Depuis les années 90, les architectes ont conçu des bâtiments fortement vitrés. Bien que la lumière naturelle soit plus qu'abondante, leur efficacité énergétique est toutefois questionnée. Pour réduire l'intensité énergétique dans les édifices à bureaux, une stratégie efficace réside dans le potentiel de la masse thermique contenu dans les planchers. Dans cette recherche, une dalle structurale de plancher fait en bois d'ingénierie le CLT (panneaux de bois lamellé-collé) est comparer à une dalle de plancher standard en béton. Le but de cette recherche est de comprendre la dynamique des dalles planchers en CLT et d'optimiser la performance énergétique d'un édifice à bureaux virtuels. Différents scénarios comprenant le pourcentage de verre en façade, les températures de consigne et la ventilation naturelle sont optimisés à l'aide du logiciel de simulation DEROB-LTH. Cette recherche présente les résultats de simulation énergétique pour l'intensité énergétique en chauffage et climatisation ainsi que les demandes de pointe pour un édifice à bureaux.

Le bois a été l’un des premiers matériaux utilisés par l’homme et possède encore aujourd’hui beaucoup de potentiel dans la construction. En effet, de nombreux matériaux d’ingénierie ont été développés à partir du bois, comme les panneaux de bois lamellé-croisé (CLT). Ces matériaux permettent d’être compétitifs avec le béton ou l’acier en termes de performance, de coût et d’empreinte environnementale. L’extraction des ressources, la fabrication de matériaux de construction et la construction elle-même (transport et machinerie) sont énergivores et à l’origine d’importants dégagements de gaz à effet de serre. Le bois est une ressource renouvelable qui a l’avantage de fixer du carbone lors de sa croissance et de le conserver une fois en service. Durant sa vie utile, un bâtiment va aussi consommer de l’énergie pour le chauffage / la climatisation et l’éclairage. C’est pourquoi la recherche de l’efficacité énergétique est nécessaire. Le CLT est un matériau d’ingénierie qui a le potentiel de démocratiser les bâtiments de moyenne hauteur en bois. En cela le CLT est avantageux pour la performance énergétique, puisque les panneaux font un effet barrière à l’air, à la vapeur et à la chaleur. Dans le système constructif en CLT, les jonctions avec les autres panneaux et les percements sont les principaux chemins de fuites pour l’air. Les infiltrations/exfiltrations vont être responsables d’importantes pertes thermiques. De plus, les exfiltrations peuvent induire une humidité excessive en présence de chaleur dans le mur, provoquant la croissance de moisissure et de pourriture du bois. La résistance des matériaux et la santé des occupants peuvent être compromises à moyen et long terme. Le but de ce projet est d’évaluer l’impact des tolérances d’assemblages, en présence d’une fuite d’air, sur la performance énergétique et la durabilité du mur afin de vérifier si les tolérances d’assemblages représentent un risque à prendre en considération ou non. Des thermographies d’une jonction en angle de murs en CLT prises lors d’une dépressurisation du bâtiment ont permis d’identifier une fissure. Un travail de modélisation de la fissure en fonction des températures observables a ensuite permis de dimensionner la fissure (0,72 mm traversant l’isolation) en considérant une tolérance d’assemblage pour le CLT de 2 mm. Cette fissure « modèle » a ensuite été transposée dans le cas d’un mur plat, afin que ne soit pas considéré le pont thermique lié à l’angle. Une analyse de l’impact sur la performance énergétique de tolérances d’assemblages variables a été réalisée par simulation informatique, pour une infiltration et une exfiltration. La simulation a également permis d’analyser l’impact sur la durabilité, en termes de développements fongiques et de risque de condensation, d’une exfiltration sur notre fissure « modèle ». La simulation a montré que l’impact d’une infiltration sur la performance énergétique est 1,62 fois plus grand que pour une exfiltration, qui est elle-même 1,37 fois plus énergivore qu’un mur sans fissure. L’influence de la largeur de la tolérance d’assemblage est minorée par la