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Développement et caractérisation d’un traitement de barrière pénétrante pour la protection du bois

Problématique

Durant sa période de vie utile, le bois peut être dégradé par différents agents, tels que l’eau, les champignons et insectes. À l’heure actuelle, plusieurs traitements existent pour protéger le bois contre leur action, mais font généralement appel à des produits toxiques, à des solvants organiques nocifs et nécessitent des installations lourdes et coûteuses. Un nouveau traitement à récemment été développé, permettant d’introduire des pesticides peu toxiques profondément dans le bois sans utiliser de pression. Ce procédé, dit de barrière pénétrante, utilise l’eau comme solvant et tire profit de la capacité des oxydes d’amines à solubiliser les pesticides organiques, puis à diffuser uniformément dans le bois. Les oxydes d’amine améliorent la stabilité dimensionnelle du bois traité et se fixent chimiquement dans le bois, ce qui les rend peu sensibles au lessivage. Une meilleure compréhension du traitement est cependant nécessaire à son utilisation commerciale.

L’objectif de la recherche

L’objectif du projet est de développer et caractériser un traitement de barrière pénétrante pour protéger le bois. Les points principalement évalués sont la performance du procédé, en termes de pénétration de pesticides, et la protection offerte face aux différents agents de dégradation.

Méthodologie

Afin de mieux comprendre le traitement, différentes combinaisons de temps de traitement, de pesticides et de mélanges d’oxydes d’amine sont testés sur deux essences de bois. Pour chaque combinaison, l’efficacité du traitement est évaluée selon deux axes :

  • La quantité de pesticide absorbée, ainsi que la profondeur et l’homogénéité de la pénétration.
  • Le gain en résistance aux champignons, en résistance au lessivage et en stabilité dimensionnelle suite au traitement.

Applications potentielles et retombées industrielles

Le développement d’un tel traitement donnerait accès à une méthode rapide, écologique et économique pour protéger le bois de façon durable. Autant d’atouts offriraient à Maibec un avantage concurrentiel d’un point de vue économique, mais également au niveau de la perception du consommateur.

Analyse d’un système de résistance aux forces sismiques en panneaux de bois massif, d’un bâtiment multi-étagé (10 à 15 étages), par un modèle d’éléments finis avec analyse dynamique temporelle non-linéaire

Problématique

L’objectif principal du calcul parasismique étant de préserver la vie et la sécurité des occupants du bâtiment et du public durant de fortes secousses, la conception des systèmes de résistance aux forces sismiques est donc cruciale pour les bâtiments multi-étagés. Donc, par le manque d’expériences pratiques, de résultats expérimentaux, de résultats théoriques et de méthode de calcul, les panneaux de bois massif ne sont pas souvent utilisés comme matériau de conception pour ces éléments structuraux. L’environnement s’en trouve donc détérioré, par le manque de connaissance et de confiance des ingénieurs au Canada de construire une composante structurale si importante en bois.

L’objectif de la recherche

La portée principale du projet serait de produire une méthode d’analyse dynamique temporelle non-linéaire par éléments finis (basée sur le Code national du bâtiment Canadien (2015) ainsi que sur la norme CSA O86-14 supplément 2016). Cela permettra aux ingénieurs canadiens d’être plus experts et plus confortables afin de concevoir les systèmes de résistance aux forces sismiques en panneau de bois massif pour des édifices multi-étagés de 10 à 15 étages.

Méthodologie

Tout d’abord, une revue de la littérature et de l’état des connaissances actuelles sera effectuée dans l’objectif de déterminer les principales questions qui restent sans réponse dans ce domaine de recherche. Ensuite, des connaissances seront acquises dans le calcul parasismique et dans les différents logiciels d’analyse par éléments finis pour pouvoir finalement faire un choix de logiciel en fonction des besoins plus précis du projet.

Après avoir acquis ces connaissances nécessaires, une définition des hypothèses et une modélisation des différentes options seront effectuées. L’objectif sera de comparer différents types de modélisation et de matériaux pour pouvoir optimiser les systèmes de résistance aux forces sismiques. Plusieurs analyses et itérations seront nécessaires afin de développer une méthode de conception appropriée.

Applications potentielles et retombées industrielles

La recherche de solutions pour ce type de structure permettra aux ingénieurs de faire la conception des cages d’ascenseur et des cages d’escaliers en panneau de bois massif en remplacement au béton armé. Le choix du bois comme matériau de construction est un des meilleurs du côté environnemental. En plus d’être une des ressources les plus abondantes en Amérique du Nord, le bois joue un rôle crucial contre le réchauffement planétaire en séquestrant du CO2 tout au long de sa durée de vie. Donc, le remplacement de ces éléments structuraux généralement construit en béton armé aurait un impact positif sur l’environnement. De plus économiquement, les constructions en bois sont tout aussi viables que les autres types de constructions plus traditionnelles et possèdent une rapidité de montage intéressante pour les clients.

