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.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / Les tiges collées, soit un assemblage où une tige métallique est dissimulée à l'intérieur d'une pièce de bois au moyen d'un adhésif structural, sont de plus en plus convoitées pour leur rigidité, résistance et esthétisme. Étant un type d'attache relativement nouveau, très peu d'étude relative à la performance au feu a été effectuée. De plus, il n'existe pas de directives sur la conception au feu des tiges collées en Amérique du Nord. Les recherches effectuées suggèrent que l'adhésif structural est la composante gouvernante de l'assemblage à température élevée puisque ses propriétés mécaniques sont considérablement affectées lorsqu'on surpasse sa température de transition vitreuse, résultant en une rupture fragile au niveau du plan de colle de l'assemblage. Puisque ces études étaient surtout effectuées sur un faible éventail d'adhésif et que la température de transition vitreuse se situe dans une plage de température qui est spécifique à chaque adhésif, il était nécessaire d'étudier davantage le sujet. Ainsi, 67 échantillons de tiges collées ont été fabriqués avec un éventail de cinq adhésifs différents (trois époxy et deux polyuréthanes) afin de caractériser la performance au feu des adhésifs utilisés dans les tiges collées, soit l'objectif principal de ce projet de recherche. Les matériaux et les dimensions des échantillons ont été sélectionnés dans l'optique d'obtenir une rupture ductile au niveau de la tige métallique lorsque soumis à un effort de traction axiale à température ambiante. Des analyses mécaniques dynamiques ont été effectuées sur chaque adhésif pour y déterminer leurs propriétés viscoélastiques à différentes températures. À travers ces analyses, trois courbes permettant de déterminer les plages de température de transition vitreuse ont été générées : la courbe du module de conservation, du module de perte et du tan δ. Cette plage de température se situait entre 48°C et 90°C pour l'ensemble des adhésifs étudiés. Pour caractériser la performance au feu des tiges collées, des essais de traction axiale à température stabilisée ont été effectués. Ces essais consistent à insérer les échantillons de tiges collées dans une étuve paramétrée à 200°C jusqu'à ce que la température au niveau du plan colle ait atteint la température cible, qui a préalablement été déterminée à l'aide de la température de transition vitreuse propre à chaque adhésif. Par la suite, les échantillons ont rapidement été transférés au banc d'essais de traction axiale. Des essais de traction axiale à température ambiante ont également été effectués afin d'avoir des valeurs de référence pour chaque adhésif. Finalement, afin de s'assurer que l'effet de post-polymérisation n'ait pas influencé les résultats, des essais additionnels suivant la même procédure ont été effectués sur des échantillons préalablement chauffés, soit ayant un adhésif entièrement réticulé. Les résultats suggèrent que la résistance et la rigidité des tiges collées sont très peu affectées lorsque la température au niveau de la ligne de colle est sous la température de transition vitreuse déterminée par la courbe du module de conservation de l'adhésif réalisée à partie d'une analyse mécanique dynamique, et une rupture ductile est survenue dans la majorité des échantillons. Cependant, lorsque la température à l'interface de l'adhésif est au-delà de cette température de transition vitreuse, une diminution considérable des propriétés mécaniques des tiges collées a été observée pour tous les échantillons, et un mode de rupture fragile au niveau de l'adhésif est survenu dans la plupart des échantillons. La performance au feu de cinq adhésifs structuraux utilisés dans les tiges collées a été caractérisée par des essais de traction axiale à diverses températures stabilisées. Les résultats suggèrent qu'une conception au feu adéquat de ces assemblages consiste à limiter une hausse de température au-delà de la température de transition vitreuse de l'adhésif déterminé par le module de conservation d'une analyse mécanique dynamique au niveau de la ligne de colle, puisque les propriétés mécaniques des adhésifs, et donc des tiges collées, sont grandement affectés au-delà de cette température. Pour ce faire, des précautions telles que l'utilisation de panneaux de gypse, de panneaux de bois, de revêtements de protection contre le feu et/ou augmenter les dimensions de la section de bois sont envisageables. / Glued-in rods, a connection where a metal rod is concealed inside a wood element by means of a structural adhesive, are more and more coveted for their rigidity, capacity and aesthetics. Being a relatively new type of connection, few studies have been performed on their fire performance. Furthermore, there are no fire design guidelines for glued-in rods in North America. The research conducted suggests that the structural adhesive is the governing component of the connection when exposed to elevated temperatures since its mechanical properties are significantly affected when its glass transition temperature is exceeded, resulting in a brittle failure at the glue line interface. Since these studies were mostly