Le Canada se classe parmi les plus grands émetteurs de gaz à effet de serre au monde. Le secteur industriel et celui du transport sont responsables de la majorité de ces émissions qui provoquent des problèmes environnementaux importants. Étant donné qu'une amélioration de l'intensité énergétique constitue une solution envisageable afin de réduire ces émissions, il serait donc important d'analyser sa variation. Le but de notre étude sera de déterminer les principaux facteurs qui peuvent influencer la variation de l'intensité énergétique dans le secteur manufacturier de quatre provinces canadiennes (i.e. le Québec, l'Ontario, l'Alberta et la Colombie-Britannique) entre les années 1976 et 2006. Afin d'y arriver, nous avons développé un modèle de régression linéaire qui a été estimé par la méthode du maximum de vraisemblance, et ce, pour les trois sous-périodes suivantes: 1976-1985, 1986-1999 et 2000-2006. Les résultats de notre étude démontrent que la valeur de la production et le ratio du prix d'énergie sur le prix de la main-d'oeuvre constituent les principales forces motrices de la variation de l'intensité énergétique en l'influençant significativement et négativement. Mots clés : intensité énergétique, efficacité énergétique, secteur manufacturier, émissions, Gaz à effet de serre, facteurs, influence.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Ce projet de recherche porte sur l'effet des variations typologiques des bâtiments scolaires sur leur performance lumineuse, thermique et énergétique. Dans les études sur les bâtiments scolaires, de nombreux auteurs ont présenté la récurrence des modèles ou patrons de dessin. Toutefois, leurs études n'ont pas exploré l'interaction entre «thermique - lumière naturelle - performance énergétique ». La stratégie méthodologique consiste à modéliser différentes configurations de salles de classe et de bâtiments, en évaluant leur performance énergétique et environnementale à l'aide du logiciel IES-Virtual Environment. Le but est d'analyser le potentiel passif offert par différentes typologies dans deux contextes climatiques : froid et tempéré. Les résultats obtenus permettent confirmer l'impact direct de la forme du bâtiment, la composition de son enveloppe et son mode de contrôle de l'environnement sur la performance énergétique et environnementale. Ainsi, ils confirment l'idée posée par Hawkes (1996) mettant en doute la compacité de la forme comme la solution optimale pour la conservation de l'énergie.

Au Nunavik, les conditions climatiques de froid extrême et sa situation géographique isolée imposent de nombreuses contraintes dans la construction et l'entretien des bâtiments. En plus d'être la cause de coûts élevés, ces contraintes limitent la planification de nouveaux bâtiments dans un contexte de surpopulation des résidences existantes et de crise du logement. Les 14 communautés inuites habitant le territoire ne sont pas connectées au réseau électrique approvisionnant le reste de la province. Elles dépendent donc de systèmes mécaniques alimentés au diesel pour leurs besoins énergétiques à hautes émissions de CO₂. Des modèles de base ont été conçus pour être érigés rapidement pendant les courtes saisons de chantier estivales par les organisations de construction locales. Les bâtiments résultants ne considèrent donc pas entièrement les particularités climatiques du site, mais dépendent plutôt des systèmes mécaniques pour le confort des habitants. Ce mémoire vise à utiliser une approche bioclimatique dans la conception afin d'accroître la résilience des bâtiments d'habitation au Nunavik tout en réduisant leur consommation énergétique. Une revue de littérature a permis de souligner trois principales caractéristiques morphologiques ayant un impact sur les charges thermiques des bâtiments dans un contexte de froid extrême : leur compacité, leur orientation et leur aérodynamisme. Ces trois variables ont été analysées de manière paramétrique à l'aide des outils de la suite Ladybug ainsi que Galapagos et Octopus. Un bâtiment de référence a été utilisé afin de comparer les résultats des simulations. Les résultats montrent que la compacité possède le plus grand potentiel d'améliorer la performance énergétique des bâtiments au Nunavik, suivi de l'aérodynamisme et enfin, de l'orientation. À partir de ces résultats, trois modèles de bâtiments ont été conçus afin de valider l'impact de l'approche bioclimatique sur la performance énergétique. Les résultats montrent que les trois bâtiments permettent de réduire considérablement les charges thermiques tout en augmentant les gains solaires annuels du bâtiment de référence. Le présent mémoire montre que l'approche bioclimatique utilisée