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.

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

La forte concurrence sur le marché du bois de construction exige de la part des industriels de produire des matériaux très performants et à faible coût. Un nouveau produit se doit donc d’être encore plus performant et moins coûteux que les produits déjà établis sur le marché. On peut contrôler le facteur « coût » s’il est possible de se servir d’essences sous-utilisées et d’accéder à des usines existantes auxquelles il faudrait apporter peu de changements dans les procédés de fabrication. On peut contrôler le facteur « performance » en évaluant les différents paramètres qui déterminent les propriétés mécaniques et physiques du produit. Dans le cas des bois d’ingénierie destinés à la charpente, par exemple, voici quelques-uns des facteurs considérés : l’essence, la géométrie des lamelles et leur alignement, les adhésifs utilisés, ainsi que tous les paramètres de pressage. L’objectif de cette étude consiste à développer un produit composite structural à base de bois de haute résistance de type « oriented strand lumber » (OSL), fabriqué par collage de lamelles de bois sous pression. À cette fin, on a développé une stratégie de fabrication d’une poutre composite en utilisant des panneaux de lamelles orientées fabriqués à partir des essences disponibles dans l’Est du Canada. On a déterminé un procédé de pressage qui permet d’obtenir des profils de densité comparables pour le peuplier faux-tremble et le bouleau à papier. On a étudié les effets de l’essence, de la teneur en adhésif, de la longueur et de l’épaisseur des lamelles, ainsi que les effets de la surface spécifique et du coefficient d’élancement. En général, en respectant les mêmes paramètres de production, la performance des panneaux de peuplier est supérieure à celle des panneaux de bouleau. Une teneur en adhésif plus élevée améliore la cohésion interne, mais n’affecte pas les propriétés en flexion. On a également observé qu’une augmentation de la longueur des lamelles augmente les propriétés en flexion et qu’une diminution de l’épaisseur produit le même effet. En conséquence, les panneaux de peuplier faux-tremble avec des lamelles longues et minces pour une résistance à la flexion de 66,3 MPa et une rigidité en flexion sur rive de 13,5 GPa en flexion sur rive offrent la meilleure performance. En ce qui a trait à la surface spécifique, on a établi que l’usage des lamelles avec une surface spécifique similaire permet d’obtenir une performance en flexion comparable pour les deux essences. Le même coefficient d’élancement pour la même essence donne des résultats en flexion comparables ainsi qu’une augmentation du coefficient d’élancement, c’est-à-dire l’usage de lamelles plus longues ou de lamelles plus minces, améliore la performance. Finalement, on a fabriqué des poutres composites à partir de panneaux fabriqués selon les résultats des étapes précédentes et d’autres poutres à partir de panneaux de lamelles orientées (OSB) industriels utilisés pour l’âme des poutrelles en I . La performance en flexion sur rive des poutres laminées d’OSL a été supérieure à celle des poutres laminées d’OSB. La résistance en flexion moyenne d’OSL de peuplier et de bouleau, ajustée à une hauteur de 120 mm, a été estimée à 45,8 MPa et 51,4 MPa, respectivement. La comparaison avec TimberStrand® LSL (bois de lamelles stratifiées) et Solid Start® LSL, a démontré que les propriétés mécaniques du nouveau produit sont concurrentielles. / Intense competition on the construction material market forces the engineered wood product (EWP) industry to produce high-performance materials at low cost. Any new product must not only outperform established products, it must also be more cost efficient. Costs can be kept under control by making minor changes to the manufacturing process in existing mills and by exploiting currently under-utilized species. Performance can be controlled by manipulating different manufacturing parameters that influence the mechanical and physical properties of the final product. For engineered wood products, these factors include species, strand geometry and alignment, resin, and pressing parameters. The objective of this research was to develop a new oriented strand lumber (OSL) type EWP. To achieve this, a concept was developed for a laminated beam, using oriented strand panels made from species currently available in Eastern Canada. A pressing procedure was determined to obtain similar density profiles for aspen and paper birch. The influence of species, resin content, strand geometry, specific surface, and slenderness ratio were studied. Generally, aspen panels outperformed birch panels when using the same production parameters. A higher resin content increased the internal bond, but did not affect the bending properties. Bending properties could be improved by using longer or thinner strands. The best bending properties were therefore observed for panels made from long, thin aspen strands, with an average bending strength (MOR) of 66.3 MPa and a bending stiffness (MOE) of 13.5 GPa. It was shown that a comparable bending performance for both species could be achieved by using strands with a similar specific surface. Within a given species, maintaining the same slenderness ratio resulted in comparable bending properties, while increasing the slenderness ratio—i.e., using longer or thinner strands—improved performance. Based on these results, laminated OSL beams were produced using long, thin aspen and birch strand panels. In addition, laminated OSB beams were produced from commercial web-stock material. Small scale 3-ply OSL and 4-ply OSB beams were tested in edgewise bending, with OSL yielding superior results. The average MOR and shear corrected MOE values obtained for aspen OSL (52.0 MPa and 9.9 GPa respectively) and birch OSL (58.4 MPa and 10.6 GPa respectively) put both prototypes comfortably within the range required to compete with similar engineered wood products.

