Academic literature on the topic 'Constructions à ossature de bois – Mathématiques'

L’objectif principal du projet de recherche est le développement d’une méthode de calcul parasismique pour les structures multiétagées à ossature légère en bois de moyenne hauteur. Actuellement, l’analyse dynamique linéaire (LDA) est très peu utilisée par l’industrie de la construction en bois dû à la complexité de modéliser le comportement non linéaire ce type de structure. La méthode de la charge statique équivalente (ESFP) est la plus utilisée en raison de sa simplicité. Cette étude est basée sur une récente méthodologie qui utilise un processus itératif pour simuler le comportement non linéaire d’une structure à ossature légère en bois dans une LDA. Dans la méthode proposée, la rigidité minimale des murs de refends est utilisée afin d’éliminer le processus itératif et le comportement non linéaire. L’utilisation de la LDA pour la conception de structures multiétagées à ossature légère en bois est ainsi simplifiée. Aux fins de validation de la méthode, une comparaison de la distribution du cisaillement, des moments de renversement, des flèches inter étages ainsi que de la flèche totale inélastique est effectuée pour des murs de refends de six-, quatre- et deux étages ayant des rapports géométriques variant de 0.6 à 6.0. Les murs utilisés pour la comparaison sont tirés d’un exemple de calcul sur un bâtiment de six étages à ossature légère en bois situé dans la ville de Québec. Ce projet démontre que l’ESFP sous-estime les forces de cisaillement dans les étages supérieurs et surestime les moments de renversement à la base des structures multiétagées à ossature légère en bois en comparaison avec la LDA. Les résultats démontrent que l’utilisation de la méthode simplifiée de LDA permet d’optimiser la conception de murs de refends à ossature légère en bois de moyenne hauteur.
The main objective of the research project is to develop a seismic design methodology for mid-rise multi-storey light-frame wood structure. Currently, linear dynamic analysis (LDA) is rarely used in design of light-frame wood structures because of the complexity of modelling the non linear behaviour. Equivalent static force procedure (ESFP) is mostly used because of its simplicity. The study is based on a recently developed methodology using an iterative process to simulate non linear behaviour of light-frame wood structure in LDA. In the proposed methodology, the iterations are eliminated by using the minimum shear stiffness of shear walls. To validate the proposed simplification, shear force distributions, overturning moments, interstorey drifts and total inelastic deflections of shear walls with different aspect ratios, from 0.6 to 6.0, in six-, four- and two-storey buildings located in Quebec City were calculated and compared against the results obtained with iterative LDA and with ESFP. The results show that ESFP underestimates the storey shear at the top floor and overestimates the overturning moment at the base of a multi-storey light-frame wood structure in comparison with LDA. The results show that the simplified LDA can be used to optimize the design of mid-rise light-frame wood shear walls.

Ce travail s'est inscrit dans le cadre d'un projet national ayant pour thème "Estimation non destructive, stratégie d'analyse mécanique des structures bois anciennes". Le souci de conservation du Patrimoine, très présent en Europe, justifie pleinement ce projet. Actuellement, seuls le bon sens de l'expert et l'inspection visuelle (emploi d'outils rudimentaires) sont employés pour le diagnostic d'une structure bois du Patrimoine. Cependant, la connaissance empirique de l'expert est de plus en plus souvent remise en cause par le souci de sécurité du maître d'ouvrage. Pour une intervention, le seul recours est la vérification du dimensionnement de l'ouvrage par des règles de vérification des structures bois modernes, règles dont le modèle mécanique ne prend pas en compte les spécificités des structures bois du Patrimoine. Ainsi, une structure peut être renforcée ou remplacée parce qu'elle ne satisfait pas aux normes actuelles. Dans ce travail, nous avons montré l'importance que revêt la construction d'un modèle mécanique précis et propre à chaque structure bois du Patrimoine nécessitant un diagnostic. Pour ce faire, nous avons développé une méthodologie d'analyse mécanique basée sur : ? la modélisation de la structure par les éléments finis, ? la détermination des paramètres ou éléments critiques du modèle par les plans d'expériences, ? l'identification de ces paramètres in situ par des essais d'END :- directs,- optimisés par les algorithmes génétiques. Nous avons validé cette méthodologie par la remise en service du beffroi d'une église
