La conception de l'assemblage plafond-plancher dans un bâtiment en bois peut être un défi en raison de ses aspects multidisciplinaires et des limitations d'espace. En tant qu'un composant du bâtiment, cet espace possède un rôle structural et représente un volume dans lequel passent les systèmes de la mécanique du bâtiment. L'objectif de ce travail est de démystifier l'assemblage plafond-plancher à travers une recherche bibliographique et des entrevues semi-dirigées et de développer ensuite une méthodologie d'optimisation multi-objectif pour une conception optimale de ce sandwich. Le modèle développé intègre tant la partie structurale que les systèmes de la mécanique du bâtiment, dont un but de minimiser l'épaisseur de l'assemblage tout en optimisant le système de ventilation qui passe dedans. L'algorithme NSGA-II est utilisé dans le processus d'optimisation. Une étude de cas sur un assemblage plafond-plancher dans un bâtiment en bois a été réalisée pour évaluer le modèle développé, où trois configurations d'assemblage ont été testées. Dans la première configuration, le réseau de ventilation passe à travers la structure, soit en parallèle aux poutres, soit en les traversant. Dans ce cas, des ouvertures seront nécessaires à condition que le diamètre de la conduite ne dépasse pas 15% de la hauteur des poutres. Dans la deuxième configuration, on considère que les poutres sont renforcées, pour donner une tolérance supplémentaire relative à l'ouverture au niveau des poutres allant jusqu'à 30% de leur hauteur. La troisième configuration est la méthode traditionnelle où aucune ouverture n'est autorisée et le réseau de ventilation passe en dessous de la structure. Pour les trois configurations, deux types de dispositions des gaines de ventilation ont été évaluées. Les meilleures solutions sont présentées sous la forme de fronts de Pareto. L'analyse des résultats montre que l'optimisation de la configuration traditionnelle de l'assemblage donne toujours de meilleures solutions (où l'épaisseur de l'assemblage varie de 0.65 m à 0,87m et la perte de pression varie de 50 Pa à 105 Pa) comparativement aux deux autres configurations. / The design of the ceiling-to-floor assembly in timber buildings can be challenging due to its multidisciplinary aspects, space limitations, and requirements of timber constructions. As a component of the building, this space has a structural role. It ensures the safety and comfort of occupants and represents a volume through which building services systems pass. The objective of this work is to demystify the ceiling-to-floor assembly in timber buildings and to develop a multi-objective optimization method for an optimum design. In order to do this, bibliographical research was carried out in various databases. This step was accompanied by a series of semi-structured interviews with wood construction experts. Then a multi-objective optimization strategy for the ceiling-to-floor assembly was developed. It integrates both structures and building mechanical systems to minimize the thickness of the ceiling-to-floor assembly and optimize the pressure drops in the air distribution system that passes through it. The multi-objective genetic algorithm (NSGA-II) is used in the optimization process. Design variables related to the structure and ventilation network are taken into account. A case study of a ceiling-to-floor assembly in a timber building was carried out to evaluate the developed model, where three assembly configurations were tested: (i) the diameter of an aperture in a beam to let a duct pass is limited to 15% of the beam height, (ii) the aperture diameter limitation is 30% of the beam height, corresponding to a beam with reinforcement, (iii) no apertures are allowed and the ducts are below the beams. Best solutions are presented through the Pareto fronts and the optimal dimensions of the structure and air distribution ducts are generated. For the case study, results show that the optimization algorithm gives better results in terms of thickness and pressure drops in the third configuration where ducts pass through beams (assembly thickness ranges from 0.65 to 0.87 m, pressure drops from 50 Pa to 105 Pa), compared to the configuration where the duct passes through the structure.