dimension de la fissure dans le reste du mur. La simulation des échanges hygriques dans la fissure a montré que la croissance de moisissure est à craindre en surface, lorsque l’humidité relative de l’air est de 40 % et plus. La zone touchée est principalement l’isolation, mais s’étend jusqu’au CLT à mesure que l’humidité relative de l’air exfiltré augmente. L’humidité de l’air condense à proximité de la sortie de l’exfiltration, ce qui peut mener à une accumulation de givre sous le revêtement extérieur. Le résultat de ces simulations permet de mettre l’accent sur l’importance de la continuité du pare-air et de la mise en place de mesures pour éviter qu’une tolérance d’assemblage soit un chemin libre pour l’air. L’utilisation de joints adhésifs souples pouvant épouser la découpe irrégulière du CLT et amortir les variations dimensionnelles permettrait de réduire les risques liés aux fuites d’air. / Wood is one of the first material mankind used to work with and is still full of potential for building sector. Many engineering materials have been developed from wood, such as the cross-laminated timber (CLT). Wooden engineering materials are as performant as steel and concrete but are also cost effective and have a lower environmental footprint. Resources extraction for the manufacture of building materials and the building phase itself require a lot of energy, and generate or release important amount of greenhouse gaz. Wood is a sustainable resource that has the benefit of being able to capture carbon during its growing phase and to preserve it. In service, buildings will have heating and cooling loads, depending of their energy efficiency, high energy efficiency is required to lower the overall energy footprint of buildings. CLT has the potential to be a greener substitute to reinforced concrete in the mid-rise building. CLT helps to reach energy efficiency because wood panels act as a barrier for air, vapor and heat. In CLT building system, junctions between panels and with other elements (ducts, wiring, etc) are the main leakage paths through the envelope. Infiltrations and exfiltrations are responsible for important heat losses. Exfiltrations can also lead to excessive moisture accumulation in the walls, resulting in mold and rot growth. Structural integrity and air quality can be jeopardized on the average/long term. The aim of this project was to assess the impact of gaps between CLT panels, in case of air leakages, on the energy efficiency and durability of the wall. A real case of infiltration in a corner of a CLT building was used to size an air leakage area in the insulation (0.72 mm through the insulation considering a 1 m high wall), intended an assembly tolerance or gap of 2 mm. The gap was then extrapolated to a flat wall, to exclude the thermal bridge effect of the corner. An energy efficiency assessment was done using simulations for both cases of infiltration and exfiltration, with variable assembly gap. Simulation also permits to assess the impact on durability, on mold growth risks, of the exfiltration for variable exfiltrated air relative humidity. Results show that infiltration has a greater impact (1.62 times) than exfiltration, which is itself 1.37 times more energy-consuming than a perfect wall. The impact of the assembly gap variations in the CLT is restricted by a maximum flow rate dicted by the air leakage path in the insulation. Simulation of moisture transfer shows that mold growth is to fear on the gap surface through the wall, when the exfiltrated air relative humidity exceeds 40 %. The first mold development should primarily affects the insulation, but extends to the CLT as the relative humidity of the exfiltrated air increases. Condensation occurs in the insulation near the outlet of the exfiltration, leading to an accumulation of ice behind the external cladding. Results of simulations show how important it is to keep the air barrier continuous, and to avoid that assembly gaps in the CLT act as shortcut for eventual air leaks. The use of flexible adhesive joints, which can match the irregular cut of the CLT and dampen the dimensional variations would reduce the risks of air leakage.

