Les travaux de thèse visent à améliorer les connaissances sur le comportement parasismique des bâtiments à ossature en bois. Le comportement de ces bâtiments sous sollicitations sismiques est lié à celui de ses assemblages par connecteurs métalliques (pointes, vis, équerres, etc.). La modélisation numérique d'une telle structure s'appuie sur une démarche multi-échelles, afin de représenter les comportements locaux à l'échelle de l'ouvrage. Trois échelles sont définies. Échelle 1 : assemblages, échelle 2 : éléments de structure (mur, plancher, toiture), échelle 3 : bâtiment. A chaque échelle, une loi de comportement dédiée (hystérétique avec endommagement) permet la modélisation. Les calages ou validations s'appuient sur des campagnes d'essais expérimentaux. Diverses configurations de spécimen et divers chargements sont testés afin de construire une vaste base de données de résultats. Les essais sur les assemblages par connecteurs métalliques ont permis le calage du modèle numérique à l'échelle 1. Un modèle éléments finis (EF) détaillé de mur est validé expérimentalement en quasi-statique et en dynamique. Un modèle EF simplifié de mur (macro) permet de passer à l'échelle du bâti. Cet élément macro, calibré sur le modèle détaillé, permet de reproduire avec une précision satisfaisante le comportement dynamique d'un mur. L'assemblage d'éléments de murs (pleins ou avec ouverture) permet de tendre vers la modélisation tridimensionnelle d'une structure. Ce modèle numérique de structure permettra d'étudier, localement et globalement, le comportement parasismique des constructions à ossature bois afin de proposer des dispositifs constructifs et un dimensionnement adaptés à ces ouvrages en zone sismique.

Une mauvaise étanchéité à l’air dans un bâtiment peut entraîner des surconsommations énergétiques et poser un certain nombre de problèmes tels que l’apparition de moisissures dans les murs ou encore une mauvaise qualité de l’air intérieur. Les constructions à ossature bois sont particulièrement sujettes aux infiltrations d’air, d’où la nécessité de mieux comprendre ces phénomènes et leurs conséquences afin que ces bâtiments puissent respecter les normes d’étanchéité de plus en plus strictes. Cette étude contribue par plusieurs aspects et à différentes échelles à l’évaluation de l’impact des infiltrations d’air sur les performances d’un bâtiment.Les infiltrations d’air à travers l’enveloppe peuvent perturber le bon fonctionnement de la ventilation mécanique et augmenter les pertes thermiques. Cette problématique est d’abord traitée numériquement à l’échelle du bâtiment, avec l’étude d’une grande variété de maisons et de conditions météorologiques. Des modèles simplifiés applicables à tout niveau d’étanchéité ont été établis pour la prise en compte des infiltrations naturelles dans les calculs de débit total de ventilation. Une plus petite échelle est ensuite considérée pour l’étude de l’étanchéité à l’air, avec la caractérisation expérimentale de parois ossature bois, de matériaux et de détails de construction, notamment grâce à la construction d’un banc d’essai adapté. Un certain nombre de tests de pressurisation ont permis de quantifier les fuites d’air induites par des défauts d’étanchéité spécifiques et peuvent être utilisés pour les simulations numériques à l’échelle du bâtiment.L’impact des infiltrations d’air sur les performances hygrothermiques d’une paroi est intimement lié à la dispersion de l’air à l’intérieur de celle-ci, mais il y a actuellement un manque d’études et de techniques expérimentales pour la déterminer. Une nouvelle méthode a donc été développée, à savoir l’utilisation de microparticules de fluorescéine comme traceur à l’intérieur des isolants. L’établissement de cartographies de la concentration en fluorescéine a permis d’étudier l’impact de certains paramètres tels que la vitesse d’air, le matériau isolant ou encore la géométrie sur les infiltrations d’air, et a mis en évidence des phénomènes tels que l’apparition de lames d’air entre les composants de la paroi. Par ailleurs un modèle du transport des particules de fluorescéine a été développé et couplé à un modèle CFD pour des analyses plus fines du chemin de l’air.Enfin, une étude de cas a été effectuée sur des parois simplifiées afin de comparer les différentes méthodes expérimentales, de vérifier leur applicabilité à l’étude du chemin de l’air, et d’obtenir des données pour la validation de modèles numériques. La dispersion de l’air en entrée/sortie de l’isolant a été étudiée par thermographie infrarouge et PIV. Le chemin de l’air à l’intérieur de l’isolant a lui été étudié par 3 techniques : des mesures de température avec des thermocouples ; d’humidité relative avec des capteurs capacitifs SHT 75 ; et l’utilisation de microparticules de fluorescéine. Les avantages et inconvénients de chaque méthode ont été identifiés pour aider à sélectionner la plus adaptée pour de futures études. / Poor airtightness in buildings can lead to an over-consumption of energy and to many issues such as moisture damage and poor indoor climate. The timber frame constructions are particularly subject to air leakage and further knowledge in this field is needed to meet the regulation requirements tightened by the development of low-energy and passive houses. This study focuses on the impact of air infiltration on the buildings’ performance, both at the building and the wall assembly scales.The air infiltration through the envelope can disrupt the proper functioning of mechanical ventilation and increase the global energy load. This issue was first investigated numerically at the building scale on a wide range of housing and weather conditions. Simplified models working across the whole airtightness spectrum were established for the inclusion of natural infiltration in buildings’ total ventilation rate calculations. The airtightness was then considered at a smaller scale with the experimental characterization of timber frame wall assemblies, components and construction details, in particular with an original test set-up built for this purpose. A number of pressurization tests enabled to quantify the additional leakage air flow induced by specific airtightness defects and may be of use for building scale numerical simulations.The impact of air infiltration on the hygro-thermal performance of a wall is closely linked to the air dispersion inside it, but there is a lack of experimental studies and methods for the air path investigation. A new technique has therefore been developed, consisting in an innovative use of fluorescein micro-particles as tracer inside the insulation material. It was first applied to specific configurations: straight/angled air channels in contact with porous media. A simple analysis of the fluorescein concentration mappings enabled to investigate the impact of parameters such as the flow velocity, the insulation material and the geometry on the air infiltration in the glass wool, and gave evidences of phenomena such as the appearance of thin air gaps between the components of the wall. A fluorescein transport model was developed and coupled to a CFD model for finer analysis.Finally a case study on simple wall assemblies was carried out to compare experimental techniques, to verify their applicability to the air path study and to provide data for possible numerical model validation. The air dispersion at the inlet/outlet of the insulation was studied with both infrared thermography and the PIV. The air path inside the insulation layer was investigated using three experimental approaches: a temperature monitoring with thermocouples; a relative humidity monitoring with capacitive sensors SHT 75; and the use of fluorescein tracer micro-particles. The respective benefits and limitations of the various methods were identified to help in the selection of the most appropriate one for further studies.

