Au Canada, le secteur du bâtiment émet 17% de toutes les émissions de GES et consomme 50% de toute l'énergie primaire. Dans un contexte de mix énergétique à faible impact environnemental comme celui qui prévaut dans la province de Québec (Canada), une grande partie de ces pourcentages est attribuable à l'énergie intrinsèque. Celle-ci peut représenter jusqu'à 46% de toute l'énergie consommée sur le cycle de vie d'un bâtiment pour une durée de vie de 50 ans. La moitié de ce pourcentage est attribuable à la combinaison de la structure et de l'enveloppe du bâtiment. La plupart des études déjà réalisées ayant comparé différents systèmes d'enveloppe pour un bâtiment résidentiel, ce projet vise à quantifier la contribution des impacts intrinsèques initiaux aux impacts environnementaux du cycle de vie d'assemblages de mur extérieur pour un bâtiment à bureaux situé dans la ville de Québec (Canada). Une analyse du cycle de vie du berceau au tombeau (cradle-to-grave) a été réalisée sur huit assemblages de mur extérieur. Les impacts environnementaux ont été évalués à l'aide du logiciel open LCA, de la base de données ecoinvent et de la méthode d'évaluation des impacts TRACI. L'énergie consommée lors de la phase d'utilisation du bâtiment a été simulée à l'aide du logiciel EnergyPlus. Les résultats indiquent que la contribution des impacts intrinsèques initiaux au cycle de vie des assemblages de mur est de 41% à 66%. Les résultats suggèrent que, dans un tel contexte, les impacts intrinsèques initiaux peuvent devenir la principale source d'impacts environnementaux dans le cycle de vie des assemblages de mur. Les résultats de ce projet feront comprendre aux dirigeants l'importance d'évaluer les impacts intrinsèques lors des premières étapes de la conception des bâtiments dans l'objectif de construire des bâtiments plus durables. Ces résultats guideront également les praticiens dans la sélection d'assemblages muraux plus durables en fonction de leurs impacts environnementaux. / In Canada, the building sector account for 17% of all GHG emissions and consumes 50% of all primary energy. In the context of a low environmental impact energy mix such as the one prevailing in the province of Quebec (Canada) a large part of these percentages is attributable to embodied energy. In such a context, the embodied energy of building materials can account for up to 46% of a building's life cycle energy over a 50-year service life. Half of this energy corresponds to the combination of the structure and the building envelope. While most studies have compared different residential building systems or wall assemblies, this study aims to quantify the contribution of initial embodied impacts to the environmental impacts of wall assemblies' life cycle for the exterior walls of an office building in Quebec City (Canada). Cradle-to-grave life cycle assessments were conducted on eight wall assemblies. The life cycle assessment impacts were evaluated using openLCA, the ecoinvent database and the TRACI method. Energy use during the building use stage was simulated using EnergyPlus. The results indicate that initial embodied impacts can account for 41% to 66% of all environmental impacts throughout the wall assemblies' life cycle. These results suggest that in a low environmental impact energy mix, the initial embodied impacts can become the dominant source of environmental impacts in wall assemblies' life cycle. The results of this study will help decision makers understand the importance of assessing embodied impacts in the early stages of building design to conceive more sustainable buildings. These results will also guide practitioners in selecting more sustainable wall assemblies based on their environmental impacts.

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.

