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

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.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La consommation énergétique lors de la phase d'exploitation des bâtiments est une des phases du secteur de la construction qui contribue le plus aux changements climatiques. Alors que les chercheurs s'efforcent de trouver des innovations pour réduire la consommation énergétique des bâtiments, les demandes du secteur de la construction pour réduire les délais de fabrication et de livraison sont réelles et doivent affecter les méthodes de construction innovantes. De ces méthodes, la préfabrication peut permettre de réduire les délais, compter sur une assurance qualité et diminuer les coûts. Néanmoins, pour maximiser la performance de l'enveloppe et la productivité sur site, le développement de méthodes de scellement aux joints des composantes préfabriqués est essentiel. En ce sens, l'objectif général de ce projet était de concevoir un joint autoscellant pour des murs en ossature bois totalement préfabriqués (MCPB) permettant d'atteindre des standards de performance énergétique élevés et d'accélérer la construction sur chantier. Les matériaux de scellement utilisés pour cette jonction ont été mis à l'essai en laboratoire et leurs performances en étanchéité à l'air ont été comparées à différents scellants. Un assemblage complet utilisant le système de jonction autoscellant a également été mis à l'essai en laboratoire et sur chantier pour évaluer ses performances en termes d'étanchéité à l'air, de comportement thermique et de vitesse d'assemblage. Ces performances ont été comparées à celles générées par un assemblage en ossature légère de bois conventionnel. Des matériaux étudiés, le ruban de butyle a montré les résultats les plus étanches à l'air, permettant à l'assemblage développé d'être plus étanche que la solution conventionnelle. Disposé adéquatement, cet assemblage permet également de limiter les perturbations thermiques lors de pression de vent. Moins rapide à l'assemblage, ce système propose néanmoins une mise en chantier de murs plus achevés que les murs préfabriqués traditionnels. Sur la totalité d'un projet de construction unifamilial, le système développé permettrait en autres de diminuer le délai de construction. Comptant sur une solution en panneau, ce système permettrait également de diminuer les coûts de transports vis-à-vis des solutions modulaires. Contribution rare à la recherche dans ce domaine, ce projet s'inscrit dans une démarche innovante de performance énergétique et d'amélioration de la productivité du secteur de la construction préfabriqué en bois. / Energy consumption during the operational phase of buildings is one of the largest contributors to climate change in the construction sector. As searchers seek to find innovations to reduce the energy consumption of buildings, the demands of the construction industry to reduce manufacturing, construction and delivery times are real and must affect innovative construction methods. Of these methods, prefabrication can help reduce time, rely on quality assurance and lower costs. Nevertheless, to maximize the envelope performance and on-site productivity, the development of sealing methods at the joints of prefabricated components is essential. In this sense, the objective of this project was to design a self-sealing joint for totally prefabricated wood-frame walls to achieve high energy performance standards and accelerate on-site construction. The sealant materials used in this joint were tested in the laboratory to compare their airtightness performance to other sealants used in construction industry. A complete assembly using the self-sealing joint system was also tested on-site and in the laboratory to evaluate its performance in terms of airtightness, thermal behavior and assembly speed. These performances were compared to those generated by a conventional light wood-frame assembly. Of the materials studied, the butyl tape showed the tightest results, allowing the developed assembly to be more airtight than the conventional solution. When properly placed, this assembly also limits thermal disturbances under wind pressure. Not as fast to assemble, this system nevertheless offers a more finished wall than traditional prefabricated light wood-frame walls. For a single-family construction project, the system developed could reduce the construction time. Relying on a panel solution, this system could also reduce transportation costs compared to modular solutions. A rare contribution to research in this field, this project is part of an innovative approach to energy performance and productivity improvement in the prefabricated wood construction sector.

