Avec le vieillissement des infrastructures routières au Québec, plusieurs ponts de courte portée devront être reconstruits à neuf au cours des prochaines années. La pratique usuelle est de les concevoir entièrement en béton ou en systèmes mixtes acier-béton. Toutefois, avec l’avancement de la recherche dans le domaine du bois, le système hybride bois-béton est envisageable. Le but est de tirer profit des avantages de chaque matériau en les disposant aux endroits appropriés. Le tablier du pont est constitué d’une dalle de béton qui agit en compression et protège des intempéries les poutres en bois lamellé-collé qui résistent en traction. L’enjeu est la capacité de lier efficacement ces deux matériaux pour qu’ils puissent reprendre les efforts dus aux charges de conception avec un glissement d’interface minimal. De nombreux chercheurs ont proposé diverses méthodes pour répondre à cette problématique. Les connecteurs locaux (vis, clous) sont moins rigides et se déforment beaucoup à l’ultime. À l’inverse, les connecteurs continus offrent une rigidité très élevée, de petits déplacements à rupture sans négliger la plasticité du système. Pour cette raison, le connecteur choisi est le HBV Shear, une mince bande d’acier de 90mm de hauteur perforée de trous de 10mm. Sa moitié inférieure est collée dans une fente pratiquée dans la poutre et la partie supérieure est immergée dans le béton. Pour caractériser le comportement du connecteur, dix essais en cisaillement simple ont été effectués. Ils ont permis de quantifier la rigidité et d’apprécier la ductilité qui s’installe dans le système par l’ajout de l’acier. Par la suite, six poutres hybrides simple de 4 m, deux systèmes à poutres double de 4m et deux poutres hybrides de 12m de portée ont été amenées à la rupture en flexion. Ces essais ont montré que le connecteur se brisait sous l’effort de manière ductile avant la rupture fragile de la poutre en bois. Les résultats ont aussi prouvé que les méthodes de calculs utilisées estiment correctement la séquence de rupture ainsi que le comportement du système avec une très grande efficacité. Finalement, un tablier de pont composite a été conçu pour résister aux efforts à l’ultime, en service et à long terme.

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.

Une étude de faisabilité de poutres en bois lamellé-collé a été menée en Guyane Française en utilisant les essences locales. Le but est de déterminer les paramètres de collage assurant la bonne résistance mécanique des assemblages par lamellation et par aboutage, nécessaires à la fabrication de poutres en bois lamellé-collé en climat tropical. Trois essences de bois abondantes de différentes densités ont été sélectionnées. Les adhésifs de types Mélamine-Urée-Formol et Résorcinol-Phénol-Formol ont été utilisées. Les paramètres de collage considérés sont : le grammage, le temps d’assemblage fermé et la pression.En utilisant les normes Européennes, plusieurs campagnes de tests ont été conduites sur des échantillons normalisés. Concernant le collage par lamellation, des tests élémentaires de délamination et de cisaillement des joints de colle ont été réalisés. Le test de délamination consiste en deux cycles d’immersion dans l’eau sous pression et de séchage, il induit de sévères variations d’humidité du bois susceptibles de créer des ouvertures des joints de colles. Le collage par aboutage est réalisé sur des poutres normalisées aboutées. Les entures sont obtenues grâce à un outillage standard communément utilisé pour les résineux. Les résultats ont mis en évidence l’influence des propriétés du bois et des paramètres de collage sur la résistance du joint et la résistance mécanique du produit. En effet, les paramètres du bois, tels que la densité, la rétractibilité et l’imprégnation, ont une forte influence sur le collage, en particulier sur la pression et le grammage nécessaires à la production d’un produit commercialisable. Il apparait qu’un bois de densité moyenne et poreux nécessite un grammage et une pression élevés comparé à un bois de densité élevée qui nécessite des valeurs moindres. Aussi, l’influence d’autres paramètres de fabrication, tels que le rabotage, l’encollage double face et simple face ainsi que l’épaisseur des lamelles, a été établie. Par contre il semblerait que le matériel communément utilisé pour l’aboutage des résineux n’est pas adapté aux feuillus tropicaux. En final, des paramètres de collage ont été validés pour la fabrication de lamellé-collé endémique en Guyane Française et une étude du coût de production d’une poutre lamellé-collé standard a identifié les conditions économiques d’une fabrication en Guyane Française. / A feasibility study of glued-laminated timber beams was carried out in French Guiana using local wood species. The aim of the study was to evaluate the gluing parameters that could ensure good mechanical properties for the manufactured glued-laminated beams in tropical climates. Three abundant wood species with different specific gravity were selected for the study. Melamine-Urea-Formaldehyde and Resorcinol-Phenol-Formaldehyde resins were used for gluing. The three gluing parameters considered are: adhesive spread rate, closing assembly time and gluing pressure.Using European standards, several laboratory