Cette étude s’intéresse à la façon dont l’enveloppe du bâtiment s’est développée au Québec depuis l’industrialisation des procédés de construction, soit vers le milieu du XIXe siècle, jusqu’à nos jours. L’étude cherche à recenser l’ensemble des critères, de nature technique, social, historique, économique ou autre, qui influencent nos façons de penser, de construire et d’entretenir l’enveloppe, et ultimement nos approches d’intervention. Ce travail comporte trois volets principaux. La première partie vise à définir le contexte de la conservation en lien avec les enjeux liés à l’enveloppe du bâtiment. Une recherche documentaire a été pas la suite réalisée autant dans des ouvrages à propension théorique que dans d’autres plus techniques, pour comprendre comment est traitée l’enveloppe, ici et ailleurs. Enfin une synthèse de l’ensemble des études devait permettre de dégager la façon dont l’enveloppe du bâtiment est comprise, diagnostiquée et traitée dans le cadre de la réhabilitation des édifices. Les résultats de ce mémoire confirment que plusieurs facteurs influencent la conception et la réalisation de l’enveloppe. Ils confirment surtout que ces facteurs sont peu tenus en compte dans la cadre actuel de la conservation. Il est souhaitable que la réflexion entamée dans ce projet de recherche puisse se poursuivre, en vue de développer un outil d’accompagnement pour les professionnels spécialisés dans ce domaine. Mots-clés : Enveloppe, identité, histoire, matériau, système, assemblage, façade, performance, conservation, réhabilitation. Envelope, enclosure, identity, history, component, system, assembly, facade, performance, conservation, refurbishment, rehabilitation.

Dans une société où les enjeux environnementaux sont devenus primordiaux et où les normes de construction durable sont de plus en plus exigeantes, la quête de matériaux innovants et écologiques pour les enveloppes de bâtiments est cruciale. Les matériaux biosourcés, notamment ceux à base de bois, sont perçus comme un remède universel à l'atténuation du potentiel de réchauffement climatique du secteur de la construction. Or, la ressource forestière est limitée et elle ne pourra pas répondre à tous nos besoins futurs. Les panneaux ondulés à base de bois se présentent comme une solution prometteuse pour relever ces défis, offrant la possibilité de concilier performance structurelle, durabilité et efficacité énergétique. Face à cette dynamique, cette thèse s'inscrit dans une démarche visant à explorer le potentiel des panneaux ondulés dans le domaine de la construction, en mettant l'accent sur leur caractérisation, la conception de solutions d'enveloppe et leur évaluation. En partenariat avec l'entreprise Corruven Inc., cette thèse commence par une analyse approfondie des propriétés hygrothermiques des panneaux ondulés à base de bois, fournissant ainsi une base solide pour la recherche ultérieure. Les résultats obtenus pour les gammes de panneaux CorrPack 1902, CorrShield 1904 et CorrShield 1910 Polyback permettent de mieux comprendre les avantages et les limites de ces matériaux par rapport aux options conventionnelles. Par exemple, les panneaux ondulés se distinguent par leurs formes, mais leurs performances hygrothermiques sont comparables à celles des matériaux traditionnels. Ces caractéristiques ouvrent la voie à de nouvelles possibilités de conception dans le domaine de la construction d'enveloppes de bâtiments. Forte de ces connaissances, cette thèse adopte une approche de conception itérative pour développer des solutions d'enveloppes de bâtiments innovantes. En intégrant des considérations hygrothermiques, mécaniques et architecturales, cette phase de recherche vise à repousser les limites des systèmes légers d'enveloppes traditionnelles. Les solutions PISOND et PISOND-D proposées offrent ainsi une alternative prometteuse, ouvrant la voie à des bâtiments plus durables et performants. Ces prototypes développés démontrent une meilleure résistance à l'indice de croissance des moisissures et une performance accrue sur d'autres critères comme l'épaisseur, le temps de fabrication, la quantité de matériaux déclassée, etc. par rapport aux enveloppes conventionnelles. Une part significative de l'étude est aussi consacrée à l'évaluation de la performance mécanique des prototypes développés. En se concentrant sur des aspects tels que la résistance à la compression et au cisaillement, cette évaluation permet de