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out toprove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear modelis also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear lawin a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decidethe best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection’s property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete’s compressive strength and young’s modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out to prove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear model is also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear law in a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decide the best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection's property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete's compressive strength and young's modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / Les structures composites bois-béton sont largement utilisées aujourd’hui grâce à l’optimisation des performances et du coût de la structure qu’elles permettent. Le comportement de ces structures dépend fortement de la connexion entre les deux matériaux. La conception de ce type d’ouvrage peut rapidement devenir complexe, car il existe une multitude de connecteurs qui ont tout un chacun des comportements qui peuvent être très différents des uns des autres. Dans ce mémoire de maîtrise, un modèle numérique qui permet de calculer avec précision les fréquences naturelles d’une poutre composite est présenté et implémenté. De plus, un modèle qui permet de prédire le comportement statique d’un connecteur ponctuel et d’une poutre composite en tenant compte du comportement non linéaire de chacun des matériaux est présenté et implémenté. Ces modèles reproduisent très bien les essais expérimentaux. Avec les simulations effectuées, il a pu être conclu qu’un connecteur dimensionnable serait l’idéal pour achever une performance ductile d’une poutre composite bois-béton. L’idée de ce type de connecteur est donc explorée et testée en laboratoire. Garantir une performance ductile rend la structure plus sécuritaire et permet ainsi d’augmenter l’utilisation du bois dans le secteur non résidentiel de la construction. / The timber-concrete composite structures are widely used today because they allow the performance optimization and the structure cost. The behaviour of timber concrete composite (TCC) structures depends heavily on the connection between the two materials. The design of this type of structure can quickly become complex because there are a host of connectors whose behaviour may be very different from each other. In this master thesis, a numerical model that can accurately calculate the natural frequencies of a composite beam is introduced and implemented. In addition, a model that predicts the static behaviour of a discrete connector and of a composite beam by taking into account the non linear behaviour of each material is presented and implemented. These models reproduce very well the experimental tests.With simulations, it has been found that an engineered connector would be ideal to provide for a ductile performance of a TCC beam. The idea of this type of connector is explored and tested in a laboratory. Ensure ductile performance makes the structure more secure and thus can increase the use of wood in non-residential construction sector.

Les structures en bois sont une bonne solution pour la construction de bâtiments multiétages. Le bois est reconnu pour son aspect architectural, pour son empreinte écologique faible ainsi que pour sa résistance mécanique. L’ajout d’une mince couche de béton connectée à l’aide de connecteurs de cisaillement sur une pièce de bois lamellé-collé ou bien un CLT permet d’augmenter considérablement la rigidité du plancher. Il est donc possible de construire sur une plus longue portée tout en respectant les critères de flèche d’État Limite de Service (ELS) et de résistances aux États Limites Ultimes (ELU). Ces solutions innovantes sont aussi moins sensibles aux vibrations puisqu’elles sont plus rigides. Le confort des usagers est donc amélioré. Cette thèse se concentre sur le développement d’une connexion de type entaille peu profonde adaptée aux dalles composites. Cette connexion est conçue afin d’obtenir un comportement initial rigide, puis une grande ductilité. Ceci est possible en utilisant le caractère ductile en compression du bois. Plusieurs configurations sont testées dans le CLT et dans le bois lamellé-collé. La profondeur de l’entaille varie. L’influence de la présence d’un isolant acoustique entre le bois et le béton est aussi quantifiée. Les premiers tests de cisaillement sur les différentes configurations ont montré de très bons résultats et des dalles CLT-BHP ont été coulées pour une portée de 8 m. Les dalles de CLT-BHP ont été conçues selon une approche multicritère afin de respecter les normes du Code National du Bâtiment du Canada et de maximiser certains facteurs considérés importants par le milieu de la construction tels l’épaisseur du plancher, le poids du plancher, le coût, etc. / Wooden structures are a good solution for building multi-story buildings. Wood is known for its architectural appearance, low footprint and mechanical strength. The addition of a thin layer of concrete connected using shear connectors to a piece of glued-laminated timber (GLULAM) or a Cross-Laminated Timber (CLT) considerably increases the rigidity of the floor. It is therefore possible to build longer span in building while respecting the Serviceability Limit States (SLS) deflection criteria as well as the Ultimate Limit States (ULS) bearing capacity. These innovative solutions are also less sensitive to vibrations since they are more rigid. The comfort of users is improved. This thesis focuses on the development of a shallow notch type connection suitable for composite slabs. This connection is designed to obtain a rigid initial behavior, followed by a big ductility. This is possible by using the compressive ductile nature of the timber. Several configurations are tested in CLT and GLULAM. The depth of the cut varies from 20 mm to 35 mm. The influence of the presence of an acoustic insulation between the timber and the concrete is also quantified. The first shear tests on the different configurations showed very good results. Three 8 m single span CLT-HPC slabs were cast. The CLT-HPC slabs were designed with a multi-criteria approach to meet the National Building Code of Canada (NBCC) standards and to maximize certain factors considered important by the building industry such as floor thickness, floor weight, the cost, etc.