L’Office de l’Efficacité Energétique utilise des méthodes où l’opérateur est très sollicité pour réaliser les modèles 3D de bâtiments nécessaire pour le calcul énergétique. Cependant, les appareils mobiles sont de plus en plus présents sur le marché et pourraient être utilisé pour automatiser cette tâche. Ces appareils possèdent une caméra, et il existe des recherches sur la reconstruction 3D à partir d’images. Ces méthodes permettent d’obtenir un nuage de point et non un maillage devant répondre à certaines caractéristiques afin de pouvoir y réaliser des calculs de volumes. Ce mémoire présente une méthode permettant de réaliser l’acquisition et le traitement qui produit un modèle 3D du bâtiment qui sera utilisé pour les calculs écoénergétiques. Les méthodes de reconstruction 3D ont été passées en revue et ont permis d’imaginer une nouvelle méthode permettant de générer un nuage de points 3D qui sera utilisé pour générer le modèle 3D du bâtiment. / The Office Energy Efficiency use methods to perform 3D model of buildings. But the user is very solicited and he take a lot of time for the 3D reconstruction. The 3D model is using by software for energy calculation. They take some measure to generate an ugly 3D model. Mobile devices are increasingly present on the market at a lower price. These devices contain an integrated camera and there are multiple researches on 3D reconstruction from image. Unfortunately, these methods can generally get a points cloud rather than a mesh that must have some characteristics for accurate volume calculations. The purpose of this paper is to present a series of existing methods or not to perform data acquisition and processing needed to produce a 3D model of a building. The 3D reconstruction methods which we reviewed helped us to designed a new method based on various studies to generate a 3D points cloud. Then an algorithm based on the point cloud processing was performed to generate a 3D model of the building.

La bonne gestion de l’énergie, qui est une ressource rare et coûteuse, demeure un défi pour les industries. En effet, c’est l’un des paramètres les plus importants pour l’étude d’un projet. La problématique de cette mémoire est le surbroyage des particules grossières libérées, ce qui entraîne un coût énergétique inutile. La solution proposée consiste à avoir recours à une technologie appelée la flottation éclair. Celle-ci vise la récupération rapide du maximum de minéraux de valeur dans la charge circulante du circuit de broyage et diminuer ainsi la quantité à rebroyer, engendrant une réduction d’énergie. Le potentiel de cette technologie est étudié à partir du cas de l’usine Nyrstar-Langlois. L’objectif consiste à analyser l’impact de la flottation éclair sur l’empreinte énergétique d’un circuit de broyage. Le travail est structuré en trois phases : (1) caractériser la sousverse des hydrocyclones par des analyses minéralogiques et chimiques, (2) effectuer des essais de flottation en cellules mécaniques de laboratoire et (3) analyser l’impact de la flottation de la sousverse des hydrocyclones dans le circuit de broyage à la fois sur l’empreinte énergétique et sur le rendement économique de l’usine. Suite aux travaux de cette maîtrise, on a pu établir que la flottation éclair pourrait permettre de récupérer l’argent dans la charge circulante à la mine Langlois avec un rendement massique inférieur à 5 %. Le concentré produit pourrait être envoyé au concentré final. Pour être intéressant du point de vue énergétique, la flottation éclair doit cependant récupérer plus que 20 % de la masse. Dans le cas de la mine Langlois, on ne peut donc s’appuyer que sur le bénéfice métallurgique pour évaluer la faisabilité économique.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire font état des avancées réalisées concernant l'évaluation du potentiel des technologies de fenestration intelligente à opacité variable face à la réduction de la consommation énergétique dans les bâtiments. Pour ce faire un modèle numérique de bâtiment a été développé, puis les propriétés optiques des fenêtres intelligentes ont été optimisées afin d'atteindre un coût minimal de chauffage et de climatisation du bâtiment. Les recherches ont tout d'abord commencé par une estimation des performances des fenêtres intelligentes en analysant les résultats d'optimisation énergétique pour une semaine typique à chaque saison de l'année, et ce, pour un bâtiment situé au Québec considérant un mur avec fenêtre intelligente orientée au sud. Les résultats obtenus et présentés en 2011 dans le cadre d'une conférence sur les matériaux intelligents ont démontré la pertinence d'approfondir les recherches dans ce domaine. Par la suite, une étude plus détaillée des bénéfices des fenêtres intelligentes a été menée en précisant les résultats à chaque heure du jour pour une année complète, en utilisant un modèle de lumière naturelle plus réaliste et en évaluant l'impact de quatre orientations du mur avec fenêtre intelligente, i.e. nord, sud, est et ouest. Ces résultats ont fait le sujet d'un article de journal scientifique et permettent d'évaluer précisément les économies potentielles qu'une technologie de fenêtre intelligente peut entraîner. Enfin, une méthode expérimentale a été développée afin de caractériser l'ensemble des propriétés optiques d'une fenêtre intelligente nécessaires à la modélisation numérique. Cette méthode sera utilisée afin de caractériser les prototypes de fenêtres intelligentes développés au sein de l'Université Laval.

