La planification de la production des usines est un défi de taille pour les entreprises forestières en raison de l’imprévisibilité de la ressource. Cette incertitude a un effet encore plus important pour un réseau d’usines interdépendantes où chaque décision prise a un impact sur l’ensemble du système. Dans le cadre de la recherche, l’étude est centrée sur le cas d’un réseau de huit usines du Lac-Saint-Jean appartenant à l’entreprise Produits forestiers Résolu. L’objectif est de développer une approche de planification de production robuste et réaliste qui permette de satisfaire les besoins globaux de l’entreprise, tout en considérant les particularités des unités d’affaires de la région. Il est aussi visé de profiter de la collaboration avec le partenaire industriel pour tester le fonctionnement actuel du réseau de façon à évaluer différentes pistes menant à une meilleure coordination entre les usines. À partir de la collecte d’information concernant la méthode de planification manuelle utilisée au départ dans le réseau, l’idée consiste à faire appel à deux outils d’aide à la décision développés par le Consortium de recherche FORAC afin de mettre sur pied une nouvelle méthode de planification. Le premier outil permet de développer rapidement des plans de séchage définissant quels produits combiner dans chacun des séchoirs pour chaque période. Le second outil permet d’élaborer des plans de rabotage en indiquant l’ordre et la durée de l’opération pour les produits en continu. En adaptant ces deux outils pour que chaque plan prenne en considération les spécificités des usines ciblées par le projet, il devient alors possible de standardiser davantage la méthode de planification, permettant à l’entreprise de sauver au minimum 20h par semaine en plus d’augmenter l’utilisation des séchoirs de 10%. La recherche contribue ainsi aux besoins pratiques de l'entreprise partenaire en proposant une stratégie de planification durable et flexible, tout en évaluant les possibilités futures pour favoriser la coordination du réseau interdépendant.

Les usines de bioénergie devraient jouer un rôle important dans la production d'énergie verte à partir de la biomasse forestière. Pour intégrer l'usine de bioénergie dans la chaîne d'approvisionnement forestière, l'industrie a besoin de nouveaux investissements ainsi que de la conception et de la gestion de la chaîne de valeur. D'un autre côté, les incertitudes associées aux nouveaux produits sur le marché peuvent ajouter des risques supplémentaires à un investissement aussi important dans la chaîne d'approvisionnement forestière instable. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est d'étudier la conception du réseau de bioénergie forestière dans un contexte déterministe et stochastique. La première partie de la thèse propose une plate-forme expérimentale pour intégrer la conception et le pilotage de la chaîne de valeur puisque le nouveau design ne sera réalisable que s'il considère au préalable la planification. La plateforme a inclus plusieurs actions collaboratives entre tous les partenaires impliqués dans la chaîne d'approvisionnement. Cette plateforme est la base d’un nouvel outil éducatif appelé jeu de transport. Ensuite, la plate-forme a été utilisée pour concevoir un réseau optimisé de bioénergie forestière. La chaîne d'approvisionnement forestière de Terre-Neuve, composée de quatre acteurs majeurs de l’industrie forestière, a été considérée comme notre étude de cas. La rentabilité de l'ajout de nouvelles installations de bioénergie ainsi que de nouveaux terminaux dans plusieurs emplacements potentiels ont été évalués. Enfin, à la troisième partie de la thèse, nous repensons le réseau bioénergétique en tenant compte de l'incertitude de la demande et des prix de tous les produits finaux de la nouvelle chaîne de valeur. Plusieurs bioprocédés potentiels avec différentes technologies ont été évalués dans notre étude de cas. Pour fournir une solution tenant compte du risque, nous avons développé deux nouveaux modèles de gestion des risques. Les résultats dans les trois parties ont clairement démontré l'impact de la planification intégrée, des usines de bioénergie et de la collaboration sur l'amélioration de la performance de la chaîne d'approvisionnement forestière. En général, le travail accompli dans ce projet permettra une transformation en douceur de la chaîne d'approvisionnement forestière en tenant compte des risques d'investissement. En ce qui concerne les résultats obtenus grâce aux études de cas, nous croyons que la plateforme et les approches proposées dans cette thèse peuvent être considérées comme des outils novateurs et pratiques pour le problème de la conception des réseaux de bioénergie forestière. / Bioenergy plants are expected to play an important role in green energy production from forestry biomass. To incorporate bioenergy plant in the forest supply chain, the industry requires new investments as well as new value chain design and management. On the other side, the uncertainties associated with demand and price of new products in the market may add risks to such large investment in current forest supply chain. Hence, the main objective of this thesis is to analyze and to