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.

Spécificités physiques et principaux enjeux de la performance énergétique des CLT en milieu nordique

Ce projet a débuté en septembre 2015.

Problématique

Le Nord du Québec est une région éloignée, les matériaux de construction et certaines professions spécialisés n’étant pas disponible l’éloignement induits d’importants coûts dans la construction/rénovation. Les conditions climatiques du Nord sont également très contraignantes. Finalement le coût de l’énergie est bien supérieur que dans le sud. Actuellement de nouveaux logement sociaux sont requis dans le Nord, des logements pour de nouveaux sites miniers ou forestiers nécessiteraient aussi un système constructif adapté.

L’objectif de la recherche

En se basant sur le concept d’une habitation adapté au nord, l’objectif de ce projet consiste à développer un système constructif, une enveloppe, très efficace énergétiquement pour abaisser au maximum la dépendance au chauffage, et si possible favoriser les apports d’énergies passives/renouvelables. L’enveloppe sera structurellement constituée de CLT, le projet consistera à concevoir le mur, le mode d’isolation et comment sont raccordés les panneaux.

Le CLT est un matériau d’ingénierie en bois, produit au Québec, qui est très adapté à la préfabrication/modularisation, il permet d’atteindre une bonne efficacité énergétique à travers ses propriétés thermiques et d’étanchéité à l’air.

Méthodologie 

Le projet se base sur un design provenant d’un essai architectural sur l’habitat nordique. Le concept devra respecter des normes d’efficacité énergétique élevées comme PassivHaus en fonction de la performance désirée. La conception consiste à définir puis calculer les épaisseurs des différents matériaux du mur pour répondre aux critères des normes sélectionnées. La vision globale de la structure permettra ensuite de concevoir les jonctions des panneaux pour limiter les ponts thermiques et les échanges d’air avec l’extérieur.  Il faudra s’assurer qu’une fois en kit, le système soit adapté aux modes de transport requis, et qu’il ne crée pas de complications lors du montage, ce qui exigerait une expertise particulière indisponible. Enfin une analyse comparative avec l’ossature légère permettra d’appuyer l’utilisation du CLT dans ce contexte ou de définir les limites quant à son utilisation.

Applications potentielles et retombées industrielles

Un système constructif préfabriqué d’une haute performance énergétique et d’une bonne durabilité serait tout à fait viable pour des constructions commerciales ou résidentielles dans la vallée du St-Laurent. À terme, si les bâtiments respectaient des normes énergétiques plus strictes, sur tout leur cycle de vie, il serait possible de réduire durablement les charges de chauffages des ménages, améliorer la qualité de vie des occupants et participer à un assainissement de l’empreinte environnementale de la construction.

 

 

 

Conception optimale des planchers mixtes bois-béton avec ou sans dalle en BFUP

Problématique

Les charpentes en bois ont de nombreux avantages tels leur grande solidité, leur empreinte écologique intéressante et leur résistance accrue au feu. L’ajout d’une dalle de béton connectée à une poutre en bois permet de rendre la structure encore plus attrayante pour les promoteurs, puisque sa rigidité s’amplifie. Néanmoins, les recherches ont démontré que la rupture globale de ces structures composites est la plupart du temps fragile. Il est donc essentiel d’approfondir ce domaine afin d’obtenir un modèle hybride ayant un comportement ductile lors de la rupture.

L’objectif de la recherche

• Préfabrication, optimisation et développement d’un connecteur pour les structures composites en bois / béton dans l’intention d’acquérir un comportement ductile de la structure à l’ELUL.

• Effectuer différents essais de cisaillement et de flexion en laboratoire afin de valider la théorie analytique.

Méthodologie

Tout d’abord, un survol de la littérature permettra de rassembler les différents articles pertinents afin d’optimiser une charpente composite. Ensuite, à l’aide des recherches effectuées récemment, un connecteur identifié devra être optimisé, préfabriqué et testé en laboratoire, en vue d’améliorer les propriétés ductiles de l’assemblage composite. Les essais seront axés sur le cisaillement et la rupture globale de l’assemblage en flexion.

Applications potentielles et retombées industrielles

L’utilisation du bois de construction serait prédominée par l’ingénieur, car l’accroissement de la ductilité permettrait à celui-ci d’assurer un comportement désirable lors de la rupture; c’est-à-dire, de grandes déformations apparentes avant effondrement. D’ailleurs, ce comportement permettrait la redistribution des efforts, ce qui augmenterait, en quelque sorte, la fiabilité de la structure.