Au Nunavik, les conditions climatiques de froid extrême et sa situation géographique isolée imposent de nombreuses contraintes dans la construction et l'entretien des bâtiments. En plus d'être la cause de coûts élevés, ces contraintes limitent la planification de nouveaux bâtiments dans un contexte de surpopulation des résidences existantes et de crise du logement. Les 14 communautés inuites habitant le territoire ne sont pas connectées au réseau électrique approvisionnant le reste de la province. Elles dépendent donc de systèmes mécaniques alimentés au diesel pour leurs besoins énergétiques à hautes émissions de CO₂. Des modèles de base ont été conçus pour être érigés rapidement pendant les courtes saisons de chantier estivales par les organisations de construction locales. Les bâtiments résultants ne considèrent donc pas entièrement les particularités climatiques du site, mais dépendent plutôt des systèmes mécaniques pour le confort des habitants. Ce mémoire vise à utiliser une approche bioclimatique dans la conception afin d'accroître la résilience des bâtiments d'habitation au Nunavik tout en réduisant leur consommation énergétique. Une revue de littérature a permis de souligner trois principales caractéristiques morphologiques ayant un impact sur les charges thermiques des bâtiments dans un contexte de froid extrême : leur compacité, leur orientation et leur aérodynamisme. Ces trois variables ont été analysées de manière paramétrique à l'aide des outils de la suite Ladybug ainsi que Galapagos et Octopus. Un bâtiment de référence a été utilisé afin de comparer les résultats des simulations. Les résultats montrent que la compacité possède le plus grand potentiel d'améliorer la performance énergétique des bâtiments au Nunavik, suivi de l'aérodynamisme et enfin, de l'orientation. À partir de ces résultats, trois modèles de bâtiments ont été conçus afin de valider l'impact de l'approche bioclimatique sur la performance énergétique. Les résultats montrent que les trois bâtiments permettent de réduire considérablement les charges thermiques tout en augmentant les gains solaires annuels du bâtiment de référence. Le présent mémoire montre que l'approche bioclimatique utilisée dès les premières étapes de conception possède un véritable potentiel pour accroître la résilience des bâtiments d'habitation au Nunavik. / In Nunavik, extreme climatic conditions and remoteness of Inuit villages imply many constraints to the construction and maintenance of residential buildings. While being the cause of high costs, those constraints limit the planning of new buildings in a context of housing shortage. The 14 inuit communities living in the territory are not connected to the electric network supplying the rest of the province. They rely instead on high CO₂ emission diesel mechanical systems for their needs in energy. Basic models are designed to be fast constructed during the short construction periods in summer. The resulting buildings do not fully consider the site's climatic particularities, but rely instead on the mechanical systems to provide comfort to the inhabitants. This thesis aims to use a bioclimatic approach in the design process to increase the resilience of housing buildings in Nunavik while reducing their energy consumption. A literature review highlighted three principal shape characteristics having an impact on the heating loads of buildings in northern climates: compactness, orientation and aerodynamism. Those three variables have been parametrically analyzed with the Ladybug Tools, Galapagos and Octopus. A reference building, the J.2.2. model, was used to compare the results of the simulations. The results show that compactness has the higher potential to improve the energy performance of buildings in Nunavik, followed by aerodynamism and finally, orientation. From those results, three building models have been designed to validate the pertinence of a bioclimatic approach on the energy performance. The results show that the three buildings can reduce significantly the heating loads while increasing the solar gains annually in comparison to the reference building. This thesis show that the bioclimatic approach used in the first design phase has a true potential to increase the resilience of housing buildings in Nunavik.