propose new design of the forest bioenergy network in both a deterministic and a stochastic context. The first part of the thesis has proposed four optimization models for strategic, tactical and operational planning levels of the supply chain. The models have included several collaborative actions between all involved stakeholders of the supply chain. They have been integrated in a new educational tool called hierarchical transportation game. In the second part of the thesis, we have integrated the developed optimization models to propose an integrated value chain design and value chain management optimization model. This model has been used to analyze a forest bioenergy network in Newfoundland. Newfoundland forest supply chain comprising four major stakeholders was considered as our case study. The profitability of adding a new bioenergy plant as well as new terminals in several potential locations have been evaluated. Finally, in a third part of the thesis we have proposed the bioenergy network taking into account uncertainty on demand and price of all final products of a new value chain. Several potential bioprocesses with different technologies have been evaluated for our case study. To provide a risk-averse solution, we have proposed two risk management models. The results from the three parts of the thesis have demonstrated the impact of integrated planning, bioenergy plants and collaboration on improvement of forest value chain. In general, the work in this thesis can support an efficient transformation of the forest supply chain considering investment risks. The optimization models and approaches proposed in this thesis are novel and practical for the forest bioenergy network design problem.

Ce mémoire de maîtrise présente l'étude réalisée an d'obtenir une mesure de référence du frottement pariétal dans le canal hydrodynamique conçu par Coulaud (2013). Ce canal est destin é à étalonner des capteurs de frottement pariétal afin de pouvoir obtenir un meilleur aperçu de l'écoulement dans les turbines hydrauliques. Le canal hydrodynamique du laboratoire doit alors représenter un écoulement de Poiseuille plan dont le frottement pariétal moyen est connu. Ainsi, le frottement pariétal moyen a été obtenu par une mesure du gradient longitudinal de pression. Utilisée lors des essais préliminaires de Coulaud (2013), cette méthode a été améliorée par l'emploi d'un manomètre à 13 colonnes d'eau. À cause du rapport de forme du canal, le frottement pariétal moyen obtenu par le gradient longitudinal de pression doit être corrigé (Vinuesa et al., 2015) pour devenir une valeur de référence. Afin de vérifier ces résultats, une autre méthode de mesure du frottement pariétal basée sur les fluctuations des composantes débitante et transversale de la vitesse a été mise en place. Un système de vélocimétrie laser à effet Doppler (LDV) a été utilisé pour ces expériences. Avec les deux méthodes de mesure, la tendance d'évolution du frottement pariétal moyen en fonction du nombre de Reynolds est identique. Par contre, un écart significatif entre les valeurs obtenues est mesuré. En effet, par la méthode utilisant le LDV, la valeur du frottement pariétal moyen est toujours supérieure à celle issue du gradient longitudinal de pression. Dans l'objectif de confirmer que l'écoulement dans la section centrale du canal était conforme à l'écoulement de Poiseuille plan, le même système LDV a été utilisé. En effet, les profils transversaux des grandeurs moyennes et des niveaux de turbulence des composantes débitante et transversale de la vitesse ont montré que l'écoulement est pleinement développé et bidimensionnel. / This Master's thesis presents the study conducted to obtain a reference measurement of the wall shear stress in the hydrodynamic channel designed by Coulaud (2013). This channel is destined to calibrate wall shear stress sensors in order to get a better understanding of the flow in hydraulic turbines. The laboratory's hydrodynamic channel therefore needs to recreate a planar Poiseuille flow in which the mean wall shear stress is known. Thus, mean wall shear stress was obtained by measuring longitudinal pressure gradient. Used during preliminary tests of Coulaud (2013), this method was improved with a 13 water columns manometer. Because of the aspect ratio of the channel, wall shear stress obtained by this method needs a correction (Vinuesa et al., 2015) to provide a reference value. In order to verify those results, another wall shear stress measurement method based on fluctuations of longitudinal and transverse velocity components was performed. A laser Doppler velocimetry system was used for these experiments. Both methods present the same trends. However, a significant deviation between obtained values is measured. Indeed, with the LDV method, mean wall shear stress values are always greater than those from longitudinal pressure gradient method. To conform that the flow in the central core of the test section was equivalent to a planar Poiseuille flow, the LDV system was used. Indeed, transverse profiles of mean and turbulent levels of longitudinal and transverse velocity components demonstrate that the flow is fully developped and two-dimensional.

Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons conçu une plateforme de simulation permettant l’évaluation comparative de stratégies de pilotage pour la production de bois d’œuvre dans les scieries nord-américaines. Dans notre contexte, une stratégie de pilotage est composée de plusieurs paramètres tels que le choix des politiques d’acceptation des commandes, permettant d’accepter ou de refuser une commande en fonction de règles mises en place, le choix des modèles et algorithmes de planification utilisés à chaque étape de la production de bois d’œuvre, le choix du modèle au niveau tactique, les mécanismes de coordination utilisés, permettant de mieux coordonner les opérations de plusieurs entités distinctes ou de plusieurs niveaux de planification ; on parle notamment d’échange d’informations circulant entre les niveaux de planification tactique et opérationnel ou encore entre les entités/modèles utilisés au niveau opérationnel pour planifier la production de bois d’œuvre. Lors de la planification des opérations, les industriels doivent mettre en place ces stratégies de pilotage. Aujourd’hui, il est extrêmement compliqué de savoir quelle stratégie de pilotage mettre en place en fonction de son propre contexte de marché et de ses paramètres de production. L’objectif général est donc est de permettre d’évaluer et comparer des stratégies de pilotage aux niveaux tactique et opérationnel pour la production de bois d’œuvre, tout en tenant compte du contexte de marché de l’entreprise ainsi que de ses paramètres de production. Pour atteindre cet objectif, nous l’avons divisé en quatre objectifs spécifiques qui ont donnés lieu à trois publications. Pour notre premier objectif spécifique, nous avons développé un modèle de simulation permettant de représenter la génération, l’acceptation et la vente d’une commande pour une entreprise de sciage. Un module de planification de la production a également été couplé et est responsable de la gestion des stocks et de la génération des plans de production. Pour notre deuxième objectif spécifique, nous avons utilisons ce modèle de simulation pour pouvoir évaluer l’impact de politiques d’acceptation des commandes (telles que Availableto-promise (ATP), Capable-to-promise (CTP) ou encore On-Stock) sur les performances de l’entreprise en termes de volume de commandes acceptées dans un environnement à flux de produits divergent avec co-production. Bien que ces politiques d’acceptation des commandes aient été largement étudiées dans un contexte manufacturier traditionnel, le choix d’une politique plutôt qu’une autre est loin d’être trivial dans un tel contexte de divergence de flux physique. Nous montrons dans cette première contribution que dans ce type de contexte, le choix d’une politique d’acceptation de commande plutôt qu’une autre dépend fortement du marché et impacte fortement les performances de l’entreprise, en termes de commandes acceptées et de stock moyen annuel. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un premier article. Pour notre troisième objectif spécifique, nous avons évalué des mécanismes de coordination mis en place au niveau opérationnel entre les différentes activités du processus de transformation de bois d’œuvre, qui est un processus décentralisé. La précédente plateforme de simulation a donc été adaptée et des mécanismes de coordination déjà publiés tels que « Twophases planning », ou « bottleneck-first planning » y sont évalués en utilisant un horizon roulant dans un environnement où les commandes sont générées dynamiquement. Nous montrons que les mécanismes de coordination déjà publiés et testés dans un environnement statique performent mal dans un environnement dynamique. Nous proposons donc un autre mécanisme de coordination « hybride flux poussé / flux tiré » exploitant le concept de point de découplage. Ce mécanisme s’avère meilleur que les précédents en permettant un plus grand nombre de ventes, ainsi qu’une réduction des stock moyens. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un deuxième article. Enfin, pour notre quatrième objectif spécifique, nous nous intéressons à la planification de la production aux niveaux tactique et opérationnel. Nous utilisons le modèle de simulation pour comparer et évaluer l’impact de différents types d’informations transmises du niveau tactique au niveau opérationnel. Le niveau de planification tactique est alors pris en compte pour établir une planification à plus long terme. Nous montrons que le choix du type d’informations à transmettre du niveau tactique au niveau opérationnel varie selon plusieurs facteurs, tels que : la politique d’acceptation des commandes (ATP, CTP) utilisée par l’entreprise, l’ampleur de la saisonnalité des prix de vente, ou le fait d’être ou non dans un marché en surcapacité. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un troisième article. / In this thesis, we designed a simulation platform to compare and evaluate production planning and order management strategies for lumber production in North American sawmills. In our context, a strategy is composed of several parameters such as the choice of order acceptance policies, allowing to accept or refuse an order based on implemented rules, the choice of planning models and algorithms used at each stage of timber production, the choice of model at the tactical level, the coordination mechanisms used, to better coordinate the operations of several distinct entities or of several planning levels; this includes the exchange of information between tactical and operational planning levels or between entities / models used at the operational level to plan timber production. Today, it is extremely difficult for a company to know which management strategy to put in place. The general objective is then to evaluate and compare tactical and operational planning strategies for timber production, taking into account the company's market context and its production parameters. To achieve this goal, we divided it into four specific objectives that resulted in three publications. In the first specific objective, we developed a simulation model to represent the generation, acceptance and sale of an order for a sawmill. We coupled a production planning module to this simulation model that is responsible for inventory management and the generation of production plans. In a second objective, we use this simulation model to be able to evaluate the impact of order acceptance policies such as Available-to-promise (ATP), Capable-to-promise (CTP) and Stock policies on the company’s performance in terms of volume of accepted orders in a product flow environment diverge with co-production. Although these order acceptance policies have been widely studied in a traditional manufacturing context, the choice of one policy over another is far from being trivial in such a context of divergence flow. We show that in this type of context, the choice of an order acceptance policy rather than another depends strongly on the market and impacts the performance of the company, in terms of accepted orders and average annual inventory. This specific objective leads to the first publication. In a third specific objective, we evaluated coordination mechanisms used at the operational level between the different activities of the timber processing process, which is a decentralized process. The previous simulation platform has been adapted and previously published coordination mechanisms such as "Two-phase planning" or "bottleneck-first planning" are evaluated using a rolling horizon in an environment where orders are generated dynamically. We show that coordination mechanisms already published and tested in a static environment perform poorly in a dynamic environment. We therefore propose another "hybrid push / pull" coordination mechanism exploiting the decoupling point concept. This mechanism is better than the previous ones by allowing a greater number of sales, as well as a reduction in average inventory. This specific objective leads to a second publication. Finally, in a fourth specific objective, we are interested in production planning at the tactical and operational levels. We use the simulation model to compare and evaluate different information transmitted from the tactical level to the operational level by simulating the production system, the planning process and the market behavior. The tactical planning level is then taken into account to establish longer-term production planning. We show that the choice of the type of information to be transmitted from the tactical level to the operational level varies according to several factors, such as: the order acceptance policy (ATP, CTP) used by the company, the extent of seasonality selling prices, or whether or not being in an overcapacity market. This specific objective leads to third publication

Les entreprises du bois d’oeuvre ont besoin d’une part de synchroniser les activités de production, d’approvisionnement et de ventes, et d’autre part, de maximiser les profits face à une demande hétérogène et saisonnière. L’objectif de cette thèse de doctorat est de développer et d’évaluer de nouvelles approches intégrées de gestion de la demande dans un contexte de capacité limitée, afin de mieux orienter ces entreprises de façon à maximiser les profits et à améliorer la satisfaction des clients les plus prioritaires. Le cas d’étude, inspiré de la réalité des entreprises du bois d’oeuvre québécoises, considère différents clients hétérogènes, des processus de production divergents et plusieurs usines oeuvrant dans un mode de fabrication pour les stocks, où les plans d’approvisionnement, de production et de ventes sont pilotés par les prévisions de la demande et des prix. Dans cette thèse, on commence par définir un cadre décisionnel mutiniveau afin de supporter les décisions d’allocation prises aux niveaux tactique et opérationnel, ainsi que les promesses de livraison conclues en temps réel. En particulier, on propose un processus de gestion de la demande intégrant la planification des ventes et des opérations (S&OP) avec la promesse de livraison