Aujourd'hui, les grandes structures en bois sont rendues possibles grâce à la présence sur le marché de matériaux en bois d'ingénierie très développés. Généralement, tous ces matériaux structuraux et leurs constituants sont de forme rectangulaire, pleine et droite. Il est rare de rencontrer une géométrie périodique, comme la forme ondulée, chez ces matériaux à base de bois, alors que cette géométrie est très courante dans les structures métalliques et les matériaux composites avancés. La configuration ondulée est considérée comme un mécanisme de renforcement mécanique très efficace qui permet d'améliorer la capacité portante et la stabilité d'une structure plate mince. Ce mécanisme est mis en évidence dans ce projet de recherche qui vise à concevoir et développer un composite structural à base de panneaux corrugués à base de bois afin de favoriser l'utilisation de matériaux biosourcés dans la construction au Canada. armi les options de développement possibles, les produits Corrshield et Corrpack de l'entreprise Corruven constituent des matières premières de base permettant au présent projet la conception d'un nouveau matériau composite structural. Dans le premier volet de ce projet, les panneaux corrugués à base de bois ont été caractérisés mécaniquement. Cette caractérisation comprenait des essais de compression, de traction et de flexion dans le sens parallèle et perpendiculaire aux ondulations du panneau. La configuration ondulée permet de renforcer ces panneaux dans le sens de l'ondulation, à tel point que les propriétés mécaniques des panneaux ondulés dans le sens longitudinal sont clairement supérieures à celles dans le sens transversal. Par la suite, des applications structurelles potentielles du composite à base de ces panneaux ont été identifiées. Parmi ces applications structurelles qui pourraient être développées, les poutrelles en I avec une âme à base de panneaux corrugués semblent être l'option la plus prometteuse. L'idée est de fournir au concepteur une option supplémentaire aux poutrelles en I de bois qui existent actuellement sur le marché. La poutrelle développée possède une âme en panneaux corrugués capable de remplir le même rôle structurel que les âmes courantes de poutrelle en I de bois. Par conséquent, un cahier des charges a été établi pour une poutrelle avec âme à base de panneaux corrugués ayant une fonction structurelle, sur la base des spécifications des poutrelles en I de bois. Dans un second volet de ce projet, deux modèles de poutrelle avec des configurations d'âme différentes ont été sélectionnés. Le premier modèle consiste en une poutrelle en I dont l'âme est constituée d'un seul panneau corrugué placé verticalement. Le second est une poutrelle en I dont l'âme est constituée d'un double panneau corrugué placé verticalement en nid d'abeille. Les poutrelles développées ont été fabriquées et caractérisées par des essais de flexion afin de déterminer leurs propriétés mécaniques. Les résultats ont montré que la capacité de cisaillement d'une poutrelle avec une âme ondulée à un seul panneau n'est que de 45 %, tandis qu'une poutrelle avec une âme ondulée à double panneau offre 87 % de la capacité de cisaillement des poutrelles en I de bois avec âme en OSB. Dans un troisième volet de ce projet, une étude numérique a été appliquée sur des poutrelles en I avec âme ondulée dans l'essai de flexion en utilisant le logiciel Abaqus. Cette approche numérique a permis d'étudier la sensibilité du modèle d'essai de la poutrelle aux propriétés élastiques de l'âme ondulée. Les résultats montrent que le module de cisaillement dans le plan est la propriété élastique la plus significative dans le comportement de la poutrelle et est estimé à 1300 MPa, afin de reproduire le même comportement de la poutrelle à âme ondulée que celui testé expérimentalement. Cette approche numérique a également permis de déterminer le mode de rupture en cisaillement de l'âme ondulée. Ce mode de rupture se manifeste par un flambage interactif, suivi de la création de lignes de tension diagonales. / Today, large wood structures are made possible by the presence on the market of highly developed engineered wood materials. Typically, all these structural materials and their components are rectangular, full, and straight. It is rare to find a periodic geometry such as the corrugated shape in these wood-based materials, whereas this geometry is very common in metal structures and advanced composite materials. The corrugated configuration is considered a highly effective mechanical reinforcement mechanism for improving the capacity and stability of a thin, flat structure. This mechanism is highlighted in this research project, which aims to design and develop a structural composite based on corrugated wood-based panels to promote the use of biobased materials in construction in Canada. Among the possible development options, Corruven's Corrshield and Corrpack products are the basic raw materials for the design of a new structural composite material. In the first chapter of this project, corrugated wood-based panels were mechanically characterized. This included compression, tensile and bending tests in directions parallel and perpendicular to the corrugations. The corrugated configuration allows these panels to be strengthened in the direction of the corrugation, to such an extent that the mechanical properties of corrugated panels in the longitudinal direction are clearly superior to those in the transverse direction. Subsequently, potential structural applications for the composite based on these panels were identified. Among the structural applications that could be developed, I-joists with corrugated panel web appear to be the most promising option. The idea is to offer designers an additional option to the wood I-joists currently on the market. The joist developed has a corrugated panel web capable of fulfilling the same structural role as the current wooden I-joist webs. Consequently, specifications were drawn up for a joist with a corrugated panel web with a structural function, based on the specifications for wooden I-joists. In the second chapter of the project, two joist models with different web configurations were selected. The first is an I-joist with a single vertically placed corrugated panel web. The second is an I-joist with a double corrugated panel placed vertically in a honeycomb web. The I-joists developed were fabricated and characterized by bending tests to determine their mechanical properties. The results showed that the shear capacity of a joist with a single-panel corrugated web is only 45 %, while a joist with a double-panel corrugated web offers 87 % of the shear capacity of wood I-joists with OSB web. In the third chapter of this project, a numerical study was carried out on I-joists with corrugated web in the bending test, using Abaqus software. This numerical approach made it possible to study the sensitivity of the joist test model to the elastic properties of the corrugated web. The results show that the in-plane shear modulus is the most significant elastic property in the behavior of the joist and is estimated at 1300 MPa, to reproduce the same behavior of the corrugated web joists as experimentally tested. This numerical approach also enabled us to determine the mode of shear failure of the corrugated web. This mode of failure manifests itself as interactive buckling, followed by the creation of diagonal tension lines.

