Subventions et contributions gouvernementales

Le corps répond de plusieurs façons aux blessures. Le processus de guérison commence par le remplacement des tissus endommagés par des cellules de même type, mais cette phase est habituellement suivie d’une fibrose au cours de laquelle les tissus normaux sont remplacés par des tissus connectifs. Il en résulte une excroissance, un durcissement et la formation d’une cicatrice sur divers tissus tels que ceux des poumons, du foie, du cœur et du cerveau. Ce processus résulte d’un dépôt excessif de collagène. Les méthodes histologiques actuellement mises en œuvre pour analyser les modifications qui surviennent dans la matrice extracellulaire ne permettent pas de déterminer la composition biochimique et l’arrangement structural en 3D des protéines et autres composants présents. Nous serons responsables de l’évaluation de modèles mis au point à l’aide de techniques de microscopie optique à haute résolution et de la microscopie électronique à transmission (MET) pour l’étude des caractéristiques structurales en 3D des molécules de la matrice extracellulaire. Nous serons chargés de l’acquisition de ces images et du développement de nouvelles méthodes d’analyse de ce type d’images afin de déterminer comment la morphologie des fibres et des fibrilles est altérée. Nous définirons également les paramètres à mesurer pour capturer la structure tridimensionnelle des fibres du tissu bio-imprimé.

L’objectif de cette collaboration est de tester comment la perturbation systémique des métabolismes sphingolipide et phospholipide converge sur les réponses immunitaires systémiques et celles basées sur le système nerveux pour l’inflammasome NLRP3. Nous suggérons que cette activation non seulement provoque la production de cytokine, mais entretient aussi en dernier lieu un cercle vicieux de réponses immunitaires systémiques aberrantes en maintenant la sécrétion pathologique de médiateurs lipidiques neurotoxiques. Nous identifierons, à l’aide de modèles in vitro et d’approches lipidomiques non biaisées, les médiateurs lipidiques qui stimulent l’activation de l’inflammasome NRLP3; nous déterminerons si cette induction est nécessaire à la dérégulation systémique persistante du métabolisme des lipides et nous validerons finalement le principe voulant que l’inhibition de l’inflammasome NLRP3 permette d’inverser l’induction par les médiateurs lipidiques pro-inflammatoires.

L’objectif de recherche de l’équipe de M. Bao est d’examiner le rôle d’un réseau aléatoire dans la réduction du bruit caractérisant les lasers à fibre aléatoires, en particulier du bruit d’intensité relative, comparé à la diffusion Rayleigh communément utilisée dans les fibres optiques. Le bruit d’intensité relative provient normalement de la répartition sur chaque mode et de la compétition entre les modes pour le gain limité du laser. Pour réduire le nombre de modes, nous prévoyons d’utiliser une forte réflexion en réseau aléatoire de quelques centimètres pour remplacer les fibres Rayleigh fragiles longues d’un kilomètre. La cavité laser est plus courte avec les modes plus longs, d’où le nombre réduit de modes. Cette approche s’est révélée efficace pour réduire le bruit d’intensité relative.

Le biomimétisme, qui consiste à adapter et à mettre en œuvre des concepts naturels, offre une solution de premier ordre pour atteindre de meilleures performances mécaniques. Une récente étude du CNRC a montré que les céramiques architecturées gravées au laser pouvaient absorber 50 fois plus d’énergie quasi statique et étaient 70 % plus résistantes aux impacts que les céramiques normales. L’espace de conception accessible pour d’éventuelle modification est cependant trop vaste, même lorsque l’on part de prototypes biomimétiques. L’objectif principal de ce projet de recherche est de proposer une nouvelle approche pour la conception de céramiques architecturées tirant parti de l’apprentissage automatique alimenté par une base de données contenant des centaines de structures issues de l’analyse par éléments finis et s’appuyant sur un algorithme d’autoapprentissage. Cette approche permettra de découvrir des céramiques de plus en plus performantes par éliminations successives des moins efficaces. Les résultats préliminaires, confirmés par la fabrication additive et soustractive, et les expériences, montrent que cette approche permet de créer des microstructures qui donnent des céramiques plus dures et plus résistantes.

Dans le cadre de ce projet, nous appliquerons différentes techniques de spectroscopie optique et d’analyse des données pour remédier à des problèmes concernant les procédés d’extraction de l’or. Le traitement du minerai d’or par cyanuration peut être limité par la présence de certains matériaux de gangue dans le minerai. Le complexe d’or et de cyanure, Au(CN)2, en solution peut être partiellement piégé par des matériaux carbonés présents dans le minerai, ce qui réduit le rendement et les profits de l’exploitation. Nous proposons de combiner les outils d’imagerie hyperspectrale que constituent la microscopie Raman cohérente, les capteurs plasmoniques basés sur la diffusion Raman exaltée de surface (DRES) à l’apprentissage automatique avancé pour le criblage rapide des matériaux carbonés en fonction de leur capacité à piéger l’or. Cette nouvelle technologie permettra de s’affranchir de la préparation complexe des échantillons et des tests métallurgiques et offrira au secteur canadien de l’extraction de l’or un outil in situ rapide et automatisé capable de remplacer les opérations lentes et coûteuses de triage en laboratoire utilisées actuellement dans le secteur. Cet outil potentiellement révolutionnaire pour l’évaluation et l’optimisation en temps réel du traitement du minerai d’or contribuera à l’amélioration de l’efficacité du procédé tout en réduisant son impact environnemental.

