Brevet FR3032598A1 — publié le 20160819

Élément modulaire de toit végétalisé pour environnements secs L'invention concerne un élément modulaire de toit végétalisés pour culture intensive, qui comporte un substrat de culture de moins de 0,1 m d'épaisseur, chaque bac modulaire ayant sensiblement 0,5 x 0,5 m2,et étant apte à recevoir un substrat de culture approprié, lui-même apte à être planté d'une végétation adaptée à la sécheresse, par exemple de type sedum. Globalement ces dispositifs donnent satisfaction sauf dans deux cas. D'une part lors d'épisodes de sécheresse plus marqués, notamment au sud de la Loire en France, et d'autre part si l'on veut introduire quelques essences plus décoratives ou florifères - ne serait-ce qu'une seule plante par carré de 0,5x0,5 m2. En effet, de telles plantes consomment au moins trois fois plus d'eau que les sedums, et ont tendance à priver ces derniers de la ressource aqueuse. Dans ces cas l'apport d'un système d'arrosage devient quasi-inévitable, ce qui complexifie singulièrement l'installation et alourdit sa maintenance. L'invention vise à repousser la limite de ces conditions de culture vers des climats plus secs ou avec une plus grande marge de sécurité hydrique, sans pour autant imposer un système d'arrosage. Dans le cas où l'on souhaiterait quand même ajouter à l'invention un arrosage d'appoint, celui-ci pourrait alors être plus léger tout en ayant un effet significativement plus marqué. L'art antérieur se répartit en deux catégories bien distinctes. La première s'efforce d'élaborer des substrats de culture qui retiennent bien l'eau. Ils peuvent par exemple comporter de la tourbe ou de la sphaigne ou des éléments poreux comme de la pouzzolane ou même des débris de terre cuite poreuse. Ces adjuvants tendent à accumuler une certaine humidité, mais ne comportent rien qui soit susceptible de retenir véritablement cette humidité qui, de ce fait, est absorbée rapidement par les plantes puis évaporée. Leur effet est forcément limité si l'on songe qu'en plein soleil, de tels substrats sont couramment exposés à 37 ou 40°, voire plus, ce qui provoque une très forte évaporation surfacique. La seconde catégorie, plus prometteuse, s'efforce de créer un réservoir inférieur comportant une réserve d'eau à la manière des bacs à réserve d'eau du commerce (dérivés du Bac Riviera breveté par Marcel Ferrand en 1956). Nous allons préciser les grandes caractéristiques de ces bacs d'usage général ,pour mieux comprendre comment fonctionne leurs transposition aux toits végétalisées. Ces bacs ont des mèches capillaires permettant à l'eau de la réserve de remonter vers le compartiment supérieur occupé par le substrat de culture. Depuis quelques années, les mèches capillaires sont fréquemment remplacées par au moins un affaissement conique du compartiment contenant le substrat, jusqu'à un point bas de la réserve d'au, ce cône étant pourvu de fentes pour absorber l'eau de ladite réserve. Globalement, ces deux systèmes sont très proches. Lorsqu'il y a de l'eau dans la réserve, ils humidifient le substrat de manière très généreuse, voire à satiété. En effet, ces bacs n'ayant guère de faculté de régulation hydrique et devant être aptes à faire pousser des géraniums au soleil de Nice, ils sont contraints de fournir une grande quantité d'eau dont beaucoup s'évapore. Si on les expose alors à un temps plus froid et nuageux, l'excès d'eau peut conduire dans bien des cas au pourrissement des racines par anoxie. 3032598 2 Lorsque la réserve d'eau est vide, le fonctionnement hydrique bascule brutalement d'un état de satiété à un état de pénurie, sans laisser aux plantes le temps de s'adapter à la forte chute de l'hygrométrie du substrat. Cela est très préjudiciable au métabolisme des plantes, 5 et ces dernières n'ont alors d'autre recours que de faire fortement monter la tension de succion des racines dans l'espoir de trouver un supplément d'eau. Mais ce supplément n'existe pas, ce qui entraîne le stress hydrique. Parmi les adaptations de tels bacs aux toits végétalisés, on peut citer le dispositif 10 commercialisé par Le Prieuré (Raphaël Lamé)sous la marque Hydropack. Il propose d'adjoindre sous le module de toit végétalisé proprement dit un compartiment d'assez grande capacité, apte à recevoir une bonne partie d'une pluie d'orage, le trop plein pouvant s'écouler. Il faut noter le surpoids important dû à un tel épisode orageux, même si l'ingénierie a été conçue en conséquence. Reste deux points d'achoppement. D'une part la 15 faible épaississeur du tapis végétal conduit à avoir une très large surface de diffusion de l'eau en réserve, sensiblement égale à la surface cultivée. Cela occasionne une très forte évaporation qui en grande partie ne bénéficie pas aux plantes. D'autre part rien dans ce dispositif ne retient l'eau, soit captive là où elle est stockée, soit en freinant sa redistribution au substrat puis au tapis végétal. 