La connaissance approfondie d’un matériau ou phénomène est primordiale afin d’assurer un niveau de précision adéquat en modélisation. Les lames de plancher d’ingénierie (LPI) ont fait l’objet de plusieurs études dans le but de mieux en comprendre le comportement mécanique. Les contraintes présentes dans la lame de surface, suite à la formation d’un gradient de teneur en humidité dans l’assemblage, entraînent la déformation de celle-ci. Il apparaît que la section située sous la lame de surface agit comme une barrière au mouvement de l’humidité. Les phénomènes hygromécaniques ayant lieu au niveau de l’adhésif et de l’interface bois-adhésif sont relativement peu connus. Cette section constitue une barrière au mouvement de la vapeur d’eau et joue un rôle important sur les mouvements d’humidité causés par les changements de conditions hygrothermiques de l’air ambiant. Ce manque de connaissances entraîne une estimation grossière des phénomènes qui se produisent dans les matériaux composites laminés à base de bois. Le nombre restreint d’études sur le sujet explique le manque de connaissances concernant la méthodologie à utiliser lors de l’étude des phénomènes en cause. Cette région est notamment complexe et difficile à isoler pour analyse en raison de sa petite taille. Dans le cadre de cette étude, nous avons développé une méthode pour isoler et étudier les propriétés de l’interface bois-adhésif. Cette technique expérimentale a été développée pour améliorer la précision d’un modèle existant visant à prédire les critères de performance des LPI. Des essais ont également été effectués pour déterminer les coefficients d’expansion et de diffusion en régime permanent de cette zone. L’interface à l’étude était composée d’un substrat d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et d’un acétate de polyvinyle réticulé (XPVAc) à titre d’adhésif. La détermination du coefficient de diffusion de la vapeur d’eau a été effectuée au moyen de cellules de diffusion. Les coefficients d’expansion ont été déterminés en soumettant des spécimens à un cycle de conditionnement. La modélisation a été réalisée avec un code MEF++ qui utilise la méthode des éléments finis. Des LPI ont également été préparées pour des fins de validation du modèle en utilisant les paramètres déterminés en laboratoire. L’érable à sucre a affiché le coefficient de diffusion le plus élevé à 1,66 x 10-11 m2∙s-1 et le film libre de XPVAc le plus faible à 4,18 x 10-12 m2∙s-1. Tel qu’anticipé, le coefficient de diffusion de l’interface bois-adhésif était sensiblement plus élevé que celui pour le film libre de XPVAc mais inférieur à celui de l’érable à sucre à 5,73 x 10-12 m2∙s-1. Les coefficients d’expansion pour l’interface bois-adhésif et le film libre de XPVAc étaient respectivement de 4 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1 et 3 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1. Dans le cas de l’érable à sucre, le coefficient de contraction tangentiel en désorption (3 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1) était inférieur au coefficient d’expansion tangentiel en adsorption (4 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1). Une comparaison des résultats expérimentaux avec ceux obtenus suite à la modélisation a permis de conclure que le fait de considérer les interfaces et l’adhésif dans les plans de colle n’a pas d’effet significatif sur le gauchissement suite aux changements de teneur en humidité des lames de plancher d’ingénierie. La détermination des coefficients de diffusion a confirmé l’importance de l’interface en ce qui concerne le mouvement de la vapeur d’eau. Cependant, le modèle considérant l’interface bois-adhésif n’était pas plus près de la courbe expérimentale que le modèle sans interface. Ce projet a permis de développer une connaissance accrue des phénomènes hygromécaniques des composites multicouches et un accès à un outil de développement de produits hautement efficaces. Un tel outil permet de réduire les temps de développement et les coûts de recherche et développement. Les méthodes développées dans le cadre de ce projet pourront être réutilisées ultérieurement afin de déterminer ces paramètres pour les vernis. / The accuracy of models of the hygromechanical behavior of wood composite products is determined by a detailed analysis of each layer. It appears that the section located between the wood substrate and the adhesive film has a significant impact on moisture diffusion inside the composite, acting as a barrier to water vapor diffusion. The phenomenon is responsible for the development of a moisture gradient inside the composite. In engineered wood flooring (EWF), this gradient causes stress essentially located in the hardwood surface layer which is conditioned by the ambient air, whereas the core and the backing layers absorb or desorb water vapor at a much slower rate. Properties concerning the adhesive film and the type of substrate used are available in the literature but still no data can be found for the wood-adhesive interface. A complete and satisfying microscopic interpretation of this region is not actually available in the literature, not only because of the complexity of the interface formation but also the difficulty to isolate and by the same way analyze it. The objective of this study was to investigate the wood-adhesive interface in EWF. The study investigated the wood-adhesive interface for EWF. The steady-state radial water vapor diffusion and the expansion coefficients were determined for the interface formed by the sugar maple (Acer saccharum Marsh.) substrate and cross-linked polyvinyl acetate adhesive (XPVAc). A diffusion cup was used for the determination of the steady state water vapor flow. The expansion coefficient was obtained by comparing the differences between the sample size for different conditions. The experimental technique was developed to enhance the accuracy of an actual predictive model of product performances. A comparison of the experimental results with those given in the literature showed a good fit. Engineered wood flooring strips had also been realized for the validation part. Sugar maple had the highest diffusion coefficient at 1.66 x 10-11 m2∙s-1 and the free film of XPVAc had the lowest at 4.18 x 10-12 m2∙s-1. As expected, the diffusion coefficient obtained for the wood-adhesive interface is slightly higher than that of pure XPVAc film but lower than that of solid wood at 5.73 x 10-12 m2∙s-1. The tangential coefficient of moisture expansion for the wood-adhesive interface was found to be 4 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1 and 3 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1 for the XPVAc. In the case of sugar maple, the tangential shrinkage coefficient at 3 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1 was slightly lower than the tangential expansion coefficient at 4 x 10-3 mm∙mm-1∙%-1. A comparison of the experimental results, previous modeling results and improved model results are presented. The consideration of the interface effects did not have a significant influence on the hygromechanical distortion of engineered wood flooring. The determination of the diffusion coefficients confirmed the importance of the interface concerning the water vapor movement inside the composite material. However, improved model considering the interface effects was not closer to the experimental curve than the previous model without interfaces.