Notre équipe à l’Université Wilfrid Laurier collabore avec plusieurs scientifiques pour étudier la transformation du CO2 en carburants utiles à l’aide de nouveaux matériaux catalyseurs. Un volet de ce projet consiste à mieux comprendre la nature des produits intermédiaires et finaux des réactions chimiques et l’effet des propriétés électroniques des catalyseurs sur la sélectivité et le rendement du processus électrochimique. Nous avons accès à des outils de caractérisation avancés qui nous permettront d’élucider la nature chimique de la surface des catalyseurs ainsi que des produits intermédiaires et finaux issus de la réduction électrochimique du CO2 grâce à l’observation simultanée et en ligne des produits chimiques en surface et des produits gazeux. Nous étudierons également l’efficacité des matériaux catalytiques. L’importance de nos travaux de recherche vient du fait que les données expérimentales obtenues à l’échelle moléculaire sur les mécanismes de réaction pourront être utilisées pour améliorer les performances catalytiques de nouveaux matériaux dans le cadre de la mise à l’échelle associée à la commercialisation.

L’Advanced Cognitive Engineering Laboratory (laboratoire ACE) de l’Université Carleton collaborera au développement d’une technologie innovante utilisant les oscillations du clignement des yeux pour surveiller la sécurité des pilotes. Les oscillations du clignement, qui varient avec la nature des tâches, constituent le paramètre central d’une méthode prometteuse d’évaluation du fonctionnement du cerveau durant l’exécution de tâches complexes comme le pilotage d’un aéronef. Dirigé par Chris Herdman (Ph. D.) et Kathleen Van Benthem (Ph. D.), le laboratoire ACE est l’un des rares centres de recherche au Canada dotés d’un équipement spécialisé, notamment des électroencéphalographes utilisables en simulation de vol réaliste qui permettent de recueillir une vaste gamme de données liées à la sécurité des pilotes. Dans le cadre de cette collaboration, le laboratoire ACE supervisera la préparation des données cognitives et biométriques des pilotes et contribuera à l’analyse des données et au partage des résultats avec une vaste gamme d’intervenants. Cette initiative « Nouveaux débuts » est l’occasion pour les étudiants travaillant au laboratoire ACE de développer leurs compétences scientifiques et de collaborer avec des experts sur des problèmes concrets en mettant en œuvre les toutes dernières méthodes de recherche.

L’objectif de ce projet est d’améliorer l’absorption de la lumière dans les photodétecteurs, les dispositifs utilisés pour détecter la lumière. Notre plan prévoit en particulier de dépasser la limite en longueur d’onde (ou couleur) des dispositifs optoélectroniques actuels, tels que les matrices à plan focal fonctionnant dans le proche infrarouge, pour les rendre opérationnels à de plus grandes longueurs d’onde. Cet élargissement peut être obtenu avec un réseau bidimensionnel de nanoparticules métalliques (une métasurface) judicieusement conçu et mis en œuvre, et qui pourra être attaché à l’élément sensible du détecteur et agir sur la réponse optimale de celui-ci. Le résultat escompté à long terme est une nouvelle génération de détecteurs capables de détecter l’IR à des longueurs d’onde plus grandes, un défi technique pour les dispositifs actuels. Les dispositifs optoélectroniques sensibles aux longueurs d’onde supérieures peuvent être utilisés en imagerie biomédicale, pour l’inspection des cellules solaires, le contrôle de la qualité en agriculture et dans d’autres domaines.

La production d’énergie éolienne fait l’objet d’une attention soutenue depuis les dernières décennies. Il existe deux types d’éoliennes : celles à axe horizontal, qui sont les plus courantes, et celles à axe vertical. Sur le plan du rendement global, les deux types se valent. Si les éoliennes à axe horizontal ont été relativement bien étudiées, celles à axe vertical ont par contre reçu moins d’attention. Pour les applications extracôtières en eaux profondes, les éoliennes peuvent être installées sur des plateformes et les systèmes à axe vertical sont alors plus adaptés à cause de leur centre de gravité situé plus bas. L’exploitation de l’énergie éolienne pourrait également réduire l’usage du diesel dans les centrales thermiques utilisées dans le nord du Canada. Dans le cadre du présent projet, des prototypes de nouvelles éoliennes à axe vertical (avec ou sans mécanisme de démarrage) à échelle réduite, de 2 m de haut, seront testés aérodynamiquement dans des souffleries et leurs performances seront simulées à l’aide de techniques basées sur la mécanique des fluides numérique CFD (Computational Fluid Dynamics).

L’amélioration et l’optimisation du système racinaire des cultures constituent une importante façon de s’assurer que les cultures sont adaptées, résilientes et productives dans les diverses conditions hydroclimatiques du Canada. Des techniques de phénotypage à débit élevé ont été mises au point pour les racines des plantes cultivées, mais de nombreuses difficultés doivent encore être surmontées avant que l’on puisse automatiser les systèmes d’imagerie (efficacité, précision, convivialité). La représentation d’une plante en relief (3D) surpasse les méthodes bidimensionnelles (2D) et beaucoup d’applications de phénotypage dans le monde y recourent pour faire progresser l’amélioration génétique. Le projet prévoit la création d’une plateforme évoluée de phénotypage 3D des racines dont on perfectionnera graduellement l’imagerie et la filière d’analyse des caractères, notamment par la saisie, la segmentation et la squelettisation des données, par la reconstruction 3D ainsi que par l’extraction et l’analyse des caractères grâce à l’IA et à l’apprentissage automatique. Le but ultime consiste à obtenir une plateforme à débit élevé qui permettra un meilleur phénotypage 3D des racines, et aussi plus facile, capable de faire ressortir visuellement les traits grossiers et précis du système racinaire en vue d’illustrer la complexité de son architecture et de son développement.