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Ce projet de recherche porte sur l'effet des variations typologiques des bâtiments scolaires sur leur performance lumineuse, thermique et énergétique. Dans les études sur les bâtiments scolaires, de nombreux auteurs ont présenté la récurrence des modèles ou patrons de dessin. Toutefois, leurs études n'ont pas exploré l'interaction entre «thermique - lumière naturelle - performance énergétique ». La stratégie méthodologique consiste à modéliser différentes configurations de salles de classe et de bâtiments, en évaluant leur performance énergétique et environnementale à l'aide du logiciel IES-Virtual Environment. Le but est d'analyser le potentiel passif offert par différentes typologies dans deux contextes climatiques : froid et tempéré. Les résultats obtenus permettent confirmer l'impact direct de la forme du bâtiment, la composition de son enveloppe et son mode de contrôle de l'environnement sur la performance énergétique et environnementale. Ainsi, ils confirment l'idée posée par Hawkes (1996) mettant en doute la compacité de la forme comme la solution optimale pour la conservation de l'énergie.

L’industrie de l’aluminium vit des bouleversements économiques, d’où l’importance de réduire les coûts d’opération. Le présent projet se penche sur les pertes ohmiques du scellement anodique. Les essais ont été complétés entre les conditions ambiantes jusqu’à charge et température maximales permises par le banc d’essais. Les travaux furent complétés sur un banc d’essais novateur - permettant une stabilisation rapide de la température et une faible oxydation de la portion carbonée de l’échantillon - et des échantillons (acier-fonte-carbone) fabriqués pour reproduire la réalité. Ensuite, une régression non linéaire a été utilisée pour modéliser le comportement mesuré en laboratoire. L’analyse statistique démontre que le modèle représente adéquatement le comportement des interfaces à mesure que la charge appliquée et la température s’intensifient. La comparaison avec la littérature démontre une similitude, toutefois les résultats diffèrent de façon significative. Ceci s’explique par l’utilisation de matériaux différents et par le changement de méthode expérimentale. / The aluminum industry faces economical headwinds, thus needing to reduce its operating costs. The project studies specifically energy losses at anode sealing location. Experiments were conducted from room conditions up to the maximum capacity of the bench test. Laboratory work was completed using tri-material samples (made in such a way to replicate accurately reality) and an innovative bench test using magnetic induction as a source of heat that enables minimal heat-up time and sample oxidation during experiments. Non-linear regression was then used to retrieve a model from laboratory results. Analysis showed that a power model represents accurately the interfaces behavior from room to operation conditions. Comparison with literature showed that the order of magnitude is the same but results are not similar. This observation can be explained by the use of slightly different materials and also due to the use of a different experimental procedure.