Preservation of the cultural heritage is an important issue in European countries. Actually, only visual inspection (use of basic tools) and common sense of the surveyor are used to diagnose an old timber structure. In this work, we emphasized the construction of a sharp and fitted mechanical model for each old timber structure diagnosed. Thus, we developed a mechanical analysis methodology based on: ? finite element modelling of the structure, ? determination of the model's influential parameters by design of experiment,? in situ identification of these parameters by NDE tests: - direct,- optimized by the genetics algorithms. We validated this methodology by renovating a wooden bell-tower

Dans un édifice à ossature légère, ce sont les diaphragmes et les murs de refend qui transfèrent les charges latérales à la fondation par cisaillement et par résistance au soulèvement. L’utilisation d’ancrage de retenue verticale permet de limiter le renversement et d’améliorer ainsi la résistance latérale du système. Par contre, ces ancrages sont rarement utilisés dans les constructions en ossature légère traditionnelles rendant généralement leur résistance inconnue. Un des facteurs limitant le renversement des murs partiellement ancrés est l’action des charges verticales. Une étude a été réalisée à l’Université Laval dans le but de déterminer l’influence des charges verticales appliquées au mur sur sa performance latérale. Les essais consistaient en 43 tests statiques et cycliques effectués sur des murs en ossature légère à échelle réelle avec et sans ancrage de retenue verticale. Les murs avaient une hauteur de 2,44 m et une longueur de 2,44 ou 4,88 m et étaient revêtus de panneaux OSB sur un côté. Trois intensités de charge de gravité ont été appliquées aux murs non ancrés : poids d’un toit, poids d’un étage et poids à appliquer pour prévenir tout renversement (correspondant à un mur ancré). Trois murs de 4,88 m avec ancrage ont été testés sous le poids d’un étage. Une série de contrôle de chaque configuration a été réalisée sans charge verticale selon les normes de l’ASTM. Les résultats ont démontré que l’application de charges verticales permet d’augmenter la résistance maximale des murs non ancrés peu importe le protocole de chargement. Une comparaison entre les différentes méthodes de calcul de la résistance latérale des murs soumis à des charges combinées a été faite avec une vérification expérimentale. Les résultats ont démontré que la méthode donnée dans CSA-O86 demeure conservatrice pour de faibles charges verticales, mais semble surestimer la capacité latérale d’environ 10% à des charges plus élevées. La méthode proposée par Källsner et al. est la plus conservatrice. Dans l’ensemble, les méthodes donnent une estimation raisonnable de la capacité des murs non ancrés utilisée en pratique. Le calcul de la flèche proposé par CSA-O86 a également été vérifié. Selon les résultats obtenus, ce calcul semble surestimer la rigidité des murs non ancrés. Afin de rester conservateur, une note devrait être ajoutée à la définition de la déformation des clous, en, mentionnant que la charge par clou doit être celle qui serait observée pour un mur ancré. Cette formulation est basée sur l’hypothèse que tous les clous dans le bas des panneaux atteingnent leur capacité ultime. Finalement, il a été observé qu’une augmentation de la charge verticale diminue le soulèvement des montants d’extrémité et augmente alors le travail des clous en périphérie. Une plus grande rotation des panneaux par rapport à l’ossature est alors observée.