La construction usinée est un marché en pleine croissance en Amérique du Nord. Cependant, le choix des matériaux a un impact sur leurs coûts, leur temps de production et leur qualité. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est de faciliter le choix des matériaux d'enveloppe et des structures des bâtiments usinés en bois au Canada et aux États-Unis, à partir de l'utilisation d'un outil de décision multicritères. Pour atteindre les objectifs, une stratégie de recherche a été conçue en trois étapes. À la première étape, une revue systématique a été réalisée pour identifier qu'elles sont les critères et les sous-critères pour sélectionner des matériaux d'enveloppe et de structure. Quant à la seconde étape, le raffinement et la validation des critères et sous-critères ont été effectués à l'aide de mesures du consensus et de l'indice de gravité (IG) à travers une étude réalisée auprès d'un groupe de vingt panélistes de la construction bois (Canada et États-Unis). À la troisième étape, l'analyse hiérarchique des procédés (AHP) a été réalisée. L'AHP s'est composé de deux phases, dans la première, la collecte de données, a été réalisée à l'aide d'enquêtes comparatives par paires. La deuxième a été la construction et l'exécution de l'AHP. Un groupe de panélistes composés de dix professionnels (Canada et des États-Unis) avec un positionnement stratégique dans le choix des matériaux pour la construction en bois a été consulté. Grâce aux résultats de la première étape, il a été possible d'obtenir les critères de choix des matériaux. Outre les critères, à partir de l'analyse documentaire, il a également été possible de relever des lacunes de recherche sur la construction en bois et l'efficacité énergétique. Des recommandations générales pour le développement de bâtiments moins énergivores ont été discutées. Quant aux critères obtenus, vingt-cinq sous-critères ont été extraits et divisés en sept critères principaux : (1) propriétés techniques; (2) matériaux durables; (3) efficacité énergétique; (4) économies de matériaux; (5) conditions du site et la logistique; (6) documentation et standardisation et (7) bénéfice social. À la deuxième étape, pour le raffinement et la validation, une plus grande importance a été accordée aux critères propriétés techniques, conditions du site et la logistique et bénéfice social. Quinze sous-critères ont été validés où seulement douze ont obtenu une priorité élevée par l'IG. Il s'agit des sous-critères (1ᵉʳ) étanchéité, (2ᵉ) facilité de mise en œuvre, (3ᵉ) santé des occupants, (4ᵉ) emplacement, forme et hauteur du bâtiment, (5ᵉ) résistance aux intempéries, (6ᵉ) performance au feu, (7ᵉ) disponibilité des matériaux, (8ᵉ) confort et bienêtre des occupants, (9ᵉ) sûreté et sécurité des occupants, (10ᵉ) esthétique, (11ᵉ) performance mécanique et (12ᵉ) documentation et standardisation. Les résultants de la troisième étape ont montré que le bénéfice social a la plus haute priorité pour la sélection des matériaux de structure et d'enveloppe, suivi des conditions du site et de la logistique et des propriétés techniques. Les cinq principaux sous-critères pour choisir des matériaux de structures étaient la sûreté et la sécurité des occupants du bâtiment, l'emplacement, la forme et la hauteur du bâtiment, le confort, la satisfaction et le bien-être du bâtiment, la santé des occupants et la disponibilité des matériaux, avec des poids globaux de 0,234, 0,218, 0,155, 0,121 et 0,098, respectivement. Pour la sélection des matériaux d'enveloppe, les cinq principaux sous-critères étaient le confort, la satisfaction et le bien-être du bâtiment, la sûreté et la sécurité des occupants du bâtiment, l'emplacement, la forme et la hauteur du bâtiment, la santé des occupants, la disponibilité des matériaux avec des poids globaux de 0,252, 0,206, 0,178, 0,132 et 0,078 respectivement. Cette étude suggère que l'AHP pourrait être une voie décisionnelle pour faciliter la sélection des matériaux de structure et d'enveloppe des bâtiments en bois au Canada et aux États-Unis. Nos résultats suggèrent que le choix des matériaux devrait prendre en compte les matériaux qui offrent des bénéfices sociaux et qui s'adaptent à la condition du site et à la logistique, plus précisément ceux liés au confort, à la satisfaction et au bien-être des occupants pour l'enveloppe. Pour la structure, ceux liés au sous-critère sûreté et sécurité des travailleurs et des occupants pour les matériaux de structure. / Prefabricated construction is a growing market in North America. However, the choice of materials has an impact on their costs, production time, and quality. The main objective of this thesis is to facilitate the choice of envelope materials and structures of manufactured wood buildings in Canada and the United States, from the use of a multi-criteria decision tool. To achieve the objectives, a research methodology was designed in three steps. In the first step, a systematic review was performed to identify what are the criteria and sub-criteria for selecting the envelope and structural materials. For the second step, the refinement and validation of the criteria and sub-criteria were carried out, using consensus measurements and the severity index (SI) through a study carried out with a group of twenty panelists of wood construction (Canada and the United States). In the third step, the Analytic hierarchy process (AHP) was performed. The AHP consisted of two phases, in the first, data collection was carried out using pairwise comparative surveys. The second was the construction and execution of the AHP. A group of panelists composed of ten professionals (Canada and the United States) with a strategic positioning in the choice of materials for wood construction was consulted. Thanks to the results from the first step, it was possible to obtain the criteria for choosing the materials. In addition to the criteria, from the