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Le bois comme générateur d’ambiances visuelles en architechture

Problématique

En architecture, le choix d’un matériau de construction pour la structure et la décoration d’un espace constitue en une étape primordiale du processus de conception. Malheureusement, lors du choix d’un matériau de construction, les qualités sensorielles sont souvent ignorées. Cette recherche a ainsi pour objectifs d’investiguer les effets du bois sur la satisfaction d’un occupant. Plusieurs chercheurs ont traité de la comparaison de l’impact de différents matériaux de construction sur la satisfaction de l’occupant. Les résultats des études sont semblables pour ce qui est de la perception face au bois : ce matériau est qualifié de « chaleureux », « agréable », « naturel » et « relaxant ». L’effet positif du bois comparativement à d’autres matériaux ayant été démontré, cette étude vise plutôt à investiguer l’effet que peuvent avoir plus précisément différentes essences et teintes de bois dans l’espace.

L’objectif de la recherche

Cette recherche expérimentale en partenariat avec le groupe de recherche en ambiances physiques (GRAP) ainsi que la chaire industrielle de recherche sur la construction éco-responsable en bois de l’Université Laval (CIRCERB) a pour but d’expérimenter l’effet de diverses essences et couleurs du bois sur la satisfaction visuelle des occupants. La satisfaction visuelle est définie comme l’ensemble des stimuli de perception visuelle menant à une sensation de bien-être, de confort. La recherche se veut exploratoire plutôt que déterministe.

Méthodologie

La méthodologie utilise la comparaison de maquettes à échelle réduite comprenant diverses proportions et couleurs de bois. Des photos sont comparées quantitativement pour leur teinte, saturation, luminosité et contrastes afin de qualifier chacun des espaces. Un questionnaire sur la perception visuelle des textures, des couleurs et de la luminosité ainsi que sur l’appréciation générale de l’espace est passé à 80 participants de la communauté universitaire. Une analyse statistique est effectuée afin de découvrir quels sont les espaces préférés, moins appréciés, et comment il est possible de générer une ambiance en bois confortable et favorisant un bien-être psychologique.

Applications potentielles et retombées industrielles

La recherche permettra de découvrir quelles essences sont à privilégier dans un tel type d’espace, en termes de teintes, de vernis et d’emplacement. L’utilisation du bois pour des surfaces autres que les planchers (murs et plafonds) permettrait de réduire l’utilisation de matériaux non écologiques.

Externalités dans un projet de construction en bois

Description :

Le projet proposé inclut trois composantes. Premièrement, nous aimerions étudier le coût des externalités environnementales dans un projet de construction réel. Les externalités environnementales réfèrent au concept économique des impacts environnementaux non-compensés de la production et de la consommation, qui affectent le coût pour l’entreprise, à l’extérieur des mécanismes du marché libre. La conséquence des externalités négatives est que les coûts de production pour l’entreprise privée sont plus bas que les coûts sociaux totaux. L’objectif du principe du « pollueur/utilisateur-payeur » est d’encourager l’internalisation de ces externalités dans les plans et les budgets. Un projet sera identifié à même notre portfolio de partenaires, dont possiblement un projet ayant déjà fait l’objet d’une ACV. Ensuite, les externalités seront identifiées, quantifiées, estimées et classées en termes d’importance dans un projet de construction. Enfin, ces coûts seront considérés dans une ACV ou une analyse du coût du cycle de vie. Ceci pourrait être réalisé dans une attribution des externalités par m2 de bâtiment.

Deuxièmement, en support à l’expansion de l’industrie préfabriquée et modulaire, des données d’ACV devront être cueillies pour la construction de maisons préfabriquées, ainsi que pour la construction de maisons au chantier, et ce pour les principaux marchés d’exportation d’un de nos partenaires. L’objectif est de voir si l’empreinte environnementale de cette industrie pourrait être un argument en faveur de l’industrie de maisons préfabriquées.

Enfin, nous aimerions appuyer les étudiants gradués du CIRCERB avec la composante ACV de leurs projets. Les sujets de ces projets varient de l’ACV en tant qu’outil à la conception, jusqu’à l’analyse de bâtiments complets.

Évaluation post-occupationnelle du confort: l’influence du bois sur la satisfaction

Ce projet a débuté en septembre 2015.

Problématique

Plusieurs concepteurs soulignent les qualités éco-responsables de leurs bâtiments (c’est-à-dire les certifications obtenues, la faible consommation d’énergie estimée, l’utilisation de matériaux durables, etc.), mais à l’ère de l’écoblanchiment (« greenwashing ») où le marketing est souvent utilisé pour donner une image écologique responsable, ces moyens contribuent-ils réellement au confort et à la satisfaction des occupants?