In light-frame buildings, it is diaphragms and shear walls that transfer the lateral forces to the foundation through shear and hold-down restraint. The use of hold-down anchoring devices limits the overturning and therefore improves the lateral resistance of the system. However, these anchors are rarely used in the traditional light-frame construction and the lateral resistance of such systems is largely unknown. One of the factors limiting the overturning of partially restrained walls is the action of the vertical loads. A study was performed at the Laval University aiming at the determination of the influence of the vertical load applied to a wall on its lateral performance. The experimentation program consisted of 43 static and cyclic racking tests on full-size light-frame walls with and without hold-downs. The walls were 2.44-m tall and 2.44-m and 4.88-m long fully sheathed with OSB panels on one side. Three intensities of the vertical dead load were applied to walls without hold-downs: roof load, one storey load and load needed to prevent any overturning (corresponding to a fully restrained wall). Three 4.88-m long walls with hold-downs were tested under one storey load. Control specimens of each configuration were tested without vertical load according to relevant ASTM standards. Results show that application of vertical loads improves maximum capacity of non-anchored walls regardless the load protocol. A comparison of various methods of calculation of the lateral resistance of walls under combined loads was done using experimental verification. The results show that the CSA-O86 method is conservative for low vertical loads, but seems to overestimate the lateral capacity up to 10% for higher loads. The Källsner method is the most conservative. Overall, the design methods give reasonable estimate of the capacity of non-anchored walls used in practice. The calculation of the wall deflections proposed by CSA-O86 was also verified. This formula seems to overestimate the rigidity of non-anchored walls. To stay conservative, a note should be added to the definition of nail deformation, en, indicating that the load per nail should be the one observed for an anchored wall. This formulation is based on the assumption that all sheathing-to-bottom plate nails reach its ultimate capacity. Finally, it was observed that increasing the vertical load decreases the amount of uplift of the chords and therefore increases the work of the nails along the perimeter of the panel, which allows greater rotation of the panels about the frame.

Les maisons à ossature bois sont des structures particulièrement sensibles aux flux d'air et d'humidité. Des études récentes ont montré que de telles sollicitations peuvent dégrader la qualité et la durabilité d'un bâtiment. Après avoir décrit la physique des transferts couplés d'énergie et de masse, nous présentons le support expérimental de cette étude : une maison à ossature bois, de dimensions représentatives d'une construction réelle, qui a été construite sur une plate-forme d'exposition en extérieur. Cette cellule expérimentale a été instrumentée afin d'étudier le comportement hygrothermique des parois et de la pièce principale. Les données météorologiques sont relevées sur le site même. Plusieurs configurations ont été étudiées dans le cadre de ces travaux : parois avec et sans pare-vapeur ; climat interne avec ou sans chauffage, humidification ou ventilation. Des mesures de perméabilité à l'air de la cellule ont également été effectuées. Enfin, une campagne de détermination des caractéristiques des matériaux employés a été lancée. En parallèle de cette expérimentation, un modèle numérique de la cellule a été développé, basé sur le modèle existant HAM-tools. Le modèle est utilisé sur plusieurs séquences expérimentales. L'étude de la validité du modèle s'est faite par étapes : d'abord la paroi seule, puis couplée avec la zone, enfin le modèle de bardage. Nous présentons les résultats de la comparaison entre les mesures et les simulations numériques, et discutons de la validité du modèle et des limites imposées par l'expérimentation. Cette étude a notamment permis de mettre en évidence l'effet de sollicitations thermiques sur le comportement hygrique d'une paroi comportant un matériau hygroscopique, et montré la capacité du modèle développé à le décrire.

De nombreux programmes de construction écologique ont vu le jour depuis la dernière décennie visant à promouvoir la construction de bâtiments plus durables. Considérant que les matériaux biosourcés peuvent aider à réduire l’empreinte environnementale des bâtiments, il est judicieux d’en étendre leur utilisation. Un récent engouement s’est créé pour les sous-produits de culture céréalière en guise de remplacement aux fibres isolantes non renouvelables dans les structures en bois. De nombreux chercheurs ont étudié certaines isolations naturelles alternatives utilisées de nos jours. En comparaison aux matériaux d’isolations commerciaux, ces matériaux ont un impact environnemental remarquablement faible. Dans cette optique, l’utilisation de la paille compressée comme isolant offre un très faible impact dans l’analyse de son cycle de vie. Cependant, la sécurité incendie a toujours été une grande préoccupation pour les constructeurs utilisant des matériaux naturels combustibles. L'objectif de cette étude est de documenter le risque incendie de la paille compressée lorsqu'elle est utilisée comme matériau isolant dans des assemblages à ossature en bois. Trois densités de paille comprimée (75, 125 et 175 kg/m3) ont été sélectionnées pour évaluer leurs propriétés de combustion et leur conductivité thermique, en essayant de déterminer laquelle avait la meilleure combinaison de propriétés. La paille de la densité sélectionnée a ensuite été comparée aux matériaux d'isolation combustibles disponibles sur le marché pour comparer