tests were performed on normalized samples. The evaluation of a successful lamella’s gluing was done by using elementary tests of delamination and shearing. A delamination test consists of two cycles of water immersion at high pressure and drying which induces severe hygroscopic variation in wood thus causing joints opening. The finger-joints are made using a standard tool usually used for cutting softwoods. The performed tests revealed the influence of wood properties and the gluing parameters on the joint resistance and the mechanical properties of the product. Results show that wood properties such as specific gravity, shrinkage coefficient, and permeation, have a high degree of influence on the gluing step especially on the gluing pressure and on the adhesive spread rate needed to produce a commercial product. Furthermore, wood with medium specific gravity needs more adhesive and more pressure than the one with high specific gravity. Additionally, the effects of other manufacturing parameters, such as planning, double or simple side glue spreading and lamellae thicknesses, on the glue joint resistance were demonstrated. Finally, the common tools used for softwoods are not adapted to making the finger joints with tropical hardwoods.In conclusion, optimal gluing parameters for manufacturing glued-laminated timber beams in French Guiana were established and an economical study using standard glued-laminated timber beams revealed the economic conditions under which a successful manufacturing of these local beams can be implemented in French Guiana.

La construction de type commercial connait un nouvel engouement pour l’utilisation du bois comme matériau constituant la structure principale. Le développement de produits d’ingénierie tels le bois lamellé-collé et le bois lamellé-croisé (CLT) contribue de façon significative à cet essor. Ces produits permettent d’atteindre de nouvelles limites dans la réalisation de projets en bois. Toutefois, certains éléments empêchent la pleine réalisation de projets en panneaux CLT, notamment en ce qui concerne les assemblages. D’une part, les équations actuelles, permettant de déterminer la résistance en arrachement et en enfoncement dans le bois d’œuvre et dans le bois lamellé-collé, présentent certaines lacunes. D’autre part, aucune méthode n’est à l’heure actuelle présente dans l’édition 2009 de la norme canadienne sur les règles de calcul des charpentes en bois CSA O86-09 (2009) pour le calcul de la résistance à l’enfoncement et à l’arrachement du bois lamellé-croisé. Trois objectifs ont donc été établis dans le cadre du présent projet de recherche: -Développer une équation permettant de prédire la résistance à l’arrachement des connecteurs filetés dans le bois d’œuvre et lamellé-collé; -Évaluer la performance des équations décrivant la résistance à l’enfoncement des éléments en bois d’œuvre et lamellé-collé ainsi que la pertinence des variables incluses dans ces équations; et -Développer des équations permettant de calculer la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement de connecteurs utilisés dans les panneaux structuraux en bois lamellé-croisé. Suite aux résultats provenant d’essais réalisés sur le bois d’œuvre, lamellé-collé et lamellé-croisé à l’aide de tirefonds et de vis auto-taraudeuses, de nouvelles équations décrivant la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement seront proposées au comité technique CSA O86. Chacune des propositions inclura une étude d’impact permettant d’évaluer l’incidence, advenant de telles modifications dans la prochaine version de la norme CSA O86. / Commercial construction has witnessed a new enthusiasm in the use of timber as primary structural material. Engineered wood products such as glued-laminated timber and cross-laminated timber (CLT) play an important part in this development. These products allow wood construction to reach new heights. However, certain gaps in knowledge need to be filled to attain the full potential of wood construction, especially with regards to connections. First, current equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in sawn timber and glued-laminated timber are deficient. Secondly, no design methods are provided for dowel embedment strength or withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber in the 2009 edition of Canadian standard for engineering design in wood CSA O86-09 (2009). For these reasons, the goals of the research project are established in three main objectives: -Develop a design equation for withdrawal resistance for threaded fasteners in sawn timber and glued-laminated timber; -Evaluate the performance of dowel embedment equations for sawn timber and glued-laminated timber from different international standards, and determine the influence of variables on their accuracy; -Develop equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber. After the compilation of results and analysis of withdrawal and embedment tests with threaded fasteners on sawn timber, glued-laminated and cross-laminated timber, the most accurate design models for each product were proposed. Each proposal includes an impact study showing the influence of the proposed design models, in case of adoption in the next edition of the CSA O86 standard.