performed on a small range of adhesive, further research was needed. Thus, 67 glued-in rods specimen were fabricated with a range of five different adhesives (three epoxies and two polyurethanes) to characterize the fire performance of adhesive used in glued-in rods connections, which is the main objective of this research. The materials and dimensions were selected in order to obtain a ductile failure mode in the metal rod when subjected to an axial tension stress at room temperature. Dynamic mechanical analyses were performed on each adhesive to determine its viscoelastic properties at different temperatures. Through these analyses, three curves were generated for each adhesive to determine the glass transition temperature ranges: the storage modulus, loss modulus and tan δ curves. This temperature range was between 48°C and 90°C for the majority of the adhesives studied herein. To characterize the fire performance of the glued-in rods specimen, axial tension tests at stabilized temperature were performed. These tests consisted of inserting the specimens into an oven set at 200°C until the temperature at the glue line interface reached the target temperature, which was predetermined using the glass transition temperature of each adhesive. Thereafter, the samples were quickly transferred to the axial tension test bench. Axial tension tests at room temperature were also performed in order to have reference values for each adhesive. Finally, to ensure that the post-cure effect did not influenced the results, additional tests following the same procedure were performed on previously heated samples, i.e. with a fully cured adhesive. The results suggest that the capacity and stiffness of the glued-in rods are barely affected when the temperature at the glue line is below its glass transition temperature determined through the storage modulus of a dynamic mechanical analysis, and a ductile failure occurred in the majority of samples. However, when the temperature at the glue line interface is above this glass transition temperature, a considerable decrease of the mechanical properties of the glued-in rods was observed for all samples, and a brittle failure occurred in the adhesive of most samples. The fire performance of five structural adhesives used in glued-in rods was characterized by axial tension tests at various stabilized temperatures. The results suggest that an adequate fire design of this connection is to limit a temperature rise at the glue line interface above the glass transition temperature of the adhesive as determined by the storage modulus of a dynamic mechanical analysis, since the mechanical properties of the adhesive, and thus the glued-in rods, are greatly affected beyond this temperature. Precautions such as the use of gypsum boards, wood panels, fire protection coatings and/or increasing the dimensions of the wood section are possible.

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.

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

Avec le vieillissement des infrastructures routières au Québec, plusieurs ponts de courte portée devront être reconstruits à neuf au cours des prochaines années. La pratique usuelle est de les concevoir entièrement en béton ou en systèmes mixtes acier-béton. Toutefois, avec l’avancement de la recherche dans le domaine du bois, le système hybride bois-béton est envisageable. Le but est de tirer profit des avantages de chaque matériau en les disposant aux endroits appropriés. Le tablier du pont est constitué d’une dalle de béton qui agit en compression et protège des intempéries les poutres en bois lamellé-collé qui résistent en traction. L’enjeu est la capacité de lier efficacement ces deux matériaux pour qu’ils puissent reprendre les efforts dus aux charges de conception avec un glissement d’interface minimal. De nombreux chercheurs ont proposé diverses méthodes pour répondre à cette problématique. Les connecteurs locaux (vis, clous) sont moins rigides et se déforment beaucoup à l’ultime. À l’inverse, les connecteurs continus offrent une rigidité très élevée, de petits déplacements à rupture sans négliger la plasticité du système. Pour cette raison, le connecteur choisi est le HBV Shear, une mince bande d’acier de 90mm de hauteur perforée de trous de 10mm. Sa moitié inférieure est collée dans une fente pratiquée dans la poutre et la partie supérieure est immergée dans le béton. Pour caractériser le comportement du connecteur, dix essais en cisaillement simple ont été effectués. Ils ont permis de quantifier la rigidité et d’apprécier la ductilité qui s’installe dans le système par l’ajout de l’acier. Par la suite, six poutres hybrides simple de 4 m, deux systèmes à poutres double de 4m et deux poutres hybrides de 12m de portée ont été amenées à la rupture en flexion. Ces essais ont montré que le connecteur se brisait sous l’effort de manière ductile avant la rupture fragile de la poutre en bois. Les résultats ont aussi prouvé que les méthodes de calculs utilisées estiment correctement la séquence de rupture ainsi que le comportement du système avec une très grande efficacité. Finalement, un tablier de pont composite a été conçu pour résister aux efforts à l’ultime, en service et à long terme.

