Le projet
Le projet PLANETE (PLANtes, Énergie et TEmpérature) vise à déterminer comment concilier au mieux ces deux objectifs sur le même toit. Pour ce faire, les chercheurs ont étudié plusieurs 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 (sans végétation) à un sol végétalisé d'une épaisseur de 8 à 12 cm. Les parcelles d'étude ont été ensemencées avec des mélanges de graines de végétaux de milieu aride, puis comparées à d’autres parcelles de toitures végétalisées avec panneaux solaires crées dans le cadre d’un autre projet*.
Au fil des saisons, les chercheurs ont mesuré la production électrique des panneaux, ainsi que les conditions micro-climatiques régnant sur les toitures, sous ou à côté des panneaux solaires : température au niveau du sol, humidité, vent, radiation solaire, etc. Tout au long de l’année, ils ont aussi observé comment les plantes et certains insectes se développent en fonction de leur position sous – ou entre – les panneaux.
* Projet PV-Plantes, financé par la Plateforme Cité de la HES-SO/GE
La recette gagnante : "nature et production d'électricité solaire"
Pour allier au mieux la production d'électricité et la biodiversité sur un toit plat, la solution optimale est de disposer les rangées de panneaux solaires en orientation Est-Ouest, sous forme de dômes inversés, c'est-à-dire "comme un livre entrouvert", et de les 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 60 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 sur les cellules solaires (l’ombre des plantes diminue la production électrique). Autre avantage d’un substrat épais : il permet 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.
Positionnés en dômes inversés et en hauteur, les panneaux solaires offrent aux plantes et aux insectes toute une gamme d'ombrage et de micro-climats, ce qui favorise une plus grande diversité d'espèces.
Résultats observé
Les chercheurs ont observé que ce n’est pas tellement l'épaisseur du sol qui a un effet rafraîchissant pour une toiture, mais plutôt la densité de la végétation qui y pousse.
Lorsque les rangées de panneaux solaires sont placées tout près du sol et en dôme, comme les deux pans d'un toit incliné, l'air circule mal au-dessous. Sous le soleil d'été, cet arrangement produit un effet de serre : sous le dôme des panneaux, la température peut s'élever de 1,5 degrés °C de plus en moyenne que sur le toit nu – ce qui nuit à la fois à la croissance des plantes et à la production d'électricité des panneaux. En effet, le rendement électrique d'un panneau photovoltaïque baisse lorsqu'il s’échauffe : il est important de le ventiler par dessous.
Si les panneaux solaires placés en dôme inversé et en hauteur offrent une relative fraîcheur en été, ils servent aussi de protection thermique durant la saison froide : les mesures météos indiquent qu’en février, mars, septembre, octobre et novembre, la température est plus élevée sous les panneaux, ce qui favorise la croissance des plantes vivant en dessous.
Évidemment, des panneaux solaires en dômes inversés et en hauteur ont davantage de prise au vent que des panneaux solaires placés en dôme tout près du sol. Il s'agit donc d'organiser les panneaux sur un toit en tenant compte de cet effet. Par exemple en plaçant les panneaux en dôme uniquement sur les bords du toit – là où l'effet du vent est le plus marqué – et en y limitant la végétalisation pour éviter que les plantes qui grandissent portent de l’ombre sur les cellules solaires.