Subventions et contributions gouvernementales

Dans le cadre de cette étude, un revêtement à haute entropie à base de nitrure sera développé pour des applications industrielles critiques et pour faire avancer nos connaissances concernant ce nouveau type de système de matériau. L’objectif principal du projet est d’explorer le nouveau revêtement à haute entropie à base de nitrure qui combine plusieurs éléments d’alliage et des nanocomposites et éventuellement d’atteindre un certain degré de multifonctionnalité pour ce système de revêtement destiné aux applications en milieux hostiles. Les revêtements ainsi développés devraient présenter des performances supérieures qui découlent de (1) la sélection rationnelle d’au moins cinq éléments principaux et du choix judicieux d’une formulation en fonction des fonctionnalités recherchées; (2) l’introduction d’une phase ductile dans la matrice à haute entropie de nitrure dure et à grains nanométriques et 3) de l’optimisation des paramètres du procédé. Pour les rendre encore plus pertinents dans l’industrie, les revêtements proposés seront fabriqués et optimisés par une technique de dépôt souvent utilisée à l’échelle industrielle et basée sur l’évaporation sous arc cathodique.

Le laboratoire St-Gelais de l’Université d’Ottawa sera responsable de la fabrication de résonateurs micromécaniques à très faible dissipation, lesquels seront testés comme accéléromètres traçables pour le suivi des événements sismiques de basse fréquence. Le laboratoire St-Gelais se chargera également de la conception et de la fabrication de l’interféromètre optique destiné à l’interrogation traçable de ces accéléromètres. L’enceinte sous vide sur mesure, équipée des ports optiques et électriques appropriés, sera également réalisée par le laboratoire.

Le projet proposé vise à mettre au point, pour les circuits de gaz chauds, en particulier dans le secteur de l’aérospatiale, des composants innovants capables de rejeter efficacement la chaleur grâce à une structure interne poreuse permettant un refroidissement par transpiration. La conception et l’optimisation de telles pièces fonctionnelles tirent parti des nouvelles possibilités offertes par la fabrication additive et des connaissances acquises dans le cadre de récentes études novatrices. Des méthodes de simulation avancées adaptées aux configurations faisant intervenir un refroidissement par transpiration seront développées et testées en comparant leurs prédictions aux mesures recueillies afin de valider le modèle dans son ensemble. Ces outils de simulation seront ensuite utilisés pour tester diverses configurations et optimiser ainsi de manière économique la conception tout en tenant compte de la fabricabilité de ces pièces par une technique additive. Ces composants spéciaux devraient posséder des propriétés mécaniques et thermiques supérieures et constituer une technologie de rupture pour le secteur de l’aérospatiale.

Les nanoparticules dopées aux lanthanides (Ln-NP) constituent une nouvelle classe de nanomatériaux possédant des propriétés d’absorption de la lumière qui les rendent très intéressantes pour le diagnostic médical et les interventions thérapeutiques. L’étude de leurs propriétés optiques lors de leurs interactions avec les systèmes biologiques est donc une étape importante de la conception de sondes plus efficaces.
L’objectif de ce projet collaboratif est de concevoir des sondes optiques plus efficaces de ce type, tout en axant une grande partie des efforts sur l’évaluation de leur cytotoxicité et de leur interaction avec les tissus vivants. Pour atteindre notre objectif — la conception de biosondes optiques de type Ln-NP de petite taille, sûres et suffisamment brillantes —, les travaux de recherche au laboratoire Hemmer seront axés sur la synthèse et la modification en surface de nanoparticules inorganiques dopées aux lanthanides et sur la caractérisation de leur structure et de leurs propriétés optiques. Pour y parvenir, nous mettrons en œuvre la nouvelle technique d’imagerie hyperspectrale qui nous permettra d’étudier la photoluminescence des Ln-NP en fonction de leur environnement lorsqu’elles sont incubées avec diverses cellules biologiques.

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.