literature review, it was also possible to identify research gaps on wood construction and energy efficiency. General recommendations for the development of less energy-intensive buildings were discussed. As for the criteria obtained, twenty-five sub-criteria were extracted and divided into seven main criteria: (1) technical properties, (2) durable materials, (3) energy efficiency, (4) material savings, (5) conditions site and logistics, (6) documentation and standardization, and (7) social benefit. In the second step, for refinement and validation, greater importance was given to the criteria technical properties, site conditions and logistics, and social benefit. Seventeen sub-criteria were validated where only thirteen were given high priority by the SI. These are the sub-criteria (1ˢᵗ) watertightness, (2ⁿᵈ) ease of implementation, (3ʳᵈ) health of occupants, (4ᵗʰ) location, building shape and height, (5ᵗʰ) weather resistance, (6ᵗʰ) fire performance, (7ᵗʰ) availability of materials, (8ᵗʰ) comfort and well-being of occupants, (9ᵗʰ) safety and security of occupants, (10ᵗʰ) aesthetics, (11ᵗʰ) mechanical performance, and (12ᵗʰ) documentation and standardization. The results of the third step showed that social benefit has the highest priority for the selection of structural and envelope materials, followed by site conditions and logistics as well as technical properties. The five main sub-criteria to choose structural materials were building occupant safety and security, building location, shape and height, building comfort, satisfaction and well-being, occupant health, and availability of materials, with overall weights of 0.234, 0.218, 0.155, 0.121, and 0.098, respectively. For the selection of envelope materials, the five main sub-criteria were comfort, satisfaction and well-being of the building, safety and security of the occupants of the building, location, shape and height of the building, occupant health, and material availability, with overall weights of 0.252, 0.206, 0.178, 0.132 and 0.078 respectively. This study suggests that AHP could be a decision-making pathway to facilitate the selection of structural and envelope materials for wood buildings in Canada and the United States. Our results suggest that a material choice pathway should take into account materials that provide social benefits and suit the site condition and logistics, more specifically, those related to the comfort, satisfaction, and well-being of the occupants for the envelope. For the structure, those related to the safety and security of workers and occupant's sub-criterion for structural materials.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / L'industrie de la construction est en changement de paradigme. Sur les marchés, la demande ne cesse de croître, alors que l'offre ne peut répondre à la demande. De nouvelles méthodes et techniques sont utilisées pour contrer la pénurie de main d'œuvre, la crise climatique et la faible productivité. Certaines de ces méthodes impliquent la préfabrication de modules et de panneaux en bois dans un environnement de production contrôlé. Alors que la construction de bâtiments évolue en processus manufacturiers, le taux de productivité demeure faible. Ceci est en partie dû au faible taux d'adoption de technologies et d'automatisation dans les lignes de production. Ce projet de maîtrise se concentre sur le processus manufacturier de la préfabrication de murs à ossature légère. Une revue de littérature fait état de l'art sur le niveau d'automatisation, les types d'environnement de production et les outils technologiques impliqués dans la préfabrication de murs à ossature légère. Un cas d'études impliquant une entreprise qui a développé un système constructif pour les murs à ossature légère est étudié en détail. Des aménagements de production allant de peu a très automatisés sont conceptualisés pour la préfabrication de murs à ossature légère. Les différents aménagements sont testés dans un modèle de simulation et l'impact sur les différents indicateurs de performance est observé. Une analyse économique est effectuée sur les différents aménagements proposés et une méthodologie d'implantation est suggérée. Les indicateurs de performance mis en place démontrent que l'aménagement de production impliquant une cellule robotisée avec un haut niveau d'automatisation projette des résultats de performance intéressants. / The construction industry faces a paradigm shift. On the markets, the demand is rising, while the supply cannot satisfy the demand. New methods and techniques are being used to overcome the labour crisis, climate crisis, and productivity crisis. Some of these methods include the prefabrication of modules and wood panels in a factory. Although the construction of buildings is evolving into a manufacturing process, the prefabrication sector still lacks productivity and efficiency. This is mainly due to the low adoption of automation and technologies in the production lines. More specifically, this master's thesis focuses on the production processes of prefabricated timber frame walls. First, a literature review is done to assess the level of automation, the types of production environment, and technological tools involved in the prefabrication of timber frame walls. Thereafter, a case study involving a company who has developed a fully prefabricated timber frame wall system is studied in detail. The focus is on the production environment and the level of automation needed regarding several performance indicators for the studied system. These different layouts with different automation levels are tested in a simulation model to see their impact on several performance indicators. An economic analysis is done on the different layouts and a methodology of implementation is suggested. Results show that the most performing scenario involve a robotic cell with the highest level of automation.