dès les premières étapes de conception possède un véritable potentiel pour accroître la résilience des bâtiments d'habitation au Nunavik. / In Nunavik, extreme climatic conditions and remoteness of Inuit villages imply many constraints to the construction and maintenance of residential buildings. While being the cause of high costs, those constraints limit the planning of new buildings in a context of housing shortage. The 14 inuit communities living in the territory are not connected to the electric network supplying the rest of the province. They rely instead on high CO₂ emission diesel mechanical systems for their needs in energy. Basic models are designed to be fast constructed during the short construction periods in summer. The resulting buildings do not fully consider the site's climatic particularities, but rely instead on the mechanical systems to provide comfort to the inhabitants. This thesis aims to use a bioclimatic approach in the design process to increase the resilience of housing buildings in Nunavik while reducing their energy consumption. A literature review highlighted three principal shape characteristics having an impact on the heating loads of buildings in northern climates: compactness, orientation and aerodynamism. Those three variables have been parametrically analyzed with the Ladybug Tools, Galapagos and Octopus. A reference building, the J.2.2. model, was used to compare the results of the simulations. The results show that compactness has the higher potential to improve the energy performance of buildings in Nunavik, followed by aerodynamism and finally, orientation. From those results, three building models have been designed to validate the pertinence of a bioclimatic approach on the energy performance. The results show that the three buildings can reduce significantly the heating loads while increasing the solar gains annually in comparison to the reference building. This thesis show that the bioclimatic approach used in the first design phase has a true potential to increase the resilience of housing buildings in Nunavik.

Le bois a été l’un des premiers matériaux utilisés par l’homme et possède encore aujourd’hui beaucoup de potentiel dans la construction. En effet, de nombreux matériaux d’ingénierie ont été développés à partir du bois, comme les panneaux de bois lamellé-croisé (CLT). Ces matériaux permettent d’être compétitifs avec le béton ou l’acier en termes de performance, de coût et d’empreinte environnementale. L’extraction des ressources, la fabrication de matériaux de construction et la construction elle-même (transport et machinerie) sont énergivores et à l’origine d’importants dégagements de gaz à effet de serre. Le bois est une ressource renouvelable qui a l’avantage de fixer du carbone lors de sa croissance et de le conserver une fois en service. Durant sa vie utile, un bâtiment va aussi consommer de l’énergie pour le chauffage / la climatisation et l’éclairage. C’est pourquoi la recherche de l’efficacité énergétique est nécessaire. Le CLT est un matériau d’ingénierie qui a le potentiel de démocratiser les bâtiments de moyenne hauteur en bois. En cela le CLT est avantageux pour la performance énergétique, puisque les panneaux font un effet barrière à l’air, à la vapeur et à la chaleur. Dans le système constructif en CLT, les jonctions avec les autres panneaux et les percements sont les principaux chemins de fuites pour l’air. Les infiltrations/exfiltrations vont être responsables d’importantes pertes thermiques. De plus, les exfiltrations peuvent induire une humidité excessive en présence de chaleur dans le mur, provoquant la croissance de moisissure et de pourriture du bois. La résistance des matériaux et la santé des occupants peuvent être compromises à moyen et long terme. Le but de ce projet est d’évaluer l’impact des tolérances d’assemblages, en présence d’une fuite d’air, sur la performance énergétique et la durabilité du mur afin de vérifier si les tolérances d’assemblages représentent un risque à prendre en considération ou non. Des thermographies d’une jonction en angle de murs en CLT prises lors d’une dépressurisation du bâtiment ont permis d’identifier une fissure. Un travail de modélisation de la fissure en fonction des températures observables a ensuite permis de dimensionner la fissure (0,72 mm traversant l’isolation) en considérant une tolérance d’assemblage pour le CLT de 2 mm. Cette fissure « modèle » a ensuite été transposée dans le cas d’un mur plat, afin que ne soit pas considéré le pont thermique lié à l’angle. Une analyse de l’impact sur la performance énergétique de tolérances d’assemblages variables a été réalisée par simulation informatique, pour