Le paradoxe de la toiture « Cool Roof »
Aucun doute n'est possible, les effets du réchauffement climatique sont bien tangibles, avec la normalisation de vagues de chaleur plus longues et plus intenses en été. Selon le rapport d'European State of the Climate, en 2022, l'Europe a connu son été le plus chaud enregistré et sa deuxième année la plus chaude. Ce rapport a également montré que l'Europe se réchauffe plus vite que tout autre continent, ces dernières décennies, avec des températures qui augmentent deux fois plus vite que la moyenne mondiale.
Les bâtiments peinent, sans surprise, à maintenir une température confortable pour leurs habitants et leur contenu. L'utilisation des climatiseurs se généralise, ce qui engendre plus de chaleur et d'émissions de CO2 dans l'atmosphère. Selon une estimation de 2021 de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME), 25 % des foyers français et 40 % des entreprises sont équipés d'un dispositif de climatisation, dont le degré d'efficacité est variable.
Dans ce contexte, le concept de « Cool Roof », en tant que solution pour atténuer la surchauffe des bâtiments, gagne en popularité dans le monde entier, devenant quasiment synonyme d'efficacité générale supposée en termes de performance énergétique et de durabilité.
Mais est-ce réellement le cas ?
Aujourd'hui, une toiture Cool Roof est le plus souvent définie comme une toiture claire conçue pour refléter la lumière du soleil, réduisant ainsi la quantité de chaleur qui s'infiltre dans la structure qu'elle couvre, ce qui aide le bâtiment à rester frais en été et donc à réduire les factures d'énergie dues à la climatisation.
Choisir une toiture Cool Roof, surtout dans les régions chaudes, semble une évidence. Cependant, les informations disponibles à ce sujet n'établissent généralement pas clairement ses avantages réels. S'agit-il de la meilleure solution pour les occupants du bâtiment ? Permet-elle de réaliser des économies d'énergie importantes ? Atténue-t-elle efficacement l'effet d'îlot de chaleur urbain ? S'agit-il d'une solution viable sur le long terme ? Ces concepts sont souvent enchevêtrés comme s'ils ne faisaient qu'un.
L'ensemble du système d'étanchéité de toiture doit être pris en compte
Le concept de toiture Cool Roof est aujourd'hui presque exclusivement associé à la couleur (claire) de la membrane d'étanchéité de toiture, que la membrane soit elle-même claire ou qu'elle ait été peinte avec un revêtement réfléchissant. Toutefois, une toiture est, en fait, un ensemble d'éléments de construction. Elle est constituée de différentes couches, chacune ayant une fonction spécifique. Pour qu'une toiture fonctionne correctement et atteigne les meilleures performances thermiques, chacun de ses composants doit être utile et fonctionner en synergie avec les autres. Bref, il ne suffit pas de considérer la couche supérieure de la toiture sans se soucier du reste des composants.
Afin d'obtenir une réelle efficacité énergétique pour une toiture, une bonne couche d'isolation thermique est primordiale, quelle que soit la couleur de la membrane d'étanchéité de toiture.
Une vision à long terme : le blanc reste-t-il blanc ?
Le devenir à long terme des toitures Cool Roof est un sujet rarement abordé. Tout d'abord, la qualité réfléchissante de la membrane d'étanchéité de toiture (ou de son revêtement) ne restera pas éternellement la même. Toutes les membranes claires à nu se saliront et subiront une inévitable perte de pouvoir réfléchissant avec le temps, qui peut atteindre 35 à 50 % rien qu'après les 3 premières années.
Déjà pendant la mise en œuvre, la membrane est salie par les allers-retours des étancheurs qui marchent dessus. Pour les toitures équipées d'installations photovoltaïques, la circulation est encore plus importante et la membrane se salit plus vite.
Ensuite, pendant la durée de vie de la toiture, les membranes se salissent à cause de phénomènes naturels tels que la poussière en suspension ou amenée par le vent, la pollution, les oiseaux... La pluie ne nettoie pas vraiment et, dans certains cas, peut empirer la situation.