Les planchers font partie des éléments indispensables dans la construction de bâtiments. L'utilisation de matériaux plus écoresponsables comme le bois ainsi que l'incorporation de mélanges de bétons verts innovants dans la construction de planchers composites permettraient non seulement d'obtenir des structures plus performantes, mais seraient également une façon simple pour le Canada de diminuer ses émissions de gaz à effet de serre. L'union du bois et du béton à l'aide de connecteurs aide à augmenter la résistance des planchers en utilisant le béton en compression et le bois en traction. Ces planchers composites permettent d'atteindre une grande portée tout en conservant une structure élancée. Ce mémoire se concentre sur l'amélioration des connecteurs d'entailles qui sont une solution simple et économique utilisée pour créer ce type de plancher. Ces connecteurs ont démontré qu'ils possèdent une grande rigidité initiale suivie d'une phase plastique très ductile. Plusieurs formes d'entailles ont été testées avec du bois lamellé-croisé (CLT) et différents types de béton. Une méthode d'optimisation de conception tenant compte des émissions de CO₂, de la hauteur totale, du coût ainsi que du poids du plancher composite a été développée. Ces essais en laboratoire ont démontré l'efficacité d'une forme de connecteur fermé éliminant l'utilisation de vis. Quant à la méthode d'optimisation, elle a permis de mettre en lumière les points forts et les points faibles des planchers composites et d'élaborer des pistes de solutions afin de les rendre plus compétitifs. Finalement, une analyse du cycle de vie préliminaire comparant les planchers composites, un plancher en béton armé et en CLT a été réalisée. Cette analyse a démontré l'avantage des planchers composites sur les constructions en béton et en bois uniquement. Cette étude a également permis de donner des pistes de solutions afin de diminuer les impacts environnementaux des différents types de planchers. / Floors are an essential part of building construction. The use of more sustainable materials such as timber and the incorporation of innovative green concrete mixes in composite flooring construction would not only result in better performing structures but would also be a simple way for Canada to reduce its greenhouse gas emissions. The combination of timber and concrete with connectors increase the strength of floors by using concrete in compression and timber in tension. These composite floors allow for longer spans while maintaining a slender structure. This thesis focuses on the improvement of notch connectors which are a simple and economical solution used to create this type of floor. These connectors have been shown to have a high initial stiffness followed by a very ductile phase. Several notch shapes were tested with cross-laminated timber and different types of concrete. A design optimisation method that considers CO₂ emissions, total height, cost, and weight of the composite floor was also developed. These experiments demonstrated the effectiveness of a closed shape connector that eliminates the use of screws. As for the optimisation method, it allowed us to highlight the strengths and weaknesses of composite floors and to develop solutions to make them more competitive. Finally, a preliminary life cycle analysis comparing composite floors, a reinforced concrete floor and a CLT floor was performed. This analysis demonstrated the advantage of composite floors over concrete and timber constructions only. This study also allowed us to identify possible solutions to reduce the environmental impacts of the different types of floors.

Malgré ses avantages, la préfabrication au Québec note une baisse de la productivité notamment en raison de l’inefficacité de certains de ses processus d’affaires. Parallèlement, le BIM apparaît comme une solution favorisant l’intégration des processus et des acteurs impliqués dans un projet de construction. C’est dans cette optique que s’insère cette maîtrise dont le but est de démystifier le BIM et d’étudier son impact pour faciliter son implantation dans les petites et moyennes entreprises (PMEs) québécoises de préfabrication. Pour ce faire, une revue de la littérature a été réalisée, afin d’établir un état de l’art sur l’adoption du BIM dans le monde. Ensuite, des entrevues semi-dirigées avec des experts BIM ont été tenues dans le but d’analyser l’expérience québécoise avec cette approche. Des analyses qualitatives ont dès lors été menées pour dresser un portrait de l’implantation du BIM au Québec en termes de barrières présentes et de bonnes pratiques. Puis, un sondage a été lancé auprès de manufacturiers québécois pour analyser la situation actuelle de ce secteur et adapter les recommandations à cette réalité. La phase de synthèse a permis de présenter 30 freins critiques et 31 recommandations pour les éviter. Finalement, un cadre d’implantation du BIM dans un projet de préfabrication a été élaboré, indiquant à chaque phase les acteurs impliqués et les actions à prendre. La recherche a ainsi permis de relever les barrières les plus critiques à l’adoption du BIM, de nature technologique, humaine, organisationnelle, financière et légale. Elle a également mis en relief l’importance d’analyser la situation de l’entreprise et d’évaluer ses ressources avant de faire ce virage numérique. / Despite its advantages, prefabrication in Quebec faces a drop in productivity, due to the inefficiency of some of its business processes. Meanwhile, BIM appears as a solution that promotes the integration of processes and stakeholders involved in a construction project. It is in this perspective that this master project aims to demystify BIM and to study its impact in order to facilitate its implementation in Quebec’s small and medium-sized prefabrication companies (SMEs). To do so, a literature review was conducted to establish a state of the art about the adoption of BIM around the world. Semi-structured interviews with BIM experts were held in order to analyze the Quebec position with this approach. Qualitative analyses were also conducted to study BIM main barriers and best practices. Then, a survey was launched among Quebec manufacturers to analyze the current situation in this sector and adapt the BIM best practices to this reality. The synthesis phase led to 30 critical barriers and 31 recommendations to better face them. Finally, a framework for implementing BIM in a prefabrication project was developed, indicating at each phase the players involved and the actions to be taken. The research has thus raised the most critical barriers to BIM adoption, encompassing technological, human, organizational, financial and legal challenges. It also highlighted the importance of analyzing the current situation of the company and assessing its resources before making this digital shift.