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.

Les bâtiments multi-étagés en bois sont de plus en plus populaires en remplacement aux structures de béton armé et d’acier particulièrement en raison de leur bonne performance structurelle et de leur impact environnemental positif. Davantage de recherches sur les systèmes de résistance aux forces sismiques en bois sont donc nécessaires pour que les bâtiments en bois soient considérés comme une alternative viable. Dans cette optique, une des solutions développées en Nouvelle-Zélande pour des structures en bois massif est connue sous le nom de "Pre-stressed Laminated Timber" (Pres-Lam). Le Pres-Lam est une adaptation du "PREcast Seismic Structural System" (PRESSS) utilisé pour les bâtiments en béton armé et en acier afin de résister aux forces sismiques. Jusqu’à présent des systèmes Pres-Lam à section basculante simple ont été développés et analysés en assumant des connexions rigides, s’il y a lieu, entre les sections des murs créant ainsi de l’amplification dynamique des forces sismiques dans les étages supérieurs de la structure. Des recherches effectuées sur les structures en béton armé ont démontré qu’il est possible de réduire cette amplification en introduisant des connexions simples permettant le basculement des sections aux joints de construction créant ainsi des systèmes à sections basculantes multiples. Les objectifs du projet sont de comparer les exigences de conception des systèmes Pres-Lam à section basculante simple et multiples en LVL et en CLT et de développer la procédure de conception d’un système Pres-Lam en CLT à sections basculantes multiples pour un bâtiment de 11 étages au Canada. Les résultats des études montrent que, dus à des résistances mécaniques plus faibles des panneaux de CLT, de plus larges murs sont nécessaires afin d’obtenir le même comportement moment-rotation que dans les systèmes en LVL. Les analyses effectuées montrent que l’amplification dynamique des forces sismiques dans les étages supérieures est significativement réduite dans les systèmes à sections basculantes multiples. De plus, la conception des connexions permettant le basculement des sections peut aussi être simplifiée par rapport aux connexions typiques des systèmes à section basculante simple réduisant ainsi le coût de la main-d’oeuvre. Finalement, l’analyse du bâtiment d’étude de 11 étages prouve que le CLT peut être une alternative viable dans les systèmes Pres-Lam. / Multistorey timber buildings are gaining popularity around the world as a replacement for concrete and steel structures because of their good structural performance and a more environmentally friendly choice. Further research on lateral force resisting systems for timber buildings needs to be done in order for them to be a viable alternative. One of the solutions is the Pre-stressed Laminated (Pres-Lam) system proposed for mass timber structures in New Zealand as an adaptation of the PREcast Seismic Structural System (PRESSS) used for concrete and steel structures to resist earthquakes. So far, single rocking section Pres-Lam systems were developed and analyzed assuming rigid connections, if present, between wall segments, resulting in a dynamic amplification of the forces in the upper storeys and costly solutions. The previous research on concrete structures has shown that it is possible to reduce this amplification by introducing simple connections allowing a gap opening at construction joints. The objectives of this project are to compare the design requirements for the Pres-Lam systems with single and multiple rocking segments made of LVL and of CLT and to develop the design procedure for the Pres-Lam technology with multiple rocking CLT segments for an 11-storey building in Canada. The results of the analysis show that due to a lower mechanical resistance of the CLT, wider cross-sections are needed to obtain the same moment-rotation behavior as LVL sections. Results of the modeling show that forces in the upper storeys are significantly reduced by allowing gap openings between the segments along the height of the structure. Furthermore, the connection design for construction joints can also be simplified in comparison with the typical connections used in single rocking segment systems thus minimizing material and labor costs. The results of the 11-storey case study building analysis proved that CLT can be a suitable material for Pres-Lam systems in Canada.

