L’une des solutions optimales pour concilier au mieux production d’électricité et biodiversité sur un toit plat consiste à installer les panneaux solaires en orientation Est/Ouest, sous forme de dômes et suffisamment en hauteur pour que l’air circule en dessous. Avec cette disposition, l’effet de refroidissement de la végétalisation des toits est maximum. La baisse de température peut atteindre jusqu’à 7°C en été.
Lancé en 2020, le projet PLANETE (PLANtes, Énergie, TEmpérature), mené par la Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture (HEPIA) et les Services industriels de Genève (SIG), avec le soutien des Fonds Électricité Vitale Vert, avait pour objectif d’identifier comment concilier au mieux production énergétique et conservation de la biodiversité sur les toits plats.
Les résultats sont désormais disponibles dans un rapport final rendu public en juin 2025.
L’enjeu est de taille dans les villes, dans un contexte de transition écologique, alors que ces toitures plates représentent jusqu’à un cinquième du territoire. À Genève, il y a même davantage de mètres carrés disponibles en haut des bâtiments que de surfaces de parcs publics.
Ces espaces sous-exploités ont donc un rôle clé à jouer que ce soit dans la production d’électricité renouvelable, grâce à des panneaux photovoltaïques, et en accueillant des espèces végétales, pour améliorer la biodiversité.
Les essais pilotes, réalisés entre 2020 et 2024 sur le site expérimental de toitures végétalisées de Lullier, ont permis d’évaluer différents modèles de toitures combinant des panneaux solaires posés selon des orientations différentes, sur des sols de composition et d’épaisseurs variées, allant de la simple dalle de béton à un sol végétalisé d’une épaisseur de 8 à 12 centimètres.
Au total, 84 panneaux solaires ont été installés sur quatre parcelles d’une surface globale de 134 mètres carrés.
Les parcelles ont ensuite été ensemencées avec des mélanges de graines de végétaux locaux de milieux arides.
«À HEPIA, nous avons la chance de disposer d’un espace d’expérimentation étendu, ce qui permet de standardiser les observations»
Patrice Prunier, responsable du projet PLANETE
Au fil des saisons, l'équipe de recherche a mesuré la production électrique des panneaux, ainsi que les conditions micro-climatiques, régnant sur les toitures, sous ou à côté des panneaux solaires. Elle a aussi recensé les plantes et certains insectes se développant sous ou entre les panneaux.
Les résultats obtenus ont été comparés à des suivis réalisés en situations réelles sur d’autres toitures genevoises dans le cadre d’autres projets, comme le projet PV-Plantes soutenu par la HES-SO Genève.
Pour allier au mieux la production d'électricité et la biodiversité sur un toit plat, une des solutions optimales est de disposer les rangées de panneaux solaires en orientation Est-Ouest, sous forme de dômes surélevés, de les espacer et placer suffisamment en hauteur pour que l'air circule bien en dessous.
Lorsque le point le plus bas des panneaux se situe entre 30 et 50 cm au-dessus du sol, le toit peut recevoir une couche de substrat suffisamment épaisse – de l'ordre de 12 cm – pour assurer le bon enracinement des plantes et leur croissance, sans qu'elles portent ombrages aux cellules solaires (l’ombre des plantes diminue la production électrique).
Mai 2021
Septembre 2022
Mai 2023
Mai 2024
Légende photos: Évolution de la végétation entre 2021 et 2024 en configuration de panneaux dômes surélevés exposés est-ouest.
L’implantation combinée de panneaux solaires et d’un tapis végétal extensif atténue les températures moyennes à la surface du toit de 3 à 7°C en période caniculaire au regard d’une situation de pleine lumière sur béton brut.
À titre comparatif, l’abaissement des températures n’est que de 2,5°C en cas de panneaux solaires sans végétalisation.
La végétalisation permet le maintien, voire une légère augmentation, de la production énergétique annuelle, en moyenne de +1 à +5% liée à l’atténuation des pics thermiques estivaux.
Les dômes surélevés et espacés offrent aux plantes et aux insectes toute une gamme d’ombrage et de microclimats qui favorisent une plus grande diversité d’espèces.
Un substrat épais permet aussi de retenir davantage d’eau, ce qui est souhaitable non seulement pour la biodiversité du toit, mais aussi pour tamponner temporairement les trop pleins de pluie en cas d'orage.
«Ces résultats démontrent la possibilité de concilier production énergétique locale, accueil de la biodiversité et atténuation des pics de chaleur en toiture qui répond aux crises/enjeux énergétiques, écologiques et climatiques actuels avec des panneaux solaires surélevés par rapport à la végétation», relève le professeur Patrice Prunier, responsable de l’Institut Terre, Nature et Paysage (inTNP) d’HEPIA.
Parmi les différentes configurations d’installations photovoltaïques étudiées par HEPIA, l’une a réservé une surprise. Dans le cas de panneaux plats surélevés, orientés sud, un phénomène de réchauffement a été observé en automne et en hiver, avec une température moyenne supérieure de +0,7°C à +4.1°C d’octobre à mars, entraînant une forte croissance du tapis végétal hors saison.
Cela ouvre de nouvelles perspectives en termes de recherche, par exemple sur la question de l’espacement optimal des panneaux photovoltaïques à des fins d’isolation cette fois, et non plus de refroidissement.