L'industrie forestière, comme toute autre industrie manufacturière, est en recherche et révision permanente de ses systèmes et outils de planification afin de suivre la vision de l'industrie 4.0. Malgré les résultats importants obtenus dans ce sens dans le cas des scieries, l'établissement du lien entre ces outils et les préoccupations environnementales et d'économie d'énergie est encore faible. Ce mémoire propose un outil d'aide à la décision pour planifier la production dans une scierie typique de la province de Québec, Canada, visant à participer au programme de gestion de la demande en puissance (GDP) offert par Hydro-Québec. À cette fin, une revue de la littérature a été réalisée afin d'établir un état de l'art sur les systèmes de gestion de l'énergie industrielle, la gestion de la demande en puissance et les modèles de planification existants de l'industrie du bois d'œuvre. Ensuite, des données énergétiques et des plans de production réels ont été collectés. Une analyse statistique de ces données a été effectuée, afin de comprendre le comportement du cas étudié et de générer des données d'entrée pour l'outil de planification. Une modélisation mathématique pour panifier la production de produits en contexte de GDP tout en minimisant les coûts d'arriérage à l'unité de finition a dès lors été réalisée, ce quia permis de démontrer que la participation au programme d'Hydro-Québec est possible pour la scierie à l'étude, même avec des quantités limitées en arriérage. Le lien entre l'évolution de l'inventaire et les évènements GDP suggère que l'inventaire sert comme barrière préventive et protectrice lors de la participation à un programme de GDP. De plus, le délestage total a été démontré dans deux scénarios à savoir les événements GDP de 16 heures en ajoutant 1,5 heures supplémentaire au calendrier de production hebdomadaire ainsi que les événements GDP de 30 heures avec un ajout de 1,5 heures au calendrier de production hebdomadaire. En somme, l'étude a généré, pour une scierie québécoise typique, un outil d'aide à la décision à mettre en place afin de participer au programme de gestion de puissance d'Hydro-Québec. Cet outil permet une planification opérationnelle de l'industrie du bois d'œuvre intégrant la facette énergétique. La démarche utilisée est décrite, révélant une méthodologie prospective qui pourrait être répliquée dans d'autres domaines dans le cadre de futures études. / The forest industry, like any other manufacturing sectors, is continuously investigating and upgrading its planning methodologies and techniques in order to achieve Industry 4.0's objectives. Considerable progress has been made in the sawmilling sector, but the link between planning tools and environmental and energy conservation concerns remains tenuous. This paper proposes a decision support tool for production planning in a typical sawmill in Quebec, Canada, so as to allow the participation in a Demand Response Program (DR) such as the one offered by Hydro-Québec. To this end, a literature review was conducted to establish a state of the art on industrial energy management systems, power demand management and existing planning models in the lumber industry. Then, actual energy data and production plans were collected. A statistical analysis of these data was performed to understand the behavior of the case under study and to generate input data for the planning tool. A mathematical model has then been developed, aiming to plan operations at the finishing unit while minimizing backorder cost when participating in a DR program. Results showed that participation in the Hydro-Québec program is possible with limited backlog quantities. The link between the evolution of the inventory and the DR events also suggests that the inventory serves as a preventive and protective barrier. Total load shedding was demonstrated in two scenarios namely DR events of 16 hours by adding 1.5 hours of overtime to the weekly production calendar as well as DR events of 30 hours with an added 1.5 hours to the weekly production schedule. This tool allows an operational planning of the lumber industry integrating the energy facet. The approach used is described, revealing a forward-looking methodology that could be replicated in other areas in future studies.

L'efficacité énergétique des bâtiments occupe une place de plus en plus importante dans la société. Afin de réduire la consommation énergétique des bâtiments, le mur solaire avec vitrage a été élaboré. Ce système est composé d'un vitrage placé devant un mur massif d'une grande absorptivité créant une cavité entre les deux. Le présent travail est divisé en deux parties revoyant chacune à un article scientifique. L'objectif principal de cette étude sera d'optimiser le mur solaire avec vitrage, afin de minimiser la charge de chauffage et de climatisation dans un bâtiment. Pour atteindre cet objectif, un modèle numérique a été réalisé dans le logiciel MATLAB™ permettant de simuler le comportement thermique du système et de déterminer la charge de chauffage et de climatisation requise pour maintenir les conditions intérieures confortables dans un bâtiment résidentiel. Le modèle numérique est validé grâce à des logiciels de simulation de bâtiments et des résultats obtenus dans un article scientifique. Une fois le modèle validé, des études paramétriques ont été faites afin d'étudier l'influence de différents paramètres du système sur la performance de celui-ci et de trouver les valeurs optimales. L'étude considère une période d'un an et utilise des données météorologiques pour la ville de Québec (Canada). Une optimisation des paramètres géométriques à l'aide de routines d'optimisation de MATLAB™ a été faite. Un design optimal du mur solaire avec vitrage est également proposé.