Les alliages d'aluminium ont plusieurs propriétés qui rendent intéressantes son utilisation dans les ouvrages d’art, en particulier dans un contexte de climat nordique. En effet, ce matériau a un faible ratio poids/résistance, une très bonne résistance à la corrosion, une résilience élevée à basse température, ainsi qu’une bonne formabilité. Pour ces raisons, l’aluminium est envisagé pour la production de platelages de ponts constitués d’extrusions multicellulaires soudées entre elles. Ces platelages doivent être connectés sur des poutres en acier au moyen d’un assemblage boulonné antiglissement, afin de développer l’action mixte entre le platelage et les poutres. La difficulté de ce projet réside dans la difficulté d’accès à l’intérieur des cellules extrudées. Cela empêche la bonne mise en place des connexions boulonnées antiglissement respectant les exigences de la norme canadienne sur les ponts routiers. Deux solutions sont étudiées : l’utilisation de boulons aveugles et la conception d’une extrusion d’attache entre le platelage et les poutres. Pour chacune de ces solutions, une étude de faisabilité est faite. Dans le cas des boulons aveugles, deux modèles ont été identifiés, puis modélisés par éléments finis afin de déterminer s’ils se conforment aux exigences de la norme CAN/CSA-S6-2014. Dans le cas des extrusions d’attache, deux modèles seront conçus et testés par éléments finis, au regard de la norme. Les solutions explorées dans ce travail sont ensuite comparées par le moyen d’analyses SWOT, afin de mettre en évidences leurs forces, faiblesses, opportunités et menaces. Cela permettra d’aboutir à des recommandations. Mots-clefs 6063-T6, aluminium, assemblage antiglissement, boulons aveugles, CAN/CSAS6-2014, éléments finis, extrusions, platelage, pont. / Aluminium alloys have many properties that make this material fit for structural uses, in particular in a nordic climate. This metal has indeed a good weight/resistance ratio, an excellent corrosion resistance, a high resilience at low temperatures, and a good formability. For these reasons, aluminium is considered for the production of bridge decks made of multi-cellular extrusions welded together. Decks are to be connected to steel girders with slip-critical bolted joints, in order to achieve composite action between the deck and the girders. The main concern is the lack of accessibility of the interior of the extrusions. This prevents the setting up of the slip-critical bolteds joints, compliantly with the canadian standards about highway bridges. Two solutions are studied : the use of blind bolts and the design of an special extrusion to join the deck to the beams. For each of these solutions, a feasability study is led. Two models of blind bolts are identified, then modeled by finite elements to determine wether they match the CAN/CSA-S6-2014 requirements about slip-critical joints. The solutions explored in this project are finally campared by the mean of SWOT analysis, in order to bring out their strenghts, weaknesses, opportunities and threats. Key-words 6063-T6, aluminium, blind bolt, bridge, CAN/CSA-S6-2014, deck, extrusions, finite elements slip-critical joint.

Les assemblages d'éléments structuraux en bois sont généralement joints à l'aide de connecteurs métalliques en acier. Afin d'améliorer l'empreinte environnementale des assemblages et de favoriser des matériaux produits aux Québec, des goujons hybrides en aluminium et bois densifiés sont étudiés afin d'évaluer leurs comportements et caractéristiques mécaniques sous un chargement en double cisaillement d'un assemblage intégrant une platine d'aluminium comme élément central de l'assemblage. Le potentiel de ces connecteurs hybrides dans un assemblage avec platine d'aluminium est évalué par rapport à un assemblage avec goujons en bois densifiés et goujons en acier. Les essais de traction ont permis d'observer que la résistance est inférieure pour les goujons hybrides comparativement à ceux en acier. La ductilité et la rigidité du goujon hybride sont également inférieures à ceux du goujon en acier. En ayant une rigidité plus près de celle des éléments en BLC, les goujons hybrides permettent de retarder davantage la rupture fragile. Un modèle par éléments finis a permis de simuler des essais en double cisaillement testés expérimentalement. La résistance élastique déterminée par le modèle est supérieure à celle expérimentale, autant pour les goujons hybrides qu'en acier, puisque l'endommagement du bois n'a pas été considéré dans la modélisation. Ces simulations ont permis d'observer que l'augmentation du nombre de connecteurs permet d'augmenter davantage la résistance élastique des goujons hybrides et de se rapprocher à celle des goujons en acier. Selon les résultats des résistances théoriques des normes CSA-O86 et CSA-S157, la théorie permet de prédire de façon juste si un mode de ruine ductile ou fragile va survenir, mais n'arrive pas toujours au même mode de ruine ductile que celui observé expérimentalement. La norme sous-estime parfois le nombre de rotules plastiques apparaissant, donc elle surestime la résistance élastique des assemblages avec goujons hybrides et en bois-densifié. / Structural timber assemblies are generally joined with steel metallic fasteners. To improve assembly's ecological footprint and support Quebec economy, aluminium and densified wood hybrid dowels are studied to evaluate their comportments and mechanical characteristics under a double-shear