Au Québec et dans le monde, la construction préfabriquée en bois est en plein essor depuis plusieurs années grâce aux nouvelles technologies, aux nouveaux savoir-faire et aux nouvelles consciences politiques et publiques pour l'utilisation de matériaux biosourcés dans le cadre d'une décarbonation de l'économie. Aujourd'hui, des entreprises de différentes tailles se disputent le marché local de l'industrie de la construction au Québec, et c'est dans ce cadre-là que cette recherche a eu lieu. L'objectif général de ce projet de recherche est d'aider les petites et moyennes entreprises (PMEs) québécoises de construction préfabriquée en bois à comprendre les contraintes réglementaires en vue d'exporter leurs produits dans les états de la Nouvelle-Angleterre. En facilitant l'accès à ce marché local (1000km par transport routier), ces PMEs pourront peut-être accéder à des projets jusque-là inaccessibles par manque de compréhension des différentes réglementations et certifications en place. Cette recherche s'est donc divisée en deux grands axes. Il s'agit de créer un outil d'aide à la décision en caractérisant les contraintes réglementaires liées à la certification de l'exportation de produits de constructions préfabriquées en bois par des entreprises québécoises vers la Nouvelle-Angleterre. Cet objectif a fait l'objet d'un article scientifique introduit dans ce mémoire. Le second travail réalisé lors de cette maîtrise est d'avoir créé un guide à l'exportation des sections préfabriquées de bâtiment depuis le Canada vers les États-Unis au profit des non-initiés ou des professionnels de la construction souhaitant en apprendre plus. Ce document permet de résumer le cadre standard des projets de construction préfabriquée en identifiant les différentes réglementations, certifications et sources d'information pour pallier aux contraintes liées à l'exportation. Ces deux objectifs posent les bases de futures recherches sur le sujet. / In Quebec and around the world, prefabricated wood construction has been booming for several years thanks to new technologies, new know-how and new political and public awareness for the use of biosourced materials in the context of decarbonization of the economy. Today, companies of different sizes are competing for the local market of the construction industry in Quebec, and it is in this context that this research took place. The general objective of this research project is to help small and medium-sized Quebec prefabricated wood construction companies (SMEs) to understand the regulatory constraints in order to export their products to the New England states. By facilitating access to this local market (1000km by road transport), these SMEs may be able to access projects that were previously inaccessible due to a lack of understanding of the various regulations and certifications in place. This research is therefore divided into two main areas. The first is to create a decision support tool by characterizing the regulatory constraints related to the certification of prefabricated wood construction products exported by Quebec companies to New England. This objective was the subject of a scientific article introduced in this thesis. The second work realized during this master's degree is to have created a guide to the export of prefabricated building sections from Canada to the United States for the benefit of non-experts or construction professionals wishing to learn more. This document summarizes the standard framework for prefabricated construction projects by identifying the various regulations, certifications and sources of information to address the constraints associated with export. These two objectives lay the foundation for future research on the subject.

La construction de bâtiments dans les régions nordiques isolées est confrontée à des défis importants tels qu'une logistique de transport complexe en raison d'un accès limité au site de construction, des conditions climatiques sévères, le manque de travailleurs qualifiés, ainsi qu'un approvisionnement en énergie et en matériaux coûteux et limité. Les différentes communautés du nord du Canada sont souvent qualifiées « d'isolées », justement en raison de leur éloignement géographique. Par exemple, la plupart ne sont pas reliées au réseau électrique principal ni au réseau routier du reste du pays. Le manque criant d'unités de logement disponibles a entraîné le surpeuplement des logements en place et a récemment poussé les gouvernements à augmenter le financement pour aider ces communautés à construire et à rénover davantage d'unités [1]. Parallèlement, l'utilisation de la main-d'œuvre locale est fortement encouragée, car le secteur de la construction est une source importante d'emplois et d'autonomisation [2]. Bien que la construction modulaire (ou préfabrication) puisse être considérée comme une solution facilitant la viabilité de la construction de bâtiments dans ces communautés isolées, la préfabrication de composants peut avoir des répercussions négatives sur les emplois locaux. Par conséquent, les solutions de préfabrication peuvent être écartées à certains moments. Ce projet vise donc à acquérir une meilleure compréhension des éléments à considérer dans la conception de systèmes de chauffage préfabriqués et durables dans le contexte de ces régions. En particulier, le territoire du Nunavik au nord de la province de Québec (Canada) a été choisi en tant que région type pour cette étude. Dans le même ordre d'idées, et considérant la pertinence de ce type de logement, la thèse se concentre spécifiquement sur les bâtiments sociaux. Le terme « social » fait référence au fait que les gouvernements subventionnent la construction et l'exploitation de ces bâtiments et que ceux-ci sont dédiés aux familles à faibles revenus. Dans un premier temps, le projet a proposé un cadre conceptuel pour identifier les facteurs affectant la création de valeur au sein de la chaîne d'approvisionnement de la construction de logements sociaux dans cette région. La recherche s'est appuyée sur