaïques doivent, autant que possible, être étanches à l'eau et à l'air. Ces moyens de support sont avantageusement conçus comme des tubes- supports, reposant sur le fond du plénum d'air et traversant ce plénum ainsi que le substrat, de préférence avec interposition de rondelles d'étanchéité. Ainsi, les panneaux photovoltaïques sont simplement posés, sans vissage ni autre moyen d'enfoncement dans la dalle de toiture, de sorte que ni l'étanchéité ni l'isolation thermique de la toiture n'est affectée. L'épaisseur et la masse du substrat sont suffisantes pour maintenir les tubes-supports des panneaux photovoltaïques. Les tubes-supports de ces panneaux photovoltaïques peuvent aussi, dans leur partie extérieure surmontant le substrat, supporter des éléments tels que tubes d'un système d'irrigation. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme de réalisation de cette toiture végétalisée avec dispositif de dépollution : Figure 1 est une vue partielle en perspective et en coupe d'une toiture végétalisée conforme à la présente invention ; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la toiture végétalisée ; Figure 3 est une vue en coupe transversale de cette toiture végétalisée. La toiture végétalisée ici considérée est installée au-dessus d'une dalle de toiture 2 d'un bâtiment (lui-même non représenté), la dalle de toiture 2 étant recouverte d'une nappe d'étanchéité 3 sur toute son étendue. Dans l'exemple illustré, la dalle de toiture 2 s'étend un plan horizontal, autrement dit il s'agit ici d'un toit � en terrasse �. Au-dessus de la dalle de toiture 2 est établi un plénum d'air vicié 4, qui est délimité à sa base par la nappe d'étanchéité 3 à et son sommet par un caillebotis 5, formant pour le plénum d'air 4 une paroi supérieure ajourée. Le plénum d'air 4 est aussi fermé, latéralement, par des panneaux pleins verticaux 6 à fonction brise-vent, qui entourent la toiture considérée. Le caillebotis 5 est recouvert par une nappe géotextile 7, au-dessus de laquelle repose un substrat multi-couche 8. De bas en haut, le substrat 8 peut comprendre une couche inférieure 8a de gravier, une couche intermédiaire 8b de gravillon, et une couche supérieure 8c de terre végétale. Des plantes 9 se développent au-dessus du substrat 8, les racines de ces plantes se situant dans la couche 8c de terre végétale. Au-dessus du substrat 8 et des plantes 9 sont encore installés des panneaux photovoltaïques 10, produisant de l'électricité. Chaque panneau photovoltaïque 10 est monté sur deux tubes-supports 11 latéraux, qui reposent par leur base sur le fond du plénum d'air 4. Ainsi, chaque tube-support 11 traverse le plénum d'air 4 et toutes les couches du substrat 8, avant d'émerger à l'air libre. Les tubes-supports 11 possèdent chacun un pied réglable 12, prenant appui sur le fond du plénum d'air 4 ; chaque tube-support 11 porte aussi une ou plusieurs rondelles d'étanchéité 15, assurant l'étanchéité à l'air et à l'eau. Dans le plénum d'air 4 sont placés un ou plusieurs conduits 16 de distribution d'air vicié, qui possèdent de multiples orifices de sortie répartissant l'air distribué sur l'étendue de ce plénum 4. Le ou les conduits 16 sont raccordés à au moins un conduit 17 d'air vicié, en provenance de l'intérieur du bâtiment donc traversant de bas en haut la dalle de toiture 2. Un groupe moto- ventilateur 18, intercalé sur le conduit 17, pulse l'air vicié de manière à aspirer cet air dans le bâtiment et à l'envoyer dans le ou les conduits 16 de distribution. Ainsi, l'air vicié extrait vient d'abord remplir le plénum 4, à partir duquel il s'élève, au travers du caillebotis 5, pour traverser tout le substrat 8 dans lequel il est rafraîchi et dépollué û voir les flèches F indiquées sur les figures 2 et 3. De l'air dépollué et rafraîchi est donc délivré à la surface du substrat 8, autrement dit au sommet de la couche 8c de terre végétale. Dans l'exemple illustré, le plénum d'air 4 reçoit encore au moins un collecteur 19 d'air dépollué, qui est raccordé à un conduit 20 dirigé vers l'intérieur du bâtiment au travers de la dalle de toiture 2. Le collecteur 19 d'air dépollué est aussi raccordé à au moins un conduit 21 qui traverse entièrement le substrat 8, le point de départ 22 du conduit 21 se situant ainsi au-dessus de la surface du substrat 8. Un groupe moto-ventilateur 23, intercalé sur le conduit 20, permet d'aspirer l'air dépollué et rafraîchi, au point de départ 22 du conduit 21, et de le pulser vers l'intérieur du bâtiment. Enfin, il est prévu des moyens d'irrigation et de drainage. Ces moyens comprennent des