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.

Une étude de faisabilité de poutres en bois lamellé-collé a été menée en Guyane Française en utilisant les essences locales. Le but est de déterminer les paramètres de collage assurant la bonne résistance mécanique des assemblages par lamellation et par aboutage, nécessaires à la fabrication de poutres en bois lamellé-collé en climat tropical. Trois essences de bois abondantes de différentes densités ont été sélectionnées. Les adhésifs de types Mélamine-Urée-Formol et Résorcinol-Phénol-Formol ont été utilisées. Les paramètres de collage considérés sont : le grammage, le temps d’assemblage fermé et la pression.En utilisant les normes Européennes, plusieurs campagnes de tests ont été conduites sur des échantillons normalisés. Concernant le collage par lamellation, des tests élémentaires de délamination et de cisaillement des joints de colle ont été réalisés. Le test de délamination consiste en deux cycles d’immersion dans l’eau sous pression et de séchage, il induit de sévères variations d’humidité du bois susceptibles de créer des ouvertures des joints de colles. Le collage par aboutage est réalisé sur des poutres normalisées aboutées. Les entures sont obtenues grâce à un outillage standard communément utilisé pour les résineux. Les résultats ont mis en évidence l’influence des propriétés du bois et des paramètres de collage sur la résistance du joint et la résistance mécanique du produit. En effet, les paramètres du bois, tels que la densité, la rétractibilité et l’imprégnation, ont une forte influence sur le collage, en particulier sur la pression et le grammage nécessaires à la production d’un produit commercialisable. Il apparait qu’un bois de densité moyenne et poreux nécessite un grammage et une pression élevés comparé à un bois de densité élevée qui nécessite des valeurs moindres. Aussi, l’influence d’autres paramètres de fabrication, tels que le rabotage, l’encollage double face et simple face ainsi que l’épaisseur des lamelles, a été établie. Par contre il semblerait que le matériel communément utilisé pour l’aboutage des résineux n’est pas adapté aux feuillus tropicaux. En final, des paramètres de collage ont été validés pour la fabrication de lamellé-collé endémique en Guyane Française et une étude du coût de production d’une poutre lamellé-collé standard a identifié les conditions économiques d’une fabrication en Guyane Française. / A feasibility study of glued-laminated timber beams was carried out in French Guiana using local wood species. The aim of the study was to evaluate the gluing parameters that could ensure good mechanical properties for the manufactured glued-laminated beams in tropical climates. Three abundant wood species with different specific gravity were selected for the study. Melamine-Urea-Formaldehyde and Resorcinol-Phenol-Formaldehyde resins were used for gluing. The three gluing parameters considered are: adhesive spread rate, closing assembly time and gluing pressure.Using European standards, several laboratory tests were performed on normalized samples. The evaluation of a successful lamella’s gluing was done by using elementary tests of delamination and shearing. A delamination test consists of two cycles of water immersion at high pressure and drying which induces severe hygroscopic variation in wood thus causing joints opening. The finger-joints are made using a standard tool usually used for cutting softwoods. The performed tests revealed the influence of wood properties and the gluing parameters on the joint resistance and the mechanical properties of the product. Results show that wood properties such as specific gravity, shrinkage coefficient, and permeation, have a high degree of influence on the gluing step especially on the gluing pressure and on the adhesive spread rate needed to produce a commercial product. Furthermore, wood with medium specific gravity needs more adhesive and more pressure than the one with high specific gravity. Additionally, the effects of other manufacturing parameters, such as planning, double or simple side glue spreading and lamellae thicknesses, on the glue joint resistance were demonstrated. Finally, the common tools used for softwoods are not adapted to making the finger joints with tropical hardwoods.In conclusion, optimal gluing parameters for manufacturing glued-laminated timber beams in French Guiana were established and an economical study using standard glued-laminated timber beams revealed the economic conditions under which a successful manufacturing of these local beams can be implemented in French Guiana.