basée sur les concepts de gestion des revenus : une nouvelle formulation mathématique, intégrant un modèle S&OP adapté à l’industrie du bois d’oeuvre et un modèle de promesse de livraison utilisant des limites de réservation imbriquées, est fournie. Cette formulation offre la possibilité de changer les décisions d’allocation en temps réel tant que les commandes fermes ne sont pas expédiées. Une plateforme d’optimisation et de simulation en horizon roulant est développée afin d’évaluer la valeur de l’intégration de la planification des ventes et des opérations et de la gestion des revenus. Les résultats de simulation ont démontré la capacité d’un processus intégrant le S&OP et la gestion des revenus, dans un contexte de capacité limitée et face à une demande hétérogène et saisonnière, à réaliser des meilleurs profits et à mieux satisfaire les clients prioritaires que les processus conventionnels de gestion de la demande. La plateforme d’optimisation et de simulation développée est utilisée, dans une seconde étape, pour étudier la performance de différents processus intégrés de gestion de la demande face à différentes situations du marché. En effet, on compare différentes séquences d’arrivée des commandes et deux approches de promesse de livraison. A cette fin, on adopte une nouvelle procédure de planification et d’analyse des expériences dans un contexte de gestion de la chaîne d’approvisionnement : un plan de remplissage d’espace est utilisé pour définir des scénarios variés du marché et des métamodèles de krigeage sont générés pour analyser les résultats. L’analyse des résultats a mis en évidence l’amélioration potentielle de performance qu’on peut atteindre en utilisant les concepts de gestion des revenus et a démontré l’impact de la séquence d’arrivée des commandes sur le profit annuel et le niveau de satisfaction des clients prioritaires. Les implications managériales qui découlent de cette analyse sont également présentées. Dans une troisième étape, on analyse l’effet de la substitution et de certains concepts de gestion des revenus. En particulier, on investigue l’intérêt d’offrir à certains clients privilégiés un produit de qualité supérieure au prix du produit original demandé (soit l’équivalent d’un sur-classement pour les entreprises de service), ce qui est une pratique assez commune dans l’industrie du bois d’oeuvre. À cette fin, on introduit la dimension produit dans le modèle de promesse de livraison basée sur les concepts de gestion des revenus et on mène une simulation en horizon roulant afin de comparer différentes approches intégrées de promesse de livraison. Les résultats de simulation soulignent l’efficacité d’une approche de promesse de livraison intégrant le sur-classement et les concepts de gestion des revenus, comparée aux pratiques communes utilisées pour satisfaire la demande dans un contexte de capacité limitée. En effet, le sur-classement s’avère significativement bénéfique s’il est associé aux concepts de gestion des revenus, vu que l’utilisation de limites de réservation empêche de proposer un sur-classement si le produit en question a été alloué à des commandes plus rentables. / This thesis addresses the need of softwood lumber firms operating in a supply-constrained environment and facing heterogeneous and seasonal market, to synchronize between the different business units of supply chain and to maximize profits. The objective is to develop and to evaluate new integrated demand management approaches for limited capacity contexts in a way to maximize profits and enhance the service level offered to high-priority customers. Our case study, inspired from softwood lumber manufacturers located in Eastern Canada, considers heterogeneous customers, divergent production processes and several mills considered as an MTS environment since operations and sales plans are driven by forecasts. In this thesis, we first define a multilevel decision framework in order to support mediumterm, short-term and real-time sales decisions. We propose a demand management process integrating sales and operations planning (S&OP) and revenue management (RM) concepts : we present a new mathematical formulation integrating an S&OP network model in the softwood lumber industry and an order promising model using nested booking limits. This formulation offers the possibility of changing decisions of how confirmed orders have to be fulfilled as late as possible, which we called order reassignment. Considering current demand management practices and existing IT-systems, we developed a simulationoptimization platform in order to evaluate the demand management process performance the benefits of integrating S&OP and RM concepts in various scenarios. Simulation results provide evidence of the value of integrating RM and S&OP and show that we can offer better service level to high-priority customers and higher profit margin compared to common demand management practices. The simulation-optimization platform is used, in a second step, to investigate how an integrated demand management