leur risque d'incendie. Par la suite, cet isolant de même densité a été testé dans un assemblage à ossature en bois à moyenne échelle pour évaluer l'impact de sa charge combustible comparativement à un matériau d'isolation incombustible. Les résultats ont démontré que la paille compressée d'une densité de 75 kg/m3 avait les meilleures propriétés de combustion et d'isolation. Les résultats suggèrent que la paille compressée aurait très probablement un meilleur comportement au feu par rapport à ceux des matériaux d'isolation combustibles disponibles sur le marché. Malgré la nature combustible de la paille compressée, l'impact de sa charge combustible dans un système de construction en bois a été moins important que prévu. Les propriétés de combustion de la paille compressée étant moins dangereuses que les matériaux d'isolation combustibles disponibles sur le marché, ainsi que l'impact de sa charge calorifique dans une structure à ossature de bois, l'utilisation de ce matériau comme isolant principal dans un bâtiment est, par bonne conception, gérable sans augmenter les risques
De nombreux programmes de construction écologique ont vu le jour depuis la dernière décennie visant à promouvoir la construction de bâtiments plus durables. Considérant que les matériaux biosourcés peuvent aider à réduire l’empreinte environnementale des bâtiments, il est judicieux d’en étendre leur utilisation. Un récent engouement s’est créé pour les sous-produits de culture céréalière en guise de remplacement aux fibres isolantes non renouvelables dans les structures en bois. De nombreux chercheurs ont étudié certaines isolations naturelles alternatives utilisées de nos jours. En comparaison aux matériaux d’isolations commerciaux, ces matériaux ont un impact environnemental remarquablement faible. Dans cette optique, l’utilisation de la paille compressée comme isolant offre un très faible impact dans l’analyse de son cycle de vie. Cependant, la sécurité incendie a toujours été une grande préoccupation pour les constructeurs utilisant des matériaux naturels combustibles. L'objectif de cette étude est de documenter le risque incendie de la paille compressée lorsqu'elle est utilisée comme matériau isolant dans des assemblages à ossature en bois. Trois densités de paille comprimée (75, 125 et 175 kg/m3) ont été sélectionnées pour évaluer leurs propriétés de combustion et leur conductivité thermique, en essayant de déterminer laquelle avait la meilleure combinaison de propriétés. La paille de la densité sélectionnée a ensuite été comparée aux matériaux d'isolation combustibles disponibles sur le marché pour comparer leur risque d'incendie. Par la suite, cet isolant de même densité a été testé dans un assemblage à ossature en bois à moyenne échelle pour évaluer l'impact de sa charge combustible comparativement à un matériau d'isolation incombustible. Les résultats ont démontré que la paille compressée d'une densité de 75 kg/m3 avait les meilleures propriétés de combustion et d'isolation. Les résultats suggèrent que la paille compressée aurait très probablement un meilleur comportement au feu par rapport à ceux des matériaux d'isolation combustibles disponibles sur le marché. Malgré la nature combustible de la paille compressée, l'impact de sa charge combustible dans un système de construction en bois a été moins important que prévu. Les propriétés de combustion de la paille compressée étant moins dangereuses que les matériaux d'isolation combustibles disponibles sur le marché, ainsi que l'impact de sa charge calorifique dans une structure à ossature de bois, l'utilisation de ce matériau comme isolant principal dans un bâtiment est, par bonne conception, gérable sans augmenter les risques
Many green building programs have emerged since the last decade to promote the construction of more sustainable buildings. Considering those biobased materials can help reduce the environmental footprint of buildings, it is wise to expand their use. A recent craze has emerged for cereal crop byproducts as a substitute for nonrenewable insulation fibers in wood structures. Many researchers have studied some of the alternative natural insulation materials used today. Compared to commercial insulation materials, these materials have a remarkably low environmental impact. In this context, the use of compressed straw as insulation offers a very low impact in the analysis of its life cycle. However, fire safety has always been a big concern for builders using natural combustible materials. The objective of this study is to document the fire hazard of compressed straw when it is used as an insulating material in wood frame assemblies. Three compressed straw densities (75, 125 and 175 kg/m3) were selected to evaluate their combustion properties and thermal conductivity, in attempt to determine which had the best combination of properties. The selected density straw was then compared to commercially available combustible insulation materials to compare their fire risk. Subsequently, this same density straw was tested in a medium-scale wood frame assembly to evaluate the impact of its fuel load comparatively to a non-combustible insulation material. The results showed that compressed straw with a density of 75 kg/m3 had the best properties of combustion and insulation. The results suggest that compressed straw would most likely have better fire performance compared to combustible insulation materials available on the market. Despite the combustible nature of the compressed straw, the impact of its fuel load in a wooden construction system was less than expected. Because the burning properties of compressed straw are less hazardous than commercially available combustible insulation materials and the impact of its heat load in a wood frame structure, the use of this material as an insulator in a building is, by design, manageable without increasing risks.