une infiltration et une exfiltration. La simulation a également permis d’analyser l’impact sur la durabilité, en termes de développements fongiques et de risque de condensation, d’une exfiltration sur notre fissure « modèle ». La simulation a montré que l’impact d’une infiltration sur la performance énergétique est 1,62 fois plus grand que pour une exfiltration, qui est elle-même 1,37 fois plus énergivore qu’un mur sans fissure. L’influence de la largeur de la tolérance d’assemblage est minorée par la dimension de la fissure dans le reste du mur. La simulation des échanges hygriques dans la fissure a montré que la croissance de moisissure est à craindre en surface, lorsque l’humidité relative de l’air est de 40 % et plus. La zone touchée est principalement l’isolation, mais s’étend jusqu’au CLT à mesure que l’humidité relative de l’air exfiltré augmente. L’humidité de l’air condense à proximité de la sortie de l’exfiltration, ce qui peut mener à une accumulation de givre sous le revêtement extérieur. Le résultat de ces simulations permet de mettre l’accent sur l’importance de la continuité du pare-air et de la mise en place de mesures pour éviter qu’une tolérance d’assemblage soit un chemin libre pour l’air. L’utilisation de joints adhésifs souples pouvant épouser la découpe irrégulière du CLT et amortir les variations dimensionnelles permettrait de réduire les risques liés aux fuites d’air. / Wood is one of the first material mankind used to work with and is still full of potential for building sector. Many engineering materials have been developed from wood, such as the cross-laminated timber (CLT). Wooden engineering materials are as performant as steel and concrete but are also cost effective and have a lower environmental footprint. Resources extraction for the manufacture of building materials and the building phase itself require a lot of energy, and generate or release important amount of greenhouse gaz. Wood is a sustainable resource that has the benefit of being able to capture carbon during its growing phase and to preserve it. In service, buildings will have heating and cooling loads, depending of their energy efficiency, high energy efficiency is required to lower the overall energy footprint of buildings. CLT has the potential to be a greener substitute to reinforced concrete in the mid-rise building. CLT helps to reach energy efficiency because wood panels act as a barrier for air, vapor and heat. In CLT building system, junctions between panels and with other elements (ducts, wiring, etc) are the main leakage paths through the envelope. Infiltrations and exfiltrations are responsible for important heat losses. Exfiltrations can also lead to excessive moisture accumulation in the walls, resulting in mold and rot growth. Structural integrity and air quality can be jeopardized on the average/long term. The aim of this project was to assess the impact of gaps between CLT panels, in case of air leakages, on the energy efficiency and durability of the wall. A real case of infiltration in a corner of a CLT building was used to size an air leakage area in the insulation (0.72 mm through the insulation considering a 1 m high wall), intended an assembly tolerance or gap of 2 mm. The gap was then extrapolated to a flat wall, to exclude the thermal bridge effect of the corner. An energy efficiency assessment was done using simulations for both cases of infiltration and exfiltration, with variable assembly gap. Simulation also permits to assess the impact on durability, on mold growth risks, of the exfiltration for variable exfiltrated air relative humidity. Results show that infiltration has a greater impact (1.62 times) than exfiltration, which is itself 1.37 times more energy-consuming than a perfect wall. The impact of the assembly gap variations in the CLT is restricted by a maximum flow rate dicted by the air leakage path in the insulation. Simulation of moisture transfer shows that mold growth is to fear on the gap surface through the wall, when the exfiltrated air relative humidity exceeds 40 %. The first mold development should primarily affects the insulation, but extends to the CLT as the relative humidity of the exfiltrated air increases. Condensation occurs in the insulation near the outlet of the exfiltration, leading to an accumulation of ice behind the external cladding. Results of simulations show how important it is to keep the air barrier continuous, and to avoid that assembly gaps in the CLT act as shortcut for eventual air leaks. The use of flexible adhesive joints, which can match the irregular cut of the CLT and dampen the dimensional variations would reduce the risks of air leakage.

