Tout le monde connaît ce vieil adage : « Réparez votre toit en été. » Il vaut mieux régler les problèmes avant l’arrivée de la pluie, du gel et de la neige. Et il en va de même pour les mesures : si vous voulez avoir la certitude, en hiver, de ce qui se passe sur un toit, vous devez installer le système de mesure tant qu’il fait encore sec et calme.
L'hiver dernier a une nouvelle fois montré pourquoi cette question est pertinente. À plusieurs reprises, les toits néerlandais ont été recouverts d'une épaisse couche de neige. Dès que la neige commence à s'accumuler, les mêmes questions se posent presque automatiquement. Quel est le poids réel de cette neige ? Quelle est la charge qui pèse sur le toit ? Est-ce encore sûr ? Faut-il intervenir ? Et à quel moment la neige devient-elle soudainement beaucoup plus lourde sous l'effet du dégel et de la pluie ?
Il ne suffit pas de regarder dehors pour trouver la réponse à cette question. Dix centimètres de neige fraîche et sèche, ce n’est pas du tout la même chose que dix centimètres de neige mouillée et tassée. La hauteur ne reflète donc qu’une partie de la réalité.
Une question qui revient sans cesse
Depuis que nous utilisons des capteurs intégrés aux toitures ou installés sur celles-ci, on nous demande régulièrement si nous sommes également en mesure de mesurer la pression ou le poids à l'intérieur de la toiture.
Après de nombreux tests et recherches, il s'avère que ce n'est pas une solution fiable. Il y a tout simplement trop de facteurs qui influencent la valeur mesurée, tels que la structure du toit, l'isolation, la rigidité des matériaux, la couverture et la construction. Il est donc impossible de mesurer objectivement la charge réelle. Or, c'est précisément cette valeur objective qui importe.
C'est pourquoi nous avons changé d'approche.
« Effectuer des mesures dans le toit semble logique, mais en ce qui concerne le poids, il y a tout simplement trop de facteurs qui influencent le résultat. »
Pas « dans » le toit, mais « sur » le toit
L'été dernier, nous avons travaillé au développement d'un nouveau concept de mesure. Le principe de base était volontairement simple :si nous voulons savoir ce qu'il y a sur un toit, c'est là qu'il faut effectuer les mesures.
Ce n’est pas la déformation provoquée par la couche située plus en profondeur dans le toit. Ce n’est pas non plus une force dérivée dans l’isolation. Mais bien directement les deux propriétés qui comptent vraiment :
Quelle est la hauteur de la couche et combien pèse-t-elle ?
Le concept a désormais été mis au point, testé de manière approfondie et est en cours de production en vue d'une installation avant l'hiver.
Pour ce faire, le dispositif combine deux principes de mesure différents.
1. Échographie : quelle est la taille du fœtus ?
Au-dessus de la plaque de mesure se trouve un capteur de distance à ultrasons. Celui-ci mesure en continu la distance entre le capteur et la surface située en dessous. Lorsque le toit est vide, nous connaissons la distance de référence. Supposons que le capteur soit suspendu exactement à 50 centimètres au-dessus de la plaque. Dès que de la neige tombe sur la plaque, cette distance diminue.
Si, par exemple, le capteur indique encore 38 centimètres, cela signifie qu'il y a :50 − 38 = 12 centimètres de neige.
Le même principe peut être appliqué à l'eau ou à toute autre accumulation sur le toit. Le grand avantage de la mesure par ultrasons est qu'elle ne nécessite aucun contact mécanique. Le capteur est suspendu au-dessus de la surface à mesurer et observe, pour ainsi dire, en permanence vers le bas.
Mais il ne suffit pas de mesurer uniquement la hauteur.
2. Une cellule de pesage : combien pèse-t-elle ?
C'est pourquoi une cellule de charge est placée sous cette même plaque de mesure. Une cellule de charge est en fait un capteur de force très précis. Sous l'effet d'une charge, un élément de mesure métallique subit une déformation microscopique. Cet élément contient des jauges de contrainte qui enregistrent électriquement cette déformation.
La déformation est extrêmement faible, mais peut être mesurée avec une grande précision.
Nous pouvons ainsi déterminer la masse supplémentaire présente sur la plaque. Notre plaque de mesure a une surface de 35 × 35 centimètres: 0,35×0,35=0,1 225 m²
Si la cellule de charge mesure ensuite, par exemple, un poids supplémentaire de 6,125 kg, nous pouvons immédiatement convertir cette valeur en charge par mètre carré : 6,125/0,1 225=50 kg/m²
C'est fondamentalement différent d'un capteur de pression intégré au toit. Ici, nous mesurons le poids réel de la couche reposant sur une surface connue. On obtient ainsi une valeur de mesure reproductible et facile à interpréter :kg/m².
« La hauteur de neige est visible. Le poids de la neige, non. »
La taille et le poids, pris ensemble, reflètent la réalité
C'est surtout la combinaison de ces deux capteurs qui rend ce concept particulièrement intéressant. Supposons que le capteur à ultrasons mesure 25 centimètres de neige et que la cellule de charge indique une charge de 50 kg/m². Nous pouvons alors déterminer, outre la hauteur et la charge, la densité moyenne de la neige :
50/0,25=200 kg/m³
Un jour plus tard, il peut encore y avoir environ 25 centimètres de neige, alors que la charge a entre-temps augmenté pour atteindre, par exemple, 80 kg/m². Sous l'effet de la pluie, du dégel, d'un nouveau gel et du tassement, la neige est alors devenue nettement plus lourde. Avec un simple mesureur de hauteur de neige, cette différence resterait pratiquement imperceptible.