20 L'invention vise à stocker une certaine quantité d'eau, mais en freinant sa redistribution en fonction de l'humidité du substrat et du métabolisme des plantes. Plus précisément, l'invention concerne un élément modulaires pour culture intensive de toit 25 végétalisé comportant deux compartiments superposés, comportant un compartiment supérieur apte à recevoir un substrat de culture, un compartiment inférieur apte à recevoir une réserve d'eau, et au moins un bloc poreux capillaire permettant à l'eau apte à être stockée dans le compartiment inférieur de migrer par capillarité vers le compartiment supérieur, cet au moins un bloc poreux capillaire étant caractérisé par : 30 - son matériau à porosité ouverte, avec une porosité répartie entre deux cents microns et moins d'un micron, capable de stocker un volume d'eau au moins à 0,3 litres par dm3 de matériau, et possédant une tortuosité qui permet de freiner le relargage de cette eau en l'adaptant à l'accroissement de la tension de succion des plantes - sa forme allongée, la plus grande dimension étant dans un plan horizontal, et son volume 35 total dimensionné pour être apte à stocker au moins 0,05 fois la capacité d'eau que le compartiment inférieur est apte à recevoir - en plus de la tortuosité du matériau qui freine la restitution de l'eau, l'invention comporte aussi des moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture, ces 40 moyens ne laissant un contact hydrique que selon au maximum deux génératrices longeant le au moins un bloc dans sa plus grande longueur, et d'une largeur comprise entre 0,004 et 0,02 fois le périmètre P que présente ledit bloc dans une coupe verticale perpendiculaire à son grand axe. 45 Cette longueur cumulée de la au moins une génératrice, multipliée par la longueur de l'élément poreux en contact avec le substrat donne une surface de contact hydrique substrat/bloc poreux capillaire, caractérise l'invention, avec bien entendu le matériau et sa 3032598 3 forme allongée tels que définis ci-dessus. Les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique peuvent être réalisés de multiples manières, dès lors qu'ils limitent la surface de substrat en contact hydrique avec le 5 au moins un bloc poreux capillaire. Selon un premier mode de réalisation, ces moyens de freinage spécifiques comportent une simple plaque (3) de plastique positionnée au-dessus du au moins un bloc poreux capillaire, et pouvant être posée dessus, qui comporte au moins une fente (4) rectiligne selon l'axe 10 d'alignement du au moins un bloc poreux capillaire, de manière à ce que le substrat affleure ce bloc sur au moins une génératrice. Dans ce cas il faut veiller à ce que le substrat soit assez fin, et la plaque de plastique assez fine pour que le contact hydrique soit effectif, quitte à adopter une fente un peu plus large que le minimum. 15 Selon un second mode de réalisation, ces moyens de freinage spécifiques comportent une simple plaque de plastique embossée vers le haut, de manière à reproduire la position du au moins un bloc poreux capillaire situé en dessous. Un simple meulage des angles suffit alors à faire apparaître les génératrices 4 destinées au contact hydrique. 20 Selon un troisième mode de réalisation, ces moyens de freinage spécifiques sont constitués par l'enrobage du au moins un bloc poreux capillaire sur 5 côtés, à l'aide d'un produit d'étanchéification (peinture, vernis, enduit) qui ne laisse libre d'accès pour l'eau que par la face d'appui inférieure, reposant au fond du compartiment apte à recevoir l'eau de la réserve. Cet enrobage est obligatoirement associé à une rayure de cette couche sur toute sa 25 profondeur pour créer sur une ou deux génératrices supérieures une surface de contact hydrique rectiligne avec le substrat. Cela peut être réalisé par exemple, après séchage de cette couche, d'écorner un ou deux angles supérieurs sur toute la longueur du bloc pour créer la surface de contact hydrique selon l'invention. Il est alors possible d'ajouter une plaque entretoise ou un remplissage de billes d'argile pour constituer entre les blocs poreux 30 un support mécanique au substrat. La figure 1 A schématise une coupe du premier mode de réalisation de l'invention, selon laquelle les moyens de freinage de la remontées hydrique comportent une plaque percée longitudinalement selon les deux génératrices supérieures de chaque bloc. La figure de 35 dessus 1B de cette même première variante de l'invention a été représentée sans la plaque percée aux dimensions des blocs poreux capillaires, pour la clarté du dessin et une meilleure vue de la disposition régulièrement répartie de ces blocs poreux capillaires. La figure 1C schématise en coupe transversale selon le milieu de ces blocs une variante de la 40 figure 1A, selon laquelle la plaque (3) portant le substrat s'appuie sur des lamages 5 (en hachures) pratiqués aux extrémités des blocs poreux capillaires. La Fig. 2 montre le détail du second mode de réalisation avec l'embossage de plastique meulé pour faire apparaître la génératrice du bloc poreux capillaire. 