Le présent mémoire porte sur la mise en place d'un modèle mathématique permettant la résolution du problème inverse du transfert de chaleur et d'humidité dans une enveloppe de bâtiments par l'optimisation des propriétés physiques des matériaux. Ce modèle a permis de répondre à l'objectif principal du mémoire qui est de caractériser les échanges de chaleur et d'humidité se produisant à l'intérieur d'une enveloppe de bâtiment en bois dans le contexte climatique québécois. Afin de mettre en place ce modèle mathématique, plusieurs étapes ont été réalisées. Premièrement, des simulations numériques ont été faites avec le logiciel WUFI dans le but de compléter une analyse de sensibilité. Cette analyse de sensibilité a, par la suite, été utilisée afin de cibler les propriétés physiques des matériaux ayant le plus d'impact sur la réponse du modèle. Une fois l'analyse de sensibilité complétée, les résultats obtenus ont servis à mettre en place un algorithme prédictif à l'aide Matlab. Ces algorithmes permettent de prédire l'évolution de la température et de l'humidité dans le temps en fonction de plusieurs paramètres. Le modèle prédictif est ensuite utilisé afin de réaliser l'optimisation des propriétés physiques du modèle. Cette optimisation est faite par rapport aux données réelles recueillies par les capteurs installés dans l'enveloppe d'un bâtiment de la Ville de Québec. Plusieurs modifications ont été faites dans le modèle afin d'augmenter la précision de celui-ci. Les résultats obtenus aux différentes modifications sont analysés.

Les nombreux avantages environnementaux du bois dans les bâtiments ont été documentés. Cependant, les effets de ce matériau sur les occupants demeurent peu connus et peu compris. S’il est admis que des facteurs indépendants de la qualité de l’environnement intérieur peuvent influencer le confort, les effets de la matérialité ont rarement été examinés. Cette recherche étudie le confort des occupants dans une salle multifonctionnelle caractérisée par une omniprésence de surfaces de bois comparativement à une salle similaire avec des surfaces plus conventionnelles, à l’Université Laval, Québec, Canada. Les objectifs de cette recherche consistent à améliorer la compréhension de la perception du bois, déterminer les similitudes et les différences thermiques, visuelles, acoustiques et olfactives entre les salles en utilisant des relevés in situ et explorer si l’utilisation intérieure du bois influence le confort des occupants. Une étude comparative dans un cadre d’évaluation post-occupationnelle a analysé la perception subjective des occupants en relation aux facteurs physiques du confort. Trente-six occupants ont rempli un questionnaire adapté à cette étude et l’analyse des mesures instrumentales et des images de l’environnement intérieur a documenté les similitudes et les différences entre les pièces. Les analyses quantitatives et qualitatives révèlent que les deux salles partagent des valeurs de confort thermique, acoustique et olfactif, mais présentent des caractéristiques visuelles contrastantes. Les couleurs, nœuds et grains du bois contribuent à une expérience visuelle chaleureuse et jaunâtre dans la salle bois tandis qu’un mélange de finis artificiels génère une ambiance plus froide et bleuâtre dans l’autre salle. Les résultats du questionnaire indiquent que les occupants étaient généralement plus satisfaits de l’éclairage, du bruit et des températures dans la salle bois malgré des conditions environnementales objectivement similaires. Les conclusions suggèrent que les architectes devraient considérer l’utilisation intérieure du bois pour ces ambiances visuelles uniques qui améliorent les niveaux de confort. / Many environmental advantages of wood in buildings have been thoroughly documented; however this material’s effects on occupants are not well known and fully comprehended. Previous studies have demonstrated that factors unrelated to the indoor environment quality can affect comfort, but the influence of materiality is seldom considered. This research focused on studying occupant comfort in a multifunctional room characterised by extensive wood surfaces in comparison with a similar room with more conventional surfaces at Laval University, Quebec, Canada. The objectives of this research focus on better understanding how occupants perceive wood in built environments, determining the thermal, visual, acoustical and olfactory similarities and differences between two rooms using on-site surveys and exploring whether the indoor use of wood influences occupant comfort. A comparative study within a post-occupancy evaluation framework analysed the subjective perception of building occupants in relation to physical comfort factors. A total of 36 occupants completed a questionnaire elaborated to compare comfort satisfaction between two rooms with different interior finishes. Analysis of instrumental measurements and images of each room’s indoor environment determined the similarities and differences between the rooms. Quantitative and qualitative analyses reveal that both rooms share similar thermal and acoustic comfort parameters, but present contrasting visual characteristics. The colour, knots and grain of the wood contributed to visually warm experiences resulting in a yellowish room whereas a mix and match of artificial finishes generated a colder, bluish ambiance in the other room. Results from the questionnaire indicate that occupants were generally more satisfied in the room with extensive wood surfaces in terms of lighting, noise and temperature despite objectively similar environmental conditions in both rooms. The conclusion reached is that architects should consider the indoor use of wood for its unique visual ambiances that enhance comfort levels.