La production de produits à valeur ajoutée, tels les bois d'ingénierie, est en croissance. Les spécifications quant à la teneur en humidité finale de ces produits sont beaucoup plus contraignantes que pour le bois d’œuvre. Le bois doit être séché à une teneur en humidité finale plus basse ainsi qu’avec une tolérance plus faible. Le moyen traditionnel de sécher ces produits consiste à utiliser la technique d'équilibrage en fin de cycle de séchage. Cette technique, bien que très performante, a pour effet d'allonger de façon significative le temps de séchage total et peut être complexe à réaliser industriellement. L’objectif des travaux consistait à étudier la viabilité technique d’une approche combinée de procédés (conventionnel et par haute fréquence en continu) pour sécher des sciages d’épinette noire destinés à la fabrication de bois d’ingénierie. Les approches de séchage conventionnel, avec et sans équilibrage, ont servi de témoins. Le temps de séchage, la distribution de la teneur en humidité finale, la proportion de pièces dans une tolérance de teneur en humidité donnée (entre 11 et 15%) ainsi que le gauchissement ont permis de caractériser le séchage. Deux études ont été réalisées à partir de deux approvisionnements en bois de teneurs en humidité initiales différentes. L’approche de procédés combinés a permis une réduction considérable du temps de séchage et une répétabilité des résultats propres à la teneur en humidité finale sans avoir provoqué davantage de gauchissement que les approches témoins. / The production of value-added products such as engineered wood products is growing. The specifications on the final moisture content of these products are much more stringent than for lumber. The wood must be dried at lower final moisture content and also with a lower moisture tolerance. The traditional means to dry these products is to use the technique of equalizing at the end of the drying cycle. This technique, although very powerful, has the effect of extending significantly the total drying time and can be complex to implement industrially. The aim of the work was to explore the technical feasibility of a combined approach method (conventional and continuous high frequency) for drying black spruce lumber for the manufacture of engineered wood. Conventional drying approaches with and without equalizing, served as control. Drying time, distribution of final moisture content, proportion of pieces in a given moisture content tolerance (between 11 and 15%) and warpage were characterized. Two studies were carried out from two wood supplies at different initial moisture contents. The combined approach has allowed a considerable reduction in drying time and repeatability of results specific to the final moisture content without more warping than control approaches.

La forte concurrence sur le marché du bois de construction exige de la part des industriels de produire des matériaux très performants et à faible coût. Un nouveau produit se doit donc d’être encore plus performant et moins coûteux que les produits déjà établis sur le marché. On peut contrôler le facteur « coût » s’il est possible de se servir d’essences sous-utilisées et d’accéder à des usines existantes auxquelles il faudrait apporter peu de changements dans les procédés de fabrication. On peut contrôler le facteur « performance » en évaluant les différents paramètres qui déterminent les propriétés mécaniques et physiques du produit. Dans le cas des bois d’ingénierie destinés à la charpente, par exemple, voici quelques-uns des facteurs considérés : l’essence, la géométrie des lamelles et leur alignement, les adhésifs utilisés, ainsi que tous les paramètres de pressage. L’objectif de cette étude consiste à développer un produit composite structural à base de bois de haute résistance de type « oriented strand lumber » (OSL), fabriqué par collage de lamelles de bois sous pression. À cette fin, on a développé une stratégie de fabrication d’une poutre composite en utilisant des panneaux de lamelles orientées fabriqués à partir des essences disponibles dans l’Est du Canada. On a déterminé un procédé de pressage qui permet d’obtenir des profils de densité comparables pour le peuplier faux-tremble et le bouleau à papier. On a étudié les effets de l’essence, de la teneur en adhésif, de la longueur et de l’épaisseur des lamelles, ainsi que les effets de la surface spécifique et du coefficient d’élancement. En général, en respectant les mêmes paramètres de production, la performance des panneaux de peuplier est supérieure à celle des panneaux de bouleau. Une teneur en adhésif plus élevée améliore la cohésion interne, mais n’affecte pas les propriétés en flexion. On a également observé qu’une augmentation de la longueur des lamelles augmente les propriétés en flexion et qu’une diminution de l’épaisseur produit le même effet. En conséquence, les panneaux de peuplier faux-tremble avec des lamelles longues et minces pour une résistance à la flexion de 66,3 MPa et une rigidité en flexion sur rive de 13,5 GPa en flexion sur rive offrent la meilleure performance. En ce qui a trait à la surface spécifique, on a établi que l’usage des lamelles avec une surface spécifique similaire permet d’obtenir une performance en flexion comparable pour les deux essences. Le même coefficient d’élancement pour la même essence donne des résultats en flexion comparables ainsi qu’une augmentation du coefficient d’élancement, c’est-à-dire l’usage de lamelles plus longues ou de lamelles plus minces, améliore la performance. Finalement, on a fabriqué des poutres composites à partir de panneaux fabriqués selon les résultats des étapes précédentes et d’autres poutres à partir de panneaux de lamelles orientées (OSB) industriels utilisés pour l’âme des poutrelles en I . La performance en flexion sur rive des poutres laminées d’OSL a été supérieure à celle des poutres laminées d’OSB. La résistance en flexion moyenne d’OSL de peuplier et de bouleau, ajustée à une hauteur de 120 mm, a été estimée à 45,8 MPa et 51,4 MPa, respectivement. La comparaison avec TimberStrand® LSL (bois de lamelles stratifiées) et Solid Start® LSL, a démontré que les propriétés mécaniques du nouveau produit sont concurrentielles. / Intense competition on the construction material market forces the engineered wood product (EWP) industry to produce high-performance materials at low cost. Any new product must not only outperform established products, it