Dans un contexte de développement durable accrue, le secteur de la construction se transforme et innove avec de nouveaux matériaux pour réaliser des infrastructures plus durables. Au cœur de cette transformation se situe le bois. Profitant de nombreuses découvertes, le bois se trouve être un candidat essentiel pour ériger des bâtiments multiétages. L’utilisation de la construction industrialisée est très répandue au Québec dans le domaine résidentiel, mais ne dispose pas des techniques et solutions efficientes pour relever le défi du multiétages. Le projet proposé ici se concentre donc à l’étude des solutions à proposer aux industries de la préfabrication en bois pour le domaine du multiétages afin d’accroître leur performance globale. Une revue de littérature permet en premier lieu de rendre compte des solutions les plus innovantes et les plus efficaces dans les industries connexes réalisant des constructions préfabriquées multiétages en béton et en acier. Par la suite, un cas d’étude permet de comprendre l’état existant de l’industrie de la construction au Québec tout en mettant en lumière les difficultés rencontrées autour de projets multiétages. En considérant les limites de l’étude de cas ainsi observée, le projet propose une solution issue de la littérature, soit l’implantation du Lean manufacturing, pour rencontrer l’objectif de la recherche. En dernier lieu, le projet élabore un modèle de simulation pour simuler l’unité de production dans le but pouvoir mesurer théoriquement une solution et en déterminer les gains potentiels. Le projet permet alors de montrer que des améliorations issues du Lean Manufacturing permettent de réaliser des gains pour accroître la performance globale de l’entreprise étudiée. Finalement ce mémoire livre un état des lieux et des pistes de solutions envisageables au regard des résultats des observations et des simulations réalisés dans ce projet. / In a context of increased sustainable development, construction is transforming and innovating with new materials to create more sustainable infrastructures. At the center of this transformation is the use of wood. Taking advantage of numerous discoveries, wood is an ideal candidate for multi-storey buildings. The use of industrialized construction is very popular in Quebec in the residential sectorbut does not have the techniques and efficient solutions to meet the challenge of multi-storey buildings. The project proposed here will focus on the study of solutions to be proposed to the wood prefabrication industries for the multi-family building sector in order to increase their overall performance. A review of the literature provides an overview of the most innovative and efficient solutions in the related industries that produce prefabricated multi-storey concrete and steelconstructions. Then, a case study allows to understand the existing state of the industry in Quebec while highlighting the difficulties encountered around multi-storey projects. Considering the limitations of the case study thus observed, the project proposes a solution from the literature to meet the objective of the research. Finally, the project develops a simulation model to simulate theproduction unit in order to theoretically measure a solution and determine its potential gains. The project then allows to demonstrate that improvements resulting from Lean Manufacturing allow to increase the overall performance of the studied company. Finally, the project provides a clear inventory of the current situation and possible solutions based on the results of the observations and tests conducted during the project.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Malgré un engouement grandissant pour la construction massive en bois, celle-ci est limitée dans les codes du bâtiment pour des raisons de sécurité incendie. Au Canada le code restreint la construction en bois massif à certain groupe d'usage principal. Une solution de rechange peut toutefois être élaborée grâce à l'ingénierie de la sécurité incendie. Cette conception par objectifs de performance peut nécessiter des essais à grande échelle coûteux en temps et financièrement. Selon la complexité du scénario, ces essais pourraient être remplacés par une approche analytique plus rapide et moins dispendieuse. L'objectif du projet était de développer un modèle analytique prédisant la dynamique incendie, ainsi que la profondeur de carbonisation, lors d'un incendie dans un compartiment de construction massive en bois, ayant diverses quantités de bois exposé. L'analyse de quatre modèles existants a mis en lumière la nécessité de prendre en compte l'impact de la concentration d'oxygène et du flux thermique incident à la surface des éléments en bois sur leur vitesse de carbonisation. Le modèle à deux zones développé prédit le débit calorifique, la température et la concentration d'oxygène dans la couche de gaz chauds, ainsi que la profondeur de carbonisation des éléments en bois exposés. Les prédictions ont été comparées à 20 essais de feu de compartiment de construction massive en bois totalement ou partiellement encapsulé qui ont été réalisés au fil des dernières années. Les analyses qualitatives et quantitatives ont démontré que le modèle prédit fidèlement la dynamique générale des incendies expérimentaux. Les profondeurs de carbonisation prédites sont conservatrices