une revue de la littérature et sur les informations recueillies lors d'entrevues semi-dirigés avec les principales parties prenantes pour identifier les caractéristiques souhaitées de l'amélioration ou des solutions (par exemple, la préfabrication) en ce qui concerne la création de valeur. Une analyse des forces, faiblesses, opportunités et menaces (FFOM), une carte d'influence et de dépendance et un diagramme de boucle causale ont été élaborés pour représenter la chaîne d'approvisionnement. La création d'emplois locaux et le nombre de bâtiments à construire ont été identifiés comme les principaux facteurs pouvant représenter la performance de la création de valeur. Par ailleurs, les ressources énergétiques, le temps de construction, le type et la quantité de main-d'œuvre, les contraintes d'expédition, le nombre de pièces de rechange et l'élimination des déchets ont été identifiés comme les principaux facteurs limitant l'éventail des solutions de construction à mettre en œuvre. Dans un deuxième temps, le projet a proposé un cadre computationnel pour identifier la modularité optimale des tuyauteries à assembler dans les bâtiments résidentiels situés au Nunavik. Initialement, les algorithmes ont été testés en utilisant une étude de cas avec 40 composants du réseau de distribution du glycol. Pour ce cas, l'algorithme cherchait simultanément à minimiser le coût d'installation du système et à maximiser la création d'emplois locaux en considérant deux sites possibles de préfabrication et des contraintes de poids, de dimensions et de collision. Des modèles de logique floue et l'algorithme NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II) ont été utilisés pour évaluer les configurations et identifier les solutions non dominées. Par la suite, afin de prendre en compte une autre facette importante du développement durable, un troisième objectif relatif à la minimisation des émissions de CO₂ liées au transport des modules par bateau a été ajouté aux algorithmes. En particulier, pour l'étude de cas analysée, le cadre computationnel a trouvé des solutions réduisant les coûts d'installation jusqu'à 81,9%, générant jusqu'à 23,4 heures d'emplois locaux, mais augmentant les émissions de CO₂ jusqu'à 36,7%. Finalement, le projet a adapté le cadre de calcul pour modulariser l'ensemble du réseau de distribution du fluide caloporteur. Au total, 627 composants ont été pris en compte. Quelques heuristiques supplémentaires ont été incluses pour réduire l'espace de recherche, afin de prendre en compte les contraintes particulières du système et les résultats précédemment trouvés dans l'étude de cas avec 40 composants. Le cadre computationnel développé prend donc en compte la minimisation des coûts d'installation, la maximisation de l'emploi local ainsi que l'impact de la modularisation sur les émissions de gaz à effet de serre (CO₂). L'éventail des solutions trouvées permet de générer entre 225 heures et 536,8 heures d'emplois locaux liés à la plomberie et à la menuiserie par logement à construire, tout en réduisant le coût d'installation actuel de 79 % et 58 %, respectivement. Cependant, les émissions de CO₂ peuvent être multipliées par plus de 2,8. / Building construction in isolated northern regions faces important challenges such as a complex transportation logistics due to a limited access to the construction site, severe climatic conditions, a lack of skilled workers, as well as expensive and limited energy and material supply. The different communities of the northern part of Canada are often qualified as isolated due to their remoteness. For example, most are not connected to the main power grid nor to the road network of the rest of the country. The stringent lack of available housing units has resulted in dwelling overcrowding and has recently pushed governments to increase funding to help these communities to build and refurbish more units [1]. At the same time, the use of local labor is highly promoted as the construction industry is an important source of employment and empowerment [2]. Therefore, while modular construction (or prefabrication) can be seen as a solution that facilitates the sustainability of building construction in these remote communities, the prefabrication of components can generate negative impacts on local jobs. As a result, prefabrication solutions can be discarded at certain times. Hence, this project aims to gain a better understanding of the elements to consider in the development of sustainable prefabricated heating systems in the context of these regions. In particular, the Nunavik territory in the northern part of the province of Quebec (Canada) was chosen as a typical region for this study. In the same vein, and considering the relevance of this type of housing, the thesis focuses specifically on social buildings. The term "social" refers to the fact that governments subsidize the construction and operation of these buildings which are intended for low-income families. As a first step, the project proposed a conceptual framework to identify the factors affecting value creation within the supply chain of social housing construction in that region. The research used a literature review and information collected from semi-structured interviews with key stakeholders to identify the desired features of improvement or solutions (e.g., prefabrication) with respect to value creation. A strengths, weaknesses, opportunities, and threats analysis (SWOT), an influence/dependence map, and a causal loop diagram were developed to represent the supply chain. Local job creation and the number of buildings to build were identified as the key factors that can better represent the performance of the value creation. On the other hand, energy resources, the construction time, the type and amount of labour force, shipping constraints, the number of replacement parts, and waste disposal were identified as the main factors constraining the range of construction solutions to implement. Secondly, this project proposed a computational framework to