valider l'applicabilité des enveloppes fabriquées à partir de panneaux ondulés. Cependant, elle identifie également des domaines nécessitant des améliorations, notamment en ce qui concerne l'interface de collage et leurs comportements mécaniques. Ces résultats mettent en lumière les forces et les faiblesses des prototypes, fournissant ainsi des pistes pour des recherches futures visant à optimiser leur performance. En conclusion, cette thèse ouvre de nouvelles perspectives dans l'utilisation des panneaux ondulés à base de bois pour la construction d'enveloppes de bâtiments durables. Malgré les progrès réalisés, des défis subsistent, tels que l'amélioration de la résistance à l'humidité et la stabilité dimensionnelle des panneaux ondulés ou la résistance des interfaces de collage et le comportement mécanique des prototypes. Des recherches futures devraient donc se concentrer sur ces aspects, mais aussi sur l'analyse du cycle de vie des prototypes pour une approche plus holistique de leurs impacts environnementaux. L'étude de nouvelles applications potentielles, telles que l'utilisation des panneaux ondulés dans les planchers et les toitures ainsi que l'examen de leur performance dans diverses conditions environnementales ou selon différents types d'ouvertures représentent également des voies de recherche prometteuses pour l'avenir. Leurs industrialisations seront finalement des aspects à explorer pour une adoption plus large de ces solutions innovantes dans l'industrie de la construction. / In a society where environmental issues have become paramount and sustainable construction standards are increasingly demanding, the quest for innovative, eco-friendly materials for building envelopes is crucial. Biobased materials, especially wood-based ones, are seen as a universal remedy for mitigating the global warming potential of the construction sector. However, forest resources are limited and cannot meet all our future needs. Corrugated wood-based panels are a promising solution to these challenges, possibly reconciling structural performance, sustainability, and energy efficiency. Given this dynamic, this thesis explores the potential of corrugated panels in the construction field, focusing on their characterization, the design of envelope solutions, and their evaluation. This thesis, in partnership with Corruven Inc., begins with an in-depth analysis of the hygrothermal properties of corrugated wood-based panels, providing a solid basis for further research. The results obtained for the CorrPack 1902, CorrShield 1904, and CorrShield 1910 Polyback panel ranges provide a better understanding of the advantages and limitations of these materials compared with conventional options. For example, corrugated panels are distinctive in shape, but their hygrothermal performance is comparable to that of conventional materials. These characteristics open up new design possibilities in building envelope construction. Building on this knowledge, this thesis adopts an iterative design approach to develop innovative building envelope solutions. By integrating hygrothermal, mechanical, and architectural considerations, this research phase aims to push back the limits of traditional lightweight envelope systems. The proposed PISOND and PISOND-D solutions offer a promising alternative, paving the way for more sustainable, high-performance buildings. Compared with conventional envelopes, the prototypes developed demonstrate better resistance to mold growth index and improved performance on other criteria such as thickness, manufacturing time, the quantity of material downgraded, etc. A significant part of the study is also devoted to assessing the mechanical performance of the prototypes developed. Focusing on compressive and shear strength, this evaluation validates the applicability of envelopes made from corrugated panels. However, it also identifies areas requiring improvement, particularly with regard to the bonding interface and its mechanical behaviors. These results highlight the prototypes' strengths and weaknesses, providing avenues for future research aimed at optimizing their performance. In conclusion, this thesis opens up new perspectives on using wood-based corrugated panels to construct sustainable building envelopes. Despite progress, challenges remain, such as improving the moisture resistance and dimensional stability of corrugated panels, the strength of bonding interfaces, and the mechanical behavior of prototypes. Therefore, Future research should focus on these aspects and life-cycle analysis of prototypes for a more holistic approach to their environmental impact. Studying potential new applications, such as using corrugated panels in floors and roofs and examining their performance under various environmental conditions or different types of aperture, also represent promising avenues for future research. Their industrialization will ultimately be aspects to be explored for broader adoption of these innovative solutions in the construction industry.