45 La figure 3 schématise un troisième mode de réalisation de l'invention où chaque bloc poreux capillaire a été étanché sur 5 faces, c'est à dire toutes les faces sauf la face d'appui 3032598 4 inférieure par où l'eau peut pénétrer dans le bloc, et la couche d'étanchéification grattée sur toute son épaisseur sur au moins une génératrice supérieure du bloc poreux capillaire. La figure 4 schématise un mode de réalisation pour toit fortement incliné, par exemple de 5 plus de 30°, où des entretoises quasi verticales ont été ajoutées pour constituer des poches d'eau en coopération avec la pente, chacune d'elle étant préférentiellement dotée d'un orifice de trop plein à la hauteur de la partie supérieure de chaque bloc poreux capillaire. Les blocs poreux capillaires sont alors positionnés le long de ces entretoises quasi verticales du bac peuvent alors se recharger en eau lors de précipitations. Dans ce cas, les orifices de 10 trop plein sont conçus à raison d'un pour chacune de ces poche d'eau élémentaires. La première variante de réalisation correspond à la figure 1. En 1A on voit l'élément modulaire de toit végétalisé selon l'invention, pour toit peu pentu. Il est représenté ici avec huit blocs poreux capillaires 2 schématisés en coupe. Une plaque 3 constituant le fond du 15 compartiment supérieur porte des fentes longitudinales 4 définies ci-dessus. L'ensemble de cette plaque et des fentes qu'elle porte constitue, dans cette variante pour faible pente, les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture. 20 La vue de dessus 1B a été représentée sans la plaque 3 afin de mieux voir le positionnement des blocs poreux capillaires 2. La Fig. 2 montre un détail de la seconde variante de l'invention, selon laquelle la plaque 3 a été embossée puis meulée avec l'embossage de plastique. Le meulage 60 fait apparaître une 25 génératrice 4 du bloc poreux capillaire 2 situé en dessous. L'ensemble de cette plaque et des fentes qu'elle porte constitue, dans cette variante, les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture. La présence d'embossage permet une utilisation sur des pentes plus fortes que la variante précédente. 30 La figure 3 schématise un troisième mode de réalisation de l'invention où chaque bloc poreux capillaire a été étanché sur 5 faces, c'est à dire toutes les faces sauf la face d'appui inférieure par où l'eau peut pénétrer dans le bloc, et la couche d'étanchéification grattée sur toute son épaisseur sur au moins une génératrice supérieure du bloc poreux capillaire. De 35 ce fait, il n'y a pas besoin de prolonger la plaque de protection 3 à la verticale des blocs. Les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture sont constitués par l'association de la couche d'étanchéité et la au moins une rayure longitudinale 4'. En pratique, il est avantageux de rayer les deux génératrices supérieures 40 dans les proportions ci-dessus définies, afin d'améliorer la répartition dans le substrat de la surface de contact entre chaque bloc poreux capillaire et le substrat de culture. L'ensemble de cette étanchéification sur 5 faces et de la au moins une rayure longitudinale constituent selon cette variante les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat 45 de culture. Dans tous ces modes de réalisation, l'homme du métier peut adjoindre des entretoises reportant sur le fond du bac le poids du substrat de culture. Ici ces entretoises ont une 3032598 5 section en L, comportant des parties quasi-verticales 6 qu'il est avantageux pour les toits pentus de placer le long de chaque bloc poreux capillaire, de manière à les empêcher de glisser dans le sens de la pente et à délimiter en coopération avec cette pente de petits réservoir annexes qui seront développés dans la variante suivante. Ces entretoise se 5 prolongent pat une partie 3 parallèle au fond du compartiment inférieur, de manière à constituer avec les blocs poreux capillaires le fond du compartiment supérieur apte à recevoir le substrat. De manière avantageuse, chaque élément modulaire de toit comporte des blocs poreux 10 capillaires dont la longueur est sensiblement au plus égales à la moitié de la largeur d'un élément modulaire, et de préférence sensiblement inférieure de manière à laisser libre l'écoulement de l'eau dans le compartiment inférieur. Pour des éléments modulaires de 0,5x0,5 m, cette longueur est de l'ordre de 0,2 m. les blocs poreux capillaires sont disposés parallèlement à l'intérieur de chaque module de toit, régulièrement espacés et leur nombre 15 est compris entre 4 et 12. De manière avantageuse ils sont disposés parallèlement et à égale distance entre eux. De manière encore avantageuse, cumulables avec les précédentes, leur nombre est compris entre quatre et douze blocs. Toutefois s'ils sont en nombre impairs, ils sont placés en 20 quinconce selon deux colonnes, dans le but de répartir le plus régulièrement et homogènement possible les surfaces de contact entre