loading on an assembly with an inserted aluminium sheet. The hybrid dowel's potential in the timber-aluminium assembly is evaluated in comparison with galvanised steel dowels and densified wood dowels. The tensile tests have shown a lower yield and ultimate resistance for hybrid dowels compared to steel dowels. With a rigidity closer to the glulam, hybrid dowels allow to delay brittle failure in glulam elements. Thus, usage of hybrid dowels could allow to reduce the glulam section dimensions by decreasing the minimal distance between the dowels required to avoid brittle failure. A finite element model was used to simulate the double shear tests carried out experimentally. The yield resistance identified with the model is higher than the experimental result for both hybrid and steel dowels because wood damage has not been considered in the model. These simulations have shown that a higher number of fasteners increases more the hybrid dowel yield resistance and shows results closer to the steel dowels. The simulation on wood-wood assembly have shown that, with same dowel diameters, assembly with hybrid dowels have a yield resistance lightly lower than with steel dowels, but higher as with densified wood dowel. According to theorical results of tensile resistance from CSA-O86 and CSA-S157 standards, ductile failure governs for all assemblies studied. The theory allows to predict properly if a ductile or brittle failure will occur but won't always predict the right ductile failure mode compared to those observed experimentally. Assemblies with hybrid and densified wood dowels have shown a higher number of plastic hinges during experiments than predicted by the theory. Moreover, by underestimating the number of plastic hinges, the theory overestimates the resistance of the hybrid and densified wood dowels fasteners compared to experimental results. Therefore, the theory overestimates the yield resistance of the assembly with this type of dowels.

Les charpentes en bois doivent inévitablement inclure des assemblages pouvant transférer les charges entre les éléments de façon adéquate pour assurer l’intégrité de la structure. Les assemblages sont une partie critique des structures en bois puisque dans la plupart des cas, ce sont ceux-ci qui permettent de dissiper l’énergie et d’obtenir un mode de rupture ductile sous les charges sismiques. Ce mode de rupture est préférable, puisqu’il donne lieu à une grande déformation avant effondrement, permettant ainsi une évacuation des occupants en toute sécurité lors de tremblement de terre. Les assemblages à petits diamètres tels que les clous, les rivets et les vis sont fréquemment utilisés dans les constructions en bois et on suppose qu’ils amènent une rupture ductile bien qu’il soit impossible pour les concepteurs de prédire exactement le mode de rupture à l’aide de la méthode de calcul actuelle. De plus, les rivets ont une application très limitée dû au fait que la méthode de calcul utilisée actuellement s’applique à des configurations, essences et types de produits de bois très spécifiques. L’objectif de ce projet est d’évaluer une nouvelle méthode de calcul proposée par des chercheurs de Nouvelle-Zélande, Zarnani et Quenneville, pour les assemblages à rivets, mais adaptable pour les assemblages de bois à attaches de petits diamètres. Elle permet au concepteur de déterminer avec précision le mode de rupture des assemblages de différentes configurations avec différents produits de bois. Plus de 70 essais sur les assemblages à rivets et à clous résistants à des charges variant de 40kN à 800kN ont été effectués dans le cadre de ce projet de recherche afin de valider l’utilisation de cette méthode avec le produit du bois lamellé-collé canadien Nordic Lam et la comparer avec celle présentement utilisée au Canada. Les modes de rupture ductile, fragile et mixte ont été prévus avec l’emphase sur le mode fragile puisque c’est celui-ci qui est le plus variable et le moins étudié. Les assemblages en bois lamellé-collé Nordic Lam étaient cloués ou rivetés selon différentes configurations variant de 18 à 128 clous ou rivets. Les résultats démontrent une bonne prédiction de la résistance et des modes de rupture des assemblages à clous et à rivets. Pour quelques configurations des assemblages à rivets, les prédictions de la nouvelle méthode sont plus élevées qu’avec la méthode actuelle. Les assemblages à clous ont démontré des ruptures de la tige de clous au niveau du plan de cisaillement lors de tous les essais effectués, ce qui ne correspond pas à un mode ductile ou fragile prévue par la méthode de calcul. / Connections in wood structures must be able to transfer the load between the elements to ensure the structure integrity. Connections are critical in wood structures because under seismic load, they are used to ensure a ductile failure of the entire structure. This failure mode is preferable because it allows to dissipate the energy by developing large deformation, so that safe evacuation of occupants before the building collapse is possible. Small diameter fasteners like nails, screws and rivets are used a lot in wood structures under the assumption that they lead to a ductile failure although the calculations made with the current design method does not allow the designer to be sure of that. Furthermore, rivets have a very limited application because the current design method only applies to very specific configurations and wood species products. The objective of