Many green building programs have emerged since the last decade to promote the construction of more sustainable buildings. Considering those biobased materials can help reduce the environmental footprint of buildings, it is wise to expand their use. A recent craze has emerged for cereal crop byproducts as a substitute for nonrenewable insulation fibers in wood structures. Many researchers have studied some of the alternative natural insulation materials used today. Compared to commercial insulation materials, these materials have a remarkably low environmental impact. In this context, the use of compressed straw as insulation offers a very low impact in the analysis of its life cycle. However, fire safety has always been a big concern for builders using natural combustible materials. The objective of this study is to document the fire hazard of compressed straw when it is used as an insulating material in wood frame assemblies. Three compressed straw densities (75, 125 and 175 kg/m3) were selected to evaluate their combustion properties and thermal conductivity, in attempt to determine which had the best combination of properties. The selected density straw was then compared to commercially available combustible insulation materials to compare their fire risk. Subsequently, this same density straw was tested in a medium-scale wood frame assembly to evaluate the impact of its fuel load comparatively to a non-combustible insulation material. The results showed that compressed straw with a density of 75 kg/m3 had the best properties of combustion and insulation. The results suggest that compressed straw would most likely have better fire performance compared to combustible insulation materials available on the market. Despite the combustible nature of the compressed straw, the impact of its fuel load in a wooden construction system was less than expected. Because the burning properties of compressed straw are less hazardous than commercially available combustible insulation materials and the impact of its heat load in a wood frame structure, the use of this material as an insulator in a building is, by design, manageable without increasing risks.

Dans le cadre de ce travail de thèse, un logiciel de calcul par éléments finis a été développé pour prédire la réponse non linéaire sous chargement dynamique de bâtiments à ossature en bois, permettant l'optimisation de la conception de telles structures dans les pays à fort risque sismique. Nous nous sommes principalement intéressés aux constructions dont le contreventement est assuré par des panneaux de contreplaqué cloués sur l'ossature en bois. L’approche retenue concentre toutes les non-linearités de comportement dans les éléments de connexion, les éléments structuraux étant considérés élastiques. Une technique de condensation des efforts de chaque connexion aux noeuds des éléments poutre et plaque permet de réduire considérablement la taille du problème et, par voie de conséquence, le temps de calcul. Une loi non linéaire est proposée pour décrire l'ensemble des phénomènes de dégradation de ces connexions, notamment l'écrasement du bois et la plastification du connecteur métallique utilise. Des essais sur structures planes (murs de contreventement) ont été réalisés par l'auteur au Canada et au Japon (chargements monotones, cycliques, pseudo-dynamiques ou dynamiques). Ayant pour seules données le comportement des connexions, la simulation est capable de reproduire fidèlement les résultats expérimentaux pour tous types de chargements. Pour permettre la simulation d'un bâtiment complet composé d'un certain nombre d'éléments murs (incluant portes, fenêtres, panneaux pleins ou planchers), nous avons développé un macro-élément mur obéissant à des lois de comportement similaires à celles des connexions. Il est donc possible de prédire le comportement d'une structure tridimensionnelle en partant de celui des connexions, identifié par des expériences simples et peu onéreuses mais permettant de déterminer avec précision les paramètres nécessaires du modèle. Cette approche multi-echelles permet des gains de temps considérables sans altérer la qualité des résultats

Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la caractérisation des transferts de chaleur et de masse dans les parois multicouches des bâtiments à ossature bois. Un code instationnaire permettant de simuler les transferts de chaleur et de masse dans une lame d'air en géométrie bidimensionnelle, qui est un élément de la paroi multicouches, a été développé et validé. Les validations numériques en régimes transitoire et stationnaire ont porté sur la totalité des modes de transfert (conduction, écoulement en convection naturelle et forcée, rayonnement entre surfaces, transfert massique et condensation surfacique). Ensuite, ce code intégrant la présence d'une lame d'air dans la paroi a été couplé au code Transpore développé au LERFOB. Ce dernier traite rigoureusement les transferts dans les matériaux solides hygroscopiques. Pour la validation expérimentale du code complet couplé, une cellule expérimentale a été construite et instrumentée pour étudier le comportement hygrothermique des parois étudiées. Cette cellule, régulée thermiquement et hygroscopiquement en température et en humidité relative, a été mise en place au CRITT BOIS d'Epinal. Des comparaisons entre les résultats expérimentaux et numériques sont également présentées et discutées. De nombreuses campagnes de caractérisation thermique sur divers matériaux (isolants à base de fibres de bois, bois massifs, ...) ont également été menées. L'influence de la température et de l'humidité sur la conductivité thermique et la chaleur spécifique a été largement analysée
This thesis focuses on modeling and characterization of heat and mass transfer in a wooden building envelope. A code which simulates unsteady heat and mass in an air layer in two-dimensional geometry, which is part of the multi-layer wall, was developed and validated. Numerical validations that include all transfer modes were achieved for unsteady and steady states regimes (conduction, convection, surface-to-surface radiation, mass transfer and surface condensation). Then, the code developed for the air layer at the LEMTA was coupled to the code Transpore used at the LERFOB. The latter one deals with the transfer in hygroscopic solid materials. For the experimental validation of the fully coupled code, an experimental cell was constructed and instrumented to study the hygrothermal behavior of the studied walls. This cell which is thermally and hygroscopicly controlled was set up at the CRITT BOIS. Comparisons between the experimental and numerical results are presented and discussed. Besides, several experiments of thermal characterization of various materials (insulators containing wood fibers, solid wood ...) were also conducted. The influence of temperature and moisture on thermal conductivity and specific heat was largely investigated

Les mécanismes de transmission acoustiques directes et latérales dans les bâtiments et les structures industrielles sont grandement dépendants de la nature des structures, des liaisons entre panneaux et des couplages acousto-vibratoires entre structures et cavités. Lorsqu'il est nécessaire d'effectuer une analyse détaillée du rayonnement et des caractéristiques acousto-vibratoires du bâtiment ou de la machine sur site, alors les mesures d'intensité acoustique pourraient être très utiles. Mais, une des limitations de la méthode de mesure classique de l'intensité rayonnée par une source donnée, de celle provenant de sources parasites pouvant créer notamment des champs acoustiques interactifs. La technique de mesure sélective de l'intensité proposée par Bucherger a été développée, étudiée dans la présente thèse. Les expressions analytiques des intensités actives réactives, interactives ont également été développées. Le traitement et l'acquisition des signaux a été programmé et implanté sur mini-ordinateur. Des expérimentations ont été réalisées pour qualifier les erreurs résultant du processus expérimental et les erreurs aléatoires. Une méthode référentielle de correction du déphasage instrumental a été proposée et développée. L'application et la validation de la méthode intensimétrique sélective référentielle a été testée, appliquée et validée sur une cellule à ossature bois échelle 1 installée dans un site bruyant
The mechanisms of direct and flanking acoustical transmissions in building or industrial structures are highly dependent of the nature of the structure, the connections between pannels, the acoustical and vibrating coupling between structure cavity. When a detailed diagnosis of radiation and transmission characteristic is required while the building or machine on site. Acoustic intensity measurement could be very useful. But a limitation of the standard two-microphone acoustic intensity method is its inhability to distinguish the radiated intensity of a source in the presence of extra sources creating interactive intensity field. The selective technique of acoustic intensity proposed by Bucheger has been developped and studied in the present thesis. The analytical expressions of active, reactive, inter-actived and inter-reactive intensities have been developped. Signal processing has been processed and implanted on micro-computer. Experimental studies of the bias and statistical errors have been made. Referential phase correction methods of the two microphone intensity probe has been proposed and developped. Application and validation of the referential selective inetensity method has been implemented on a full size model wood frame building