et proches des valeurs expérimentales. Cinq limites du modèle et pistes d'améliorations ont été identifiées pour les versions futures du modèle. Le modèle développé devrait faciliter et soutenir la conception par performance de bâtiments en bois massif, ainsi que de potentiels changements pour augmenter les limites prescriptives sur l'exposition d'élément en bois massif dans les codes du bâtiment. / Despite a growing interest, mass-timber construction is currently limited by most building codes mainly due to fire safety concerns. In Canada, the building code restricts mass timber construction to a limited group of major occupancy. However, an alternative solution can be developed through fire safety engineering. This performance base design can require large-scale tests that are costly and time consuming. Depending on the complexity of the scenario, these tests could be replaced by a faster and less expensive analytical approach. The objective of the project was to develop an analytical model predicting the fire dynamics as well as the char depth during fire in mass timber construction compartment with different amounts of exposed surfaces. The analysis of four existing model highlights the necessity to account for the impact of the heat flux impinging on the surface and the oxygen concentration, on the timber element charring rate. The developed two-zone model predicts the heat release rate (HRR), the upper-layer temperature and oxygen concentration, as well as the char depth of exposed timber element. The model predictions were compared to 20 experimental mass timber compartment fires partially or fully encapsulated that were recently over the past few years. The qualitative and quantitative analysis showed that the model captures well the general fire dynamic i.e., HRR and temperature. Five limitations and improvements have been discussed and will be considered in future versions of this model. The developed model will facilitate and support performance-based fire design of timber buildings as well as potential changes to increase the prescriptive limits of exposed mass timber in building codes.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 janvier 2024) / Ce manuscrit présente un nouveau concept modulaire préfabriquée hybride en bois/aluminium. En particulier, ce document présente un concept de construction mixte dans lequel les éléments structuraux principaux sont préfabriqués en usine en combinant le bois et l'aluminium. La recherche démontre le potentiel des structures hybrides bois-aluminium en termes de durabilité, offrant des constructions modernes légères et résistantes aux séismes. Puisqu'elles sont plus légères et requirent moins de maintenance, les structures bois-aluminium se distinguent des autres structures hybrides. Ce document présente les résultats d'une analyse théorique et numérique sur une structure à plusieurs étages ainsi qu'expérimentale sur une poutre mixte aluminium-bois. / This manuscript presents a development of a new prefabricated and modular hybride timber-to-aluminium construction system. Particularly, this document presents a concept of composite construction in which the main structural elements are prefabricated in the factory by combining timber and aluminum. Research demonstrates the potential of wood-aluminium hybrid structures in terms of durability, offering modern constructions that are light and earthquake resistant. Timber-aluminum structures stand out from other hybrid structures because they are lighter and require less maintenance. This document presents the results of a theoretical and numerical analysis on a multi-story structure as well as an experimental one on an aluminum-timber beam.

Au Québec, la construction en bois massif pour les bâtiments de plus de trois étages gagne en popularité. Son caractère écologique et renouvelable est intéressant pour la construction de bâtiments commerciaux. Cependant, la faible utilisation de ce matériau dans le domaine commercial a suscité des questionnements par rapport au comportement thermique. Dans la présente étude, le comportement de la masse thermique a été analysé à l’aide de simulations numériques. Les variables étudiées sont les variables thermiques dynamiques, l’intensité énergétique et le confort. Deux logiciels ont été utilisés pour faire ces simulations. Le premier logiciel envisagé, e-Quest, ne s'est pas révélé pertinent pour les analyses sur l'effet de la masse thermique [1]. EnergyPlus a finalement été utilisé dans le cadre de cette étude. Les résultats ont démontré que le changement de type de masse thermique et la présence de masse thermique permettent de réduire la variation de température moyenne journalière des surfaces internes. Cette réduction atteint 27.8% (2.33°C) lorsque la construction en ossature légère de bois est changée pour une construction en béton massif de 4 W/m2-K RSI. Un constat majeur est que l’intensité énergétique varie surtout en fonction du type de masse thermique. En jumelant le type de masse thermique avec la résistance, un certain gain est obtenu en termes de réduction de l’intensité énergétique. L’épaisseur de masse thermique est le paramètre ayant le moins d’effet sur l’intensité énergétique. Les gains sont d’environ 2.5%, en combinant le type de masse thermique et l’épaisseur de celle-ci. Ce comportement peut s’expliquer par