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 mars 2024) / L'objectif principal de cette recherche est d'évaluer l'impact environnemental et le comportement hygrothermique d'une enveloppe de bâtiment en BLC utilisant des matériaux biosourcés. L'étude compare des murs avec ou sans membrane pare-air, des panneaux de fibres de bois ou une isolation en laine de roche. Les murs ont été soumis à des essais statiques et dynamiques dans une chambre climatique, où des capteurs de température et d'humidité relative ont été installés à travers les murs. Les résultats ont montré que l'isolation en fibres de bois a une humidité relative plus faible et une température similaire à celle de l'isolation en laine de roche, et que la membrane pare-air réduit le transfert d'humidité et augmente la température à travers le mur. L'isolation en fibres de bois agit également comme un tampon d'humidité, retardant la migration de l'humidité à travers l'enveloppe. Les analyses du cycle de vie ont montré que le revêtement métallique a le plus fort impact sur le réchauffement climatique, suivi par les types d'isolation. L'isolation en fibres de bois a un impact similaire à celui de l'isolation en laine de roche, sauf pour l'eutrophisation, où la laine de roche a un impact plus faible. La membrane pare-air avait un faible impact, mais elle empêchait le mur en BLC d'être entièrement recyclé. Le carbone biogénique stocké dans le BLC et l'isolation en fibres de bois réduisait le potentiel de réchauffement global des murs. Cette étude suggère que l'isolation en fibres de bois pourrait être utilisée pour réduire les variations d'humidité et qu'une membrane pare-air est parfois nécessaire selon l'isolation utilisée. / The main objective of this research is to evaluate the environmental impact and the hygrothermal behavior of a building envelope made of CLT using bio-based materials. The study compares walls with or without an air barrier membrane, wood fiber panels or rock wool insulation. The walls were subjected to static and dynamic tests in a climatic chamber, where temperature and relative humidity sensors were installed through the walls. The results showed that the wood fiber insulation had a lower relative humidity and a similar temperature to the rock wool insulation and that the air barrier membrane reduced the moisture transfer and increased the temperature across the wall. The wood fiber insulation also acted as a moisture buffer, delaying moisture migration through the envelope. The life cycle analyses showed that the metal cladding had the highest impact on global warming, followed by the types of insulation. The wood fiber insulation had a similar impact to the rock wool insulation, except for eutrophication, where the rock wool had a lower impact. The air barrier membrane had a low impact but prevented the CLT wall from being fully recycled. The biogenic carbon stored in the CLT and the wood fiber insulation reduced the global warming potential of the walls. This study suggests that the wood fiber insulation could be used to reduce humidity variations and that an air barrier membrane is sometimes necessary depending on the insulation used.

Les configurations des enveloppes et des fenêtres des bâtiments nordiques doivent répondre aux exigences du bien-être photobiologique et psychologique des occupants par des relations positives efficaces avec la nature subarctique. Les enveloppes de bâtiments existant dans les climats (sub)arctiques du nord du Canada n'ont pas encore permis d'établir des connexions efficaces entre l'intérieur et l'extérieur afin d'aborder les relations positives entre les humains et la nature et le bien-être photobiologique et psychologique. Des connexions intérieures-extérieures efficaces indiquent une connectivité optimale de l'intérieur avec la nature subarctique extérieure