this project is to evaluate a new calculation method proposed by Zarnani and Quenneville from New-Zealand for connections with rivets, which can be extended to other small diameter fasteners in timber connections. It is not limited to specific configurations or wood products and it allows the designer to predict the failure mode. Over 70 tests on riveted and nailed connections with resistances varying from 40kN to 800kN were conducted during this project in order to validate the application of this method using a Canadian-made glulam timber. The new method was compared with design methods currently used in Canada. Ductile, mixed and brittle failure modes were targeted with the emphasis on brittle failure because it has the highest variability and it is the least studied.Wood connections were made of Nordic Lam glulam using rivets or nails with configurations varying from 18 to 128 fasteners. The results show good predictions of the connection resistance and the failure modes of connections with nails and rivets. For some configurations of rivets connections, the predictions of the new method are higher than predictions using the current design method. The nails connections showed rupture of the nails shank near the shear plane in all tests, which does not correspond to ductile or brittle failure modes predicted by the model.

Le bois subit une demande croissante comme matériau de construction dans les bâtiments de grandes dimensions. Ses qualités de matériau renouvelable et esthétique le rendent attrayant pour les architectes. Lorsque comparé à des produits fonctionnellement équivalents, il apparait que le bois permet de réduire la consommation d’énergie non-renouvelable. Sa transformation nécessite une quantité d’énergie inférieure que l’acier et le béton. Par ailleurs, par son origine biologique, une structure en bois permet de stocker du carbone biogénique pour la durée de vie du bâtiment. Maintenant permis jusqu’à six étages de hauteur au Canada, les bâtiments de grande taille en bois relèvent des défis de conception. Lors du dimensionnement des structures, les zones des connecteurs sont souvent les points critiques. Effectivement, les contraintes y sont maximales. Les structures peuvent alors apparaitre massives et diminuer l’innovation architecturale. De nouvelles stratégies doivent donc être développées afin d’améliorer la résistance mécanique dans les zones de connecteurs. Différents travaux ont récemment porté sur la création ou l’amélioration de types d’assemblage. Dans cette étude, l’accent est mis sur le renforcement du bois utilisé dans la région de connexion. L’imprégnation a été choisie comme solution de renfort puisque la littérature démontre qu’il est possible d’augmenter la dureté du bois avec cette technique. L’utilisation de cette stratégie de renfort sur l’épinette noire (Picea Mariana (Mill.) BSP) pour une application structurale est l’élément de nouveauté dans cette recherche. À défaut d’effectuer une imprégnation jusqu’au coeur des pièces, l’essence peu perméable de bois employée favorise la création d’une mince couche en surface traitée sans avoir à utiliser une quantité importante de produits chimiques. L’agent d’imprégnation est composé de 1,6 hexanediol diacrylate, de triméthylopropane tricacrylate et d’un oligomère de polyester acrylate. Une deuxième formulation contenant des nanoparticules de SiO2 a permis de vérifier l’effet des nanoparticules sur l’augmentation de la résistance mécanique du bois. Ainsi, dans ce projet, un procédé d’imprégnation vide-pression a servi à modifier un nouveau matériau à base de bois permettant des assemblages plus résistants mécaniquement. Le test de portance locale à l’enfoncement parallèle au fil d’un connecteur de type tige a été réalisé afin de déterminer l’apport du traitement sur le bois utilisé comme élément de connexion. L’effet d’échelle a été observé par la réalisation du test avec trois diamètres de boulons différents (9,525 mm, 12,700 mm et 15,875 mm). En outre, le test a été effectué selon un chargement perpendiculaire au fil pour le boulon de moyen diamètre (12,700 mm). La corrélation d’images numériques a été utilisée comme outil d’analyse de la répartition des contraintes dans le bois. Les résultats ont démontré une portance du bois plus élevée suite au traitement. Par ailleurs, l’efficacité est croissante lorsque le diamètre du boulon diminue. C’est un produit avec une valeur caractéristique de la portance locale parallèle au fil de 79% supérieure qui a été créé dans le cas du test avec le boulon de 9,525 mm. La raideur du bois a subi une augmentation avoisinant les 30%. Suite au traitement, la présence d’une rupture par fissuration est moins fréquente. Les contraintes se distribuent plus largement autour de la région de connexion. Le traitement n’a pas produit d’effet significatif sur la résistance mécanique de l’assemblage dans le cas d’un enfoncement du boulon perpendiculairement au fil du bois. De même, l’effet des nanoparticules en solution n’est pas ressorti significatif. Malgré une pénétration très faible du liquide à l’intérieur du bois, la couche densifiée en surface créée suite au traitement est suffisante pour produire un nouveau matériau plus résistant dans les zones de connexion. Le renfort du bois dans la région des connecteurs doit influencer le dimensionnement des structures de grande taille. Avec des éléments de connexion renforcés, il sera possible d’allonger les portées des poutres, multipliant ainsi