Et c'est précisément là que réside pour nous la valeur ajoutée.L'épaisseur indique la quantité présente. Le poids indique ce que cette couche représente réellement pour le toit.
Un système de mesure autonome installé sur le toit
L'installation est placée sur le toit en tant que système autonome. La structure se compose d'une base et d'un montant compacts en acier inoxydable, surmontés du capteur à ultrasons et surmontés, en bas, du plateau de pesée équipé d'une cellule de charge.
La plaque de pesée repose sur le système de mesure du capteur de force. C'est important : si la plaque venait à entrer en contact avec la structure à un autre endroit, une partie de la force serait dissipée en dehors du capteur, ce qui entraînerait une mesure erronée.
Les composants électroniques sont situés à l'extérieur du montant et transmettent les données de mesure à la plateforme via LoRaWAN. Les capteurs sont alimentés de manière autonome grâce à un panneau solaire intégré. Il n'est donc pas nécessaire de faire passer des câbles à travers le toit ni d'ouvrir la couverture du toit pour l'installation.
La chaîne de mesure devient ainsi très claire :
Au niveau du toit → hauteur + poids → LoRaWAN → données → analyse et alerte.
« Si vous voulez savoir ce qu’il y a sur un toit, il ne faut pas mesurer à l’intérieur du toit, mais sur le toit. »
Où place-t-on un tel capteur ?
La qualité de la mesure ne dépend pas seulement du capteur lui-même, mais aussi de l'endroit où vous le placez. En effet, la neige ne se répartit pas toujours de manière uniforme sur un toit. Le vent, les dénivelés, les rebords de toiture et d'autres éléments peuvent faire en sorte que la neige s'accumule beaucoup plus fortement à certains endroits qu'à d'autres.
C'est pourquoi il est logique d'effectuer des mesures précises aux endroits où la charge peut atteindre des niveaux critiques. On peut citer notamment les angles exposés au vent et les zones où la neige peut être soulevée ou s'accumuler, mais aussi les endroits situés à proximité de rebords, d'éléments de construction surélevés ou d'autres détails de toiture où la neige peut s'accumuler davantage localement.
Par ailleurs, la capacité portante de la structure peut également être déterminante. Toutes les parties d'un toit ne sont pas toujours capables de supporter la même charge supplémentaire. Aux endroits où la structure dispose d'une marge de sécurité moindre, il peut s'avérer particulièrement utile de surveiller en permanence la charge réelle.
Le placement doit donc de préférence tenir compte de trois éléments :
- la géométrie du toit ;
- les zones où la neige, les feuilles ou l'eau sont susceptibles de s'accumuler ;
- les parties du toit où la charge structurelle est la plus importante.
Dans le cas de toitures plus grandes ou plus complexes, il peut être judicieux d'utiliser plusieurs points de mesure. Par exemple, un capteur dans une partie représentative de la toiture et un ou plusieurs capteurs supplémentaires dans les zones critiques.
Ainsi, nous mesurons non seulement ce qui se trouve sur le toit, mais surtout ce qui se trouve là où cela compte le plus.
Pas seulement pour la neige
Bien que la charge de neige soit l'une des principales raisons à l'origine de ce développement, ce principe peut être appliqué à un champ d'application plus large.
Sur les toits plats, l'eau ou les feuilles peuvent également s'accumuler localement. Cela peut être dû à une pente insuffisante, à un système d'évacuation des eaux pluviales partiellement obstrué ou à une accumulation temporaire d'eau. De plus, les salissures, le gravier, les feuilles et d'autres matériaux peuvent exercer une charge supplémentaire à certains endroits.
En surveillant simultanément la hauteur et le poids, on obtient ainsi beaucoup plus d'informations qu'avec un seul capteur. Au final, il ne s'agit donc pas seulement de savoir s'il y a quelque chose sur le toit, mais aussi : quelle quantité, quel poids et comment cela évolue-t-il au fil du temps ?
« Nous ne voulons pas seulement constater que la charge fiscale change, mais aussi connaître son ampleur réelle. »
Testé, en production et prêt pour l'hiver
Pour de nombreux problèmes liés aux toitures, nous nous appuyons sur des modèles, des valeurs de conception et des hypothèses. Celles-ci restent indispensables. Mais dès que les conditions extérieures changent, des données de mesure actualisées et surtout concrètes viennent nécessairement compléter ces éléments. C'est particulièrement vrai pour la neige.
Les données météorologiques permettent de connaître la quantité de précipitations tombées dans une région. Le capteur à ultrasons mesure l'épaisseur de la couche de neige sur le toit. La cellule de charge apporte à cela une information cruciale : le poids réel de cette couche à ce moment-là.
C'est ce à quoi nous avons travaillé l'été dernier. À présent, le concept est prêt, les tests sont terminés et les capteurs sont en cours de production. Ainsi, cet hiver, nous pourrons non seulement constater qu'il y a de la neige sur un toit, mais aussi mesurer objectivement le poids réel de cette neige.