La construction de type commercial connait un nouvel engouement pour l’utilisation du bois comme matériau constituant la structure principale. Le développement de produits d’ingénierie tels le bois lamellé-collé et le bois lamellé-croisé (CLT) contribue de façon significative à cet essor. Ces produits permettent d’atteindre de nouvelles limites dans la réalisation de projets en bois. Toutefois, certains éléments empêchent la pleine réalisation de projets en panneaux CLT, notamment en ce qui concerne les assemblages. D’une part, les équations actuelles, permettant de déterminer la résistance en arrachement et en enfoncement dans le bois d’œuvre et dans le bois lamellé-collé, présentent certaines lacunes. D’autre part, aucune méthode n’est à l’heure actuelle présente dans l’édition 2009 de la norme canadienne sur les règles de calcul des charpentes en bois CSA O86-09 (2009) pour le calcul de la résistance à l’enfoncement et à l’arrachement du bois lamellé-croisé. Trois objectifs ont donc été établis dans le cadre du présent projet de recherche: -Développer une équation permettant de prédire la résistance à l’arrachement des connecteurs filetés dans le bois d’œuvre et lamellé-collé; -Évaluer la performance des équations décrivant la résistance à l’enfoncement des éléments en bois d’œuvre et lamellé-collé ainsi que la pertinence des variables incluses dans ces équations; et -Développer des équations permettant de calculer la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement de connecteurs utilisés dans les panneaux structuraux en bois lamellé-croisé. Suite aux résultats provenant d’essais réalisés sur le bois d’œuvre, lamellé-collé et lamellé-croisé à l’aide de tirefonds et de vis auto-taraudeuses, de nouvelles équations décrivant la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement seront proposées au comité technique CSA O86. Chacune des propositions inclura une étude d’impact permettant d’évaluer l’incidence, advenant de telles modifications dans la prochaine version de la norme CSA O86. / Commercial construction has witnessed a new enthusiasm in the use of timber as primary structural material. Engineered wood products such as glued-laminated timber and cross-laminated timber (CLT) play an important part in this development. These products allow wood construction to reach new heights. However, certain gaps in knowledge need to be filled to attain the full potential of wood construction, especially with regards to connections. First, current equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in sawn timber and glued-laminated timber are deficient. Secondly, no design methods are provided for dowel embedment strength or withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber in the 2009 edition of Canadian standard for engineering design in wood CSA O86-09 (2009). For these reasons, the goals of the research project are established in three main objectives: -Develop a design equation for withdrawal resistance for threaded fasteners in sawn timber and glued-laminated timber; -Evaluate the performance of dowel embedment equations for sawn timber and glued-laminated timber from different international standards, and determine the influence of variables on their accuracy; -Develop equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber. After the compilation of results and analysis of withdrawal and embedment tests with threaded fasteners on sawn timber, glued-laminated and cross-laminated timber, the most accurate design models for each product were proposed. Each proposal includes an impact study showing the influence of the proposed design models, in case of adoption in the next edition of the CSA O86 standard.

Depuis quinze ans, on recommence à construire en bois, et notamment en bois lamellé-collé (LC), pour répondre aux nouveaux challenges imposés par les problématiques de développement durable. Néanmoins, des problèmes de dégradations liés à l'humidité ou aux cycles d'humidification/séchage limitent le développement des ouvrages en bois. De ce fait, le suivi de l'humidité des ouvrages d'art en bois devient un enjeu crucial. Aujourd'hui, certaines solutions existent mais ne permettent pas un suivi local au niveau des lamelles du bois LC. Une telle solution permettrait d'améliorer la prédiction de la durée de vie des ouvrages. Suite à ce constat, nous avons proposé de transformer le bois LC en " structure intelligente " par intégration d'un système du suivi de l'humidité au niveau des lamelles, et ce, en tenant compte des principales contraintes de fabrication de ce matériau (faible épaisseur du joint collé, pression de collage importante, etc.). Pour ce faire, nous avons effectué une recherche bibliographique afin de sélectionner les méthodes de suivi pouvant répondre à ces contraintes. A l'issue de cette recherche, deux technologies se sont révélées intéressantes : les mesures électriques et les mesures ultrasonores. Plusieurs configurations de mesures ont été proposées et testées pendant ce travail de thèse. Par la suite, nous avons effectué des essais préliminaires pour s'assurer du bon fonctionnement de ces configurations de mesures, et ainsi vérifier le comportement des capteurs lors de la fabrication du bois LC. Puis, nous avons humidifié les échantillons en utilisant deux protocoles d'humidification différents afin de vérifier la faisabilité du suivi de l'humidité avec les capteurs intégrés. Les résultats montrent que l'ensemble des configurations de