Les évaluations post-occupationnelles (EPO) permettent d’étudier la performance des bâtiments après leur construction, de partager dans la communauté d’architecture les succès et les limites des stratégies employées et de valider à la fois quantitativement et qualitativement certaines décisions architecturales. Malheureusement, il n’est pas pratique courante de réaliser des EPO et leurs résultats sont rarement partagés en dehors des firmes d’architecture qui les produisent. Dans l’optique de favoriser la construction en bois, les EPO permettent d’aller au-delà des comparaisons objectives avec d’autres matériaux en recueillant la perception subjective des occupants.

L’objectif de la recherche

La recherche vise dans un premier temps à accroitre les connaissances sur la perception architecturale des espaces ayant une finition intérieure en bois. Dans un deuxième temps, la recherche permettra d’étudier le confort (thermique, visuel, acoustique, olfactif) des occupants dans les bâtiments construits en bois.

Méthodologie

La recherche tente de comprendre l’influence des finitions intérieures en bois sur le confort des occupants par une étude comparative s’insérant dans un cadre d’évaluation post-occupationnelle. Un questionnaire permettra de comparer la perception des occupants d’une pièce avec une finition intérieure en bois et d’une pièce sans bois. Des mesures des conditions intérieures (température, éclairage, niveau de bruit, etc.) permettront de mettre en relation les données objectives mesurées et la satisfaction qualitative des répondants pour déterminer s’il existe une relation entre la présence de bois dans une pièce et le confort rapporté par les occupants.

Applications potentielles et retombées industrielles

L’analyse du confort dans un bâtiment bois permettra de mettre en valeur les avantages du bois sur la satisfaction environnementale des occupants, plus particulièrement en climat nordique.

Impact du carbone biogénique dans un projet de construction en bois réel et sa considération dans les BIM – Étude de cas

Ce projet a débuté en septembre 2015.

Problématique

En décembre 2015 aura lieu la 21e Conférence des parties de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (COP21). Cet évènement majeur soulève les risques associés aux changements climatiques et l’importance de développer des solutions concrètes. Le GIEC a identifié le haut potentiel de lutte aux changements climatiques du secteur du bâtiment.

Le Gouvernement québécois reconnaît le potentiel des bâtiments en bois pour diminuer les émissions de GES : la Charte du bois et le Guide du bois stimulent la séquestration du carbone par une plus grande utilisation du matériau. Cependant, l’impact environnemental réel de ces politiques est difficile à quantifier car les méthodes d’analyse du cycle de vie actuelles ne reflètent pas bien les bénéfices environnementaux du carbone biogénique.

L’objectif de la recherche

L’objectif principal de cette étude de cas est de quantifier les impacts environnementaux réels de l’utilisation du carbone biogénique dans un projet de construction. Ce projet permettra entre autres de fournir des données de référence, de valider les modèles de stockage de carbone développés par Marieke Head (PhD, Polytechnique de Montréal) et de contribuer au développement d’un outil d’analyse d’impact environnemental plus adapté au milieu industriel.

Méthodologie

Les objectifs de ce projet seront atteints en trois phases. Premièrement, l’ensemble du bâtiment sera modélisé dans Revit, un logiciel de modélisation des données du bâtiment (BIM). Deuxièmement, une analyse de cycle de vie (ACV) du Bâtiment K sera réalisée avec le logiciel OpenLCA selon les normes ISO14040 et 14044. Enfin, l’outil Uncertain but Useful Building Information (UBUBI) sera utilisé avec le modèle BIM pour obtenir une estimation des impacts environnementaux; les résultats seront comparés à ceux obtenus par l’ACV traditionnelle.

Applications potentielles et retombées industrielles

L’étude de cas permettra de documenter les bénéfices environnementaux réels du carbone biogénique dans les projets de construction, ce qui pourrait devenir un argument-clé pour l’utilisation du matériau bois dans les grands projets de construction. De plus, les entreprises utilisant les logiciels BIM bénéficieront de l’outil UBUBI,  dont les estimations seront validées par ce projet. Les retombées de ce travail contribueront à rendre les analyses de cycle de vie plus complètes et accessibles aux entreprises et aux professionnels du milieu de la construction du Québec et d’ailleurs.

