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Des recherches ciblées pour relever des défis scientifiques et technologiques

L’INRS obtient sept subventions du CRSNG pour des projets stratégiques

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30 janvier 2014 // par Gisèle Bolduc
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L’INRS est l’université québécoise qui s’est le plus distinguée au concours 2013 de projets stratégiques du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), en récoltant sept subventions. À l’échelle canadienne, notre université arrive en 3e place en termes de montants obtenus, soit plus de 3,5 millions de dollars. Elle se classe également au 3e rang en ce qui a trait au nombre de projets financés.

 

Cette performance illustre la qualité de l’expertise développée par les professeurs de l’INRS dans les domaines des technologies de l’information et des communications, des sciences des matériaux et de l’environnement.

 

Projets financés

(Résumés vulgarisés ci-après)

  • Développer une nouvelle approche pour le traitement du signal RF à large bande pour les communications sans fil : Jose Azaña, professeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications
  • Dégrader plus efficacement et à moindre coût des composés pharmaceutiques actifs dans les eaux usées et l'eau potable à l’aide d'enzymes : Satinder Kaur Brar et Rajeshwar Dayal Tyagi professeurs du Centre Eau Terre Environnement
  • Développer des antennes reconfigurables en ondes millimétriques plus performantes pour les systèmes de communication sans fil : Tayed Denidni, professeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications
  • Mettre au point une nouvelle génération de lasers infrarouges à impulsions subcycliques : François Légaré et Roberto Morandotti, professeurs du Centre Énergie Matériaux Télécommunications
  • Contrôler la matière à l’échelle attoseconde : concevoir une source de rayonnement par génération harmoniques d’ordre élevé dans le plasma de carbone : Tsuneyuki Ozaki, professeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications
  • Mettre au point de nouvelles fibres optiques à base de silice pour les applications aéronautiques : Federico Rosei et Andreas Ruediger, professeurs du Centre Énergie Matériaux Télécommunications
  • Optimiser la production d’hélium-3 polarisé pour les applications scientifiques et technologiques : François Vidal, professeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications

 

Grâce à ces subventions de projets stratégiques du CRSNG, les professeurs de l’INRS et leurs équipes contribueront non seulement à l’avancement et au transfert de nouvelles connaissances et technologies, mais aussi à la formation de personnel hautement qualifié dans des secteurs prioritaires pour l’avenir de la société. ♦

 


Pour en savoir plus sur ces projets :

 

Développement d’antennes reconfigurables à ondes millimétriques plus performantes pour les systèmes de communication sans fil

Les communications sans fil poursuivent leur expansion dans toutes les sphères d’activité, si bien que plusieurs portions du spectre des fréquences sont presque saturées. Les ondes millimétriques offrent une large bande de fréquences qu’un grand nombre d’applications pourraient utiliser, déchargeant les fréquences très populaires. Le hic est que les systèmes opérant en ondes millimétriques subissent de fortes atténuations du signal et beaucoup interférences, ce qui nuit à la qualité de leur transmission comme à leur portée. Le professeur Tayeb Denidni, du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, propose de développer un nouveau type d’antenne reconfigurable qui améliorera les performances et la fiabilité des communications en ondes millimétriques. Il mise sur l'utilisation de nouveaux concepts à base de surfaces sélectives en fréquence (FSS), qui permettent de réaliser des antennes agiles offrant une plus grande souplesse et dont le diagramme de rayonnent est reconfigurable. Son approche multidisciplinaire touchera autant à la conception, la modélisation et l’implantation d’antennes millimétriques reconfigurables que l’industrie attend avec enthousiasme.

 

Lasers : toujours plus rapides, au-delà de la limite actuelle

Alors que les lasers industriels et scientifiques actuels atteignent la limite des performances permises par la nature des cristaux qu’ils utilisent, François Légaré et Roberto Morandotti, tous deux professeurs au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, proposent de revoir en profondeur leur fonctionnement pour développer une nouvelle génération de lasers. En divisant l’énergie et le spectre des impulsions par petites tranches spectrales, les cristaux pourront dépasser leurs capacités actuelles et supporter l'amplification d'impulsions lasers de plus en plus courtes, de l’ordre du cycle optique et même moins. Les participants à ce projet, qui positionnera le Canada en tête de peloton dans le domaine de la science laser ultra-rapide, proposent également des solutions technologiques pour la caractérisation temporelle des impulsions lasers sous-cycle ("sub-cycle pulse"). Les nouveaux lasers se situeront dans le spectre infrarouge moyen, une portion du spectre électromagnétique ciblé pour des technologies de sécurité et de défense. Les professeurs de l’INRS comptent sur l’appui de plusieurs entreprises canadiennes ainsi que de deux ministères fédéraux.