Le but principal de cette étude fut d’évaluer les effets du diamètre de la tête porte-outils et de la position d’alimentation des billes sur la performance des équarrisseuses-fragmenteuses. Les critères de cette évaluation furent la consommation d’énergie durant la coupe, la distribution des dimensions des copeaux et la qualité de surface des équarris. Des billes d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P) furent alors transformées sous deux conditions de température, soit avec du bois gelé et non-gelé. La consommation d’énergie fut plus faible pour une tête porte-outils de 661,5 mm par rapport à celle de 448,7 mm. De plus, le mécanisme de formation des copeaux a été très affecté par l’angle d’attaque formé par la face d’attaque de fragmentation et le fil du bois (AA), lequel dépend de la position d’alimentation. Ainsi, son augmentation provoqua la diminution de l’épaisseur des copeaux ainsi que la réduction de la variation de la distribution des dimensions. Ce comportement a été vérifié pour deux diamètres de tête porte-outils (448,7 et 661,5 mm). Par ailleurs, la quantité maximale des copeaux acceptables fut obtenue lors de la fragmentation du bois non-gelé avec le plus grand AA testé pour les deux diamètres de tête. En ce qui concerne la qualité de surface des équarris, les essais ont été faits avec trois diamètres de tête porte-outils (345,2, 448,7 et 661,5 mm) et trois positions d’alimentation. La qualité de surface fut inférieure pour la tête de grand diamètre (661,5 mm) par rapport à celle obtenue avec les têtes de plus faible diamètre (448,7 et 345,2 mm). La diminution de l’AA a aussi provoqué une diminution de la qualité de surface des équarris. Par ailleurs, l’orientation de l’arête tranchante de finition par rapport au fil du bois affecta la qualité de surface. Cet effet a été relié à l'orientation des cernes de croissance et à la condition de température du bois. Enfin, la consommation d’énergie, la puissance maximale de même que la qualité de surface des équarris ont été plus grandes pour le bois gelé que pour celui non-gelé. La température des billes a aussi joué un rôle très important dans le mécanisme de formation des copeaux. Les billes gelées ont produit des copeaux plus minces par rapport aux billes non-gelées, indépendamment du diamètre de la tête porte-outils et de l’AA. / The main goal of this research was to evaluate the effects of the cutterhead diameter and log infeed position on the performance of a chipper-canter. The parameters used for this evaluation were the energy consumption, the chip size distribution and the surface quality of cants. Logs of black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P) were transformed at either frozen or unfrozen wood temperatures. Results showed that power and energy consumption were lower when processing logs with the bigger cutterhead diameter (661.5 mm) compared to the lower cutterhead diameter (448.7 mm). Furthermore, the attack angle between the chipping rake face and the grain direction (AA) played an important role in the mechanism of chip formation. This angle depends on the infeed position. Thus, as mean AA increased, the chip thickness and the variation of the size distribution decreased. The maximum amount of pulpable chips was produced during the fragmentation of unfrozen logs at the greater AA, for both cutterhead diameters (448.7 and 661.5 mm). For the evaluation of the surface quality of cants, three cutterheads (345.2, 448.7, and 661.5 mm) combined with three infeed positions were studied. Surface quality was lower when machining logs with the bigger cutterhead (661.5 mm) compared to the smaller cutterheads (448.7 and 345.2 mm). In addition, the effect of the angle of the canting edge with respect to the wood grain on cant surface quality depended on the orientation of the growth rings and on the temperature condition (frozen and unfrozen wood). Finally, the energy consumption, the chip size distribution and the surface quality of cants were affected by the temperature condition. Thus, frozen logs produced thinner chips and smoother cant surfaces with a greater energy consumption compared to unfrozen logs.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire font état des avancées réalisées concernant l'évaluation du potentiel des technologies de fenestration intelligente à opacité variable face à la réduction de la consommation énergétique dans les bâtiments. Pour ce faire un modèle numérique de bâtiment a été développé, puis les propriétés optiques des fenêtres intelligentes ont été optimisées afin d'atteindre un coût minimal de chauffage et de climatisation du bâtiment. Les recherches ont tout d'abord commencé par une estimation des performances des fenêtres intelligentes en analysant les résultats d'optimisation énergétique pour une semaine typique à chaque saison de l'année, et ce, pour un bâtiment situé au Québec considérant un mur avec fenêtre intelligente orientée au sud. Les résultats obtenus et présentés en 2011 dans le cadre d'une conférence sur les matériaux intelligents ont démontré la pertinence d'approfondir les recherches dans ce domaine. Par la suite, une étude plus détaillée des bénéfices des fenêtres intelligentes a été menée en précisant les résultats à chaque heure du jour pour une année complète, en utilisant un modèle de lumière naturelle plus réaliste et en évaluant l'impact de quatre orientations du mur avec fenêtre intelligente, i.e. nord, sud, est et ouest. Ces résultats ont fait le sujet d'un article de journal scientifique et permettent d'évaluer précisément les économies potentielles qu'une technologie de fenêtre intelligente peut entraîner. Enfin, une méthode expérimentale a été développée afin de caractériser l'ensemble des propriétés optiques d'une fenêtre intelligente nécessaires à la modélisation numérique. Cette méthode sera utilisée afin de caractériser les prototypes de fenêtres intelligentes développés au sein de l'Université Laval.