La collaboration dans la procédure d’appel d’offres et les contrats publics

Problématique

La procédure d’appel d’offres publique, instaurée par la Loi sur la construction des organismes publics et ses règlements corollaires, ne permet l’utilisation que d’une poignée de modes de réalisation des travaux de la construction. Ce processus rigide ne favorise pas l’utilisation de procédés innovants comme la conception intégrée, qui permet de réunir les intervenants pertinents en amont du déroulement des activités de conception et de construction.

L’objectif de la recherche

Favoriser l’implantation de ce mode de réalisation des travaux aurait pour impact de réduire les délais et les coûts dans la construction des édifices publics, en plus d’offrir des bâtiments plus efficaces au plan énergétique. Le bois, en tant que matériau de la construction publique, s’en trouverait ainsi favorisé.

Méthodologie

Identifier les parties prenantes au réseau de la construction et au processus d’appel d’offres public québécois.

Identifier et comparer les différents modes de réalisation des travaux publics au Québec, en plus d’en dégager les caractéristiques cibles.

Répertorier les perceptions des parties prenantes quant au processus de conception intégrée (PCI) et au processus d’appel d’offres québécois.

Isoler les composantes vitales du PCI par l’analyse des différentes visions, fondements théoriques et applications pratiques.

Caractériser les barrières au PCI au niveau légal, réglementaire, contractuel, institutionnel et technique.

Comparer le cadre juridique québécois applicable au PCI et à la procédure d’appel d’offres à celui de juridictions étrangères.

Applications potentielles et retombées industrielles

La réduction des délais et des coûts permettra une saine gestion des fonds publics et une véritable concurrence, des concepts prônés par le gouvernement provincial dans la Loi sur la construction des organismes publics. L’approche de conception intégrée rendra possible la création d’édifices novateurs, confortables et adaptés aux besoins des organismes publics. L’utilisation de bois, de techniques innovantes de même que l’amélioration de l’efficacité énergétique jouent un rôle clé pour la réduction des gaz à effet de serre, l’une des problématiques environnementales phares de l’industrie de la construction.

 

Évaluation des variabilités du profil environnemental du cycle de vie d’un bâtiment et de son pointage de certification LEED, en fonction du choix des matériaux

Problématique

« Les bâtiments résidentiels et commerciaux laissent une empreinte environnementale importante » au Canada en consommant « 50 % des ressources naturelles extraites et 33 % de (…) [l’]énergie » [Industrie Canada, 2013]. Afin de diminuer cet empreinte, plusieurs écolabels et standards sont proposés. Cependant, ceux-ci tendent à se concentrer principalement sur certaines phases spécifiques du bâtiment, ce qui peut engendrer un déplacement de l’impact environnemental sur son cycle de vie.

Objectif de recherche

L’objectif de ce projet de recherche est d’évaluer, par une analyse du cycle de vie (ACV), la variabilité du profil environnemental d’un bâtiment certifié LEED. Cette variabilité sera occasionnée par la modification de différentes configurations de matériaux apportée au bâtiment étudié.

Méthodologie

L’étude se basera sur un édifice à bureau de cinq étages certifié LEED Argent (NC 1.0), qui sera le « Scénario de base ». Pour ce faire, l’ACV de ce bâtiment sera réalisée en le modélisant à l’aide du logiciel SimaPro 8, de la banque de donnée ecoinvent 3.1 et de la méthode d’analyse de l’impact Impact 2002 +. Ensuite, différentes configurations de sous-systèmes, telles que le « Plancher/Plafond » et le « Mur extérieur », et les modifications nécessaires au bâtiment seront relevées et modélisées en réalisant de nouveau l’ACV. Le pointage de la certification LEED v4 pouvant être obtenu en fonction des matériaux de chacun des scénarios sera évalué. Les différents résultats obtenus seront finalement comparés.

Applications potentielles

Cette étude permettra de quantifier l’intensité des impacts environnementaux sur le cycle de vie d’un bâtiment et la variation de ces impacts en fonction des critères relatifs à la certification LEED v4. Dans l’optique d’améliorer l’impact environnemental des bâtiments qu’ils auront à construire, ses résultats seront cruciaux afin de permettre aux industriels d’orienter leurs efforts dans le choix des matériaux et dans l’application de la certification LEED v4.

Panneaux isolants mobiles pour la performance énergétique et le contrôle environnemental – Architecture adaptative

Ce projet a démarré en octobre 2015.

Problématique 

Dans le cadre d’une architecture adaptative répondant aux besoins de ses usagers dans un climat Nordique comme celui du Québec, comment les Panneaux Isolants Mobiles en bois deviennent un outil de gestion des ambiances intérieures sur les plans du confort thermique, lumineux et spatial?