must also be more cost efficient. Costs can be kept under control by making minor changes to the manufacturing process in existing mills and by exploiting currently under-utilized species. Performance can be controlled by manipulating different manufacturing parameters that influence the mechanical and physical properties of the final product. For engineered wood products, these factors include species, strand geometry and alignment, resin, and pressing parameters. The objective of this research was to develop a new oriented strand lumber (OSL) type EWP. To achieve this, a concept was developed for a laminated beam, using oriented strand panels made from species currently available in Eastern Canada. A pressing procedure was determined to obtain similar density profiles for aspen and paper birch. The influence of species, resin content, strand geometry, specific surface, and slenderness ratio were studied. Generally, aspen panels outperformed birch panels when using the same production parameters. A higher resin content increased the internal bond, but did not affect the bending properties. Bending properties could be improved by using longer or thinner strands. The best bending properties were therefore observed for panels made from long, thin aspen strands, with an average bending strength (MOR) of 66.3 MPa and a bending stiffness (MOE) of 13.5 GPa. It was shown that a comparable bending performance for both species could be achieved by using strands with a similar specific surface. Within a given species, maintaining the same slenderness ratio resulted in comparable bending properties, while increasing the slenderness ratio—i.e., using longer or thinner strands—improved performance. Based on these results, laminated OSL beams were produced using long, thin aspen and birch strand panels. In addition, laminated OSB beams were produced from commercial web-stock material. Small scale 3-ply OSL and 4-ply OSB beams were tested in edgewise bending, with OSL yielding superior results. The average MOR and shear corrected MOE values obtained for aspen OSL (52.0 MPa and 9.9 GPa respectively) and birch OSL (58.4 MPa and 10.6 GPa respectively) put both prototypes comfortably within the range required to compete with similar engineered wood products.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. / Les Matériaux à Changement de Phase (MCP), par stockage de chaleur latente, peuvent améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. En saison froide, ils peuvent emmagasiner de la chaleur durant le jour pour qu’elle soit relâchée durant la nuit, réduisant le besoin en chauffage. En saison chaude, ils peuvent permettre, moyennant une ventilation nocturne adaptée, de réduire la surchauffe des bâtiments. Afin d’optimiser le bénéfice énergétique, l’intégration de MCP doit être minutieusement réfléchie. Ce travail de thèse présente trois grands axes dédiés à l’étude de matériaux hybrides bois/MCP. Le premier axe traite de la mise en forme et de la caractérisation de panneaux décoratifs intérieurs de haute inertie thermique. Le second axe a pour objectif d’évaluer la performance de ces panneaux à l’aide de deux maisonnettes expérimentales instrumentées et placées sur le campus de l’Université LAVAL. Le troisième axe étudie l’imprégnation de la couche de surface d’une Lame de Plancher d’Ingénierie (LPI) avec des microcapsules de MCP. Dans le premier axe, des panneaux intérieurs décoratifs ont été mis en oeuvre. Ils sont constitués de MDF (Medium Density Fiberboard), HDF (High Density Fiberboard) et de différents MCP biosourcés. Les MCP ont été macroencapsulés dans des sachets de polyéthylène avant d’être placés dans les panneaux. Leur stockage de chaleur latente a été mesuré avec un débitmètre thermique selon la méthode Dynamic Heat Flux Meter Apparatus (DHFMA). Les panneaux stockent une chaleur latente maximale de 57.1 J/g, ce qui est comparable à des solutions existantes de panneaux embarquant des MCP. Leur comportement thermique a été comparé au comportement des MCP purs testés par DSC (Differential Scanning Calorimetry) et des différences significatives ont été observées. Le comportement hygromécanique des panneaux a été évalué et s’est révélé être une question d’importance en vue d’une d’industrialisation. Dans le deuxième axe, deux maisonnettes expérimentales en ossature légère de bois ont été conçues puis placées sur le campus de l’Université LAVAL. Une maisonnette a été équipée de panneaux en bois standards tandis que l’autre contenait les panneaux bois/MCP. Grâce à l’instrumentation embarquée, la performance insitu des panneaux formulés dans le premier axe a pu être étudiée. Les résultats montrent, en saison de chauffe, une réduction de la consommation en chauffage pour la maisonnette équipée de MCP. Cette réduction atteint un maximum de 41 % pour le mois de mai. Pour le confort d’été, les panneaux permettent généralement d’améliorer le confort thermique, en réduisant la surchauffe. Leur efficacité a cependant été révélée limitée par la solidification limitée du MCP pendant la nuit. Malgré une ventilation importante, lors des nuits les plus chaudes, le matériau n’était pas en mesure de se solidifier. Dans le troisième axe, des couches de surface de Lames de Planchers d’Ingénierie (LPI) ont été imprégnés avec des microcapsules de MCP biosourcés. De l’eau distillée a été utilisée comme solvant. Deux essences de bois ont été choisies : le chêne rouge et l’érable à sucre. Le gain de masse thermique s’est révélé significatif pour le chêne rouge mais négligeable pour l’érable à sucre. Pour le chêne rouge, un bénéfice de masse thermique de 77% a été mesuré. Les microcapsules ont été observées dans le bois par microscopie réflective. Elles se sont révélées être principalement présentes, formant des amas, dans les larges vaisseaux du bois initial pour le chêne rouge. Des microcapsules étaient également présentes dans les vaisseaux de l’érable à sucre, en plus petite quantité. Des tests d’adhésion ont été menés sur des lames de planchers vernis et ces tests n’ont révélé aucune influence significative de l’imprégnation sur la tenue d’un vernis. / Phase Change Materials (PCMs) are able to store a high amount of latent heat, which can improve buildings energy efficiency. During the heating season, solar energy can be stored during the day to be released at night, reducing the heating needs. During summer, daily maximum peak temperature can be