Le gouvernement québécois souhaite valoriser l’utilisation de l’aluminium et du bois d’ingénierie dans la construction et dans la réhabilitation d’ouvrages d’art. Dans le cadre de la vision à court terme des projets de construction, le bois et l’aluminium sont encore aujourd’hui désavantagés. Pourtant, ces deux matériaux pourraient devenir des matériaux concurrentiels pour la réhabilitation du parc routier québécois notamment grâce à leur production locale et leur possibilité de recyclage. Afin d’éviter une vision court-termiste biaisée, la méthode d’arbitrage utilisée est celle de l’analyse de cycle de vie. Cette méthode holistique prend en compte l’ensemble des étapes du cycle de vie. Deux analyses sont réalisées en parallèles. La première concerne les coûts de cycle de vie (ACCV) et la deuxième, les impacts environnementaux (ACV). Ces deux études complémentaires ajoutent une dimension environnementale, aujourd’hui non négligeable, aux futures prises de décision. La première étape de ce projet consiste en la conception du tablier de pont hybride à platelage en aluminium sur poutres en bois lamellé-collé à l’aide de la norme CAN/CSA S6-14 (CSA,2014b). Le pont-type ainsi conçu est par la suite utilisé au cours des analyses de cycle de vie. L’analyse économique se fait à l’aide de la norme ISO 15686-5 (ISO, 2017). L’analyse des impacts environnementaux se fait, elle, à l’aide de le norme ISO 14040 (ISO, 2006a) et 14044 (ISO, 2006b). L’utilisation du bois ainsi que le faible nombre d’opérations d’entretien rendent le tablier aluminium/bois plus avantageux économiquement sur toute sa durée de vie. Les tabliers conventionnels béton/acier assurent une nette diminution des coûts de construction initiaux mais cette tendance s’inverse très vite. Le préfabrication possible des tabliers de pont aluminium/acier et aluminium/bois réduisent les coûts indirects de construction. Ainsi, les tabliers de pont aluminium/bois réduisent de 86 % le coût total du tablier par comparaison avec des tabliers conventionnels. Au niveau des indicateurs environnementaux, le tablier aluminium/bois est également à privilégier. / The Quebec Gouvernment wishes to promote the use of wood and aluminium in the construction and rehabilitation of structures. In the context of the short-term vision of construction projects, wood and aluminium are clearly disadvantaged. However, aluminium and glued laminated timber could become competitive materials for the rehabilitation of the Quebec roadway bridges, in particular thanks to their local production in Quebec and their possibility of recycling. In order to avoid a biased short-term view, the method of arbitration used is that of life cycle analysis. This holistic method makes it possible to take into account all life-cycle stages. Two analyzes are carried out in parallel. The first concerns life cycle costs and the second concerns environmental impacts. These two studies complement each other and add a environmental dimension, which is not negligible today, on decision-making. The first stage of this project consists of the design of the hybrid bridge deck aluminium on glued laminated timber beams using the CAN / CSA S6-14 standard. The bridge-type thus designed is subsequently used during life cycle analyzes. The economic analysis is done using the ISO 15686-5 standard (2017). The environmental impact analysis is done using the ISO 14040 and 14044 standards (2006). The use of wood and aluminium as well as the low number of maintenance operations make the aluminum/wood deck more economically advantageous over its entire lifespan. Conventional concrete/steel decks provide a clear reduction in initial construction costs, but this trend is reversed very quickly. The possible prefabrication of aluminium/steel and aluminium/ wood bridge decks reduces indirect construction costs. Thus aluminium/ wood bridge decks reduce 86 % of the total cost of the conventional bridge deck. In terms of environmental indicators, the aluminium wood/decki s also to be favored