Alors que les principes de développement durable, d’écologie du bâtiment et d’efficacité énergétique prennent une place toujours plus importante dans le design architectural, le CLT, par ses caractéristiques intrinsèques, est un matériau de construction idéal pour une architecture écoresponsable. Cependant, les bâtiments en CLT aspirant à offrir de bonnes performances énergétiques sont généralement limités par les directives et règles de conception, ce qui encourage peu les expérimentations formelles qui permettraient d’explorer des stratégies passives alternatives basées sur la forme du bâtiment. Le mémoire vise à démontrer qu’une approche de conception intégrée conjuguée avec la précision et la diversité des éléments issus de la fabrication numérique permet dorénavant aux architectes d’intégrer des formes et des espaces complexes dans la conception de bâtiments en CLT. Par un processus de recherche -création, le projet de recherche démontre qu’il est possible d’effectuer des explorations formelles tout en validant la composition structurelle et en générant les détails d’assemblage de la structure. L’utilisation d’une seule et unique interface de travail, nommément un logiciel de modélisation paramétrique 3D, simplifie le travail du concepteur. Ce logiciel permet en effet un partage aisé du modèle entre les différents professionnels associés au projet et, en plus, il génère les fichiers de découpe pour les machines-outils à commande numérique, ce qui contribue à une réalisation plus efficace. / While the principles of sustainable development, building ecology and energy efficiency are becoming ever more important in architectural design, the CLT, by its intrinsic characteristics, is an ideal building material for eco-responsible architecture. However, CLT buildings aspiring to provide good energy performance are generally constrained by design guidelines and rules, which does not encourage formal experiments that would explore alternative passive strategies based on the shape of the building.The purpose of the dissertation is to demonstrate that an integrated design approach combined with the precision and diversity of the elements of digital fabrication now allows architects to integrate complex shapes and spaces into CLT building design. Through a research-creation process, the research project demonstrates that it is possible to carry out formal explorations while validating the structural composition and generating the assembly details of the structure. The use of a single work interface, namely 3D parametric software, simplifies the work of the designer. This software makes it easy to share the model among the various professionals associated with the project and, in addition, it generates the cutting files for CNC machine tools, which contributes to a more efficient realization.

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.

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. / 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.

De nombreuses études ont démontré le grand intérêt de la construction préfabriquée en bois pour entre autres (1) réduire les temps d'érection, (2) réduire le coût de construction et (3) augmenter la qualité des bâtiments. Pourtant, le Québec qui englobe à la fois la ressource et plusieurs acteurs du secteur, n'a pas encore été en mesure de se positionner comme un leader dans ses marchés d'exportation, notamment le Nord-Est des États Unis. Il apparaît d'une part que l'industrie québécoise ne tire pas avantage de son expérience et de sa tradition dans le domaine et, d'autre part, que cette industrie a une pénétration difficile dans le monde entier. Il est donc question de définir une stratégie de marque permettant de bonifier les qualités qu'offre l'industrie de la construction préfabriquée en bois québécoise. Le but de cette recherche consiste donc à trouver une stratégie de marque de l'industrie québécoise de construction préfabriquée en bois dans le marché du Nord-Est des États-Unis. Ce projet a été réalisé en quatre étapes : (1) estimer le potentiel d'exportation vers le marché du Nord-Est des États-Unis, (2) développer un cadre conceptuel pour proposer une stratégie de marque adaptée au scénario d'affaires présent, (3) valider ce cadre conceptuel pour le secteur en question, et (4) proposer un guide pour le développement d'une stratégie de marque personnalisée. Les résultats montrent que le potentiel d'exportation de bâtiments québécois préfabriqués en bois vers le Nord-Est des États-Unis est élevé en termes de parts de marché. Les résultats montrent également que la stratégie de marque à bâtir devra avoir comme but la création d'une relation étroite, loyale, individuelle et cohérente avec le client. Les résultats montrent aussi que l'inclusion de scénarios d'affaires inexplorés dans la stratégie de marque, tels que marque ingrédient, pays d'origine et alliance, pourrait aider à accroitre la notoriété et la reconnaissance des membres d'une telle alliance. / Numerous studies have demonstrated the great interest of prefabricated wood construction for (1) reducing erection times, (2) reducing the cost of construction, (3) increasing the quality of buildings, among others. However, Quebec, which includes both the resource and several players in the sector, has not yet been able to position itself as a leader in its export markets, particularly the Northeastern United States. It appears on the one hand that the Quebec industry does not take advantage of its experience and tradition in the field and, on the other hand, that this industry has a difficult penetration throughout the world. It is therefore a question of defining a brand strategy to enhance the qualities offered by the Quebec prefabricated wood construction industry. The purpose of this research is therefore to find a brand strategy for the Quebec prefabricated wood construction industry in the Northeastern United States market. This project was done in four steps: (1) estimating the export potential to the Northeastern United States market, (2) proposing a conceptual framework to develop a brand strategy adapted to the current business scenario, (3) validating this brand strategy with the stakeholders in the sector in question, and (4) proposing a guide to develop a tailored brand management strategy. The results show that the potential for exporting Quebec prefabricated wood buildings to the Northeastern United States is high in terms of market share. The results also show that the brand strategy to be built should aim to create a close, loyal, individual, and consistent relationship with the customer. The results also show that the inclusion of unexplored business scenarios in the brand strategy, such as ingredient brand, country of origin and alliance, could help increase the awareness and recognition of such alliance members.