les blocs poreux capillaires et le substrat. De manière préférentielle, chaque élément modulaire de toit est pourvu au niveau du 25 compartiment inférieur et affleurant le fond du compartiment supérieur, d'un orifice de trop plein selon l'usage habituel, pour déverser l'excès d'eau en cas d'orage. Cela mérite un commentaire pour le quatrième mode de réalisation de l'invention. Selon le mode de réalisation de la figure 4 adapté aux toits très inclinés, par exemple de plus 30 de 30°, les blocs poreux capillaires sont positionnés le long de cloisons entretoises quasi verticales disposées orthogonalement à la ligne plus grande pente, afin de constituer chacune avec le fond du bac incliné une réserve d'eau dans laquelle chaque bloc se ré-humidifie. Dans ce cas, les orifices de trop plein sont conçus à raison d'un pour chacune de ces petites réserves élémentaires. Chaque partie verticale 6 d'entretoise destinée à 35 supporter le substrat végétal délimite une petite réserve d'eau. Afin d'éviter qu'elle ne détrempe le substrat, en cas d'orage, chacune de ces petites réserves est pourvue d'un orifice 7 de trop plein. Ce schéma ne représente pas les parties horizontales 3 mentionnées à la figure 3 car plusieurs variantes équivalentes sont possibles, dès lors qu'il y a bien un élément mécanique de support du substrat de culture. Une manière simple consiste à 40 reproduire la disposition de la figure 3 avec des entretoises en L, comme on l'a représenté figure 4 pour les 4 petits réservoirs annexes de droite. Mais on ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant, comme sur le petit réservoir annexe de gauche la partie 3 parallèle au fond du compartiment par un quelconque matériau de remplissage 8, de préférence poreux comme des billes d'argile, de la pouzzolane, des brisures de terre cuite 45 ou de céramique, posés au fond du compartiment inférieur et recouvert d'un géotextile 9 afin que le substrat de culture ne descende pas dans le compartiment inférieur. REVENDICATIONS1- Bac modulaire (1) pour culture intensive de toit végétalisé comportant un compartiment supérieur apte à recevoir un substrat de culture, un compartiment inférieur apte à recevoir une réserve d'eau, et au moins un bloc (2) poreux capillaire permettant à l'eau du compartiment inférieur où elle est stockée de migrer par capillarité vers le compartiment supérieur, cet au moins un bloc poreux capillaire étant caractérisé par : - son matériau à porosité ouverte, avec une porosité répartie entre deux cents microns et moins d'un micron, capable de stocker un volume d'eau au moins à 0,3 litres par dm3 de matériau, et possédant une tortuosité qui permet de freiner le relargage de cette eau en l'adaptant à l'accroissement de la tension de succion des plantes - sa forme allongée, la plus grande dimension étant dans un plan horizontal, et son volume total dimensionné pour être apte à stocker au moins 0,05 fois la capacité d'eau que le compartiment inférieur est apte à recevoir - en plus de la tortuosité du matériau qui freine la restitution de l'eau, l'invention comporte aussi des moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture, ces moyens ne laissant un contact hydrique que selon au maximum deux génératrices longeant le au moins un bloc dans sa plus grande longueur, et la largeur de chacune d'elle étant comprise entre 0,004 et 0,02 fois le périmètre P que présente ledit bloc dans une coupe verticale perpendiculaire à son grand axe. 2- Bac modulaire pour culture intensive de toit végétalisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture comportent une plaque de plastique permettant le contact hydrique conforme à cette revendication. 3- Bac modulaire (1) pour culture intensive de toit végétalisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de freinage spécifiques de la remontée hydrique placés entre le au moins un bloc (2) poreux capillaire et sa surface de contact hydrique avec le substrat de culture comportent une plaque (3) de plastique embossée vers le haut et meulée de manière à faire apparaître au moins une rainure (4) conforme à cette revendication. 4- Bac modulaire (1) pour culture intensive de toit végétalisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les blocs (2) poreux capillaires sont disposés parallèlement et à égale distance entre eux. 5- Bac modulaire (1) pour culture intensive de toit végétalisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les blocs (2) poreux capillaires sont en nombre compris entre quatre et douze. 6- Bac modulaire (1) pour culture intensive de toit végétalisé selon la revendication 1 destiné aux toits pentus, caractérisé en ce qu'ils possèdent de cloisons entretoises (6) quasi verticales, disposées orthogonalement à la ligne plus grande pente afin de constituer des poches d'eau en coopération avec la pente, chacune d'elle étant préférentiellement dotée 3032598 7 d'un orifice de trop plein à la hauteur de la partie supérieure de chaque bloc poreux capillaire.