reduced. In order to maximize the energy benefits, PCMs have to be implemented carefully. This thesis presents three major axes of research about wood/PCMs hybrid materials. The first axis is about manufacturing and characterizing woodbased decorative panels of high thermal mass. The second axis aims to evaluate the performance of such panels with two instrumented wood-frame test huts placed on LAVAL University Campus. The third axis is about impregnating the lamella of Engineering Wood Flooring (EWF) with PCM microcapsules. For the first axis, interior wood-based decorative panels containing PCMs were manufactured. Medium Density Fiberboard (MDF), was used as the main component and High Density Fiberboard (HDF) was used for the inner side of the panel. Several bio-based PCMs were chosen to load the panels. A macroencapsulation of the PCMs was achieved using polyethylene bags. The latent heat storage of the panels was assessed with a thermal flow meter using a Dynamic Heat Flux Meter Apparatus (DHFMA) method. A maximum latent heat storage of 57.1 J/g has been measured, which is comparable to existing panels containing PCMs. Thermal behavior of pure PCMs has been assessed by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and then compared to the panels behavior. Significant differences have been revealed. Hygromechanical behavior of the panels has been evaluated, compared to a reference, and has been revealed of importance in case of industrialization. For the second axis, two experimental timber-frame test-huts have been implemented and were placed on the LAVAL University campus. One hut was equipped with standard wood panels whereas the other one was equipped with wood-based panels containing PCMs such as manufactured in the first axis. The in-situ performance of the panels was assessed over several seasons. In winter, the panels induced a reduction of the heating consumption. This reduction reached a maximum of 41% in May. During summer, the panels are generally able to reduce the daily peak temperature. However, their performance was found limited by the solidification of the PCM, which was hard to achieve during hottest nights. For the third axis, lamellas of Engineered Wood Flooring (EWF) have been impregnated with bio-based PCM microcapsules, using water as a solvent. Two wood species were chosen: red oak and sugar. A significant thermal mass enhancement of 77% was measured for the red oak. Impregnation of sugar maple was found harder to achieve and thus its thermal mass enhancement was lower. Reflective microscopy allowed to observe the microcapsules filling red oak initial wood big vessels, forming aggregates. Some microcapsules were also observed in the sugar maple vessels but in lower quantity. Red oak was varnished with a 100 % UV solid wood coating and submitted to pull-off adhesion tests. These tests did not reveal any significant effect of an impregnation on the varnish adherence.

Le bois abouté est souvent utilisé dans la fabrication de produits de bois d’ingénierie structuraux tels que le lamellé-collé et la poutrelle en I. Au Québec, les fabricants de produits de bois d’ingénierie utilisent principalement du bois du groupe Épinette-pin-sapin (EPS) qui comporte des essences de résineux acceptées dans les normes canadiennes. Étant un bois de feuillus, l’érable à sucre n’est pas une essence prescrite dans les normes de fabrication par contre, en théorie, ce bois peut offrir une alternative intéressante aux bois résineux compte tenu de sa résistance mécanique supérieure. Une revue de la littérature démontre qu’il existe plusieurs recherches sur l’aboutage par entures multiples, mais que celles portant sur l’aboutage de bois de feuillus sont plutôt rares. Plusieurs paramètres d’usinage doivent être contrôlés afin de fournir de belles surfaces de collage et d’optimiser le procédé d’aboutage. Ce projet vise à définir un intervalle de paramètres d’usinage pour l’aboutage structural par entures multiples de l’érable à sucre afin de développer les meilleures résistances mécaniques que ce bois peut potentiellement offrir. Plus spécifiquement, ce projet étudie la résistance en traction parallèle au fil en variant la vitesse de coupe ainsi que l’avance par couteau (chip-load). Des deux paramètres étudiés, la vitesse de coupe semble être le paramètre ayant le plus d’effet sur la résistance en traction parallèle au fil de l’érable à sucre. Les meilleures résistances furent atteintes avec une vitesse de coupe de 2726 m/min et une avance par couteau de 0,60 mm. La vitesse de coupe de 2726 m/min semble être la meilleure afin d’atteindre les meilleures résistances en traction parallèle au fil, et ce, peu importe l’avance par couteau. Finalement, les résultats obtenus nous permet de croire que l’érable à sucre abouté possède un bon potentiel pour des applications structurales dont la fabrication de produits de bois d’ingénierie structuraux. / Finger-jointed softwood lumber is often used in manufacturing of structural engineered wood products such as glued laminated (glulam) beams and prefabricated wood I-joists. In Québec, producers of engineered wood products utilize generally wood species of Spruce-pine-fir (SPF) group, which includes softwood species recognized in Canadian standards. As hardwood species, sugar maple is not listed in the product standards, although, presumably, it can offer an interesting alternative to softwoods from the view point of strength. Literature review shows that there are many studies on finger-jointing but there are few on finger jointing of hardwoods. Certain machining parameters have to be controlled in order to produce suitable gluing surfaces and to optimize the finger-jointing process. The main objective of this study was to evaluate the effect of machining parameters on the ultimate tensile strength parallel to grain (UTS) of finger-jointed sugar maple dimension lumber. Three different chip-loads and three cutting speeds were used as variables. Based on test results, the cutting speed appeared to influence the UTS the most. The best UTS (47.1 MPa) of finger-jointed sugar maple specimens were achieved with a chip-load of 0.60 mm and a cutting speed of 2726 m/min (rotation speed of 3250 RPM and feed speed of 11.7 m/min). Finally, results of the study show that finger-jointed sugar maple possesses a good potential for structural applications including fabrication of structural engineered wood products.