Les collectivités territoriales s’affichent comme des acteurs majeurs du secteur énergétique.Cependant, leur relation est empreinte d’une certaine ambiguïté du fait du caractère éminemmentstratégique du second. S’il apparaît qu’au début du XXe siècle les collectivités territoriales assumaient,à travers la distribution d’énergie, un véritable service public local, la réalité d’un tel caractère estaujourd’hui contestable. La nationalisation de 1946 a en effet eu pour conséquence de remettreprofondément en cause l’exercice de cette compétence, lui faisant perdre son caractère effectivementlocal. Malgré la récente libéralisation du marché de l’énergie, les collectivités territoriales ne se sontpas réapproprié ce rôle. Elles semblent toutefois trouver progressivement une nouvelle légitimité dansce domaine à la faveur des préoccupations occupant des places de plus en plus importantes que sontla sécurité d’approvisionnement et la protection de l’environnement. Ce travail se propose d’étudier lesinteractions entre les collectivités territoriales et l’énergie à travers la problématique de ladécentralisation. Le secteur énergétique, aussi stratégique soit-il n’empêche pas la mise en placed’une certaine forme de décentralisation. Les collectivités territoriales ont un rôle important à y jouermême s’il ne saurait concerner ce secteur dans sa globalité. Elles sont ainsi passées de la prise encharge d’une activité industrielle et commerciale à une implication grandissante dans le domaine del’énergie à travers le prisme environnemental. / Local authorities present themselves as key players in the energy sector. However, the relationshipbetween energy and local authorities is quite ambiguous due to the eminently strategic nature ofenergy. If, at the beginning oh the XXth century, local authorities were in charge of a real local publicservice through energy supply, the reality of such a trait is today disputable. The 1946 nationalizationled to question the real local nature of energy supply. In spite of recent energy market liberalization,local authorities could not recapture their traditional function. However, they gradually seem to find anew energy legitimacy by owing to more and more important concerns : environmental protection andenergy supply safety. This study intends to analyze interactions between local authorities and energythrough a decentralization problematic. Energy sector, as strategic as it is, does not prevent fromintroducing a certain form of decentralization. Local authorities have a key role to play, even if it doesnot concern the global energy sector. Thus, from an industrial and commercial taking on, localauthorities are becoming more and more involved in energy sector through the environmental prism.

