Le projet TEXTS (Toitures extensives solaires) réalisé en 2023 par le groupe «Écologie végétale appliquée à l'aménagement et à la conservation - EVA», traite des toitures biosolaires, qui combinent panneaux photovoltaïques et végétalisation.
Ces aménagements sont des éléments importants de la production d'énergie renouvelable, la préservation de la biodiversité et l’atténuation des pics de chaleur urbains.
Le projet compare huit types de toitures biosolaires selon plusieurs volets étudiés dont ceux liés à la production d’énergie, à la conservation de la biodiversité, aux coûts, aux aspects socio-économiques et à l’environnement (cycle de vie).
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L’évaluation des différentes configurations de panneaux solaires démontre que l’optimisation de la production dépend essentiellement des objectifs à atteindre. Une configuration de panneaux mono-pans à 36° (orienté sud) permet la plus grande production par module, alors qu’une configuration de panneaux mono-pan à 5° (orienté sud) permet la plus grande production par surface au sol.
Si l’on cherche à favoriser l’autoconsommation de la production énergétique, alors la distribution horaire du besoin d’électricité est à considérer; ceci afin de corréler production et consommation.
Toutes ces configurations de modules photovoltaïques subissent entre 1,3 % (modules verticaux bifaciaux) et 5,6% (modules monopan à 36° orienté sud) de pertes dues à la température. Cette dernière peut être légèrement réduite grâce au phénomène d’évapotranspiration induit par la végétalisation.
Les toitures biosolaires optimales pour la biodiversité sont celles comportant un espace maximal pour la végétation: soit par l’écartement entre les panneaux, soit par surélévation.
La mise en place d’un mélange de graines diversifiés d’environ 45 espèces et une épaisseur de substrat supérieur à 20 cm sont également favorables.
Les panneaux monopan sont plus favorables si on recherche la richesse spécifique (nombre d’espèces) ou le recouvrement par les mousses. Par contre, les panneaux en dôme inversé permettent un recouvrement de plantes vasculaires (sans les mousses) légèrement plus important, que les panneaux monopans.
En synthèse, les principaux facteurs influant sur la végétation en toitures sont le nombre d’années suivant la date de semis au moment du relevé, le type de mélange, l’épaisseur de substrat, la position des panneaux photovoltaïques et l’entretien.
L’indicateur financier de valeur actuelle nette utilisé pour évaluer la rentabilité des toitures solaires étudiées, indique que ces investissements sont généralement profitables.
Les résultats sont plus partagés pour les toitures végétalisées: si les toitures intensives (végétation et entretien conséquents) ne sont presque jamais profitables, les toitures extensives et semi-intensives peuvent l’être sous certaines conditions, notamment lorsque leurs bénéfices environnementaux sont valorisés.
Par ailleurs, la combinaison de panneaux solaires verticaux avec végétation extensive est optimale d’un point de vue rentabilité, car cette variante permet de maximiser l’énergie produite tout en minimisant les coûts d’investissement et d’entretien de la végétation (substrat moins épais).
Un questionnaire réalisé auprès de 500 propriétaires genevois et vaudois a permis d’évaluer les préférences en matière de toitures biosolaires. Les résultats révèlent une large disposition à investir dans de telles infrastructures.
On détecte cependant une nette différence entre les types de panneaux: le consentement à payer est supérieur d’environ 5'000 CHF lorsque l’installation comprend des panneaux horizontaux au lieu de verticaux. Les résultats montrent également que les propriétaires préfèrent une végétalisation moyenne de leur toiture, plutôt qu’une absence de végétalisation ou qu’une végétalisation (trop) abondante à entretenir.
Des rétributions dynamiques et des subventions pourraient être envisagées afin de renforcer l’attractivité des panneaux verticaux et des toitures végétalisées.
Globalement, les toitures photovoltaïques et végétalisées répondent de manière satisfaisante aux enjeux de durabilité.
Les premiers résultats sur les toitures étudiées indiquent que l’impact majeur vient de la phase de production des panneaux photovoltaïques, de la végétalisation et de la natte drainante. D’où l’importance du choix de technologies, notamment en comparant les impacts et les durées de vie lors de l’achat des produits et des fournisseurs.
Les panneaux photovoltaïques bifaciaux devraient être favorisés pour maximiser la production d’énergie tout en minimisant l’impact global.
Pour les végétaux, l’utilisation de semis indigènes est à favoriser afin de minimiser l’impact environnemental.
Pour les substrats, c’est leur production et le chantier qui sont les plus impactant. Dans ce cas, pour optimiser les matériaux et la logistique, le soufflage d’un substrat plutôt que son transport pour son installation est par exemple à privilégier.
L’aide multicritère à la décision compare les 8 variantes étudiées avec 6 critères provenant des différents volets étudiés.
Les données ont été fournies par les experts, alors que les décideurs ont pu fixer pour chaque critère, leur importance relative et des valeurs cibles. À partir de ces données, les 8 toitures ont pu être classées selon leur niveau de satisfaction pour les décideurs.
Nous constatons après une analyse de sensibilité que les résultats sont stables.
Le profil du décideur change peu l’ordre d’appréciations des toitures. Cet ordre est surtout influencé par le type de panneau photovoltaïque (vertical, mono-pan, etc.).
Les «meilleures» toitures ont ainsi le plus souvent des panneaux photovoltaïques laissant de la place à la végétation, tout en conservant un optimal énergétique.
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