mesures sont opérationnelles pour suivre la variation de l'humidité dans les échantillons LC. De plus, pour les mesures électriques, nos résultats montrent que l'on peut adopter quasiment les mêmes modèles d'étalonnage pour le suivi de l'humidité par mesures résistives, quel que soit le type de capteurs utilisé. Qui plus est, il est possible de récupérer des informations complémentaires par la réalisation simultanée des mesures résistives et des mesures capacitives en utilisant les électrodes surfaciques. Concernant les mesures ultrasonores, nous avons obtenu les courbes de sensibilité en fréquence pour plusieurs familles de capteurs à film piézoélectrique. L'influence de la pression de collage et de la distance entre les capteurs sur les mesures électriques/ultrasonores a aussi été investiguée dans ces travaux. De futures études consisteront à utiliser ces configurations de mesures pour le suivi in situ dans les ouvrages, ainsi qu'à établir un lien entre la durabilité des structures LC et les cycles d'humidification/séchage afin de prédire la durée de vie résiduelle des ouvrages d'art en bois. / For fifteen years, we restart to construct with wood, and particularly with glulam to respond to the new challenges imposed by the issues of sustainable development. However, degradation issues related to moisture content (MC) or wetting/drying cycles limit the development of timber structures. As a result, the MC monitoring in timber structures becomes a critical issue. Today, several solutions exist but they do not allow a local monitoring in the lamellas of glulam. Such a solution would improve the prediction of the service life of timber structures. In the light of this observation, we proposed to transform glulam into "smart material" by embedding a MC monitoring system in the lamellas, and this, considering the major constraints of fabrication of this material (small glue line thickness, important bonding pressure, etc.). To achieve this, we have conducted a bibliographic research, in order to select the monitoring methods which can satisfy these constraints. According to this research, two technologies turn out to be interesting: the electrical measurements and the ultrasonic measurements. Several measurement configurations were proposed and tested in this PhD work. Thereafter, we conducted preliminary tests to make sure of the good functionality of these measurement configurations, and also to verify the behavior of sensors throughout the glulam fabrication process. Afterwards, we moistened the specimens with two different moistening protocols in order to verify the feasibility of MC monitoring with embedded sensors. Results showed that all the measurement configurations are operational for the MC monitoring in glulam specimens. Moreover, for electrical measurements, our results show that we can adopt almost the same calibration models for the MC monitoring by resistive measurements, no matter the type of sensors used. Furthermore, it is possible to obtain complementary information by the realization of the resistive and capacitive measurements at the same time, using surface electrodes. Regarding the ultrasonic measurements, we have obtained the sensibility curves in frequency of several families of piezoelectric film sensors. On the other hand, the influence of bonding pressure and of sensor distance on the electrical/ultrasonic measurements was also investigated in this study. Future studies will consist in using these measurement configurations to perform in situ monitoring in timber structures, and also to establish a link between the durability of glulam structures and the wetting/drying cycles in order to predict the service life of timber structures.

L'industrie mondiale de la construction représente près de 40 % des émissions annuelles de gaz à effet de serre, contribuant de manière significative à l'empreinte carbone de la planète et exerçant un impact indéniable sur les changements climatiques. Pour remédier à cette problématique, l'une des stratégies préconisées consiste à accroître l'utilisation du bois dans la construction des bâtiments. En tant que ressource renouvelable, le bois, exploité de manière durable au Québec, offre la possibilité de capturer temporairement du carbone dans les structures. Cet accroissement de l'utilisation du bois est possible grâce à une technologie innovante : le bois lamellé-croisé. Cette technologie est associée à deux avantages majeurs : une efficacité énergétique accrue et une réduction notable des déchets de chantiers. Cependant, les adhésifs utilisés dans la fabrication des panneaux de bois lamellé-croisé sont des adhésifs synthétiques qui, bien qu'efficaces pour les structures en bois, reposent largement sur l'utilisation de matériaux d'origine fossile, notamment le formaldéhyde, une substance classée comme cancérogène pour l'homme et les animaux par l'Organisation mondiale de la santé. Depuis 2021, des réglementations plus strictes ont été mises en place grâce au "Règlement sur les émissions de formaldéhyde provenant des produits de bois composite", en vertu de la Loi canadienne sur la protection de l'environnement. De plus, la nature non fusible et non recyclable des adhésifs pétrochimiques a un impact significatif sur la fin de vie du bois lamellé-croisé. Par conséquent, il devient impératif de développer des adhésifs biosourcés destinés à la construction en bois. Ce projet vise à résoudre ces problématiques en développant des adhésifs