La qualité de la puissance injectée au réseau électrique est une problématique importante pour le développement des énergies marines renouvelables, et en particulier de l'énergie des vagues, ou énergie houlomotrice. En effet la puissance produite par les systèmes houlomoteurs à entrainement direct est très fluctuante (fluctuations de l'ordre de la seconde) à cause de la nature oscillante de la ressource. Afin d'étudier l'impact de l'intégration des ces systèmes sur les réseaux électriques, un modèle permettant de représenter la chaîne depuis la vague jusqu'au réseau électrique a été développé. Les simulations effectuées à l'aide de ce modèle pour différents types de réseau électrique et différents états de mer ont montré que la mise en place de solutions pour améliorer la qualité de la puissance produite était nécessaire. Ainsi l'effet du regroupement et de la dispersion spatiale des systèmes houlomoteurs sur la qualité de la puissance a été étudiée. L'insertion d'un système de stockage dans la chaîne wave-to-wire afin de lisser la puissance a aussi été considérée. Enfin, une partie du modèle a pu être validée à l'aide d'un banc de test Hardware-in-the-loop comprenant un banc moteur, des armoires de puissance pour émuler électronique de puissance et le réseau électrique et un module de supercondensateurs. / Power quality is an important issue for the development of marine renewable energies, in particular wave energy. Due to the oscillatory nature of the oceans waves, the wave energy converters output power profile can present fluctuations in the range of seconds. The impact of these devices on the electric grid therefore needs to be investigated for wave farms to be connected to the grid. In order to emulate an operating direct drive wave energy converter, study power quality improvement and test different control strategies, a wave-to-wiremodel has been developed.Simulations carried out with this model for different grid strengths and different levels of sea-state showed that it is necessary to foster solutions to improve power quality. Thus, the wave energy converters aggregating and dispersion effects on power quality have been investigated. As it does not seem sufficient to meet the grid codes requirements, another solution have been considered, consisting of the insertion of an energy storage system into the chain. Finally, a part of the model has been validated using a hardware-in-the-Loop test bench including a motorbench, power modules to emulate the grid and power electronic's control and super capacitors module.

Le problème de la maîtrise du transport de l'énergie électrique a donné naissance au projet FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System ! Pour améliorer la flexibilité des réseaux de transport existants. Le ST A TCOM (ST ATic COMD*~ n s ator) est un dispositif FACTS dédié à la compensation d'énergie réactive transitant sur le réseau . L'évolution des composants d'électronique de puissance a apporté des solutions technologiques pour la réalisation des structures onduleurs du STATCOM. En tenant compte des diverses structures présentées, un modèle dynnamique est construit en utilisant la théorie du modèle moyen généralisé. Il est ensuite validé avec le modèle topologique, lequel décrit le comportement fin de l'onduleur. Afin d' avoir un contrôle robuste du courant réactif du dispositif, une loi de commande non linéaire est élaborée à partir de la théorie de la linéarisation par bouclage. La linéarisation est obtenue au détriment des comportements dynamiques du courant actif et de la tension continue de l' onduleur. Une optimisation de la loi de conunande est proposée afin de maîtriser le comportement dynamique de toutes les variables du dispositif. Cette loi de commal1de est validée sur le modèle topologique après avoir abordé le problème des filtres de mesure. La mise en place de la linéarisation par bouclage nécessite une connaissance des valeurs des composants de la structure. Une estimation ainsi qu'une correction de l'erreur commise sur ces grandeurs sont alors proposées. Le modèle du ST A TCOM avec ses lois de commande est ensuite inséré dans un logiciel destiné à l' étude du comportement dynamique de réseaux (EUROSTAG). A cet effet, le modèle mis au point prend en compte le comportement dynamique de la structure du ST A TCOM, et apporte une richesse supplémentaire pour l 'étude dynamique des réseaux. L'intérêt de la loi de commande optimisée est nus en évidence comparativement aux solutions classiques.

La présence d'une fonction de stockage avec des sources d'énergie intermittentes permet d'obtenir une meilleure adéquation entre la consommation et la production d'énergie. Aujourd'hui, le stockage d'énergie est le plus souvent réalisé avec des batteries conventionnelles, principalement au plomb-acide, pour des raisons de coût, de fiabilité et de disponibilité industrielle. Cependant, la durée de vie des éléments de stockage actuels, l'impact sur l'environnement et le rendement trop faible entrainent la recherche d'autres moyens de stockage ayant des durées de vie compatibles avec les applications et présentant des fonctions plus flexibles. La technologie lithium parait être aujourd'hui un bon compromis si elle est associée à une électronique de précision assurant diverses fonctions. Cette thèse porte sur l'optimisation de moyens de stockages lithium-ion utilisés dans les énergies renouvelables et le développement de l'électronique associée. La validation de ces travaux a été faite à travers des systèmes de conversion photovoltaïques. Le rendement de conversion de l'ensemble a particulièrement été étudié en tenant compte de différents profils de charge et de décharge, du vieillissement et des sécurités des batteries ainsi que des derniers développements technologiques de batterie. Pour valider les algorithmes de gestion et qualifier les chaînes de conversion, un banc de mesure spécifique a été développé.