Une mauvaise étanchéité à l’air dans un bâtiment peut entraîner des surconsommations énergétiques et poser un certain nombre de problèmes tels que l’apparition de moisissures dans les murs ou encore une mauvaise qualité de l’air intérieur. Les constructions à ossature bois sont particulièrement sujettes aux infiltrations d’air, d’où la nécessité de mieux comprendre ces phénomènes et leurs conséquences afin que ces bâtiments puissent respecter les normes d’étanchéité de plus en plus strictes. Cette étude contribue par plusieurs aspects et à différentes échelles à l’évaluation de l’impact des infiltrations d’air sur les performances d’un bâtiment.Les infiltrations d’air à travers l’enveloppe peuvent perturber le bon fonctionnement de la ventilation mécanique et augmenter les pertes thermiques. Cette problématique est d’abord traitée numériquement à l’échelle du bâtiment, avec l’étude d’une grande variété de maisons et de conditions météorologiques. Des modèles simplifiés applicables à tout niveau d’étanchéité ont été établis pour la prise en compte des infiltrations naturelles dans les calculs de débit total de ventilation. Une plus petite échelle est ensuite considérée pour l’étude de l’étanchéité à l’air, avec la caractérisation expérimentale de parois ossature bois, de matériaux et de détails de construction, notamment grâce à la construction d’un banc d’essai adapté. Un certain nombre de tests de pressurisation ont permis de quantifier les fuites d’air induites par des défauts d’étanchéité spécifiques et peuvent être utilisés pour les simulations numériques à l’échelle du bâtiment.L’impact des infiltrations d’air sur les performances hygrothermiques d’une paroi est intimement lié à la dispersion de l’air à l’intérieur de celle-ci, mais il y a actuellement un manque d’études et de techniques expérimentales pour la déterminer. Une nouvelle méthode a donc été développée, à savoir l’utilisation de microparticules de fluorescéine comme traceur à l’intérieur des isolants. L’établissement de cartographies de la concentration en fluorescéine a permis d’étudier l’impact de certains paramètres tels que la vitesse d’air, le matériau isolant ou encore la géométrie sur les infiltrations d’air, et a mis en évidence des phénomènes tels que l’apparition de lames d’air entre les composants de la paroi. Par ailleurs un modèle du transport des particules de fluorescéine a été développé et couplé à un modèle CFD pour des analyses plus fines du chemin de l’air.Enfin, une étude de cas a été effectuée sur des parois simplifiées afin de comparer les différentes méthodes expérimentales, de vérifier leur applicabilité à l’étude du chemin de l’air, et d’obtenir des données pour la validation de modèles numériques. La dispersion de l’air en entrée/sortie de l’isolant a été étudiée par thermographie infrarouge et PIV. Le chemin de l’air à l’intérieur de l’isolant a lui été étudié par 3 techniques : des mesures de température avec des thermocouples ; d’humidité relative avec des capteurs capacitifs SHT 75 ; et l’utilisation de microparticules de fluorescéine. Les avantages et inconvénients de chaque méthode ont été identifiés pour aider à sélectionner la plus adaptée pour de futures études
Poor airtightness in buildings can lead to an over-consumption of energy and to many issues such as moisture damage and poor indoor climate. The timber frame constructions are particularly subject to air leakage and further knowledge in this field is needed to meet the regulation requirements tightened by the development of low-energy and passive houses. This study focuses on the impact of air infiltration on the buildings’ performance, both at the building and the wall assembly scales.The air infiltration through the envelope can disrupt the proper functioning of mechanical ventilation and increase the global energy load. This issue was first investigated numerically at the building scale on a wide range of housing and weather conditions. Simplified models working across the whole airtightness spectrum were established for the inclusion of natural infiltration in buildings’ total ventilation rate calculations. The airtightness was then considered at a smaller scale with the experimental characterization of timber frame wall assemblies, components and construction details, in particular with an original test set-up built for this purpose. A number of pressurization tests enabled to quantify the additional leakage air flow induced by specific airtightness defects and may be of use for building scale numerical simulations.The