process, that can be configured differently, can perform facing various order arrival sequences and market disturbances. For this purpose, we use relatively novel techniques – a space-filling design and Kriging metamodeling – in supply chain settings to address the impact of decision and environmental factors on the performance of the integrated demand management process. The simulation results affirm the use of nested booking limits can be a powerful tool to maximize revenues facing different environmental conditions. We also show how order arrival sequence can play a relevant role, especially with a high customer heterogeneity. In addition, as motivated by an industrial problem, we discuss the potential implications of the analysis presented for firms operating in supplyconstrained environments, such as Canadian softwood firms. As a third step, we investigate the benefits of integrating revenue management and product substitution in a manufacturing context. We particularly examine the situation when a higher quality substitute is provided at the original product’s price, which is called an upgrade. Upgrading is a common demand fulfillment practice in the Canadian softwood lumber industry. Thus, we generalize the order promising model using nested booking limits and we add a product dimension to enable product substitution. Then, we conduct a rolling horizon simulation in order to compare different demand fulfillment approaches. The simulation results demonstrate that integrating RM and upgrading achieves better performance than common demand fulfillment approaches in a limited capacity context. The value of upgrading is more significant when integrated with RM concepts since the use of nested booking limits prevents from doing unprofitable upgrades. Thus, inventories are preserved for future profitable orders.

Le secteur canadien des pâtes et papiers (P&P) a joué un rôle socioéconomique majeur durant les deux derniers siècles. Ces compagnies, en plus de l’avantage de leur positionnement géographique, ont accumulé une expérience confirmée en matière d’industrie forestière, dont notamment le traitement de la biomasse ligneuse. Au cours des trois dernières décennies, ces entités ont encouru des contraintes environnementales difficiles, auxquelles vient s’ajouter une crise chronique du marché. Cette dernière crise a eu des retombées sans précédent sur le côté social, ce qui a amené à qualifier le contexte difficile du secteur comme une crise de soutenabilité. Au cours de la dernière décennie, l’industrie de l’énergie verte est devenue une composante basique des stratégies de transition énergétique pour les pays développés. La biomasse a toujours été au coeur de cette stratégie pour le Canada. Pour les P&P, cette orientation constitue une opportunité pour résoudre la crise environnementale et économique accrue du secteur. Les preneurs de décision ont besoin d’une feuille de route pour transformer les usines de P&P en Bioraffinerie Forestière Intégrée (BRFI). Le choix des technologies, le dimensionnement de la capacité de production et le choix des voies d’investissement bioénergétique constituent des préoccupations majeures pour les preneurs de décision. Toutefois l’évaluation de la soutenabilité de cette transformation demeure un défi de taille. Notre contribution vise à développer des approches et des outils d’aide à la décision pour supporter une transformation efficace, robuste et durable de l’industrie des P&P au Canada. L'objectif est d’évaluer la soutenabilité de l’intégration des BRFI et de communiquer un nouveau modèle d’affaires aux preneurs de décision, tout en renforçant leur capacité de négocier une politique incitative propice en matière des investissements bioénergétiques dans le cadre du partenariat public-privé. La méthodologie utilisée pour atteindre cet objectif se place à l'intersection de l'aide à la décision, de l'optimisation mathématique et de l'analyse financière et économique. Notre première contribution propose la conception et l’application d’une méthode d’évaluation de la soutenabilité intégrant l’approche cycle de vie à l'optimisation du réseau de création de valeur dans le cadre d’un modèle mathématique multiobjectif. Ce dernier modèle fournira une feuille de route pour les investissements soutenables en bioénergie, minimisant les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) et maximisant la valeur financière de la bioraffinerie sur un horizon de planification à long terme tout en assurant une gestion optimale de l’activité incubatrice. Au niveau de la deuxième contribution, nous présentons une analyse de sensibilité du modèle mathématique proposé selon des scénarios plausibles, et ce, avec l’élaboration d’un canevas pour bien communiquer le modèle aux preneurs de décision. Le but de cette partie est d'évaluer la robustesse du modèle, de bien communiquer aux parties prenantes les implications des choix d'investissement dans la production de bioénergie dans un environnement incertain et d’identifier les perspectives pour améliorer l'efficacité