Les vertus des toitures « biosolaires », à la fois végétalisées et solaires

Le projet Green Panel a été lancé à Paris en 2023 et 2024 par l’École de l’ingénierie numérique (ECE) et Le Prieuré, cabinet d’architectes paysagistes situé à Moisy, dans le Loir-et-Cher, afin d’évaluer le gain de production photovoltaïque de panneaux rafraîchis par évaporation végétale sur toiture hydro-biosolaire. « Cette étude combine végétalisation, gestion des eaux pluviales et production d’énergie solaire », explique Jean-Christophe Grimard, directeur R&D du groupe Le Prieuré. Elle compare quatre modalités : des panneaux photovoltaïques sur gravillons (1), sur un substrat (sol artificiel) de 4 cm d’épaisseur (2), sur un substrat de 12 cm (3), et sur un substrat de 12 cm avec irrigation automatique (4). Des végétaux (sedums) ont été semés sur les substrats. « Afin d’écarter les heures de la journée où l’ombrage de bâtiments voisins impactait la production électrique, seul le créneau 10 à 16 heures a été retenu pour l’étude », explique Jean-Christophe Grimard.

+ 7,51 % de production électrique

Plus l’épaisseur de substrat est importante (3, 4), plus l’écart de température mesuré en sous-face des panneaux, par rapport aux panneaux sur gravillons (1), est important. La température baisse de plus de 3 °C avec des substrats de 12 cm. « Le rafraîchissement de la sous-face du panneau photovoltaïque est dû à l’évaporation des végétaux et du substrat irrigué par les mèches de capillarité des bacs récupérateurs d’eau de pluie placés sous le substrat », précise Jean-Christophe Grimard. Ce rafraîchissement, notamment en période estivale, entraîne un gain de rendement de production pour les trois modalités avec substrat et végétaux, par rapport aux gravillons. Le gain annuel de rendement électrique de la toiture hydro-biosolaire par rapport à la toiture photovoltaïque classique gravillonnée est de 7,51 % en moyenne. Il était précisément de 9,69 % (soit 9,29 kWh de gain pour une énergie totale produite de 105,22 kWh) l’été 2023, de 3,84 % (1,22 kWh de gain sur 33,03 kWh produits) en automne, de 8,25 % (2 kWh de gain sur 26,18 kWh produits) pendant l’hiver, et de 6,23 % (5,33 kWh de gain sur 90,94 kWh produits) au printemps 2024. « Les écarts entre modalités sont plus importants en période estivale qu’en période hivernale », souligne le directeur R&D. Une petite réserve à noter : les panneaux étant proches du sol, aucune grande végétation n’a pu pousser dessous, et seuls des sedums (végétaux au ras du sol) ont été semés pour ne pas gêner la production électrique. Une réflexion est à envisager pour installer des panneaux surélevés pour favoriser plus de biomasse végétale, et donc plus d’évaporation et de biodiversité.