L’objectif de la recherche

L’objectif de la recherche est de définir le meilleur modèle de Panneau isolant Mobile permettant de réguler de manière significative les déperditions thermiques au niveaux de ouvertures, de permettre une gestion lumineuse appropriée au programme et à l’usager selon l’ensoleillement quotidien et annuel d’une zone géographique donnée (ici le Québec), et de devenir un élément de partition spatiale intérieur et non un simple élément de façade.

La recherche se concentrera sur la mise au point d’un prototype en bois, matériaux vivant ayant de grande capacité d’adaptation à son milieu, et qui dispose de caractéristiques thermiques, culturelles ainsi que de prototypage industriel et de recyclage très prometteuses dans un projet s’inscrivant dans une démarche de développement durable.

Méthodologie

1ère phase : Classification des types de Panneaux Isolants Mobiles existants, afin de dresser un état des lieux de ce qui se existe actuellement. Rendu : fin de la session d’automne

 2nde phase : Expérimentation analogique et numérique d’un type de Panneau sélectionné à la suite de la classification (carte d’identité du panneau).

3ème phase : Conception d’un prototype qui ne serait pas seulement un élément de façade, mais un élément de partition spatiale intelligent s’adaptant aux besoins des occupants (manuellement ou automatiquement), créant un dialogue entre le bâtiment et l’habitant (autant dans des programmes de bureaux que dans l’habitat).

 

4ème phase : Mise au point et réalisation d’un prototype de Panneau Isolant Mobile adaptable sur tout type de programme, dans des zones géographiques et climatiques variées. (comparaison d’études de cas à Québec et à Bordeaux).

Applications potentielles et retombées industrielles

Les applications industrielles quant au développement d’un système de Panneau Isolant Mobile en bois que l’on pourrait standardiser tout en le rendant adaptable à tout type de programme (habitat comme secteur d’activité) sont nombreuses.

De plus la conception d’un dispositif permettant de gérer à la fois l’ambiance lumineuse et les déperditions thermiques via les ouvertures s’inscrit dans une logique de conception architecturale bioclimatique, visant à favoriser l’éclairage naturel et les apports solaires plutôt que l’éclairage artificiel et le chauffage (tout deux consommateurs d’énergie), amoindrissant ainsi le bilan carbone des bâtiments.

L’utilisation du matériau bois permet de respecter une démarche de développement durable, tant au niveau de la production que pendant les cycles de vie du produit une fois installé. En effet la production est peu polluante, les chutes peuvent être recyclé (comme le produit lui-même).

 

Matérialisation d’une architecture biophilique au moyen de structures bois en résille

Ce projet a débuté en septembre 2015.

Problématique

Les débuts de l’architecture numérique s’inscrivent dans le prolongement des questionnements sur la complexité amorcée par les architectes postmodernes. En opposition avec le déconstructivisme qui voue un culte à la fracture, à l’incongruité et à la juxtaposition, les architectes numériques définissent la complexité par la souplesse, la fusion et le pliage. Dans les années 1990, l’arrivée des logiciels de modélisation favorise un certain polymorphisme organique qui porte un tout nouveau regard sur la tectonique. Les savoirs constructifs développés au cours des derniers siècles semblent maintenant relever d’un passé distant. L’aspect quasi immatériel des surfaces, la quête d’une fluidité absolue, le fait que celles-ci semblent brouiller toutes notions de structure et de gravité s’expriment en rupture avec la façon de penser l’architecture comme une stratification de poutres et de colonnes. Avec la possibilité de travailler aussi bien à l’échelle du bâtiment qu’à celle du détail, l’outil numérique laissait présager un renforcement de l’adéquation entre la forme et la technique. Pourtant, plusieurs projets construits illustrent une contradiction entre la fluidité de l’enveloppe et la prédominance de la structure. L’utilisation de procédés constructifs traditionnels dans la réalisation de formes complexes est à la base d’un décuplement du temps de chantier en d’une surutilisation de la quantité de matériaux.