tubes horizontaux d'irrigation 24, reliés à une arrivée d'eau non représentée, les tubes 24 étant placés juste au-dessus de la surface du substrat 8 et étant supportés les uns par les panneaux verticaux 6 brise-vent situés en bordure de la toiture, et les autres, par les tubes-supports 11 des panneaux photovoltaïques 10. Quant aux moyens de drainage, ceux-ci comprennent un trop-plein d'évacuation 25 prévu dans la partie supérieure des panneaux verticaux 6 brise-vent, et des éléments de canalisation 26 posés sur le fond du plénum d'air 4. Ces derniers moyens assurent l'évacuation d'un excès d'eau, qu'il s'agisse de l'eau de pluie ou de l'eau distribuée par les moyens d'irrigation. Dans une variante non représentée, de l'air extérieur pourrait être aspiré au travers du substrat 8 pour être épuré, avant son introduction à 25 l'intérieur du bâtiment concerné. Dans l'ensemble, on obtient ainsi une toiture végétalisée dans laquelle le substrat, par son épaisseur avantageusement de l'ordre de 30 cm au minimum, permet à la fois l'épuration de l'air, la culture de plantes et le maintien des panneaux photovoltaïques. 30 Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cette toiture végétalisée avec dispositif de dépollution qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes de construction et d'application respectant le même principe. En particulier, on ne s'éloignerait 35 pas du cadre de l'invention : 5 - en modifiant le détail des circuits d'air et des moyens de distribution de l'air à l'intérieur du plénum ; - en modifiant la composition du substrat ; - en appliquant l'invention à un toit en pente (et non en terrasse) ; - en ajoutant à cette toiture végétalisée tous éléments ou équipements annexes, notamment des équipements pouvant être alimentés électriquement à partir des panneaux photovoltaïques. 10 REVENDICATIONS1. Toiture végétalisée avec dispositif de dépollution, la toiture comprenant, en combinaison : - une surface de toiture étanche (2,3), - au moins un plénum d'air (4) délimité entre la surface de toiture (2,3) et une paroi supérieure ajourée (5) s'étendant sensiblement parallèlement à cette surface de toiture (2,3), - reposant sur la paroi ajourée (5), un substrat (8) au moins partiellement constitué de terre végétale (8c), sur lequel se développent des plantes (9), - des moyens (16 à 23) de circulation forcée d'air depuis l'intérieur du bâtiment recouvert par la toiture végétalisée vers l'extérieur de ce bâtiment, et/ou depuis l'extérieur du bâtiment vers l'intérieur de ce bâtiment, au travers du plénum (4) et du substrat (8). 2. Toiture végétalisée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, au-dessus du substrat (8) et des plantes (9) poussant sur 20 ce substrat (8), un ensemble de panneaux photovoltaïques (10). 3. Toiture végétalisée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins un conduit (16) de distribution d'air vicié pulsé, en provenance de l'intérieur du bâtiment, est placé dans le plénum d'air (4). 4. Toiture végétalisée selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le plénum d'air (4) reçoit au moins un collecteur (19) d'air dépollué, à pulser vers l'intérieur du bâtiment, ledit collecteur (19) étant raccordé à au moins un conduit (21) qui traverse le substrat (8) et qui a son point de départ (22) situé au-dessus de ce substrat (8). 5. Toiture végétalisée selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi supérieure ajourée du plénum d'air (4) est constituée par un caillebotis (5), de préférence recouvert par une nappe géotextile (7) sur laquelle repose le substrat (8). 6. Toiture végétalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des moyens de drainage (26) sont 35 prévus sur le fond du plénum d'air (4). 7. Toiture végétalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est entourée par des panneaux brise-vent (6), ces panneaux étant avantageusement équipés, dans leur partie supérieure, d'un trop-plein (25) pour évacuation de l'eau. 8. Toiture végétalisée selon la revendication 2, caractérisée en ce que les panneaux photovoltaïques (10) possèdent des moyens de support, conçus comme des tubes-supports (11), reposant sur le fond du plénum d'air (4) et traversant ce plénum (4) ainsi que le substrat (8), de préférence avec interposition de rondelles d'étanchéité (15). 9. Toiture végétalisée selon la revendication 8, caractérisée en ce que les tubes-supports (11) des panneaux photovoltaïques (10) supportent, dans leur partie extérieure surmontant le substrat (8), des éléments tels que tubes (24) d'un système d'irrigation.