impact of air infiltration on the hygro-thermal performance of a wall is closely linked to the air dispersion inside it, but there is a lack of experimental studies and methods for the air path investigation. A new technique has therefore been developed, consisting in an innovative use of fluorescein micro-particles as tracer inside the insulation material. It was first applied to specific configurations: straight/angled air channels in contact with porous media. A simple analysis of the fluorescein concentration mappings enabled to investigate the impact of parameters such as the flow velocity, the insulation material and the geometry on the air infiltration in the glass wool, and gave evidences of phenomena such as the appearance of thin air gaps between the components of the wall. A fluorescein transport model was developed and coupled to a CFD model for finer analysis.Finally a case study on simple wall assemblies was carried out to compare experimental techniques, to verify their applicability to the air path study and to provide data for possible numerical model validation. The air dispersion at the inlet/outlet of the insulation was studied with both infrared thermography and the PIV. The air path inside the insulation layer was investigated using three experimental approaches: a temperature monitoring with thermocouples; a relative humidity monitoring with capacitive sensors SHT 75; and the use of fluorescein tracer micro-particles. The respective benefits and limitations of the various methods were identified to help in the selection of the most appropriate one for further studies

Les travaux de thèse visent à améliorer les connaissances sur le comportement parasismique des bâtiments à ossature en bois. Le comportement de ces bâtiments sous sollicitations sismiques est lié à celui de ses assemblages par connecteurs métalliques (pointes, vis, équerres, etc.). La modélisation numérique d'une telle structure s'appuie sur une démarche multi-échelles, afin de représenter les comportements locaux à l'échelle de l'ouvrage. Trois échelles sont définies. Échelle 1 : assemblages, échelle 2 : éléments de structure (mur, plancher, toiture), échelle 3 : bâtiment. A chaque échelle, une loi de comportement dédiée (hystérétique avec endommagement) permet la modélisation. Les calages ou validations s'appuient sur des campagnes d'essais expérimentaux. Diverses configurations de spécimen et divers chargements sont testés afin de construire une vaste base de données de résultats. Les essais sur les assemblages par connecteurs métalliques ont permis le calage du modèle numérique à l'échelle 1. Un modèle éléments finis (EF) détaillé de mur est validé expérimentalement en quasi-statique et en dynamique. Un modèle EF simplifié de mur (macro) permet de passer à l'échelle du bâti. Cet élément macro, calibré sur le modèle détaillé, permet de reproduire avec une précision satisfaisante le comportement dynamique d'un mur. L'assemblage d'éléments de murs (pleins ou avec ouverture) permet de tendre vers la modélisation tridimensionnelle d'une structure. Ce modèle numérique de structure permettra d'étudier, localement et globalement, le comportement parasismique des constructions à ossature bois afin de proposer des dispositifs constructifs et un dimensionnement adaptés à ces ouvrages en zone sismique
This research aims at a better understanding of the vulnerability of timber-frame buildings against earthquakes. The behavior of these structures under seismic loading relies on their joints with metal fasteners (nails, screws, 3 dimensionnal connections, etc.). The numerical modeling of such a structure is based on a multi-scale approach, which allows to take into account the local behaviors at the structural scale. Three scales are defined: Scale 1: joints, scale 2: structural elements (shear walls, floors, roofs), scale 3: buildings. At each scale, a behavior law (hysteretic with damage) is used. The calibrations or validations are based on experimental tests. Tests on joints with metal fasteners are used to calibrate the numerical model at scale 1. A detailed finite elements (FE) model of shear wall is developped and its predictions are confronted to quasi-static and dynamic experimental results for validation. A simplified FE model of shear wall (macro element) is used to generate a numerical model at the building scale. This macro element, calibrated on the detailed FE model, accurately reproduces the dynamic behavior of a shear wall despite its simplicity. The numerical model of timber-frame buildings will be used to study, locally and globally, their behavior against earthquake in order to propose construction details and design adapted to these structures in seismic areas