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.

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

Ce projet porte sur la problématique de l’influence de l’humidité sur la performance des attaches boulonnées des charpentes en bois. Afin d’améliorer la justesse des règles de calcul des charpentes en bois présentées dans la norme canadienne CSA-O86, nous vérifions, dans cette étude, la pertinence du coefficient de service (KSF) appliqué aux attaches dans des teneurs en humidité (TH) variables. Pour ce faire, nous utilisons cinq types d’attaches assemblées de bois sec (TH ≈ 12%) et humide (TH ≥ 19%) et testées en trois conditions d’humidité (TH ≈ 8%; TH ≈ 12%; TH ≥ 19%). Toutes les attaches sont constituées d’une membrure de pin gris (Pinus banksiana) de 89 mm d’épaisseur et de plaques de jonctions en acier de 6,4 mm d’épaisseur, le tout assemblé de boulons de 12,7 mm de diamètre de grade 2 et, dans certains cas, de grade 5. Les attaches sont à un, deux et six boulons; pour ce dernier, on fait varier l’espacement entre les rangées et entre les boulons. Chaque série inclut six éprouvettes, avec un joint à chacune des deux extrémités, pour un total de 198 tests de traction parallèle au fil du bois en double cisaillement. Les paramètres suivants sont déterminés pour chaque test : la limite de proportionnalité, le seuil de plasticité, la charge maximale, la rigidité, la ductilité et le mode de rupture. Les résultats de cette étude révèlent que c’est l’humidité du bois lors du test et non pas lors du montage qui est plus importante pour la performance des attaches. La rigidité augmente en proportion de la diminution de l’humidité en dessous du point de saturation des fibres, qui est accompagnée par une transition du mode de rupture de ductile à fragile. Les attaches assemblées et testées humides (TH > 19%) sont les plus faibles, mais les plus ductiles. Le séchage du bois a un plus grand effet sur les attaches avec un espacement plus petit entre connecteurs : en plus de la rupture fragile, leur résistance est réduite 15% en condition très sèche (TH ≈ 8%). La diminution de la résistance d’attaches en conditions très sèches est observée; néanmoins, pour les modes de rupture fragiles, le coefficient de service (KSF) est jugé trop conservateur. Des propositions sont faites et justifiées pour le remplacement du KSF par le coefficient de service en cisaillement et en traction longitudinale (KSv et KSt) dans les cas de rupture fragile, comme il est couramment recommandé dans la norme américaine National Design Specification. / This research is focused on the effect of moisture on the performance of bolted connections in timber structures. To improve the accuracy of the engineering design of timber structures based on the Canadian standard CSA-O86, we studied the relevance of the service factor (KSF) as applied to the lateral resistance of fastenings in different moisture conditions (MC). To reach this goal, we used five connection configurations assembled with seasoned (MC ≈ 12%) and unseasoned (MC ≥ 19%) timber and tested at various moisture conditions: wet (MC ≥ 19%), dry (MC ≈ 12%) and very dry (MC ≈ 8%). All connections were 89-mm thick jack pine (Pinus banksiana) sawn lumber and 6.4-mm thick steel side plates assembled with 12.7-mm diameter bolts of grade 2 and, in some cases, of grade 5. The joints included one, two or six bolts; in the latter, the fasteners were installed in two rows with various spacing between the rows and between the bolts in a row. Each series consisted of six specimens, with a joint at both ends, with a total of 198 tests in tension parallel to grain of wood in double shear. The following parameters were determined from each test: proportional limit, yield point, maximum load, stiffness, ductility and failure mode. Results of the study revealed that it was moisture content at test and not at the time of assembly that influenced the performance of the tested connections the most. The stiffness increased in direct proportion with the decrease of moisture content below the fibre saturation point, which was accompanied with a transition from ductile to brittle failure. Connections assembled and tested unseasoned (MC > 19%) were the weakest but the most ductile. Seasoning had the highest effect on the connections with the minimum spacing of fasteners within and between the rows: not only were they the most brittle, their load capacity was reduced 15% in very dry conditions (MC ≈ 8%). The reduction of load capacity of connections in very dry conditions was observed; yet for brittle failure modes, the service factor KSF was found to be overly conservative. Proposals are put forward and justified to replace the KSF by service condition factors in longitudinal shear and tension (KSv and KSt) in case of brittle failure modes, which is the current recommended practice in the US National Design Specification.