le fait que l’énergie emmagasinée dans l’enveloppe et retournée au bâtiment de façon décalée, ce qui réduit la charge de chauffage en hiver, mais génère des charges de climatisation durant l’été. La dimension du bâtiment étudié et la ventilation peuvent aussi expliquer les faibles gains observés en matière d’intensité énergétique. / In the province of Québec, massive wood buildings of three floors and more are becoming more and more popular. This material being ecological and renewable is interesting for commercial buildings. However, its use is fairly low in this type of buildings and this raises many questions related to the thermal behavior. In this study, the influence of thermal mass has been studied using numerical simulations. The variables analyzed are the dynamic thermal variables, the energy intensity and the comfort. Two programs have been used to perform the simulations. Since the simulations done using e-QUEST have not demonstrated their relevance for thermal mass analyses [1], EnergyPlus software was used to perform the simulations during this study. The results have demonstrated that the type of thermal mass change and the presence of thermal mass can reduce the mean daily temperature swing of the internal surfaces of the walls. This reduction is up to 27.8% (2.33°C) when the building type passes from a lightweight wood construction to a heavyweight concrete one with a 4 W/m2-K RSI. Another major notice is that the energy intensity principally varies in function of the thermal mass type. Coupled with the thermal resistance, this adds a certain reduction of the energy intensity. The thermal mass thickness is the parameter having the smallest effect on the energy intensity. Gains observed are around 2.5% when the modifications of the type of thermal mass and its thickness are combined. This behavior can be explained by the fact that the energy that is stocked in the envelope and returned to the building after a certain time lag reduces heating demand during winter, but generates cooling demand during summer. The size of the studied building and the ventilation system type could be an explanation of the weak gains obtained regarding the energy intensity.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020 / Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020 / Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur. / Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur. / The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits. / The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits.

La construction industrialisée est actuellement en plein essor au Québec et ailleurs dans le monde. Le secteur étant toutefois fortement fragmenté, beaucoup de petits producteurs font face à un manque de capacité et ont des processus de gestion de la production peu développés. Ce projet de maîtrise s'intéresse aux façons d’améliorer les processus de production dans ce domaine pour gagner en efficacité. Une revue de la littérature permet tout d’abord de faire un état des lieux de la planification et de la gestion de la production dans la construction industrialisée. Elle compare ce secteur à la construction traditionnelle et au secteur manufacturier puis recense les différents problèmes auxquels les entreprises peuvent faire face ainsi que leurs solutions si elles sont connues. Une étude de cas concernant une entreprise québécoise spécialisée dans la production d'éléments préfabriqués étudie par la suite en détail un processus de production de panneaux de murs et présente des améliorations qui pourraient être effectuées afin de diminuer les temps d’opération et de mieux utiliser la capacité de production tout en respectant la contrainte de disponibilité de la main d'oeuvre. Un modèle de simulation est alors développé afin d’éprouver ces propositions d’amélioration et d’évaluer le gain en efficacité que chacune peut fournir pour répondre à une augmentation de la demande. Il est alors montré que les améliorations les plus intéressantes sont celles nécessitant un investissement dans les technologies d’automatisation. / Currently, industrialized housing is facing an increased demand while a lot of small producers have to deal with a lack of capacity and non-automated production processes. This master thesis focuses on the way to improve the production processes in this field in order to gain efficiency. First, a literature review leads to a comprehensive state of the art concerning scheduling and production management practices in industrialized housing. It compares this sector to the traditional construction field and the manufacturing industry. It then identifies the various problems enterprises may face while suggesting potential solutions. Thereafter a case study involving a company specialized in producing prefabricated elements is studied in detail. The focus is on the processes conducted to manufacture panels. Improvements that should be implemented in order to decrease operation times as well as better use the production capacity while respecting the labor’s availability constraint are proposed. A simulation model is therefore developed to test those suggestions and to evaluate the gain each solution can generate so as to meet a rise in demand. Results show that the most interesting improvements are those involving to invest in automation technologies.