L'expérience montre également qu'il est très rare qu'une toiture soit nettoyée. Les coûts en sont la principale raison : maintenir la membrane d'étanchéité de toiture claire dans un état de propreté lui permettant de garder ses qualités réfléchissantes initiales coûterait infiniment plus cher que les économies d'énergie réalisées grâce au choix de sa couleur.
Il n'y a pour l'instant pas beaucoup d'informations disponibles en matière de valeurs à long terme pour les calculs énergétiques. Tant que des recherches approfondies n'ont pas été effectuées, il vaut mieux se souvenir qu'une vieille membrane claire et sale n'offre pas un bien meilleur pouvoir réfléchissant qu'une vieille membrane sombre et sale.
Alors, pourquoi blanchir votre toiture ? Quelle est l'incidence réelle d'une membrane d'étanchéité de toiture claire sur le confort dans le bâtiment ?
Par une chaude journée d'été, les températures de surface d'une toiture claire avoisinent les 40 à 45 °C, alors qu'elles peuvent atteindre 70 à 75 °C avec des surfaces sombres. Ceci signifie-t-il que l'on gagne 30 °C de confort à l'intérieur du bâtiment en mettant en œuvre une membrane d'étanchéité de toiture claire ? Bien sûr que non ! Tout dépend de la conception de la toiture. Si le système d'étanchéité de toiture est constitué d'un support en tôle d'acier nervurée sans aucune isolation, lorsque la température extérieure atteint environ 45 °C, on observe une chute de 15 °C ou plus de la température à l'intérieur ou autour du bâtiment. Si la toiture bénéficie d'un minimum d'isolation, la température à l'intérieur du bâtiment chutera beaucoup moins. Avec une isolation plus efficace, le gain en confort intérieur d'un passage à une membrane claire devient quasiment inexistant.
En ce qui concerne leur incidence sur l'effet d'îlot de chaleur urbain, les surfaces claires contribuent à abaisser la chaleur ambiante autour du bâtiment et, dans une moindre mesure, à l'intérieur aussi.
Une toiture Cool Roof est-elle durable ?
La durabilité d'une membrane d'étanchéité de toiture dépend de plusieurs facteurs. L'un d'eux est la consommation d'énergie nécessaire à sa fabrication (son empreinte carbone). Les membranes d'étanchéité de toiture monocouches telles que UltraPly TPO de Elevate requièrent moins d'énergie à fabriquer en raison de leur faible masse. De plus, leur formule est exempte de chlore et d'halogènes. Enfin, et c'est le plus important, leur cycle de vie est long.
Le cycle de vie est lié aux performances lors de l'utilisation. Une membrane d'étanchéité EPDM a une durée de vie beaucoup plus longue qu'une membrane claire de même épaisseur. Ceci signifie qu'elle devra être remplacée moins souvent. En tenant compte du fait qu'une rénovation de toiture engendre plus d'émissions de CO2, plus de déchets et plus de coûts, quelle est donc la membrane la plus durable ? La plus réfléchissante ou celle qui dure le plus longtemps ?
Pour poursuivre sur le sujet de l'effet d'îlot de chaleur, des études récentes réalisées par l'Université de Stanford1 ont montré que les toitures réfléchissantes n'éliminent pas réellement le problème de la chaleur, mais le déplacent vers des surfaces voisines. Dans un environnement urbain, les plus grandes surfaces ne sont pas les toitures, mais les rues et les façades des bâtiments. Les toitures claires peuvent renvoyer l'énergie vers les grandes surfaces voisines, les façades vitrées ou en béton, ces surfaces ayant une plus grande capacité d'accumulation de chaleur qu'elle ne peuvent pas libérer pendant la nuit, ce qui empire en fait la situation.