les possibilités architecturales. Le renfort pourra aussi permettre de réduire les sections des poutres et d’utiliser une quantité moindre de bois dans un bâtiment. Cela engendrera des coûts de transport et des coûts reliés au temps d’assemblage réduits. De plus, un connecteur plus résistant permettra d’être utilisé en moins grande quantité dans un assemblage. Les coûts d’approvisionnement en éléments métalliques et le temps de pose sur le site pourront être revus à la baisse. Les avantages d’un nouveau matériau à base de bois plus performant utilisé dans les connexions permettront de promouvoir le bois dans les constructions de grande taille et de réduire l’impact environnemental des bâtiments. / Wood experiences a growing demand as a construction material in tall buildings. Its aesthetic qualities and the fact that it is a renewable material make it attractive for architects. When compared to functionally equivalent products, it appears that the wood decreases non-renewable energy consumption and total energy demand. Plus, wood carbon storage can reduce the environmental footprint of buildings when compared to steel or concrete. Now allowed up to six stories high in Canada, tall wood buildings are matter for important design challenges. When designing structures, the connector areas are often the critical points. Indeed, the stresses are highest there. Thus, the structures tend to appear massive and to reduce architectural innovation. New strategies need to be developed to improve the mechanical strength in the connector zone. Various studies have recently brought on creating or improving assembly type. In this study, the aim is to target the material used in the connection area by reinforcing it. The impregnation was chosen as the strengthening solution since the literature demonstrates that it is possible to increase the wood hardness with this technique. The use of this treatment on black spruce (Picea Mariana (Mill.) BSP) as a structural application is the novelty element in this research. Despite a full piece impregnation, the low permeability wood species helped to create a thin layer of densified surface without having to use a large quantity of chemicals. A vacuum-pressure impregnation process was used to develop a new wood-based material more performant in assemblies. The impregnation agent was composed of 1,6 hexanediol diacrylate, trimethylolpropane tricacrylate and of a polyester acrylate oligomer. A second formulation containing SiO2 nanoparticles allowed to verify the effect of the nanoparticles on the treatment. The dowel-bearing strength test was performed to determine the contribution of the treatment on the wood used as a connector element. The scale effect was observed by performing the test with three different diameters of bolts (9.525 mm, 12.700 mm and 15.875 mm). In addition, the test was carried out according to a load applied in the perpendicular to grain direction for the mean diameter of bolt (12.700 mm). The digital image correlation was used while executing the dowel-bearing test as an analytical tool to compare the differences between strain fields before and after the reinforcement treatment. Results have shown higher bearing strengths after treatment. Furthermore, the efficiency was increased more the bolt diameter decreased. The best results were defined as a 79% greater dowel bearing strength for the characteristic value using the bolt of 9.525 mm. The stiffness of treated wood was higher of approximately 30%. Better mechanical performances after treatment are associated to the increase of density giving by the polymerization of formulation at the border of the bolt hole. Change in dowel bearing strength was almost nonexistent for the perpendicular to grain orientation. Low depth penetration due to the wood anatomy limiting the permeability in the perpendicular to grain direction caused this phenomenon. For the treated sample, the presence of a cracking failure was less common. With the digital image correlation analysis, the strains were found to be distributed more widely around the connection area. Also, no significant differences were found in the samples treated with and without nanoparticles. A slightly lower chemical retention was observed for the treated with nanoparticles sample group due to the accumulation of nanoparticles acting as a barrier at wood surface. Normally, this could lead to better densification of the external layer of the wood, but in this case mechanical performances were the same. There is no need to add nanoparticles and increase the cost of chemicals. Despite a very low penetration of the liquid inside the timber, the densified layer created at wood surface is suitable to produce a new, strong material in the connecting areas. The reinforcement of wood in connectors region could influence the design of large structures. With strengthen connection elements, it would be possible to extend the beams spans, thus multiplying the architectural possibilities. The reinforcement could also reduce the sections of beams and decrease the need in construction materials. This would result in diminished transport costs and faster assembly times. In addition, a fewer quantity of connector elements could be needed, reducing the supply costs in metal elements as well. The outcomes of a new and more efficient wood-based material used in connections would promote wood in tall buildings while helping to lower the environmental impact of buildings.