identify the optimal modularity of piping to be assembled in residential buildings located in Nunavik. Initially, the algorithms were tested using a case study with 40 components of the glycol distribution network. For this case, the algorithm simultaneously minimizes the system installation cost and maximizes the local job creation by considering two possible prefabrication sites and constraints on weight, size, and collision. Fuzzy logic models and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) were used to evaluate configurations and identify non-dominated solutions. Subsequently, in order to consider another important facet of sustainable development, a third objective based on the minimization of CO₂ emissions related to the transportation of the modules by ships was added to the algorithms. In particular, for the case studied, the computational framework found solutions that reduce installation costs by up to 81.9%, generate up to 23.4 hours of local employment, but increase CO₂ emissions by up to 36.7%. Finally, the project adopted the computational framework to modularize the whole heat transfer fluid distribution network. In total, 627 components were considered. Some additional heuristics were included to reduce the search space, in order to consider particular constraints of the system and results previously found in the case study with 40 components. The computational framework developed contemplates, therefore, minimizing installation costs, maximizing local employment as well as the impact of modularization on greenhouse gas (CO₂) emissions. The range of solutions found generates between 225 hours and 536.8 hours of local employment related to plumbing and carpentry per unit to be built while reducing the current installation cost by 79% and 58%, respectively. However, CO₂ emissions can be increased by more than 2.8 times.

La construction de bâtiments dans les régions nordiques isolées est confrontée à des défis importants tels qu'une logistique de transport complexe en raison d'un accès limité au site de construction, des conditions climatiques sévères, le manque de travailleurs qualifiés, ainsi qu'un approvisionnement en énergie et en matériaux coûteux et limité. Les différentes communautés du nord du Canada sont souvent qualifiées « d'isolées », justement en raison de leur éloignement géographique. Par exemple, la plupart ne sont pas reliées au réseau électrique principal ni au réseau routier du reste du pays. Le manque criant d'unités de logement disponibles a entraîné le surpeuplement des logements en place et a récemment poussé les gouvernements à augmenter le financement pour aider ces communautés à construire et à rénover davantage d'unités [1]. Parallèlement, l'utilisation de la main-d'œuvre locale est fortement encouragée, car le secteur de la construction est une source importante d'emplois et d'autonomisation [2]. Bien que la construction modulaire (ou préfabrication) puisse être considérée comme une solution facilitant la viabilité de la construction de bâtiments dans ces communautés isolées, la préfabrication de composants peut avoir des répercussions négatives sur les emplois locaux. Par conséquent, les solutions de préfabrication peuvent être écartées à certains moments. Ce projet vise donc à acquérir une meilleure compréhension des éléments à considérer dans la conception de systèmes de chauffage préfabriqués et durables dans le contexte de ces régions. En particulier, le territoire du Nunavik au nord de la province de Québec (Canada) a été choisi en tant que région type pour cette étude. Dans le même ordre d'idées, et considérant la pertinence de ce type de logement, la thèse se concentre spécifiquement sur les bâtiments sociaux. Le terme « social » fait référence au fait que les gouvernements subventionnent la construction et l'exploitation de ces bâtiments et que ceux-ci sont dédiés aux familles à faibles revenus. Dans un premier temps, le projet a proposé un cadre conceptuel pour identifier les facteurs affectant la création de valeur au sein de la chaîne d'approvisionnement de la construction de logements sociaux dans cette région. La recherche s'est appuyée sur une revue de la littérature et sur les informations recueillies lors d'entrevues semi-dirigés avec les principales parties prenantes pour identifier les caractéristiques souhaitées de l'amélioration ou des solutions (par exemple, la préfabrication) en ce qui concerne la création de valeur. Une analyse des forces, faiblesses, opportunités et menaces (FFOM), une carte d'influence et de dépendance et un diagramme de boucle causale ont été élaborés pour représenter la chaîne d'approvisionnement. La création d'emplois locaux et le nombre de bâtiments à construire ont été identifiés comme les principaux facteurs pouvant représenter la performance de la création de valeur. Par ailleurs, les ressources énergétiques, le temps de construction, le type et la quantité de main-d'œuvre, les contraintes d'expédition, le nombre de pièces de rechange et l'élimination des déchets ont été identifiés comme les principaux facteurs limitant l'éventail des solutions de construction à mettre en œuvre. Dans un deuxième temps, le projet a proposé un cadre computationnel pour identifier la modularité optimale des tuyauteries à assembler dans les bâtiments résidentiels situés au Nunavik. Initialement, les algorithmes ont été testés en utilisant une étude de cas avec 40 composants du réseau de distribution du glycol. Pour ce cas, l'algorithme cherchait simultanément à minimiser le coût d'installation du système et à maximiser la création d'emplois locaux en considérant deux sites possibles de préfabrication et des contraintes de poids, de dimensions et de collision. Des modèles de logique floue et l'algorithme NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II) ont été utilisés pour évaluer les configurations et identifier les solutions non dominées. Par la suite, afin de prendre en compte une autre facette importante du développement durable, un troisième objectif