Study of environmental and energy performance of vegetative roofs and assessment of their impacts in terms of rainwater management

par Makram El Bachawati

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Rafik Belarbi et de Rima Manneh.

Le président du jury était Elie Karam.

Le jury était composé de Rafik Belarbi, Rima Manneh, Elie Karam, Rachid Bennacer, Fouad Ghomari, Thomas Dandres, Henri El Zakhem.

Les rapporteurs étaient Rachid Bennacer, Fouad Ghomari.

  • Titre traduit

    Étude des performances environnementales et énergétiques des toitures végétalisées et évaluation de leur impact en termes de gestion de l'eau de pluie


  • Résumé

    Les toitures végétalisées (TTV) existent en deux types : extensive (EGR) et intensive (IGR). Ils diffèrent principalement par le type de végétation et la profondeur du substrat. Ces travaux de recherche visent à atteindre les objectifs suivants : 1. Déterminer et comparer les impacts environnementaux d’un toit de gravier ballasté traditionnel (TGBR), d’une toiture réfléchissante (WRR), EGR, et IGR ; 2. Quantifier la performance énergétique d’un TGBR et d’une EGR ; 3. Évaluer le potentiel de gestion d’eau et la dynamique de ruissellement d’un TGBR et d’une EGR. Le 1er objectif a été atteint suite à une Analyse comparative de Cycle de Vie (ACV) d’une EGR réelle de 834 m2 et de trois toits fictifs : TGBR, WRR, et IGR. Les résultats indiquent qu’une EGR présente les impacts environnementaux les plus bas pour les 15 catégories d'impacts considérées. Les aspects thermiques et hydriques des TTV ont été testés suite à l’installation d'une maquette TGBR et de deux maquettes EGR sur le toit du département de génie chimique à l'Université de Balamand, Liban. EGR8 et EGR16 sont des maquettes EGR qui diffèrent par la pente ainsi que la profondeur et la composition du substrat. Les profils de température indiquent la réduction des fluctuations de température, l'effet de stockage de chaleur, et l'effet de refroidissement passif. L'étude économique montre que EGR pourrait économiser jusqu'à 45USD/200m2/mois par rapport à TGBR. D’autre part, les profils de la teneur en eau ont démontré que la composition du sol d’EGR8 est plus efficace que celle d’EGR16. En revanche, EGR agit comme un système filtrant surtout pour le cadmium, le fer, le calcium et l'ammonium.


  • Résumé

    Vegetative roofs (VRs) can be classified into two types : Extensive (EGR) and Intensive (IGR). The main differences between the two are the type of vegetation, the depth of the substrate. This research aims to achieve the following objectives : 1. Determine and compare the potential environmental impacts of traditional gravel ballasted roofs (TGBRs), white reflective roofs (WRRs), EGRs, and IGRs ; 2. Evaluate and compare the energy performance and the heating/cooling demand of TGBRs and EGRs ; 3. Determine and compare the water management potential and the runoff dynamics of TGBRs and EGRs. The first objective was covered by performing a comparative Life Cycle Assessment (LCA) on a real EGR of 834m2 and on three fictitious roofs of the sane area : of TGBRs, WRRs, and IGRs. Results indicated that the EGR had the least potential environmental impacts for the 15 impact categories considered. The second and third objectives were achieved by first installing one TGBR mockup and two EGR mockups on the rooftop of the Chemical Engineering Department at the University of Balamand, Lebanon. EGR8 and EGR16 are EGR mockups differed in the roof slope, the depth and the composition of their substrate. Temperature profiles at different substrate depths clearly indicated the reduction of the temperature fluctuations under the substrate layer, the heat storage effect, and the passive cooling effect. The economic study showed that EGR could save up to 45USD/200m2/month compared to TGBR. The water management performance of EGRs illustrated that the soil composition of EGR8 was more efficient than that of EGR16. In contrast, EGR acted as a sink especially for cadmium, iron, calcium, and ammonium.


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