Augmenter la part de marché du bois dans la construction non résidentielle est un objectif important dans les pays où les produits forestiers et de bois d'ingénierie jouent un rôle fondamental. Afin de faciliter la production de structures en bois innovantes, il est nécessaire de mettre sur pied des procédures de réingénierie en termes d’analyse de marché et d’amélioration de la productivité. L'objectif principal de cette thèse est de faciliter la production de bois d'ingénierie (produits en lamellé-collé) destiné à être utilisé dans des structures en bois innovantes telles que les résilles en bois. Pour atteindre ce but, trois objectifs spécifiques sont définis. Le premier objectif est de déterminer les phases de production et les opportunités de marché pour la production de résilles en bois. À cet égard, une revue de la littérature académique et de la littérature grise a été réalisée, et vingt échantillons ont été identifiés et analysés à l'aide de diagrammes de processus et de catégorisations. Les résultats ont montré qu’une structure en résille de bois est utilisée dans l'industrie de la construction en Europe et qu'elle est moins connue en Amérique du Nord, ce qui offre une opportunité de marché pour sa production et sa construction. La catégorisation des échantillons étudiés dans les petites, moyennes et grandes structures et l'identification des acteurs pour chaque catégorie fournissent une vue d'ensemble pour les entreprises qui envisagent la production de cette structure. Le deuxième objectif de cette thèse est de fournir un modèle de simulation pour la production de bois lamellé-collé dans de petites usines et le processus d'application de techniques Lean pour apporter des améliorations. À cet égard, le système de production d’une entreprise québécoise a été analysé et un modèle de simulation créé. Afin d'éliminer chaque source de gaspillage, un outil Lean a été suggéré en fonction de la réalité du système à l’étude. Les résultats ont montré une amélioration notable du temps d’attente et de cycle suite à l’utilisation de techniques issues du Lean. Ils ont également contribué à souligner qu’une élimination du gaspillage limitée à 50% pouvait améliorer la considérablement la productivité pour les petites entreprises et s’avérer un premier pas important dans l’implantation du Lean. Le troisième objectif est de fournir un outil de planification et d'ordonnancement de la production dans un contexte de production multi-projets d’ingénierie sur commande (Engineer-to-Order) de bois lamellé-collé. À cet égard, des modèles d'optimisation ont été créés. Le premier modèle (modèle 1) concerne la minimisation du coût de production total, tandis que le modèle 2 vise la minimisation de la durée totale des projets. Le modèle 3 cherche plutôt à réduire le temps de mise en route sur la presse, le poste goulot du système de production considéré. Le modèle 4 intègre les trois objectifs de réduction des coûts, de durée et de temps de mise en route. Deux scénarios d’ajout de projets de grande et de moyenne envergure ont été conçus et testés. Le test des scénarios démontre qu'il y a une capacité suffisante pour l’ajout d’un projet de grande envergure ou de neuf projets de taille moyenne sans recourir à la sous-traitance. L'ajout d'un projet de grande envergure est plus sensible à la période d'insertion, pouvant exiger du temps supplémentaire selon la date de début du projet. Les travaux de cette thèse permettent donc de fournir des outils d'aide à la décision pour les entreprises œuvrant dans un milieu d'ingénierie sur commande afin d'améliorer leur productivité et la standardisation de leurs processus. / Increasing the share of wood in non-residential construction is an important goal in countries with major forest and engineered wood products. In order to facilitate the production of innovative timber structures, procedures should be re-engineered in terms of market analysis and productivity improvement. The main objective of this thesis is to facilitate the production of engineered wood to be used in innovative wood structures such as timber gridshell. To achieve this goal, three specific objectives are defined. The first objective is to determine production phases and market opportunities for the production of timber gridshell. In this regard, a review of the academic and grey literature was conducted, and twenty samples were identified and analysed by making process charts and categorisations. The results showed that gridshell is used in the construction industry in Europe and is less recognised in North America, which provides a market opportunity for its production and construction. The categorisation of studied samples in small, medium and large structures provides an overview for the companies who consider the production of this structure. The second objective of this thesis is to provide a simulation model for the production of glued laminated timber in small factories and the process of applying lean techniques to make improvements. In this regard, the production system of a Small and medium-sized enterprise (SME) was analysed, and a simulation model was created. In order to eliminate each source of waste, a lean tool was suggested according to the reality of the system under investigation. The lean methods were applied in the simulation model to analyse the potential improvements. Results showed a noticeable improvement in waiting and cycle time. It also showed that applying even 50% elimination of the wastes is also a considerable solution to improve productivity as a beginning step for SMEs. The third objective is to provide a production planning and scheduling tool in the context of multi-project engineer-to-order production of glued laminated timber. In this regard, optimisation models were created. The first model (model 1) concerns the minimisation of total production cost while model 2 aims to minimise projects’ makespan. Model 3 introduces the set-up time reduction and model 4 integrates the three objectives of minimising cost, makespan and set-up time. Two scenarios of adding complex and medium projects were designed and tested. Testing the scenarios showed that there is enough capacity for adding one complex project or nine medium projects without the need to outsource. Adding a complex project is more sensitive to the insertion period and beginning the project in different weeks leads to different results in terms of the overtime requirement. As a result, the work of this thesis provides decision support tools for engineer-to-order environments which could help SMEs to improve their productivity and standardisation. / Résumé en espagnol