Les travaux de thèse visent à améliorer les connaissances sur le comportement parasismique des bâtiments à ossature en bois. Le comportement de ces bâtiments sous sollicitations sismiques est lié à celui de ses assemblages par connecteurs métalliques (pointes, vis, équerres, etc.). La modélisation numérique d'une telle structure s'appuie sur une démarche multi-échelles, afin de représenter les comportements locaux à l'échelle de l'ouvrage. Trois échelles sont définies. Échelle 1 : assemblages, échelle 2 : éléments de structure (mur, plancher, toiture), échelle 3 : bâtiment. A chaque échelle, une loi de comportement dédiée (hystérétique avec endommagement) permet la modélisation. Les calages ou validations s'appuient sur des campagnes d'essais expérimentaux. Diverses configurations de spécimen et divers chargements sont testés afin de construire une vaste base de données de résultats. Les essais sur les assemblages par connecteurs métalliques ont permis le calage du modèle numérique à l'échelle 1. Un modèle éléments finis (EF) détaillé de mur est validé expérimentalement en quasi-statique et en dynamique. Un modèle EF simplifié de mur (macro) permet de passer à l'échelle du bâti. Cet élément macro, calibré sur le modèle détaillé, permet de reproduire avec une précision satisfaisante le comportement dynamique d'un mur. L'assemblage d'éléments de murs (pleins ou avec ouverture) permet de tendre vers la modélisation tridimensionnelle d'une structure. Ce modèle numérique de structure permettra d'étudier, localement et globalement, le comportement parasismique des constructions à ossature bois afin de proposer des dispositifs constructifs et un dimensionnement adaptés à ces ouvrages en zone sismique. / This research aims at a better understanding of the vulnerability of timber-frame buildings against earthquakes. The behavior of these structures under seismic loading relies on their joints with metal fasteners (nails, screws, 3 dimensionnal connections, etc.). The numerical modeling of such a structure is based on a multi-scale approach, which allows to take into account the local behaviors at the structural scale. Three scales are defined: Scale 1: joints, scale 2: structural elements (shear walls, floors, roofs), scale 3: buildings. At each scale, a behavior law (hysteretic with damage) is used. The calibrations or validations are based on experimental tests. Tests on joints with metal fasteners are used to calibrate the numerical model at scale 1. A detailed finite elements (FE) model of shear wall is developped and its predictions are confronted to quasi-static and dynamic experimental results for validation. A simplified FE model of shear wall (macro element) is used to generate a numerical model at the building scale. This macro element, calibrated on the detailed FE model, accurately reproduces the dynamic behavior of a shear wall despite its simplicity. The numerical model of timber-frame buildings will be used to study, locally and globally, their behavior against earthquake in order to propose construction details and design adapted to these structures in seismic areas.

Ce mémoire présente les travaux de thèse visant à étudier le comportement parasismique des éléments de murs à ossature en bois aux travers d’approches expérimentales et du développement d’une méthodologie d’application de méthodes basées sur la performance sismique. Les approches expérimentales sont constituées de trois campagnes d’essais : (1) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle d’assemblages agrafés et pointés, (2) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle de l’élément de mur à ossature en bois et (3) une série d’essais dynamiques sur table vibrante. La base de données constituée par les résultats d’essais permet alors l’examen des propriétés de résistance et de raideur des éléments de murs suivant les conditions de sollicitation (vitesse d’essai, chargement vertical). Le développement d’une modélisation à l’échelle macro du comportement cyclique et dynamique de tels éléments est également proposé à l’aide de modèles de loi de comportement hystérétiques. Une méthodologie d’application aux structures à ossature bois de méthodes basées sur la performance sismique (méthode N2 et MPA) ainsi qu’une analyse de vulnérabilité - construction de courbes de fragilité - à l’aide de la méthode N2 sont proposées. / This thesis presents a study of the seismic behavior of light timber frame walls with stapled and nailed sheathings through experimental approaches and the development of a methodology for the application of seismic performance-based methods. The experimental approaches consist of three test campaigns: (1) a series of static tests on stapled and nailed connections, (2) a series of static tests performed on light timber frame walls and (3) a series of dynamic tests performed on light timber frame walls on a vibrating table. The database consists of these test results then allows the examination of strength and stiffness properties of the wall elements according to the stress conditions (strain rate, vertical load). The development of a macro-scale modeling of the cyclic and dynamic behavior of such elements is also proposed using constitutive law models. A framework of the application to light timber frame structures of seismic performance-based methods based (N2 method and MPA method) and a vulnerability analysis - fragility curves - using the N2 method are proposed.