relatif à la minimisation des émissions de CO₂ liées au transport des modules par bateau a été ajouté aux algorithmes. En particulier, pour l'étude de cas analysée, le cadre computationnel a trouvé des solutions réduisant les coûts d'installation jusqu'à 81,9%, générant jusqu'à 23,4 heures d'emplois locaux, mais augmentant les émissions de CO₂ jusqu'à 36,7%. Finalement, le projet a adapté le cadre de calcul pour modulariser l'ensemble du réseau de distribution du fluide caloporteur. Au total, 627 composants ont été pris en compte. Quelques heuristiques supplémentaires ont été incluses pour réduire l'espace de recherche, afin de prendre en compte les contraintes particulières du système et les résultats précédemment trouvés dans l'étude de cas avec 40 composants. Le cadre computationnel développé prend donc en compte la minimisation des coûts d'installation, la maximisation de l'emploi local ainsi que l'impact de la modularisation sur les émissions de gaz à effet de serre (CO₂). L'éventail des solutions trouvées permet de générer entre 225 heures et 536,8 heures d'emplois locaux liés à la plomberie et à la menuiserie par logement à construire, tout en réduisant le coût d'installation actuel de 79 % et 58 %, respectivement. Cependant, les émissions de CO₂ peuvent être multipliées par plus de 2,8. / Building construction in isolated northern regions faces important challenges such as a complex transportation logistics due to a limited access to the construction site, severe climatic conditions, a lack of skilled workers, as well as expensive and limited energy and material supply. The different communities of the northern part of Canada are often qualified as isolated due to their remoteness. For example, most are not connected to the main power grid nor to the road network of the rest of the country. The stringent lack of available housing units has resulted in dwelling overcrowding and has recently pushed governments to increase funding to help these communities to build and refurbish more units [1]. At the same time, the use of local labor is highly promoted as the construction industry is an important source of employment and empowerment [2]. Therefore, while modular construction (or prefabrication) can be seen as a solution that facilitates the sustainability of building construction in these remote communities, the prefabrication of components can generate negative impacts on local jobs. As a result, prefabrication solutions can be discarded at certain times. Hence, this project aims to gain a better understanding of the elements to consider in the development of sustainable prefabricated heating systems in the context of these regions. In particular, the Nunavik territory in the northern part of the province of Quebec (Canada) was chosen as a typical region for this study. In the same vein, and considering the relevance of this type of housing, the thesis focuses specifically on social buildings. The term "social" refers to the fact that governments subsidize the construction and operation of these buildings which are intended for low-income families. As a first step, the project proposed a conceptual framework to identify the factors affecting value creation within the supply chain of social housing construction in that region. The research used a literature review and information collected from semi-structured interviews with key stakeholders to identify the desired features of improvement or solutions (e.g., prefabrication) with respect to value creation. A strengths, weaknesses, opportunities, and threats analysis (SWOT), an influence/dependence map, and a causal loop diagram were developed to represent the supply chain. Local job creation and the number of buildings to build were identified as the key factors that can better represent the performance of the value creation. On the other hand, energy resources, the construction time, the type and amount of labour force, shipping constraints, the number of replacement parts, and waste disposal were identified as the main factors constraining the range of construction solutions to implement. Secondly, this project proposed a computational framework to identify the optimal modularity of piping to be assembled in residential buildings located in Nunavik. Initially, the algorithms were tested using a case study with 40 components of the glycol distribution network. For this case, the algorithm simultaneously minimizes the system installation cost and maximizes the local job creation by considering two possible prefabrication sites and constraints on weight, size, and collision. Fuzzy logic models and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) were used to evaluate configurations and identify non-dominated solutions. Subsequently, in order to consider another important facet of sustainable development, a third objective based on the minimization of CO₂ emissions related to the transportation of the modules by ships was added to the algorithms. In particular, for the case studied, the computational framework found solutions that reduce installation costs by up to 81.9%, generate up to 23.4 hours of local employment, but increase CO₂ emissions by up to 36.7%. Finally, the project adopted the computational framework to modularize the whole heat transfer fluid distribution network. In total, 627 components were considered. Some additional heuristics were included to reduce the search space, in order to consider particular constraints of the system and results previously found in the case study with 40 components. The computational framework developed contemplates, therefore, minimizing installation costs, maximizing local employment as well as the impact of modularization on greenhouse gas (CO₂) emissions. The range of solutions found generates between 225 hours and 536.8 hours of local employment related to plumbing and carpentry per unit to be built while reducing the current installation cost by 79% and 58%, respectively. However, CO₂ emissions can be increased by more than 2.8 times.