Augmenter la part de marché du bois dans la construction non résidentielle est un objectif important dans les pays où les produits forestiers et de bois d'ingénierie jouent un rôle fondamental. Afin de faciliter la production de structures en bois innovantes, il est nécessaire de mettre sur pied des procédures de réingénierie en termes d’analyse de marché et d’amélioration de la productivité. L'objectif principal de cette thèse est de faciliter la production de bois d'ingénierie (produits en lamellé-collé) destiné à être utilisé dans des structures en bois innovantes telles que les résilles en bois. Pour atteindre ce but, trois objectifs spécifiques sont définis. Le premier objectif est de déterminer les phases de production et les opportunités de marché pour la production de résilles en bois. À cet égard, une revue de la littérature académique et de la littérature grise a été réalisée, et vingt échantillons ont été identifiés et analysés à l'aide de diagrammes de processus et de catégorisations. Les résultats ont montré qu’une structure en résille de bois est utilisée dans l'industrie de la construction en Europe et qu'elle est moins connue en Amérique du Nord, ce qui offre une opportunité de marché pour sa production et sa construction. La catégorisation des échantillons étudiés dans les petites, moyennes et grandes structures et l'identification des acteurs pour chaque catégorie fournissent une vue d'ensemble pour les entreprises qui envisagent la production de cette structure. Le deuxième objectif de cette thèse est de fournir un modèle de simulation pour la production de bois lamellé-collé dans de petites usines et le processus d'application de techniques Lean pour apporter des améliorations. À cet égard, le système de production d’une entreprise québécoise a été analysé et un modèle de simulation créé. Afin d'éliminer chaque source de gaspillage, un outil Lean a été suggéré en fonction de la réalité du système à l’étude. Les résultats ont montré une amélioration notable du temps d’attente et de cycle suite à l’utilisation de techniques issues du Lean. Ils ont également contribué à souligner qu’une élimination du gaspillage limitée à 50% pouvait améliorer la considérablement la productivité pour les petites entreprises et s’avérer un premier pas important dans l’implantation du Lean. Le troisième objectif est de fournir un outil de planification et d'ordonnancement de la production dans un contexte de production multi-projets d’ingénierie sur commande (Engineer-to-Order) de bois lamellé-collé. À cet égard, des modèles d'optimisation ont été créés. Le premier modèle (modèle 1) concerne la minimisation du coût de production total, tandis que le modèle 2 vise la minimisation de la durée totale des projets. Le modèle 3 cherche plutôt à réduire le temps de mise en route sur la presse, le poste goulot du système de production considéré. Le modèle 4 intègre les trois objectifs de réduction des coûts, de durée et de temps de mise en route. Deux scénarios d’ajout de projets de grande et de moyenne envergure ont été conçus et testés. Le test des scénarios démontre qu'il y a une capacité suffisante pour l’ajout d’un projet de grande envergure ou de neuf projets de taille moyenne sans recourir à la sous-traitance. L'ajout d'un projet de grande envergure est plus sensible à la période d'insertion, pouvant exiger du temps supplémentaire selon la date de début du projet. Les travaux de cette thèse permettent donc de fournir des outils d'aide à la décision pour les entreprises œuvrant dans un milieu d'ingénierie sur commande afin d'améliorer leur productivité et la standardisation de leurs processus. / Increasing the share of wood in non-residential construction is an important goal in countries with major forest and engineered wood products. In order to facilitate the production of innovative timber structures, procedures should be re-engineered in terms of market analysis and productivity improvement. The main objective of this thesis is to facilitate the production of engineered wood to be used in innovative wood structures such as timber gridshell. To achieve this goal, three specific objectives are defined. The first objective is to determine production phases and market opportunities for the production of timber gridshell. In this regard, a review of the academic and grey literature was conducted, and twenty samples were identified and analysed by making process charts and categorisations. The results showed that gridshell is used in the construction industry in Europe and is less recognised in North America, which provides a market opportunity for its production and construction. The categorisation of studied samples in small, medium and large structures provides an overview for the companies who consider the production of this structure. The second objective of this thesis is to provide a simulation model for the production of glued laminated timber in small factories and the process of applying lean techniques to make improvements. In this regard, the production system of a Small and medium-sized enterprise (SME) was analysed, and a simulation model was created. In order to eliminate each source of waste, a lean tool was suggested according to the reality of the system under investigation. The lean methods were applied in the simulation model to analyse the potential improvements. Results showed a noticeable improvement in waiting and cycle time. It also showed that applying even 50% elimination of the wastes is also a considerable solution to improve productivity as a beginning step for SMEs. The third objective is to provide a production planning and scheduling tool in the context of multi-project engineer-to-order production of glued laminated timber. In this regard, optimisation models were created. The first model (model 1) concerns the minimisation of total production cost while model 2 aims to minimise projects’ makespan. Model 3 introduces the set-up time reduction and model 4 integrates the three objectives of minimising cost, makespan and set-up time. Two scenarios of adding complex and medium projects were designed and tested. Testing the scenarios showed that there is enough capacity for adding one complex project or nine medium projects without the need to outsource. Adding a complex project is more sensitive to the insertion period and beginning the project in different weeks leads to different results in terms of the overtime requirement. As a result, the work of this thesis provides decision support tools for engineer-to-order environments which could help SMEs to improve their productivity and standardisation.