Ce mémoire de thèse aborde le problème du flambement de murs en bois lamellé-croisé. Ces panneaux de bois, constitués de planches collées perpendiculairement, sont de plus en plus utilisés dans la construction. La tendance actuelle du marché est de concevoir des immeubles de grande hauteur, ce qui soulève la question de la résistance en compression de ces murs. Il s'avère que le bois est fortement anisotrope. En particulier, la raideur et la résistance en cisaillement perpendiculaire aux fibres, également appelé cisaillement roulant, sont beaucoup plus faibles que dans la direction parallèle aux fibres. Ce fort contraste nécessite un critère de conception plus élaboré que les outils classiques utilisés dans l'ingénierie du bois. Ce travail est organisé en deux parties. Dans la première partie, la raideur équivalente de cisaillement transverse d'un panneau de bois lamellé-croisé est étudiée. Des bornes sont établies par une approche théorique. Ces bornes sont validées par un nouveau dispositif expérimental qui permet la mesure de la raideur en cisaillement roulant avec une variabilité plus faible que le test textit{single-lap} classiquement utilisé. Dans la deuxième partie, ces données sont utilisées dans l'analyse du flambement de panneaux en bois lamellé-croisé en raffinant progressivement le problème. Dans un premier temps, la charge critique de flambement linéaire d'une plaque épaisse sans imperfections est établie. Cette charge critique est basée sur une nouvelle théorie de plaque d'ordre supérieur et montre que la charge critique de flambement basée sur une théorie de plaque mince (Kirchhoff-Love) ne peut pas estimer correctement la résistance de murs en bois lamellé-croisé. Dans un second temps, l'influence des imperfections est étudiée en adaptant l'approche classique de Ayrton et Perry à une poutre de Timoshenko. Cette extension a révélé qu'un nouveau critère de résistance doit être satisfait lors du flambement qui est spécifique aux murs en bois lamellé-croisé. Dans un dernier temps, cette analyse est étendue aux charges permanentes en supposant une loi de fluage simple qui conduit à un nouveau critère de conception simple qui pourrait facilement être adopté dans les codes de conception actuels / This PhD thesis addresses the issue of CLT wall buckling. These wooden panels, made of boards which are glued cross-wise, are more and more used in construction. The current trend of the market is to design high-rise buildings which raises the issue of the compressive strength of such walls. It turns out that wood is a highly anisotropic material. Especially, the shear stiffness and strength perpendicular to the grain (rolling shear) are much weaker than in the direction parallel to the grain. This high contrast requires more elaborate design criteria than classical tools used in timber engineering. This work is organized in two main parts. First, the equivalent rolling-shear behavior of a CLT layer is investigated. Bounds are established for the stiffness of an equivalent layer using a theoretical approach. These bounds are validated by means of a new experimental set-up which allows the measurement of the rolling shear stiffness with less variability than the classical single lap shear test. In the second part, this data is used in the buckling analysis of CLT walls with increasing refinements. First, the linear buckling load of a thick plate without imperfection is established. This load is based on a new higher-order plate theory and reveals that the critical load based on a thin plate theory (Kirchhoff-Love) cannot predict correctly the strength of CLT walls. Then, the influence of imperfections is introduced adapting the classical approach from Ayrton and Perry to the case of a Timoshenko beam. This extension reveals that a new design criterion has to be satisfied under buckling which is specific to CLT. Finally, this analysis is extended to long term loads assuming a simple creep law and leading to a new simple design criterion which may be easily introduced in current design codes

Depuis quinze ans, on recommence à construire en bois, et notamment en bois lamellé-collé (LC), pour répondre aux nouveaux challenges imposés par les problématiques de développement durable. Néanmoins, des problèmes de dégradations liés à l'humidité ou aux cycles d'humidification/séchage limitent le développement des ouvrages en bois. De ce fait, le suivi de l'humidité des ouvrages d'art en bois devient un enjeu crucial. Aujourd'hui, certaines solutions existent mais ne permettent pas un suivi local au niveau des lamelles du bois LC. Une telle solution permettrait d'améliorer la prédiction de la durée de vie des ouvrages. Suite à ce constat, nous avons proposé de transformer le bois LC en " structure intelligente " par intégration d'un système du suivi de l'humidité au niveau des lamelles, et ce, en tenant compte des principales contraintes de fabrication de ce matériau (faible épaisseur du joint collé, pression de collage importante, etc.). Pour ce faire, nous avons effectué une recherche bibliographique afin de sélectionner les méthodes de suivi pouvant répondre à ces contraintes. A l'issue de cette recherche, deux technologies se sont révélées intéressantes : les mesures électriques et les mesures ultrasonores. Plusieurs configurations de mesures ont été proposées et testées pendant ce travail de thèse. Par la suite, nous avons effectué des essais préliminaires pour s'assurer du bon fonctionnement de ces configurations de mesures, et ainsi vérifier le comportement des capteurs lors de la fabrication du bois LC. Puis, nous avons humidifié les échantillons en utilisant deux protocoles d'humidification différents afin de vérifier la faisabilité du suivi de l'humidité avec les capteurs intégrés. Les résultats montrent que l'ensemble des configurations de mesures sont opérationnelles pour suivre la variation de l'humidité dans les échantillons LC. De plus, pour les mesures électriques, nos résultats montrent que l'on peut adopter quasiment les mêmes modèles d'étalonnage pour le suivi de l'humidité par mesures résistives, quel que soit le type de capteurs utilisé. Qui plus est, il est possible de récupérer des informations complémentaires par la réalisation simultanée des mesures résistives et des mesures capacitives en utilisant les électrodes surfaciques. Concernant les mesures ultrasonores, nous avons obtenu les courbes de sensibilité en fréquence pour plusieurs familles de capteurs à film piézoélectrique. L'influence de la pression de collage et de la distance entre les capteurs sur les mesures électriques/ultrasonores a aussi été investiguée dans ces travaux. De futures études consisteront à utiliser ces configurations de mesures pour le suivi in situ dans les ouvrages, ainsi qu'à établir un lien entre la durabilité des structures LC et les cycles d'humidification/séchage afin de prédire la durée de vie résiduelle des ouvrages d'art en bois. / For fifteen years, we restart to construct with wood, and particularly with glulam to respond to the new challenges imposed by the issues of sustainable development. However, degradation issues related to moisture content (MC) or wetting/drying cycles limit the development of timber structures. As a result, the MC monitoring in timber structures becomes a critical issue. Today, several solutions exist but they do not allow a local monitoring in the lamellas of glulam. Such a solution would improve the prediction of the service life of timber structures. In the light of this observation, we proposed to transform glulam into "smart material" by embedding a MC monitoring system in the lamellas, and this, considering the major constraints of fabrication of this material (small glue line thickness, important bonding pressure, etc.). To achieve this, we have conducted a bibliographic research, in order to select the monitoring methods which can satisfy these constraints. According to this research, two technologies turn out to be interesting: the electrical measurements and the ultrasonic measurements. Several measurement configurations were proposed and tested in this PhD work. Thereafter, we conducted preliminary tests to make sure of the good functionality of these measurement configurations, and also to verify the behavior of sensors throughout the glulam fabrication process. Afterwards, we moistened the specimens with two different moistening protocols in order to verify the feasibility of MC monitoring with embedded sensors. Results showed that all the measurement configurations are operational for the MC monitoring in glulam specimens. Moreover, for electrical measurements, our results show that we can adopt almost the same calibration models for the MC monitoring by resistive measurements, no matter the type of sensors used. Furthermore, it is possible to obtain complementary information by the realization of the resistive and capacitive measurements at the same time, using surface electrodes. Regarding the ultrasonic measurements, we have obtained the sensibility curves in frequency of several families of piezoelectric film sensors. On the other hand, the influence of bonding pressure and of sensor distance on the electrical/ultrasonic measurements was also investigated in this study. Future studies will consist in using these measurement configurations to perform in situ monitoring in timber structures, and also to establish a link between the durability of glulam structures and the wetting/drying cycles in order to predict the service life of timber structures.

