Ce travail étudie l'effet de la fibre de chanvre comme renfort pour les mousses de polyuréthane (PU). Dans un premier temps, la concentration de la fibre a été maintenue faible (0-10% en masse) pour comparer l'effet de la stratégie de mélange (agitateur mécanique vs mélange manuel). En particulier, un traitement de surface alcalin de la fibre de chanvre (dimensions fixes) a été réalisé pour améliorer les interactions fibre-matrice. Les meilleures conditions se sont révélées être une solution aqueuse à 5% de NaOH à 65 °C pendant 4 h. Ces conditions ont conduit à une résistance à la compression (27%) et un module (15%) plus élevés par rapport aux fibres non traitées lorsque la teneur en fibres était fixée à 5% en masse et pour une densité de mousse de l'ordre de 400 à 500 kg/m³. Ces résultats peuvent être utilisés pour produire des mousses PU renforcées sur une large gamme de densités et pour des applications de rembourrage et d'amortissement/absorption d'énergie. / This work investigates the effect of hemp fibre as a reinforcement for polyurethane (PU) foams. As a first step, the fibre content was kept low (0-10% wt.) to compare the effect of the mixing strategy (mechanical stirrer vs. hand mixing). In particular, an alkaline surface treatment of the hemp fibre (fixed dimensions) was performed to improve the fibre-matrix interactions. The best conditions were found to be a 5% aqueous solution of NaOH at 65 °C for 4 h. These conditions led to higher compressive strength (27%) and modulus (15%) as compared to untreated fibres when the fibre content was fixed at 5% wt. for a foam density in the range of 400 to 500 kg/m³. These results can be used to produce reinforced PU foams over a wide range of density for cushioning and energy damping/absorption applications.

La technique des goujons collés dans les structures bois allie performances mécaniques et esthétisme. Elle répond au besoin de conservation du bâti pour le domaine de la rénovation et au besoin d’assemblages de plus en plus rigides et résistants en construction neuve avec l’avènement des structures bois de grandes ampleurs et l’arrivée de nouveaux produits tels que le bois lamellé croisé (CLT). De nombreuses études de caractérisation mécanique ont été menées au cours de ces 35 dernières années. L’enquête menée auprès des professionnels et experts en vue de l’introduction de cette technique dans l’Eurocode 5 a néanmoins révélé des attentes et lacunes particulières vis-à-vis des connaissances sur le comportement des assemblages multi-tiges, le choix des adhésifs, le comportement à long terme du collage et les techniques de contrôle qualité. Les travaux de cette thèse, menés en collaboration entre l’université de Bordeaux et l’Université Laval (Québec, Canada), ont pour objectif d’apporter des réponses sur le comportement mécanique des adhésifs, et assemblages sous sollicitation thermique et d’initier les développements sur le comportement à long terme et les assemblages multi-tiges. Les principaux résultats sont issus de travaux expérimentaux et numériques valorisés sous la forme d’articles scientifiques. Les essais mécaniques dynamiques menés sur une colle polyuréthane (PUR) et une résine époxy (EPX) entre 30°C et 120°C mettent en avant des différences importantes de raideur et de dégradations entre les deux adhésifs. Exposés à la chaleur, les assemblages sont eux aussi affectés avec des pertes de raideur et de résistance dès 40°C, en amont de la température de transition vitreuse et de la dégradation des adhésifs. Amené à suivre le régime de température extérieur, l’assemblage doit par sa conception être isolé afin de prévenir les risques aux états limites de service (ELS) et aux états limites ultimes (ELU). Très peu de données sont disponibles dans la littérature sur le comportement à long terme des assemblages goujons collés. L’étude du fluage ajoute une dimension temporelle aux problématiques de raideur. La base de données expérimentales collectée dans ces travaux repose sur 12 campagnes d’essais de 1 à 2 mois en conditions climatiques régulées en température et humidité relative, ou variables (service classe 1). Chargement et climat influent sur le glissement, mais aussi sur la durée de vie. Si des disparités sont présentes entre EPX et PUR, les études menées à 20°C et 50°C révèlent à nouveau l’importance de prendre en considération la température, notamment aux ELS. L’étude en régime variable illustre de son côté la sensibilité du système aux variations de température et d’humidité. L’étude de la répartition des efforts en fonction de la raideur des goujons est choisie comme fil conducteur pour investiguer le passage vers des éléments multi-tiges. Un modèle 3D mono-tige aux éléments finis est tout d’abord développé pour prendre en compte l’orthotropie du bois et regarder l’influence du centre de moelle jusqu’à présent négligée. Par la suite ce modèle est étendu aux configurations multi-tiges afin de simuler différentes configurations d’essais. Un prototype d’essai de caractérisation mécanique des assemblages multi-tiges est finalement présenté. / Glued-in rods have successfully been used for connections or reinforcement of timber structures. With the development of tall and large timber buildings and new products such as Cross Laminated Timber (CLT), there is an increasing need for connections that provide high stiffness and strength. Timber connections using glued-in rods have a general aesthetic appeal, and take advantage of the structural adhesives that provide a high stiffness and load capacity. During the last 30 years, multiple applications have been developed for renovation and new construction. In parallel, numerous investigations have characterized the mechanical performance of these connections, but harmonized design rules are not available. A lack of knowledge on the multiple-rod connections, on the choice of adhesives, on long-term effects and on the control of quality is identified by a recent study and must be investigated before a new submission to Eurocode 5. This thesis is performed in the framework of collaboration between Université de Bordeaux (France) and Université Laval (Canada). Objectives are focused on the mechanical performance of adhesives and glued-in rod connections under elevated temperature, on the development of creep tests and the investigations of multiple-rod connections. This study combines experimental and finite element modelling results, which are presented in the form of scientific articles. A Dynamic Mechanical Analysis (DMA) on one polyurethane (PUR) and one epoxy (EPX) adhesives followed by static tensile tests on the connections with small-diameter steel glued-in rods have been conducted at different temperatures. High differences in stiffness are observed between the two adhesives. Glued-in rod connections with the EPX and PUR adhesives demonstrate significant losses of stiffness and resistance beyond 40°C, before the glass transition temperature of the adhesive. Following the outside temperature, connections must be insulated to prevent excessive slip and risk of failure at the Serviceability Limits State (SLS) and at the Ultimate Limit States (ULS). Few data on the long-term effects are available in the literature. In this work, 12 campaigns of creep tests, adding time effects to previous work, have been performed. Glued-in rod connections were tested during one to two months in a conditioning room where temperature and relative humidity were controlled or in a room with a variable climate representative of service class 1. Disparities were observed between EXP and PUR. Creep tests conducted at 20°C and 50°C revealed an important role of the temperature, particularly for SLS. Creep tests in variable climate illustrated the sensibility of connections to the temperature and humidity variations. The stiffness and stress distribution in multiple-rod connections were investigated. First, a 3D model was developed to observe the influence of the wood orthotropy on the stiffness and stress distribution in a connection with a single rod. Then, the model was extended to multiple-rod connections to simulate different loads and boundary conditions. Finally, a prototype of a connection with multiple glued-in rods was tested.

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.