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Au Canada, le secteur du bâtiment est responsable de 13% des émissions de GES. Dans un contexte de mix énergétique majoritairement composé de ressources renouvelables comme dans la province de Québec, les impacts environnementaux liés aux matériaux sont responsables d'une grande part des impacts des bâtiments. Par conséquent, la prise en compte du carbone intrinsèque sera nécessaire pour atteindre l'objectif canadien de carboneutralité d'ici 2050. Dans l'industrie de la construction, de plus en plus de manufacturiers sont portés à publier les résultats d'analyse du cycle de vie de leurs produits dans des déclarations environnementales de produits (DEP). Ces DEP partagent les impacts environnementaux d'un matériau de construction sous un format simplifié. Ces déclarations sont consultées par les professionnels en conception de bâtiment tels que les architectes et les ingénieurs. En revanche, malgré les règles de catégories en place et les normes à respecter pour concevoir une DEP, les hypothèses pour réaliser l'analyse du cycle de vie peuvent varier et ainsi avoir un impact sur la comparabilité des DEP. Ce projet a pour objectif d'évaluer l'effet d'utiliser les résultats d'impacts environnementaux provenant des DEP pour le choix des éléments de structure en bois massif d'un bâtiment résidentiel multiétage. L'étude a porté sur les DEP nord-américaines des éléments de structure en bois suivants : le lamellé-collé, le lamellé croisé et le bois en placage stratifié. Les résultats d'impacts environnementaux dans les DEP ont été comparés aux données génériques de la base de données Ecoinvent v3.8. Les résultats de cette étude suggèrent que les DEP peuvent généralement être utilisées sans distinction par rapport à leur équivalent dans la base de données générique. Cependant, quelques valeurs d'impacts environnementaux dans des DEP étaient nettement différentes du groupe. De plus, puisque les DEP évaluées déclaraient seulement les impacts de la phase de production, d'autres impacts tels que le transport des matériaux jusqu'au site de construction peuvent avoir un impact considérable sur l'ensemble du cycle de vie du bâtiment. Conséquemment, il est recommandé d'utiliser les DEP dans le cadre d'une analyse du cycle de vie de bâtiment plutôt que d'utiliser les DEP à des fins de comparaisons directes entre elles. Cette étude permettra aux professionnels en conception du bâtiment de mieux comprendre les impacts intrinsèques des matériaux de construction et leur influence sur l'ensemble du cycle de vie du bâtiment.

Cette thèse se concentre sur l’industrie de transformation du bois au Québec. En effet, depuis plusieurs années, ce secteur fait face à de nombreux problèmes qui freinent sa compétitivité. La question principale de la recherche est : Est-ce que l’introduction des produits de deuxième et de troisième transformation, de même que la diversification des marchés incluant les segments intérieurs non couverts comme la construction non résidentielle, pourraient constituer des solutions pour faire sortir l’industrie de sa crise actuelle? Depuis plusieurs décennies, les entreprises œuvrant dans ce secteur exportent des produits de base et dépendent fortement du seul marché des États-Unis. Aujourd’hui, les différentes parties prenantes sont convaincues que cette crise est, à la base, due au faible investissement dans la modernisation de l’industrie et à la forte dépendance au seul marché des États-Unis. Ceci les incite à revitaliser cette industrie en promouvant le développement de nouveaux produits et l’ouverture des nouveaux marchés. La collaboration étant un facteur clé de réussite dans le développement de nouveaux produits, la première sous-question vise à identifier quelles seraient les stratégies clés de la gestion efficace de la collaboration, avec l’ensemble des parties prenantes, pour la conception de nouveaux produits à valeur ajoutée. Basé sur les résultats d’entrevues menées auprès de dirigeants d’entreprises de l’industrie de deuxième et troisième transformation, un modèle intégrant onze stratégies clés pour la gestion efficace de la collaboration est proposé. La deuxième sous-question concerne l’impact des caractéristiques spécifiques de l’organisation dans le choix du marché de destination. Sur la base d’un échantillon de 1022 entreprises manufacturières dans la province de Québec, l’analyse par la méthode de régression logistique binaire nous permet d’identifier les caractéristiques spécifiques qui exercent un impact sur la diversification des marchés d’exportation. Enfin, la troisième sous-question s’intéresse aux déterminants de l’acceptation et de l’utilisation de la technologie du bois comme nouvelle pratique dans la construction non résidentielle au Québec. Pour répondre à cette question, un sondage par courriel a été effectué auprès de vingt-huit ingénieurs dans le domaine de la construction. Les résultats révèlent certaines contraintes à l’utilisation du bois dans la construction non résidentielle au Québec. Mots clés : gestion de la collaboration, diversification de l’exportation, acceptation et utilisation d’une nouvelle technologie / This thesis focuses on the wood processing industry in Quebec. Since several years, the sector faces many problems that hinder its competitiveness. The main research question is: Does the introduction of products of secondary and tertiary processing, as well as the diversification of markets including uncovered domestic segments as non-residential construction, could provide solutions to get industry's current crisis? Indeed, for several decades, firms in this sector export basic wood products and depend heavily on the single market of the United States. Today, stakeholders are increasingly convinced that this crisis is basically due to low investment in the modernization of the industry and the high dependence on one market. This challenges them to join their efforts to revitalize the industry by promoting the development of new products. This could open new external and internal markets. Since collaboration is a key success factor in the development of products; the first sub-question is to identify what are the key strategies for effective collaboration management with all stakeholders to design new value added products. Based on the results of interviews with business leaders in the industry of the second and third wood processing, a model incorporating eleven key strategies for effective collaboration management is proposed. The second sub-question concerns the impact of the organization’s specific characteristics in choosing the destination market. Based on a sample of 1,022 manufacturing firms in the province of Quebec, the analysis by the binary logistic regression’s method demonstrates that the industry, the total sales and the presence or absence of a website have an impact on the diversification of export markets. While the firm age, the firm location and the presence of an export manager are not significant. Finally, the third sub-question concerns the determinants of the acceptance and use of wood technology as a new practice in non-residential construction industry in Quebec. To answer this question, a web survey was addressed to twenty eight engineers on construction. Results reveal some constraints on the use of wood in non-residential construction industry in Quebec. Keywords: collaboration management, export diversification, acceptance and use of new technology.