Les panneaux en bois lamellé croisé (en anglais CLT - Cross Laminated Timber) sont des éléments de structure composés de couches en bois collées entre eleese et empilées de façon croisée. Chaque couche est composée de planches en bois juxtaposées et généralement non collées sur leur chants. Dans cette thèse, nous étudions l'influence sur le comportement mécanique des espacements entre planches des panneaux avec une approche par modélisation et expérimentation. Les panneaux CLT standard sont considérés comme des panneaux avec des espacements de très faible dimension par opposition aux panneaux avec espacements importants que nous appelons panneaux innovants. Nous modélisons dans un premier temps le comportement en flexion de panneaux standard à l'aide d'un modèle de couche homogène équivalente basée sur des hypothèses simplifiées de la mécanique d'une couche avec chants collés ou non collés. Nous observons un bon accord entre les résultats de notre modélisation et des résultats expérimentaux issus de la littérature. Des études paramétriques sont ensuite réalisés portant sur certaines propriétés des panneaux.Nous avons ensuite réalisé des essais de flexion 4-points sur des panneaux CLT standard et innovants pour quantifier l'influence des espacements sur la réponse mécanique des panneaux. Il se trouve que l'influence des effets de cisaillement transverse sur le comportement élastique et à la rupture augmente avec l'augmentation des vides dans le panneau.Afin de prendre correctement en compte les effets du cisaillement, les CLT espacés sont modélisés comme des plaques épaisses périodiques à l'aide d'un modèle de plaque d'ordre supérieur. Ce modèle a été appliqué à la géométrie des panneaux CLT espacés avec un schéma d'homogénéisation périodique. Des méthodes simplifiées existantes ont également été comparées avec les résultats des essais et le modèle de plaque. De plus, des résultats d'essais de cisaillement dans le plan des panneaux CLT standard issus de la littérature ont été comparés avec nos résultats. La raideur de flexion des CLT espacés peut être prédite avec des méthodes simples existantes, alors que seule la modélisation que nous proposons permet de prédire le comportement en cisaillement transverse et dans le plan. Finalement, des formules analytiques ont été obtenues pour prédire le comportement élastique des CLT espacés. Ces formules donnent une bonne approximation u comportement des CLT espacés et peuvent être utilisées dans le cadre d'une démarche pratique de dimensionnement.Enfin, une étude concernant l'analyse du comportement au feu des panneaux CLT standard est présentée. La comparaison entre des résultats d'essais au feu et une modélisations avancée et simplifiée a permis de proposer une possible amélioration de la méthode de dimensionnement au feu standard / Cross Laminated Timber (CLT, or crosslam) panels are engineered timber products composed of layers made of wooden lamellas placed side by side, glued on their upperand lower faces and stacked crosswise. In the present thesis, the influence of lateral spaces between lamellas of each layer on the panel’s mechanical response is investigated with modeling and tests. Both configurations of standard panels having short spaces and innovative CLT panels with large spaces are analyzed.As a first approach, the bending behavior of standard crosslam was modeled by means of an equivalent-layer model based on simplified hypotheses on mechanical properties of laterally glued or unglued layers. The good agreement of the predicted behavior with an experiment of the literature finally allowed an investigation on several CLT properties by means of parameter studies.Then, 4-points bending tests on standard and innovative CLT floors were performed in order to quantify the influence of periodic spaces on the panels' mechanical response. It appears that the influence of transverse shear effects on the elastic and failure behavior of spaced CLT increases with the increasing spaces between boards.In order to take into account transverse shear effects, spaced CLT have been modeled as periodic thick plates by means of a higher-order plate theory for laminated plates. This model has been applied to the geometry of spaced CLT with a periodic homogenization scheme. Existing simplified methods for spaced crosslam were compared as well with refined modeling and test results. Moreover, available in-plane shear tests of the literature have been compared to the modeling results. It appears that the bending behavior of spaced CLT can be predicted with simplified existing approaches, while only the more refined modeling can predict the in-plane and transverse shear behavior. Then, closed-form solutions for predicting spaced CLT elastic behavior were derived in order to encourage the application of spaced CLT panels in modern timber construction.One further study within this thesis concerns the analysis of fire-exposed standard CLT floors. The comparison between test results and both advanced and simplified modeling led to a suggestion for a possible improvement the standard fire design model