L’utilisation de structures en bois dans le secteur de la construction non-résidentielle est un marché en croissance au Québec, au Canada et ailleurs dans le monde. Puisque la transformation des produits du bois en augmente la valeur monétaire, cette croissance de marché offre un fort potentiel de développement économique au sein de la province et du pays. De plus, étant donné les faibles émissions rejetées lors de la production de ces produits d’ingénierie et leur capacité de séquestration du carbone, leur utilisation permet de contribuer à la lutte contre les changements climatiques. Comme toutes les industries innovantes, l’industrie des produits structuraux en bois a besoin de se structurer adéquatement afin de pouvoir faire sa marque sur les marchés. La présente recherche doctorale a été réalisée dans l’esprit de contribuer à la compréhension de l’industrie de la construction non-résidentielle structurale en bois. Premièrement, à partir de littérature grise en lien avec treize bâtiments bien connus et de littérature scientifique, le marché de la construction structurale en bois a été investigué afin d’en comprendre les motivations et les barrières à l’utilisation du bois comme matériau structural. Les motivations identifiées se résument à la volonté de contribution au développement durable, les aspects techniques du bois qui sont appréciés, les coûts réduits, la rapidité d’installation des structures et les aspects esthétiques du bois. Pour leur part, les barrières à l’utilisation des structures en bois trouvées sont le code du bâtiment, le manque de transfert de technologies, les coûts élevés, la durabilité et les autres aspects techniques du matériel, la culture de l’industrie et la disponibilité de ce matériel. De plus, une analyse de compte-rendu de chantiers de neuf projets de construction a permis d’identifier les problèmes et les préoccupations reliés à l’assemblage des structures sur les sites, à la conception des bâtiments, aux calendriers de construction et aux relations entre les différents acteurs de la chaîne de valeur. Ces problèmes et préoccupations confirment d’ailleurs les barrières trouvées à l’aide de la littérature. Ensuite, grâce à une tournée d’entrevues en Europe, vingt-trois professionnels du domaine (architectes, ingénieurs, constructeurs, fournisseurs) et trois académiques ont été interrogés, menant au développement d’un modèle reflétant les interrelations présentes entre les acteurs de la chaîne de valeur de la construction non-résidentielle structurale en bois. Trois formes de relations ont ainsi été trouvées : les contractuelles, celles reliées à des projets de construction en bois et celles reliées à l’industrie de la construction structurale en bois. La profondeur des liens et la fréquence des échanges font dire qu’il s’agit d’un réseau élaboré de collaboration plutôt que de simples interactions transactionnelles. Finalement, cette même tournée d’entrevues a permis d’établir les grandes lignes des modèles d’affaires des entreprises du secteur tout en saisissant les tendances des modèles d’affaires de cette industrie en croissance. Les résultats indiquent notamment que le partage d’information entre les acteurs de la chaîne de valeur est crucial et que donc les modes d’attribution de contrats de types collaboratifs fonctionnent mieux pour les projets de construction structurale en bois. Il est aussi très important pour l’ensemble de ces acteurs de construire et d’entretenir des relations très serrées avec les fournisseurs et les fournisseurs-constructeurs. De plus, l’établissement de partenariats avec les universités est un facteur essentiel au sein de cette industrie en croissance tout comme l’intégration de la préfabrication à la proposition de valeur des modèles d’affaires. / The use of wooden structures in the non-residential construction sector is a growing market in Quebec, Canada and elsewhere in the world. Since the processing of wood products increases the monetary value, this market growth offers great potential for economic development within the province and the country. In addition, given the low emissions released during the production of these structural engineering products and their ability to sequester carbon, their use can also contribute to diminish climate changes and global warming. Like all innovative industries, the structural timber products industry needs to be properly structured to compete in the market. The present doctoral research was conducted in the spirit of contributing to the understanding of the large-scale wood structural construction industry. First, from grey literature linked to thirteen well-known wood building projects and from the scientific literature, the market for structural timber construction has been investigated to understand the motivations and barriers to the use of wood as structural material. The motivations identified are the desire to contribute to sustainable development, the technical aspects of wood, costs reductions, speed of installation