répondant au bien-être des occupants et aux besoins énergétiques. Les relations positives des occupants avec la nature subarctique correspondent à des avantages maximums et des risques minimums des climats nordiques extrêmes pour le bien-être photobiologique-psychologique. L'objectif général de cette thèse est de favoriser les relations positives des occupants avec la nature subarctique au moyen de connexions efficaces entre l'intérieur et l'extérieur qui pourraient répondre aux facteurs de bien-être biophiliques et photobiologiques liés à la lumière du jour et aux photopériodes. Dans ce but, un modèle fondamental d'enveloppe de bâtiment adaptative à haute performance est développé comme une solution architecturale qui pourrait optimiser les connexions intérieur-extérieur et les principaux indicateurs biophiliques et photobiologiques. La thèse visait spécifiquement à articuler une approche photobiologique du design biophilique dans les climats nordiques extrêmes qui permet d'établir un cadre conceptuel et de design pour développer des enveloppes de bâtiments. La thèse visait également à identifier les lacunes des enveloppes de bâtiment existantes dans le Grand Nord du Canada ainsi que des systèmes d'enveloppes adaptatives existants en termes d'indicateurs biophysiques-photobiologiques. Les principaux éléments architecturaux des enveloppes adaptatives, notamment la configuration des fenêtres et les caractéristiques de surface des systèmes d'ombrage, en particulier la couleur et la réflectance, sont étudiés pour répondre aux besoins biophiles-photobiologiques des occupants du Nord. Les méthodologies de la thèse comprennent une revue de la littérature pour discuter des directives récentes de design biophilique, de l'éclairage photobiologique et des études de connectivité avec la nature par rapport aux climats subarctiques, en particulier la lumière du jour et les photopériodes. Des méthodes numériques et expérimentales ont été intégrées pour évaluer les performances biophiliques, d'éclairage photobiologique, thermiques et énergétiques des systèmes d'enveloppe pour une étude de cas d'un bureau open-plan dans le nord du Canada. Des méthodes expérimentales avec des modèles à l'échelle physique, des images à haute gamme dynamique et des techniques de post-traitement ont été utilisées pour capturer, calculer et visualiser les paramètres d'éclairage photobiologique. L'impact des caractéristiques des panneaux d'ombrage (SP) sur les performances d'éclairage photobiologique a été étudié par l'expérimentation d'environ 40 prototypes à l'échelle 1:50 et 23 prototypes à l'échelle 1:10 sous un ciel dégagé/couvert avec un éclairage naturel réel/artificiel. Des modèles numériques ont été développés pour évaluer les caractéristiques biophiques et thermiques/énergétiques des systèmes d'enveloppe. Les résultats de la thèse comprennent un cadre théorico-conceptuel du design photobiologique - biophilique qui identifie les relations positives des occupants avec la nature subarctique à travers les enveloppes. Des scénarios d'adaptation de l'éclairage photobiologique intégrés aux exigences thermiques ont été élaborés, qui permettent de répondre aux besoins photobiologiques horaires/saisonniers des occupants du Nord dans des bâtiments différents. Les lacunes des enveloppes à une peau typique du Nord du Canada et des enveloppes à plusieurs peaux avec des profondeurs d'espaces intermédiaires/cavités et des tailles de fenêtre différentes ont été spécifiquement évaluées en termes des indicateurs biophiliques, photobiologiques et thermiques. Un modèle fondamental d'enveloppes adaptatives à haute performance est proposé pour les bâtiments du Nord, qui comprend une taille de fenêtre optimale, un système d'ombrage dynamique coloré et isolé, et un système de buffer thermique constitué d'une peau extérieure en verre. Les performances d'éclairage photobiologique des configurations des SP, incluant la couleur, la réflectance, l'orientation, l'inclinaison, la densité, la taille, l'ouverture et la position à la fenêtre, ont été caractérisées. Les résultats des élévations expérimentales/numériques montrent que l'enveloppe adaptative proposée pourrait offrir des connexions intérieures-extérieures efficaces qui répondent aux besoins photobiologiques-psychologiques et aux exigences énergétiques des occupants du Nord. Les résultats de la thèse pourraient informer les architectes et les responsables politiques sur