du modèle proposé. Dans la troisième contribution, nous proposons une analyse fiscale approfondie des modes de dépréciations dérogatoires appliqués aux investissements en bioénergie. Cette analyse traite l’impact des types d’amortissements dérogatoires sur le choix d’investissement bioénergétique et sur la soutenabilité. Notre objectif est de fournir aux preneurs de décision un ensemble d’outils d’aide à la décision tout en renforçant leur pouvoir de négocier une politique fiscale favorable à l’investissement bioénergétique. Dans cette partie, on a mis en évidence le fait que le choix de l’investissement couplé avec le choix de sa façon de dépréciation offre à l’investisseur une visibilité plus complète sur les conséquences pratiques de l’investissement dans le domaine bioénergétique en connivence avec la législation fiscale en vigueur. Ce qui conforte le partenariat public-privé et détermine le niveau d’interventionnisme public dans la réussite des transformations escomptées du secteur de P&P. L’analyse d’impacts sociaux et les approches de programmation stochastique pour l’étude de robustesse n’ont pas été abordées par ce travail, elles ont été présentées comme perspectives de recherche. / The Canadian pulp and paper sector has played a major socio-economic role in the last two centuries. In addition to the advantage of their geographical position, P&P companies have accumulated proven experience in the forest industry, including the treatment of wood biomass. Over the last three decades, these entities have faced difficult environmental constraints, compounded by a chronic market crisis. This latest crisis has had unprecedented social consequences leading to a crisis of sustainability. Over the last decade, the green energy industry has become a basic component of the energy transition strategies for developed countries. Biomass has always been at the heart of such a strategy for Canada. For the P&P, this orientation is an opportunity to solve the growing environmental and economic crisis of the sector. Decision-makers need a road map to transform P&P's factories into an Integrated Forest Biorefinery (IFBR). The choice of technologies, the sizing of production capacity and the choice of bioenergy investment are major concerns for decision-makers. However, assessing the sustainability of this transformation remains a major challenge. Our contribution is focused on developing decision support approaches and tools to support an effective, robust and sustainable transformation of Canada's P&P industry. The objective is to assess the sustainability of the IFBR integration and to present a new business model to decision-makers, which can strengthen their ability to negotiate a favorable incentive policy for bioenergy investments within the framework of the public-private partnership. To achieve this goal, our methodology combines decision support tools, mathematical optimization models, along with financial and economic analysis. Our first contribution proposes the design and application of a sustainability evaluation method integrating the life cycle approach and the optimization of the value creation network as part of a multi-objective mathematical model. The proposed model provides a roadmap for sustainable bioenergy investments, minimizing GHG emissions and maximizing the financial value of the biorefinery over a long-term planning horizon while ensuring optimal management of the incubator activity. In the second contribution, we present a sensitivity analysis of the proposed mathematical model according to well selected scenarios, with the development of a framework for communicating the model to the decision-makers. The purpose of this analysis is to assess the robustness of the model, to communicate to stakeholders the implications of investment choices in bioenergy production in an uncertain environment, and to identify opportunities for improving the effectiveness of the proposed model. In the third contribution, we propose an in-depth tax analysis using accelerated depreciation methods applied to investments in bioenergy. This analysis deals with the impact of the types of depreciations on the choice of bioenergy investment and on sustainability. Our goal is to provide decision makers with a set of decision support tools while strengthening their power to negotiate a tax policy favorable to bioenergy investment. In this part, it was highlighted that the choice of the investment coupled with the choice of its depreciation way offers the investor a more complete visibility on the practical consequences of the investment in the bioenergetics field with respect to prevalent tax legislation. This reinforces the public-private partnership and determines the level of public interventionism needed for the success of the expected transformation of the P&P sector. The social impact analysis and stochastic programming approaches for the robust study were not addressed by this work, they were presented as research perspectives.

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.