En outre, la réflexion dans l'atmosphère de l'énergie par les grands immeubles perturbe les cycles de la pluie. Les surfaces blanches minimisent le mouvement vertical de l'humidité vers l'atmosphère. La couverture nuageuse en est réduite, ce qui diminue la pluviométrie et favorise les conditions de sécheresse, à l'inverse de l'effet souhaité. Une étude de l'Université d'Etat de l'Arizona publiée par le journal Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) a confirmé que ce qui fonctionne bien dans une zone géographique peut ne pas être optimal pour une autre. Par exemple, les toitures Cool Roof réfléchissantes peuvent bien fonctionner en Californie, mais réduire les chutes de pluie en Floride d'entre 2 et 4 ml par jour.
Pour conclure, une membrane d'étanchéité de toiture doit, pour être vraiment durable, avoir un cycle de vie long, offrir d'excellentes performances et convenir aux solutions telles que les toitures végétalisées, qui, en plus de maintenir la toiture plus fraîche qu'une surface blanche en été et d'agir comme une couche isolante supplémentaire en hiver, offre également des avantages tels que l'oxygénation, l'évapotranspiration et bien d'autres, qui sont réellement utiles pour atténuer réellement et durablement l'effet d'îlot de chaleur urbain.
Il ne s'agit pas d'une solution unique
L'utilité d'une toiture Cool Roof doit être calculée en fonction du climat, de la situation géographique, du type de bâtiment et de l'isolation thermique sur la toiture. Le budget joue évidemment un rôle important. Une toiture Cool Roof est généralement une solution économique pour les rénovations, mais le coût à long terme doit être considéré, ainsi que le coût environnemental.
« Le choix d'une toiture Cool Roof pour la rénovation d'un bâtiment mal isolé dans une région chaude telle que le sud de la France peut tout à fait être justifié, » affirme Jean-Luc Roudaut, Responsable régional des prescriptions pour la France chez Holcim Solutions and Products EMEA. « Cependant, dans le nord de la France, où les températures sont plus fraîches, il faut se poser des questions : quels sont les besoins énergétiques pour la climatisation du bâtiment en été par rapport à son chauffage en hiver ? En hiver, une membrane ou une peinture réfléchissante limite l'apport solaire et peut entraîner une augmentation des besoins de chauffage, et les besoins annuels doivent donc être considérés, et pas seulement ceux pour l'été », ajoute-t-il.
Plutôt que d'opter à l'aveuglette une toiture Cool Roof traditionnelle, si vous voulez améliorer le confort à l'intérieur d'un bâtiment pendant les périodes chaudes, en réduisant le besoin de mise en œuvre de systèmes de rafraîchissement et, par conséquent, les factures d'énergie, nous vous recommandons de tenir compte des éléments suivants :
- Ne considérez pas les membranes d'étanchéité de toiture claires ou les peintures réfléchissantes comme la seule solution. Etendez votre approche à la conception de l'ensemble du bâtiment (façades, voisinage, isolation, budget disponible, etc.)
- Tenez compte de la situation géographique et du type du bâtiment. Les immeubles résidentiels et industriels ont des besoins très particuliers.
- Quelle est la qualité de l'isolation de la toiture ? S'agit-il d'un projet de rénovation ou d'une nouvelle construction ?
- Les toitures réfléchissantes perdent de leur pouvoir réfléchissant avec le temps. Un nettoyage régulier de la toiture est primordial pour minimiser sa perte de pouvoir réfléchissant.
- Si vous utilisez un revêtement réfléchissant, assurez-vous qu'aucun polluant n'est libéré dans l'air ou les eaux de pluie.
- La durabilité du système d'étanchéité de toiture est l'un des facteurs les plus importants à considérer.
Les systèmes d'étanchéité de toiture Elevate offrent diverses solutions qui peuvent améliorer le confort thermique à l'intérieur des bâtiments, et une toiture Cool Roof est juste l'une d'entre elles. N'hésitez pas à contacter l'un de nos représentants locaux, qui sera ravi de discuter de l'option qui satisfera au mieux aux exigences de votre projet.
*« Effects of Urban Surfaces and White Roofs on Global and Regional Climate », Mark Z. Jacobson et John E. Ten Hoeve, Départment d'Ingénierie civile et environnementale, Université de Stanford, Stanford, Californie