13 mai 2021
Un connecteur universel pour la construction préfabriquée
Pour la grande originalité de son projet de recherche, Laurence Picard représentera l’Université Laval à la finale nationale du concours Ma thèse en 180 secondes
La construction préfabriquée repose sur la notion de module, soit une section de bâtiment fabriquée en usine que l’on va ensuite assembler à une autre section une fois sur le chantier. C’est dans ce contexte que Laurence Picard a co-inventé un connecteur universel pour reprendre l’effet de tous les chargements que subit une maison ou un bâtiment multiétages. Ce dispositif de connexion se compose d’une partie mâle sous forme d’arbre denté que l’on installe au plafond de chaque module et d’une partie femelle qui se retrouve entre les poutrelles de plancher du même module.
— nARCHITECTS/NYC Mayor’s Office
Le 15 juin 2021 à 15h30. C'est le jour et l’heure où aura lieu, à Montréal et en mode virtuel, la finale nationale du concours Ma thèse en 180 secondes. Cette activité placée sous l’égide de l’Association francophone pour le savoir – Acfas consiste, pour les participants, à présenter leur sujet de recherche en termes simples tout en étant clairs, concis et convaincants. Laurence Picard, une doctorante en génie mécanique, représentera l’Université Laval. Son projet de recherche porte sur la mise au point d’une gamme de connecteurs universels pour la construction préfabriquée.
«On observe un problème majeur d’inefficacité sur les chantiers de construction, explique-t-elle d’entrée de jeu. Le secteur souffre d’une pénurie de main-d’œuvre, ce qui entraîne des retards dans la réalisation des projets. Sur les sites, les aléas de la météo peuvent nuire à la réalisation des travaux et la désorganisation du chantier peut affecter la qualité de fabrication. En revanche, la fabrication en usine de sections de bâtiment, qu’on va ensuite assembler sur le terrain, permet un gain majeur de productivité et de qualité de fabrication. En usine, l’accessibilité aux matériaux et aux outils est directe, les postes de travail sont ergonomiques et les processus de construction optimisés. La température est contrôlée. Il n’y a pas de -20 degrés l’hiver ou de + 30 degrés l’été. En usine, il n’y a pas non plus de gaspillage de matériaux; les résidus sont triés et stockés. Enfin, les délais de fabrication sont beaucoup plus courts que sur le site.»
Ces différentes raisons sont à l’origine de la popularité grandissante de la construction préfabriquée de maisons unifamiliales et de bâtiments multiétages. Les deux approches reposent sur la notion de module, soit une section de bâtiment fabriquée en usine que l’on va ensuite assembler à une autre section une fois sur le chantier. Chaque module mesure un maximum de 4,5 mètres par 18,2 mètres. Si une maison unifamiliale nécessite deux, trois ou quatre modules, un complexe multirésidentiel peut comprendre une trentaine de modules s’il s’agit d’un petit complexe, ou jusqu’à 400 modules pour un bâtiment de plus grande envergure. Afin de compléter la construction, les points de connexion doivent être laissés accessibles: les modules doivent donc présenter des murs inachevés lors de la sortie de l’usine puisque les connexions sont dissimulées dans la charpente.
«C’est la principale nuisance, souligne Laurence Picard, devoir compléter des tâches de finition à l’intérieur de chacun de ces 400 modules, une fois sur le chantier. S’il ne se fait pas plus de construction préfabriquée, c’est à cause de la méthode d’assemblage. Tous, y compris les architectes et les entrepreneurs, s’entendent pour dire qu’elle est déficiente, compliquée et contraignante.»
Un dispositif inventé à l’Université Laval
En matière de connexion, la solution doit aussi tenir compte des combinaisons de forces appelées «chargements» que subit une maison ou un bâtiment multiétages. Un bâtiment subit d’abord les charges verticales amenées par le poids de la structure, la neige accumulée et son habitation. S’y ajoutent les charges latérales causées notamment par le vent et les séismes. Ces phénomènes naturels entraînent des chargements sur le bâtiment qui doivent être transférés de module en module jusqu’à être rapportés au sol. C’est par l’entremise des points de connexion que ces charges sont transférées.
C’est dans ce contexte qu’intervient le dispositif de connexion LOC conçu, mis au point et breveté par Laurence Picard durant ses études de maîtrise et de doctorat.
«Le connecteur LOC, précise-t-elle, a été conçu d’abord pour grandement faciliter la connexion de par son caractère automatique, mais aussi pour reprendre l’effet de tous les chargements que subit une maison ou un bâtiment multiétages. Il permet le transfert des charges entre les modules et jusqu’aux fondations.»
Ce dispositif se compose d’une partie mâle sous forme d’arbre denté que l’on installe au plafond de chaque module et d’une partie femelle qui se retrouve entre les poutrelles de plancher du même module. Selon la grandeur du module, on peut retrouver entre quatre et huit connecteurs, en s’assurant d’en disposer un dans chaque coin.
«Lors de l’assemblage de deux modules, explique l’étudiante, quand le module du dessus au deuxième étage est complètement déposé sur celui du premier étage, une fois que l’arbre denté a complètement terminé sa course dans la connexion du plancher au-dessus, un mécanisme de verrous est automatiquement enclenché. Les deux modules deviennent solidaires pour de bon. La simplicité fonctionnelle de LOC entraîne des économies de coût et de temps substantielles.»
Pour définir la problématique, Laurence Picard a fait la majorité de ses observations et analyses sur un chantier de l’arrondissement de Beauport. C’était un projet de HLM de quatre étages construit avec la technique de préfabrication modulaire. Il a été terminé en 2019.
L’étudiante a imaginé et conçu le dispositif LOC sous la supervision des professeurs André Bégin-Drolet, du Département de génie mécanique, et Pierre Blanchet, du Département des sciences du bois et de la forêt.
«Ma démarche, dit-elle, a suivi toutes les étapes, de la déclaration d’invention jusqu’au brevet, en passant par des études strictement mécaniques et des essais sur un bâtiment test sur un chantier. Le brevet est valide pour le Canada et les États-Unis. Je suis maintenant à la recherche de partenaires privés, des entrepreneurs-promoteurs intéressés par mon innovation et par la mise sur pied d’une vitrine technologique, donc d’un bâtiment construit avec LOC et qui en démontre le succès.»
La finale nationale du concours Ma thèse en 180 secondes se tiendra le mardi 15 juin à 15h30, en ligne sur la page Facebook de l’Acfas.
Visionner la finale 2021 de Ma thèse en 180 secondes à l'Université Laval.
Pour définir la problématique, Laurence Picard a fait la majorité de ses observations et analyses sur un chantier de l’arrondissement de Beauport. C’était un projet de HLM de quatre étages construit avec la technique de préfabrication modulaire. L’étudiante a imaginé et conçu le dispositif LOC en étant encadrée par les professeurs André Bégin-Drolet et Pierre Blanchet. Sa démarche a suivi toutes les étapes, de la déclaration d’invention jusqu’au brevet. Celui-ci est valide pour le Canada et les États-Unis.