les possibilités que les enveloppes adaptatives et les cadres photobiologiques-biophiles offrent pour améliorer le bienêtre du public et l'efficacité énergétique dans les climats nordiques. Les principaux enjeux des futurs développements des bâtiments biophiliques adaptatifs dans les climats nordiques ont également été soulignés, notamment en matière d'analyses du cycle de vie et d'études socioculturelles. / Sub-Arctic building envelope configurations must address occupants' photobiological-psychological wellbeing through positive relationships with the outdoor sub-Arctic nature. Existing building envelopes in Northern Canada's (sub-)Arctic climates have not, yet, enabled efficient indoor-outdoor connections to address positive human-nature relationships and photobiological-psychological wellbeing. Efficient indoor-outdoor connections indicate optimum connectivity of indoors with Northern climates in terms of occupants' wellbeing and energy factors. Positive occupants' relationships with the sub-Arctic nature refer to maximum benefits and minimum risks of the extreme cold weather and strong photoperiod of Northern climates for photo-biological and psychological wellbeing. The general objective of this dissertation is to foster positive occupants' relationships with sub-Arctic nature by enabling efficient indoor-outdoor connections which could respond to biophilic and photobiological wellbeing factors related to daylighting and photoperiods. To this end, a fundamental model of adaptive high-performance building envelopes is developed as an architectural solution which could optimize indoor-outdoor connections and main biophilic and photobiological indicators. The dissertation specifically aimed at articulating a photobiological approach to biophilic design in extreme Northern climates which enables establishing a conceptual and design framework to develop building envelopes. The thesis also focused on identifying the shortcomings of existing Canadian Northern building envelopes as well as existing adaptive envelope systems in terms of biophilicphotobiological indicators. Main architectural elements of adaptive envelopes including window configuration and surface characteristics of shading systems, in particular color and reflectance, are explored to respond to Northern occupants' biophilic-photobiological needs. The thesis methodologies include a scoping literature review to critically discuss recent biophilic design guidelines, photobiological lighting, and nature connectedness/relatedness studies in relation to sub-Arctic climates, especially daylighting and photoperiods. Numerical and experimental methods were integrated to evaluate biophilic, photobiological lighting, thermal and energy performance of envelope systems for a case study of an open-plan office in Northern Canada. Experimental methods with physical scale models, high dynamic range imagery and post-processing techniques were employed to capture, compute, and visualize photobiological lighting parameters. Impacts of shading panels' (SPs) characteristics on photobiological lighting performance were explored by experimenting approximately 40 1:50-scale prototypes and 23 1:10-scale prototypes under clear/overcast skies with actual/artificial daylighting. Numerical models were developed to evaluate biophilic and thermal/energy performance of envelope systems. Dissertation outcomes include a theoretical-conceptual framework of photobiological-biophilic design which characterizes positive occupants' relationships with the sub-Arctic nature through envelopes. Photobiological lighting adaptation scenarios integrated with thermal requirements were developed which could address hourly/seasonal photobiological needs of Northern occupants in different buildings. Deficiencies of typical single-skin envelopes in Northern Canada and multi-skin envelopes with different depths of intermediate spaces/cavities and window sizes were specifically evaluated in terms of biophilic, photobiological lighting and thermal indicators. A fundamental model of adaptive high-performance envelopes is proposed for Northern buildings which includes an optimum window size, a dynamic-colored-insulated shading system, and a thermal buffer system made of a glazing exterior skin. Photobiological lighting performance of SPs' configurations, including color, reflectance, orientation, inclination, density, size, openness, and position at the window, were characterized. Results of experimental-numerical elevations reveal that the proposed adaptive envelope could offer efficient indoor-outdoor connections which respond to Northern occupants' photobiological-psychological needs and energy requirements. Dissertation outcomes could enlighten architects and policymakers about potentials of adaptive envelopes and integrative photobiological-biophilic frameworks to improve public wellbeing and energy efficiency in Northern climates. Major issues for future developments of adaptive biophilic buildings in Northern climates were also outlined including life cycle assessments and sociocultural studies.