of structures, and aesthetic aspects of wood. In the other hand, the barriers found to the use of wooden structures are the need to respect the building code, technology transfer, costs, durability and other technical aspects, the industry culture, and material availability. In addition, an analysis of meeting minutes from nine construction projects using wooden structures allowed to identify issues and concerns. They were related to site assembly issues, the conception of the building, construction scheduling and stakeholders’ relationships within the value chain. Then, thanks to a tour in Europe where twenty-seven stakeholders in the field, mostly professionals (architects, engineers, builders, suppliers) and some academics were met, a model of interrelationships between actors in the value chain of non-residential timber construction has been developed. Three levels of relationship were found: the contractual, those related to wooden building projects and those related to Structural wood building industry development. The depth of the links and the frequency of the exchanges indicate an elaborate network of collaborations rather than mere transactional interactions. Finally, this same interview tour outlined the business models of the companies in the sector while capturing the business models trends among this growing industry. Knowledge sharing is crucial among the value chain, thus collaborative contract procurement modes better suit wood structural building projects. Building and sustaining tights relationships with suppliers and supplier-builders is also essential. Lots of stakeholders create partnerships with universities and finally, prefabrication is also an asset for this growing industry.

Plus du tiers de l’énergie consommée et des émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère sont causées par le secteur du bâtiment. Ce dernier joue ainsi un grand rôle dans la lutte au réchauffement climatique et il est impératif d’améliorer son efficacité énergétique, ce qui demande une excellente compréhension du comportement thermique des bâtiments. Les outils de simulation énergétique de bâtiments sont fort utiles à cet effet, mais il y a malheureusement souvent des écarts observés entre la consommation réelle d’un bâtiment et ce qui était attendu. Étant un aspect fort probabiliste de l’opération d’un bâtiment, le comportement des occupants est difficile à représenter fidèlement lors des simulations de bâtiments. Or, vu le grand impact que les occupants ont sur la performance d’un bâtiment, il est essentiel d’avoir une représentation viable de cet aspect de la simulation. L’objectif de cette thèse est d’analyser les dessous de la consommation énergétique des bâtiments résidentiels en bois à haute performance énergétique en se concentrant principalement sur le rôle joué par les occupants. Cette thèse se base sur le suivi détaillé d’un bâtiment de logements sociaux présentement en opération. Des pistes de solutions sont proposées dans le but d’améliorer davantage la performance des bâtiments à faible consommation énergétique. Dans un premier temps, la consommation énergétique du bâtiment étudié est analysée de fonds en comble afin de comprendre pourquoi le bâtiment a besoin d’énergie. Cette évaluation expose de grandes variations de consommation énergétique et de confort thermique entre les logements. Cette grande variabilité n’est pas explicable ni par les différentes orientations et position des logements, ni par le nombre d’occupants dans les logements; les données montrent le grand effet que les gens peuvent avoir sur la performance de leur logement par les gestes qu’ils posent. Des modèles de régression linéaire sont formés à partir des données mesurées et quantifient l’impact de différentes variables sur la demande en chauffage en hiver et sur la température intérieure des logements en été. La température intérieure du bâtiment est un enjeu important puisque de la surchauffe est présente durant la saison estivale. La forte isolation et la grande étanchéité de l’enveloppe du bâtiment contribue à cette surchauffe en empêchant les transferts thermiques entre les environnements intérieur et extérieur. L’écart de performance énergétique du bâtiment étudié est également abordé. Il est montré que pour cette étude de cas, l’écart est principalement par une mauvaise représentation du comportement des occupants dans le modèle numérique du bâtiment. Un modèle stochastique simulant le comportement des occupants dans les bâtiments résidentiels est développé à partir de modèles déjà existant. Cet outil simule à la fois la présence des occupants dans leur logement, leur consommation d’eau chaude et d’électricité, ainsi que leur comportement vis-à-vis le contrôle des fenêtres. Les profils générés sont cohérents entre eux (il ne peut pas y avoir de consommation d’eau chaude si personne n’est présent) et considèrent la diversité inter-ménage du comportement des occupants. La portion traitant du contrôle des fenêtres est