Utilisation du lambris en bois dans la construction non-résidentielle : constats « par » et « pour » le design

Ce projet a débuté en septembre 2015.

Problématique

Les produits extérieurs de lambris en bois sont actuellement très présents sur le marché de la construction résidentielle notamment pour leur aspect esthétique, environnemental  et monétaire. Au Québec et ailleurs dans le monde, la construction non résidentielle, commerciales et multi-logements est en constante augmentation et ce type de construction pourrait facilement intégrer le bois au niveau de son revêtement extérieur. Cependant, la structure actuelle du marché de la construction, les limitations techniques et certains attributs du produit font en sorte que le lambris est actuellement très peu utilisé dans ce segment de marché.

L’objectif de la recherche

L’objectif principal de la recherche est d’’analyser le potentiel d’utilisation de lambris en bois dans la construction non-résidentielle. La première étape consiste à identifier les besoins des donneurs et les limitations techniques et normatives du produit. Ensuite, l’information recueillis servira de base pour proposer des pistes de solutions en vue de favoriser l’utilisation à plus grande échelle.

Méthodologie

Plusieurs outils tels les études de cas, les entrevues semi-dirigées et l’observation de chantiers seront utilisés pour l’analyse qualitative de l’utilisation du lambris. Afin d’améliorer la validité des conclusions, une approche par triangulation sera utilisée. Un travail de synthèse sera ensuite fait pour convertir les demandes des intervenants en besoins spécifiques auxquels le produit de parement en bois devrait répondre. Le filtre de la faisabilité technique et financière sera pris en compte dans le développement des besoins spécifiques

Applications potentielles et retombées industrielles

Les conclusions de ce projet multidisciplinaire auront des effets concrets sur l’utilisation en revêtement extérieur du matériau bois. Ultimement,  les recommandations permettront au revêtement extérieur en bois d’accéder à de nouveaux marchés dont le potentiel en terme économique est non négligeable. Une utilisation de ce matériau local pour des constructions plus audacieuses permettra  au bois d’être apprécié auprès des professionnels et cela contribuera au développement économique, social et environnemental du Québec.

 

Développement de méthodologie de conception d’assemblages goujons-collés multi-tiges pour la charpentes en bois

Problématique

Caractérisation des performances mécaniques et de la durée dans le temps des assemblages de types goujons-collés utilisés dans les structures bois.

L’objectif de la recherche

L’objectif de ces travaux comporte deux parties visant à caractériser et prédire les performances des assemblages de type goujons collés dans le but d’optimiser leur mis en œuvre.

La première partie consiste à étudier le comportement d’éléments mono-tige en fluage et conditions climatiques variables afin d’identifier l’évolution des performances dans le temps et/ou des conditions de mise en œuvre particulières.

La seconde partie cible davantage les performances à court terme avec l’étude du comportement et de la résistance d’éléments multi-tiges (résistance à la traction, moment….).

Méthodologie 

Ce type d’assemblage repose sur la technique du collage structurel. Il implique par conséquent différents matériaux : les éléments structuraux en bois, les tiges en acier permettant la transmission des efforts et l’adhésif classiquement de type polyuréthane ou époxy. Une première empreinte environnementale est donc définie par le choix de ceux-ci.

Cependant, au-delà de ce choix dépendant souvent des contraintes entrepreneuriales intervient la mise œuvre et le plan de suivi de la qualité afin d’atteindre les performances envisagées. Un système constructif ne peut être considéré comme viable et par conséquent répondre à des critères environnementaux sans un minimum de pérennité dans le temps. Les essais de fluage présentés ci-avant visent à creuser ces points d’interrogations.

Enfin une connaissance plus fine du comportement et des performances permet d’affiner et d’optimiser le dimensionnement des différents constituants. Les places potentiellement adaptées et rentables pour ce type d’assemblage peuvent être identifiées et les surdimensionnement limités, ce qui est un gage du bon emploi des matières premières.

Applications potentielles et retombées industrielles 

Les assemblages sont aujourd’hui des éléments clés dans le domaine de la construction. Ils permettent d’assurer la transmission des efforts et influent directement sur le comportement de la structure.

Les goujons-collés ont une vaste plage d’utilisation de par les différents avantages qu’ils proposent (résistance, esthétisme, sections utiles…). Utilisables en rénovation comme en construction neuve, une meilleure connaissance du comportement à court terme et dans le temps permettrait d’étendre leur utilisation sur le marché.

Celui des assemblages linéiques de type barre/poutre semble particulièrement adapté. Cependant, ceux-ci pourrait se décliner sur d’autre marché tel que le panneau CLT ou les planchers.

Un point d’intérêt majeur, peu développé ici, est la maitrise de la mise en œuvre sur chantier.