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'enveloppe du bâtiment comprends un enchaînement de matériaux permettant de remplir les fonctions nécessaires pour assurer la durabilité et l'efficacité énergétique des bâtiments. Dans un climat froid comme le Canada, la concentration en vapeur d'eau à l'intérieur des bâtiments est plus élevée que dans l'environnement extérieur, ce qui entraîne une migration de l'humidité à travers le mur du bâtiment. Par conséquent, une membrane devrait être installée dans l'enveloppe du bâtiment pour contrôler la transmission de l'humidité. Les membranes conventionnelles sont principalement des matériaux fossiles qui peuvent avoir plusieurs impacts négatifs sur l'environnement. La présente thèse, divisée en trois axes, a été consacrée au développement de membranes entièrement biosourcées pour l'application de l'enveloppe du bâtiment à partir de biopolymères et de microfibres de cellulose (CMF). Pour améliorer la dispersibilité des CMF dans la matrice polymère, trois méthodes de modification ont été conduites. Le premier axe s'est concentré sur la modification hydrophile des CMF avec du polyéthylène glycol (PEG). Dans le deuxième axe, les CMF ont été modifiées avec de l'acide lactique (LA) via une réaction d'estérification, et l'impact environnemental des membranes développées a été étudié. Enfin, au cours du troisième axe, des membranes pare-vapeur à structure sandwich ont été développées à partir de biopolymères et de CMF modifiées par sol-gel, et leurs propriétés mécaniques et barrières ont été étudiées avant et après vieillissement accéléré. Dans le premier axe, les résultats ont montré que l'utilisation du compatibilisant PEG améliorait la dispersion des fibres de cellulose dans la matrice d'acide polylactique (PLA). L'analyse thermogravimétrique a montré que l'ajout de CMF modifiées augmentait la stabilité thermique des matériaux. De plus, la perméabilité à la vapeur d'eau des membranes à base de PLA développées a été améliorée en ajoutant des CMF modifiées dans la matrice de PLA. Au cours du deuxième axe, des membranes pare-vapeur ont été fabriquées à partir de PLA et de CMF modifiées avec du LA. Les résultats ont indiqué que l'adhérence interfaciale entre les fibres modifiées et le PLA s'est améliorée après la modification. Selon les résultats des tests de traction, les membranes à base de PLA développées ont montré des propriétés mécaniques et des performances de barrière supérieures à celles des composites PLA/CMF non traitées. De plus, l'impact environnemental du composite préparé a été étudié avec un outil d'évaluation de cycle de vie et les résultats ont démontré que l'incorporation de CMF dans le PLA réduisait le potentiel de réchauffement climatique des matériaux. Pour le troisième axe, une membrane à structure sandwich a été réalisée pour une application de pare-vapeur. Dans cette membrane, les couches superficielles sont des feuilles de polyhydroxyalcanoate (PHA) et la couche intermédiaire est un composite à base de PLA renforcé avec des CMF modifiées par sol-gel. Selon les résultats obtenus, les CMF modifiées présentaient un caractère hautement hydrophobe (valeur d'angle de contact d'environ 118 ˚) et elles étaient dispersées de manière homogène dans la matrice PLA. En ce qui concerne les propriétés mécaniques, l'incorporation de fibres dans les composites sandwich a augmenté les valeurs du module d'Young et de résistance à la traction des membranes. La perméabilité à la vapeur d'eau des composites sandwich a augmenté avec l'ajout de fibres de cellulose. Cependant, les composites renforcés avec les CMF modifiées ont montré des performances de barrière supérieures à celles des CMF non traitées. De plus, un test de durabilité a été réalisé pour déterminer l'effet du