construite à partir des données mesurées au bâtiment étudié alors que ces données ont plutôt servies à guise de validation pour les autres parties du modèle. Cette validation montre les bienfaits des modifications apportés aux modèles déjà existants. Des simulations sont par la suite effectuées pour quantifier l’impact des occupants sur la performance énergétique des bâtiments résidentiels. Ces simulations se basent sur l’outil stochastique du comportement des occupants développé durant cette thèse. Les résultats montrent que la demande en chauffage d’un logement, sa consommation totale d’énergie et son confort thermique sont très sensible aux gestes posés par les occupants. Un modèle de régression linéaire est également construit à partir des résultats de simulation pour mesurer l’influence des divers paramètres. Un bâtiment à plusieurs unités logements est moins robuste au comportement des occupants qu’une maison unifamiliale, mais les résultats suggèrent qu’il demeure difficile de prévoir avec exactitude la performance d’un bâtiment multirésidentiel si l’aspect stochastique du comportement des occupants est négligée. L’utilisation de profils plus précis du comportement des occupants peut aussi améliorer le dimensionnement des systèmes mécaniques, notamment les systèmes d’eau chaude. / Over a third of energy use and greenhouse gas emissions are related to the building sector. As part of global efforts to combat climate change, it is essential to ensure high energy efficiency of buildings. Doing so requires a deep understanding of the thermal behavior of buildings. Building performance simulation is very useful in this regard, but it is frequent to observe discrepancies between the predicted and real energy consumption levels. Occupant behavior is very influential on the energy performance of a building, so it is essential for it to be accurately represented during building simulations. The objective of this thesis is to analyze and explain the consumption of energy in high-performance wood residential buildings by focusing on the importance of occupant behavior. This thesis relies on the monitoring of a social housing building. Potential solutions are proposed to further improve the performance of low energy consumption buildings. First, the energy consumption of the monitored building is studied in order to understand why the building requires energy. This analysis exhibits the great dwelling-to-dwelling variability of energy consumption and thermal comfort. This variability is not explainable by the various orientations and positions of the dwellings or by the different household sizes. This shows the great impact that actions taken by people at home can have on the performance of their dwelling. Linear regression models are created from the collected data to quantify the influence of multiple variables on the heating demand in winter and on the indoor temperature in summer. Indoor temperature represents an important issue since overheating is present in the building during the summer. The high insulation and air tightness of the building envelope contributes to overheating by preventing heat transfer between the indoor and outdoor environments. The energy performance gap of the building is also covered. It is demonstrated that for the case study building, the gap is mainly due to an inaccurate representation of occupant behavior during building simulations. A stochastic model that simulates occupant behavior in residential buildings is developed from already existing models. This tool simultaneously simulates occupancy, hot water and electricity consumption and window control behavior. Generated profiles are coherent with each other (there cannot be hot water consumption when no one is present at home) and consider the dwelling-to-dwelling variability of occupant behavior. The window control part of the model is built from the data coming from the monitored building whereas the data is instead use to validate the other parts of the model. The validation shows the benefits of the modifications brought to the original occupant behavior models. Building simulations are then performed to assess the impact of occupants on the energy consumption and thermal comfort of residential buildings. These simulations are based on the stochastic occupant behavior tool develop in this thesis. Results display that the heating demand of a dwelling, its total energy use and its thermal comfort are all highly sensitive to occupant behavior. A linear regression model is also built from simulated data to evaluate the influence of various parameters. The energy performance of large housing stocks is more robust with respect to occupant behavior, but the results suggest that it remains difficult to forecast with great accuracy the performance of a multiresidential building if stochastic aspects of occupant behavior are neglected. Use of more accurate occupant behavior profiles can also improve the sizing of HVAC systems, particularly of hot water systems.