 

Optimiser la production d’hélium-3 polarisé pour les applications scientifiques et technologiques

Dans plusieurs domaines de la science et de la technologie, on utilise l’hélium-3 dont le spin nucléaire a été polarisé. Cet isotope de l’hélium, obtenu par la désintégration nucléaire du tritium, doit subir un procédé complexe pour obtenir la forte polarisation qui est nécessaire pour qu’il joue son rôle : détection de neutrons polarisés en physique nucléaire, cartographie des structures en science des matériaux, diagnostic des maladies du poumon en médecine, etc. Les défis posés par les procédés de polarisation sont importants et le professeur François Vidal, du Centre Énergie Matériaux Télécommunications, et ses collaborateurs proposent d'explorer de nouvelles approches pour polariser efficacement l’hélium-3 dans le cadre du « pompage optique par échange de métastabilité » (MEOP, selon l’acronyme anglais). Les bénéfices anticipés de cette recherche comprennent l’obtention d’échantillons polarisés à près de 100 % et le travail à une pression proche de la pression atmosphérique. Au moment où le marché pour cet isotope est en progression, en raison de ses applications médicales, et où le Canada est en position de devenir le principal fournisseur d’hélium-3, le procédé proposé par le professeur Vidal et ses collaborateurs procurerait un avantage compétitif indéniable.

 

Contrôler la matière à l’échelle attoseconde

L’attoseconde (10-18 seconde) est l’échelle de temps à laquelle se produisent les échanges d’électrons dans la matière. C’est à cette échelle que les scientifiques observent les atomes et souhaitent maintenant passer à l’action : diriger et contrôler la matière et l’énergie. Pour arriver à ces fins, des impulsions ultrarapides et intenses de rayons-X doivent être générées. On utilise actuellement un milieu gazeux pour amorcer l’impulsion par la « génération d’harmoniques d’ordre élevé » (GHE), un procédé prédominant pour l’heure. Or, le professeur Tsuneyuki Ozaki, du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, a récemment démontré que le plasma de carbone avait une efficacité exceptionnelle pour la GHE. Il entreprend donc de développer, avec ses partenaires, une source de rayonnement unique au monde, basée sur ses travaux. Cette source aura le potentiel de générer une impulsion attoseconde isolée avec une longueur d’onde accordable.

 

Des milieux aquatiques sans médicaments

Une fois l’eau de la douche évacuée et la chasse d’eau tirée, les produits de soin tout comme les résidus de produits pharmaceutiques se retrouvent dans les milieux aquatiques à des niveaux nuisibles pour les organismes qui y vivent. Les méthodes actuellement disponibles qui permettraient de les éliminer lors du traitement des eaux usées nécessitent de coûteuses infrastructures et demeurent rares. Satinder Kaur Brar et Rajeshwar Dayal Tyagi, tous deux professeurs au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS, proposent plutôt de développer des systèmes « biochar-enzymes » beaucoup moins chers et qui élimineraient complètement certains contaminants émergents. La contribution du projet va plus loin en élaborant une base de données des contaminants d’origine pharmaceutique qui faciliteront le travail de réglementation. L’impact de ces nouveaux systèmes de traitement des eaux sera significatif tant économiquement que sur les plans environnemental et de la santé.

 

Des fibres optiques pour affronter la rigueur des conditions spatiales

L’espace expose les technologies qu’on y envoie à des conditions extrêmes de température et de radiations. Les instruments aérospatiaux sophistiqués doivent résister et fonctionner efficacement malgré ces obstacles. Pour une variété d’applications aéronautiques, on compte sur des types de fibres optiques à base de silice qui ne sont pas affectées par l’interférence électromagnétique en plus d’être compactes, légères, flexibles et d’avoir des propriétés d’émissions et de transmissions enviables. Ces fibres – les réseaux de Bragg à fibre optique (FBG) et les fibres dopées à l’erbium (EDF) – n’ont malheureusement pas une grande résistance à des températures de plus de 850 °C et l’exposition aux fortes radiations les détériore et leur cause des bris irrémédiables. Au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, Federico Rosei et Andreas Ruediger, professeurs, ainsi que David Barba, associé de recherche, proposent de pousser la compréhension des phénomènes qui limitent la résistance des FBG et des EDF afin de développer des fibres à base de silice aux propriétés optimisées qui pourront affronter les conditions hostiles de l’espace. Ils seront appuyés dans leur projet par MPB Technologies et collaboreront avec des chercheurs de l’Université de Montréal.

 

Le traitement des ondes radio à large bande pour des technologies plus performantes

Le professeur José Azaña, du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, reçoit un financement pour son projet proposant un nouveau paradigme pour le traitement de signal d’ondes radio à large bande. Son approche analogique contribuera au développement de plateformes sans fil de la prochaine génération pour les communications, les radars et l’imagerie. En collaboration avec l’Université McGill, l’Université d’Ottawa, Apollo Microwaves et O/E Land, José Azaña exploitera les caractéristiques de la lumière incohérente (comme celle d’une ampoule incandescente, par exemple) et appliquera les principes de l’ingénierie de la dispersion (dispersion engineering). Avec cette approche unique, on augmente considérablement la densité de la transmission de données puisque aucune conversion numérique n’est nécessaire. La conversion d’un signal analogique à un signal numérique est en effet très lent et constitue le principal frein aux systèmes de traitement des ondes pour des applications en temps réel. De plus, ces nouvelles technologies basées sur la lumière incohérente, seront simples à intégrer et leur coût sera plus bas que celui des systèmes actuels. Les technologies à ondes radio à large bande sont très prometteuses et l’industrie s’attend même à ce qu’elles permettent une révolution technologique dans plusieurs domaines.

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