vieillissement accéléré sur les propriétés des composites sandwich. Les résultats ont démontré que les propriétés mécaniques et barrières des composites incorporés avec des CMF non traitées ont diminué après vieillissement accéléré, alors que les composites renforcés avec des CMF modifiées par sol-gel ont connu le moins de changement. / The building envelope involves a sequence of materials to fulfill the functions necessary for good sustainability and energy efficiency of buildings. In a cold climate like Canada, the water vapor concentration inside buildings is higher than in the exterior environment, leading to moisture flow through the building wall. Therefore, a membrane should be installed in the building envelope to control the transmission of moisture. Conventional membranes are mainly fossil-based materials that can have several negative impacts on the environment. The present thesis, divided into three axes, was dedicated to the development of fully bio-based membranes for building envelope application from biopolymers and cellulose microfibers (CMF). To improve the dispersibility of CMF in the polymer matrix, three modification methods were conducted. The first axis was focused on the hydrophilic modification of CMF with the polyethylene glycol (PEG) compatibilizer. In the second axis, CMF was modified with lactic acid (LA) via an esterification reaction, and the environmental impact of developed membranes was studied. Finally, during the third axis, sandwich-structured vapor barrier membranes were developed from biopolymers and sol-gel modified CMF, and their mechanical and barrier properties were investigated before and after artificial aging. In the first axis, the results showed that the utilization of PEG compatibilizer improved the dispersion of cellulose fibers in the PLA matrix. The thermogravimetric analysis illustrated that the addition of modified CMF increased the thermal stability of materials. Moreover, the water vapor permeability of developed PLA-based membranes was enhanced by adding modified CMF into the PLA matrix. During the second axis, vapor barrier membranes were fabricated from PLA and LA-modified CMF. The results indicated that the interfacial adhesion between modified fibers and PLA improved after the modification. According to the tensile test results, the developed PLA-based membranes showed superior mechanical properties and barrier performance than the PLA/untreated CMF composites. Additionally, the environmental impact of the prepared composite was studied by the life cycle assessment tool, and results demonstrated that the incorporation of CMF into PLA reduced the global warming potential of materials. For the third axis, a sandwich-structured membrane was produced for the vapor barrier application. In this membrane, the surface layers are sheets of polyhydroxyalkanoate (PHA), and the interlayers are PLA-based composites reinforced with sol-gel modified CMF. According to the obtained results, the modified CMF exhibited a highly hydrophobic characteristic (contact angel value of about 118 ˚), and they were homogeneously dispersed in the PLA matrix. Regarding the mechanical properties, the incorporation of bio-fillers into sandwich composites increased the values of tensile modulus and strength of membranes. The water vapor permeability of sandwich composites increased with the addition of cellulose fibers; however, the composites reinforced with the modified CMF showed superior barrier performance than that of untreated CMF. In addition, a durability test was performed to determine the effect of artificial aging on the properties of sandwich composites. The results demonstrated that the mechanical and barrier properties of composites incorporated with untreated CMF decreased after the artificial aging, whereas the composites reinforced with the sol-gel modified CMF experienced the slightest change.

