Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L’amélioration de la performance des enveloppes de bâtiments constitue un enjeu majeur dans le contexte actuel de la construction durable. Les façades en bois sont de plus en plus utilisées en raison de leur faible empreinte carbone, de leur rapidité de mise en oeuvre et de leurs bonnes propriétés thermiques. Toutefois, l’amélioration de l’isolation acoustique de ces systèmes nécessite souvent l’ajout de matériaux ou de couches constructives susceptibles d’influencer simultanément leur performance thermique ainsi que leur impact environnemental. Malgré l’importance de ces trois critères, ils sont généralement étudiés de façon indépendante, ce qui limite la compréhension des compromis nécessaires lors de la conception des façades en bois.

L’objectif principal de ce mémoire est d’étudier les relations entre l’isolation acoustique, la performance thermique et le carbone incorporé des assemblages de façades en bois afin d’identifier les solutions offrant les meilleurs compromis entre ces trois critères. Pour ce faire, une base de données regroupant 382 assemblages de façades, répartis en sept familles, a été constituée à partir de résultats expérimentaux publiés dans la littérature scientifique. La performance thermique de chaque assemblage a ensuite été évaluée par le calcul du coefficient de transmission thermique (U), tandis que le carbone incorporé a été estimé à partir d’une analyse du cycle de vie limitée aux étapes A1–A3. Des analyses de corrélation ainsi qu’une optimisation multicritère fondée sur le concept de Pareto ont ensuite été réalisées afin d’évaluer les interactions entre les trois indicateurs de performance.

Les résultats montrent une corrélation positive entre la performance acoustique et la performance thermique selon les différentes familles d’assemblages, avec des coefficients de détermination (R²) variant de 0,69 à 0,88. En revanche, aucune corrélation significative n’a été observée entre l’isolation acoustique et le carbone incorporé, ce qui indique qu’il est possible d’améliorer la performance acoustique sans augmentation proportionnelle de l’impact environnemental. L’analyse de Pareto a permis d’identifier 46 assemblages Pareto-optimaux représentant les meilleurs compromis entre les trois critères étudiés. Pour les assemblages dont l’épaisseur totale varie de 287,5 à 477 mm, une augmentation de l’épaisseur d’isolant de 120 à 300 mm améliore simultanément la performance acoustique et thermique, tout en entraînant une augmentation relativement limitée du carbone incorporé. Les résultats sont synthétisés dans un catalogue de sept assemblages représentatifs constituant un outil d’aide à la décision pour la conception de façades en bois performantes et durables.

Improving the performance of building envelopes has become a major challenge in the context of sustainable construction. Timber-based facades are increasingly being adopted due to their low embodied carbon, rapid construction, and favorable thermal properties. However, enhancing the acoustic insulation of these systems often requires the addition of materials or construction layers that may simultaneously affect their thermal performance and environmental impact. Despite the importance of these three criteria, they are generally investigated independently, limiting the understanding of the trade-offs involved in the design of timber facade assemblies.

The main objective of this thesis is to investigate the relationships between acoustic insulation, thermal performance, and embodied carbon of timber facade assemblies in order to identify solutions that provide the best compromise among these three criteria. To achieve this objective, a database comprising 382 facade assemblies, classified into seven assembly families, was developed using experimental results reported in the scientific literature. The thermal performance of each assembly was then evaluated by calculating the thermal transmittance (U-value), while the embodied carbon was estimated through a life cycle assessment limited to the A1–A3 product stages. Correlation analyses and a multi-objective optimization based on the Pareto efficiency concept were subsequently performed to evaluate the interactions among the three performance indicators.

The results revealed a positive correlation between acoustic and thermal performance across the different assembly families, with coefficients of determination (R²) ranging from 0.69 to 0.88. In contrast, no significant correlation was observed between acoustic insulation and embodied carbon, indicating that improvements in acoustic performance can be achieved without a proportional increase in environmental impact. The Pareto analysis identified 46 Pareto-optimal assemblies representing the best trade-offs among the three criteria. For facade assemblies with total thicknesses ranging from 287.5 to 477 mm, increasing the insulation thickness from 120 to 300 mm simultaneously improved acoustic and thermal performance while resulting in only a relatively limited increase in embodied carbon. The findings were synthesized into a catalogue of seven representative facade assemblies, providing a practical decision-support tool for the design of high-performance and sustainable timber facade systems.