Les charpentes de bois sont une alternative très intéressante pour la construction de bâtiments multiétages. Grâce à sa faible empreinte écologique, ses excellentes propriétés mécaniques et l’esthétisme de son produit fini, le bois est un matériau incontournable. En y ajoutant une mince dalle de béton collaborant, on permet de réduire considérablement l’épaisseur et le poids des planchers tout en respectant les critères de conception. Pour ce faire, le transfert des charges de la dalle de béton à la poutre de bois doit passer par les connecteurs. Différents types de connecteurs permettent ce transfert. Néanmoins, il est difficile de garantir un comportement rigide en service et une rupture ductile de la poutre. La ductilité du connecteur est un indicatif de l’aptitude de la structure à dissiper de l’énergie. Dans ce mémoire, le comportement d’un nouveau connecteur composite coulé en place sera décortiqué. Ce connecteur en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) et contenant un coeur en acier permet de garantir la rigidité et la ductilité. L’objectif de cette recherche est de vérifier et de valider le comportement du connecteur composite en variant les différents paramètres géométriques, soit le diamètre et la longueur. De plus, afin de confirmer la performance du nouveau connecteur, un essai de flexion sera réalisé sur des poutres de plancher type en comparaison avec un autre type de connecteur. Ces essais en laboratoire seront également validés à l’aide de méthode de calcul simple et plus complexe permettant de vérifier le comportement structural en service et à l’ultime. Finalement, ce mémoire explore le comportement d’une mince dalle de BFUP connectée à une poutre de bois lamellé-collé (BLC) d’une portée de 9 m. Les poutres composites bois-béton ont été conçues avec une approche multicritère simplifiée. Les résultats confirment le potentiel prometteur, en termes de poids et d’épaisseur globale, de l’utilisation du BFUP dans les futurs projets de bâtiment multi-étages / Timber framing is a very attractive alternative for the construction of multistory buildings. Thanks to its low ecological footprint, its excellent mechanical properties and the aesthetics of finished product. By adding a thin concerted concrete slab, the thickness and weight of the floors can be considerably reduced while respecting the design criteria. In order to succeed, the load must be transferred from the concrete slab to the timber beam by the shear connectors. Different types of connectors allow this transfer. Nevertheless, it is difficult to guarantee good stiffness in serviceability and ductile behaviour before the collapse of the structure. Ductility is an indicator of the ability of the structure to dissipate energy. In this master thesis, the behaviour of a new cast-in-place composite connector will be discussed. This ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with a steel core ensures stiffness and ductility. The aim of this research is to verify and validate the behaviour of the composite connector by varying the different geometric parameters, namely the diameter and the length. Furthermore, in order to confirm the performance of the new connector, a bending test will be carried out on typical floor beams in comparison with another shear connector. These laboratory tests will also be validated using a simple and complex calculation method to verify the structural behaviour in both Serviceability Limit States (SLS) and Ultimate Limit States (ULS). Finally, this thesis explores the behaviour of a thin slab of UHPFRC connected to a glued laminated timber (GLT) with a long span of 9 m. The TCC beams were designed with a simplified multi-criteria approach. The results confirm the promising potentials, in terms of weight and overall thickness, of using UHPFRC thin slab for future TCC multistory buildings.