biosourcés adaptés aux produits d'ingénierie en bois, notamment le bois lamellé-croisé, afin d'améliorer leur empreinte environnementale. La stratégie choisie se concentre sur le développement d'adhésifs polyuréthane, composés d'un isocyanate et d'un polyol. Ces adhésifs, exempts de formaldéhyde, confèrent une durabilité exceptionnelle aux panneaux de bois par rapport aux adhésifs synthétiques, mais ils sont souvent préparés à partir de matières premières pétrosourcées. Dans le cadre de ce projet, différentes stratégies ont été élaborées et étudiées pour réduire la dépendance des adhésifs aux composés pétrosourcés tout en préservant les propriétés des adhésifs structurels. À cette fin, les protéines, en tant que macromolécules biologiques, ont été sélectionnées. Abondantes, non toxiques et renouvelables, les protéines sont également capables d'améliorer l'adhérence des adhésifs au bois. Dans la première phase de ce projet, des protéines ont été extraites de coproduits industriels québécois et intégrées à la formulation d'adhésifs polyuréthanes en remplacement du polyol, à différents taux de substitution. L'incorporation de protéines dans les formulations d'adhésifs polyuréthanes s'est avérée bénéfique pour les propriétés mécaniques des divers adhésifs. Ensuite, une substitution partielle de l'isocyanate par un isocyanate partiellement biosourcé a été réalisée, et cela en plus de la substitution du polyol. Cette étape s'est révélée critique pour les performances mécaniques, les impactant significativement, et a démontré l'importance de la structure de l'isocyanate. Enfin, une substitution majeure du polyol a été effectuée avec des protéines laitières. Cette démarche a conduit à la création d'un adhésif biosourcé, conformément à la certification BioPreferred® du ministère de l'Agriculture des États-Unis, qui présente une résistance mécanique améliorée et une meilleure résistance à la délamination par rapport à son homologue pétrochimique. De plus, cet adhésif biosourcé a démontré une capacité de biodégradation, contribuant ainsi à potentiellement améliorer le cycle de vie du bois lamellé-croisé. / The global construction industry accounts for almost 40% of annual greenhouse gas emissions, making a significant contribution to the planet's carbon footprint and exerting an undeniable impact on climate change. One of the recommended strategies for tackling this problem is to increase the use of wood in building construction. As a renewable resource, sustainably harvested wood in Quebec offers the possibility of temporarily capturing carbon in structures. This increase in the use of wood is made possible by an innovative technology: cross-laminated timber. This technology is associated with two major advantages: increased energy efficiency and a significant reduction in construction site waste. However, the adhesives used in the manufacture of cross-laminated wood panels are synthetic adhesives which, while effective for wood structures, rely heavily on the use of materials of fossil origin, including formaldehyde, a substance classified as a human and animal carcinogen by the World Health Organization. Since 2021, stricter regulations have been put in place thanks to the "Formaldehyde Emissions from Composite Wood Products Regulations" under the Canadian Environmental Protection Act. In addition, the non-fusible, non-recyclable nature of petrochemical adhesives has a significant impact on the end-of-life of cross-laminated timber. It is, therefore, imperative to develop bio-based adhesives for wood construction. This project aims to address these issues by developing biobased adhesives adapted to engineered wood products, particularly cross-laminated timber, to improve their environmental footprint. The chosen strategy focuses on the development of polyurethane adhesives, composed of an isocyanate and a polyol. These formaldehyde-free adhesives give wood panels exceptional durability compared with synthetic adhesives, but they are often prepared from petroleum-based raw materials. In this project, different strategies were developed and investigated to reduce the dependence of adhesives on petroleum-based compounds, while preserving the properties of structural adhesives. To this end, proteins, as biological macromolecules, were selected. Abundant, no toxic, and renewable, proteins are also capable of improving the adhesion of adhesives to wood. In the first phase of this project, proteins were extracted from Quebec industrial co-products and incorporated into polyurethane adhesive formulations to replace polyol, at different substitution rates. The incorporation of proteins into polyurethane adhesive formulations proved beneficial for the mechanical properties of the various adhesives. Next, a partial substitution of the isocyanate by a partially biobased isocyanate was carried out, in addition to the substitution of the polyol. This step proved critical for mechanical performance, significantly impacting it, and demonstrated the importance of isocyanate structure. Finally, a major polyol substitution was carried out with dairy proteins. This led to the creation of a biobased adhesive, in compliance with the US Department of Agriculture's BioPreferred® certification, with improved mechanical strength and better delamination resistance than its petrochemical counterpart. In addition, this biobased adhesive has been shown to biodegrade, which could help improve the life cycle of cross-laminated timber.