Le secteur du bâtiment au Canada est responsable de plus de 16% des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de 30% de la consommation énergétique. À l’échelle mondiale, cela s’élève à 30% pour les émissions de GES et à 40% en ce qui a trait à la consommation énergétique. Ce secteur a donc un rôle majeur à jouer dans la lutte aux changements climatiques et pour la transition énergétique. L’optimisation multi-objectif fait partie des méthodes de conception reconnues par les scientifiques pour son fort potentiel d’amélioration de la durabilité des bâtiments résidentiels et commerciaux. Depuis le début des années 90, son utilisation dans le domaine n’a cessé de s’accroitre. Des algorithmes d’optimisation sont en continuel développement afin de résoudre efficacement des problèmes de conception dont les exigences sont toujours plus complexes. L’objectif de cette thèse est donc de développer et d’évaluer une méthodologie d’optimisation pour la conception de bâtiments durables tenant compte simultanément d’un ensemble de variables hétérogènes et d’objectifs contradictoires. Les solutions proposées sont complémentaires aux recherches les plus avancées dans le domaine de l’optimisation multi-objectif. Dans un premier temps, une analyse de sensibilité globale est appliquée à 30 variables de conception influençant divers critères de performances relatifs à la consommation énergétique et au confort d’un bâtiment commercial. Trois méthodes d’analyse de sensibilité sont utilisées : Coefficients de régression standard, coefficients de régression partielle par le rang et les indices de Sobol. L’analyse des résultats montre que les 3 techniques mènent à des conclusions similaires. Le rang en ce qui a trait à l’importance des variables est semblable pour chacune des techniques et pour chacune des fonctions évaluées. Les principales interactions entre variables de conception ont été identifiées avec les indices de Sobol de second ordre. Cette première analyse permet d’éliminer certaines variables qui ont peu d’impact sur les critères de performances. De plus, un cadre de conception s’apparentant à une approche de conception traditionnelle a été adopté dans lequel des variables de conception sont définies de façon séquentielle. Une seconde analyse de sensibilité a été appliquée à chacune des phases du processus, en faisant l’hypothèse que les variables définies dans une phase antérieure ont une valeur fixe, soit celle du bâtiment réel. L’analyse des résultats démontre que les méthodes de conception séquentielles tendent à réduire la possibilité d’obtenir des solutions à faible consommation énergétique. Dans un deuxième temps, le problème d’optimisation suivant est formulé : la minimisation simultanée des émissions de gaz à effet de serre résultantes de la consommation énergétique d’un bâtiment résidentiel et de celles résultantes des matériaux de construction. Ce problème implique des variables se situant à différents niveaux hiérarchiques, dont certaines peuvent devenir obsolètes selon la valeur prise par une autre variable. Un algorithme considérant cette particularité est développé et comparé à l’algorithme NSGA-II. Des indicateurs de performances (e.g. convergence et diversité) montrent que les deux algorithmes parviennent à résoudre ce problème. L’analyse du front de Pareto confirme, dans le cas présent, que l’algorithme NSGA-II est finalement plus performant dans l’identification de solutions optimales. L’ensemble des solutions optimales obtenues se définit par des bâtiments utilisant une enveloppe en bois. De plus, le système de chauffage sélectionné pour chacune des solutions repose soit sur l’utilisation d’une pompe à chaleur, soit sur l’utilisation de radiateurs électriques. Finalement, l’étude de cas du bâtiment résidentiel est reprise afin d’évaluer la performance de deux modes de conception : processus de conception séquentiel et processus de conception intégré. Avec l’approche intégrée, 39 variables de conception reliées à l’architecture du bâtiment ainsi qu’aux systèmes CVAC-R sont optimisées simultanément. Dans l’approche séquentielle, les variables architecturales sont d’abord optimisées. Plusieurs solutions optimales sont alors sélectionnées pour la deuxième phase d’optimisation qui se focalisera sur des paramètres relatifs aux systèmes de chauffage. La minimisation de l’empreinte environnementale, du cout sur le cycle de vie et la maximisation du confort thermique sont optimisés simultanément par l’algorithme NSGA-II. Avec seulement 100 heures de temps de calcul, l’approche holistique a mis en lumière 59% des solutions optimales alors qu’il a fallu 765 heures pour trouver 41% des solutions optimales avec l’approche séquentielle. La comparaison démontre les effets négatifs et irréversibles qu’il y a dans la prise de décision dès les phases préliminaires de conception. La méthodologie proposée dans ces travaux de thèse permet donc d’augmenter l’efficacité à trouver des solutions optimales.