Comprendre et pouvoir prédire l’effet combiné du temps et des conditions ambiantes sur le comportement mécanique du bois et de ses assemblages est un sujet récurrent pour l’ingénierie de construction. Cette étude tend à établir l’influence du taux de chargement à la résistance du bois à l’enfoncement de boulon dans différentes conditions de service. La partie expérimentale du projet consiste à mesurer la résistance à l’enfoncement de boulon parallèle au fil du bois. Les attaches des éprouvettes de pin gris (Pinus banksiana) de 31×89×660 mm sont assemblées à l’aide d’un boulon de 12,5 mm de diamètre et de deux plaques de jonction en acier de 6 mm d’épaisseur à chaque extrémité. Chaque assemblage est réalisé après conditionnement du bois selon trois régimes : 1) l’état humide supérieur à 24%, 2) l’état sec à environ 12%, et 3) l’état très sec proche de 8%. Pour chacune des trois conditions d’humidité, sept taux de chargement descendant de 115 KN/min à 0,1N/min en intervalles logarithmiques sont appliqués jusqu'à rupture. Dans chaque série de tests, six éprouvettes sont incluses. Une distribution de la densité du bois et de ses défauts est établie dans chaque série de tests pour que l’étude soit représentative face à ce matériau hétérogène et variable. La rigidité élastique, la limite d’élasticité, le seuil de plasticité, la résistance maximale ainsi que la densité et la teneur en humidité sont mesurés pour chaque zone de test. Une comparaison des données de test avec les équations empiriques de durée de chargement est présentée dans cette étude. Pour 12% de teneur en humidité, la résistance à l’enfoncement montre le même comportement face à la durée de chargement que celui en flexion ou en compression. La perte de résistance à l’enfoncement est analysée et corrélée aux valeurs de résistance ainsi qu’aux coefficients d’ajustement des normes de calcul européenne, canadienne, et américaine. Les pondérations des normes nord-américaines semblent correspondre aux résultats de ce projet en se basant sur un temps de référence à rupture de 10 minutes. / Understanding and predicting the effect of load duration and ambient conditions on mechanical behavior of wood is an important subject in wood engineering. The aim of the study is to establish the influence of the rate of loading on the embedding strength of wood in various service conditions. The experimental part of the project consists of measuring the embedding strength of wood parallel to grain. Jack pine specimens (Pinus banksiana) of 31×89×660 mm are assembled using one bolt of 12.5-mm in diameter and two 6-mm thick steel side plates at each end. Specimens are assembled after conditioning to one of the following equilibrium moisture contents (MC): 1) green, at least 24 % MC, 2) air-dry, about 12 % MC, and 3) very dry, about 8% MC. Seven rates of loading, varying between 115 KN/min and 0.1N/min, are applied to the specimens in each moisture condition. Given the heterogeneity of the material, the test pieces are matched using visual grading and density distribution to attribute similar wood quality to each test series. Elastic stiffness, proportional limit, yield point, the maximum resistance, MC and specific gravity are determined for each embedding zone after the test. A comparison between test values and empirical equations for duration of load is presented in this study. At 12% MC, embedding strength shows an equal behavior for duration of load, similar to bending and compression. The loss of the dowel embedding strength is analyzed and correlated to the strength values and the adjustment factors of the Canadian, European and American wood design codes. Predictions of the North-American codes appear to fit the results of this research based on 10-min reference test duration.

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.