Les objectifs de recherche

Les résilles se présentent comme une solution constructive crédible face aux nouveaux enjeux formels de la conception numérique. En poussant, tirant et déformant la grille à l’aide de grues, d’échafaudages et de vérins, il est possible d’obtenir un large éventail de géométries qui s’apparentent à celles conçues avec les logiciels de modélisation. Voici les objectifs généraux du projet de recherche :

– Intégrer la forme architecturale à son environnement

– Mesurer le potentiel structural des treillis

– Favoriser l’utilisation du bois dans des systèmes constructifs innovants

– Qualifier les ambiances lumineuses générées

– Documenter la phase de construction et les limites d’application

Méthodologie

La recherche-création est au cœur de la méthodologie utilisée. Cette approche s’inscrit donc dans un processus itératif où la théorie informe la conception et où les explorations créatives offrent une nouvelle vision de la théorie. Le projet de recherche explore le thème de la complexité à l’aide d’un logiciel paramétrique qui permet d’échapper aux limites des outils traditionnels de modélisation et d’accélérer la production de modèles présentant de légères variations. Grasshopper est un logiciel libre accès de conception algorithmique qui est supporté par une imposante communauté incluant des développeurs, des étudiants, des professeurs et des professionnels. Cet outil permet de démocratiser la programmation par une interface graphique conviviale. En définissant la forme, la structure, la matière et l’enveloppe comme 4 axes ayant 4 niveaux de complexité, on est en mesure de générer une banque de 256 prototypes aux potentiels variés dont les enjeux relatifs à la construction sont évalués par leur fabrication. Le but est d’aider les concepteurs à déterminer le niveau adéquat de complexité à choisir dans chacun des axes pour concevoir des bâtiments aux formes pertinentes qui transfèrent efficacement les efforts, minimisent la quantité de matériaux et génèrent des ambiances architecturales intéressantes.

Applications potentielles et retombées industrielles

Le projet de recherche permet l’adoption d’un nouveau système constructif en bois en Amérique du Nord et ouvre des marchés prometteurs pour les partenaires industriels. En explorant la fusion de la forme, de la structure et de la matière pour une plus grande adéquation entre le bâtiment, l’environnement et les occupants, il démontre tout le potentiel des résilles dans la production d’œuvres architecturales singulières. Toutefois, il est possible de penser que la résolution constructive de plusieurs bâtiments génériques comme les entrepôts commerciaux ou agricoles pourraient se faire via ce système structural. Étant optimal de nature, il présente des avantages économiques et écologiques majeurs en comparaison à d’autres procédés standards.

De la conception à la préfabrication numérique 3D des structures CLT

Problématique

Alors que les principes de développement durable, d’écologie du bâtiment et d’efficacité énergétique prennent une place de plus en plus importante dans le design architectural, le CLT, par ses caractéristiques intrinsèques, représente un matériau de construction idéal pour une architecture écoresponsable. Cependant, les bâtiments en CLT aspirants à offrir des performances énergétiques intéressantes sont généralement limités par les directives et règles de conception qui n’encouragent que peu les expérimentations formelles qui permettraient d’explorer des stratégies passives alternatives appuyées sur la forme du bâtiment. En parallèle, la préfabrication numérique des structures bois a redéfini les limites et frontières de la préfabrication conventionnelle. Ainsi, les concepteurs peuvent maintenant envisager des formes planaires complexes en matériau bois sans augmenter significativement le coût de production grâce à la précision et la diversité des éléments permise par la préfabrication numérique.

L’objectif de la recherche

Ce projet aura pour but d’explorer le développement d’un concept architectural utilisant le CLT dans un esprit de préfabrication numérique 3D et de découpe optimisée. Il s’agit plus précisément de démontrer qu’à travers une approche intégrée il est possible de concevoir et de construire des projets à géométrie complexe en CLT ayant des qualités esthétiques, structurales et environnementales supérieures aux structures en acier ou en béton.

Méthodologie

La méthode utilisée dans le cadre de ce projet est celle de la recherche-création. La recension des écrits permettra en premier lieu de définir les méthodes classiques et expérimentales de mises en œuvre du CLT et d’identifier le potentiel des différents systèmes constructifs envisageables. À partir des données d’un projet architectural expérimental, le système le plus adéquat sera employé selon une approche intégrée à l’aide de simulations dans un logiciel de conception et de modélisation paramétrique 3D. Plusieurs itérations du projet seront proposées tenant compte de l’aspect architectural et structurel, tout en intégrant les contraintes de fabrication. Ces itérations permettront de produire un projet architectural de qualité optimisant la structure et la mise en œuvre, mais surtout offrant des fichiers de découpe permettant un passage direct aux machines-outils à commande numérique dans un esprit d’économie de matériau et de coût.

Applications potentielles et retombées industrielles

Les détails de la démarche numérique employée lors de cette recherche permettront l’avancement des connaissances sur les potentiels constructifs du CLT au Québec. Ce projet sera une démonstration qu’avec les moyens mécaniques dont nous disposons et en utilisant une approche intégrée pour optimiser le matériau et les coûts, il est possible de construire des projets architecturaux plus complexes en passant directement du modèle 3D à la fabrication des pièces sur mesure en CLT.