Subventions et contributions gouvernementales

Avant les semis, on injecte couramment aux graines de pois cultivé un inoculum composé de microorganismes (Rhizobium leguminosarum) cultivés industriellement, mais le traitement aboutit rarement au résultat escompté, en l’occurrence une meilleure activité des nodules. Apparemment, l’explication réside dans la piètre capacité des microorganismes à survivre dans la rhizosphère, c’est-à-dire le plan racinaire des plantules. L’équipe déterminera puis cultivera des microbes qui existent à l’état naturel dans le sol et qui accentuent l’activité des nodules. Un étudiant ou un postdoctorant dans un laboratoire de l’Université McGill procèdera à quelques travaux dans le cadre du projet, notamment l’inoculation du sol et des semences, l’évaluation de la croissance des plantes, l’échantillonnage du sol et son analyse par séquençage de l’ADN, la production d’extraits cellulaires, l’analyse par PCR quantitative, la culture des microorganismes et l’analyse des données. L’idée est de faire croître des pois qui, après inoculation, hébergeront diverses populations de bactéries telluriques. Ensuite, on déterminera si l’efficacité de la nodulation varie et l’on déterminera puis cultivera les microbes à l’origine de ces variations. Si une telle culture est possible, les microbes en question pourraient servir à rehausser l’efficacité des inoculums actuels vendus dans le commerce pour le pois cultivé.

L’équipe a déterminé les combustibles métalliques, dont l’aluminium et le fer, qui sont susceptibles de constituer d’excellents candidats pour le stockage de l’énergie propre renouvelable. Ces combustibles métalliques peuvent être brûlés avec de l’air pour produire de la chaleur utile, laquelle peut être convertie en énergie motrice ou électrique à l’aide de moteurs thermiques. Les oxydes solides que laisse la combustion peuvent être recyclés en combustibles métalliques réactifs avec de l’énergie propre. Dans le cadre de ce projet, on étudiera la combustion des combustibles métalliques dans diverses configurations en vue de mettre au point de nouveaux systèmes qui utilisent les combustibles de ce genre.

On a prouvé avec quelle polyvalence les aptamères reconnaissent les molécules : leur spécificité et leur sélectivité sont comparables à celles des anticorps. Cependant, ils possèdent aussi des propriétés uniques : ils sont plus simples à synthétiser, coûtent moins cher et sont facilement adaptables; on peut les concevoir afin qu’ils intègrent diverses modifications chimiques; enfin, leur stabilité est nettement plus grande. L’étalon de référence actuel en matière de découverte des aptamères est la méthode d’évolution systématique des ligands par enrichissement exponentiel (SELEX), laquelle est très exigeante en temps et en ressources. Pour y remédier, le projet verra le développement d’une nouvelle méthode de recherche des aptamères. L’équipe propose d’allier la création d’une bibliothèque d’oligonucléotides au moyen de nanoparticules magnétiques à des biocapteurs combinant l’imagerie par résonance plasmonique de surface et la microfluidique pour parvenir à une technologie qui sélectionnera et validera les aptamères en une seule étape. En plus de son caractère novateur, la méthode proposée présente de nombreux avantages sur les technologies existantes. Ainsi, elle améliore considérablement la sélection d’aptamères d’une affinité et d’une spécificité aussi grandes que celles des anticorps, leur contrepartie, et il est plus facile de l’appliquer à des techniques comme les essais immuno-enzymatiques et l’immuno-PCR.

Le programme HTSN vise à développer des technologies innovantes pour fournir des services à large bande extrêmes à travers le Canada. La photonique pour les réseaux centraux et les communications par satellite sont parmi les principaux thèmes à traiter. Avec l'avènement de la 5G et de l'IoT, les demandes de capacité de données devraient augmenter considérablement. De nouvelles architectures système et composants les supportant sont nécessaires. L'augmentation de la capacité de données tout en réduisant l'encombrement des composants et la consommation d'énergie sont parmi les défis majeurs. L'objectif clé de haut niveau de ce projet est de tirer parti des techniques d'intelligence artificielle (IA) et d'apprentissage automatique (ML) pour développer des composants photoniques en silicium pour le multiplexage de signaux. L'équipe de McGill appliquera et développera la nouvelle stratégie de conception ML de réduction de la dimensionnalité mise au point au CNRC pour s'attaquer à la complexité de l'optimisation de conception de grande dimension et de l'approche de conception inverse. Cela permettra une exploitation efficace des propriétés uniques des métamatériaux diélectriques structurés en sous-longueur d'onde et des géométries de dispositifs complexes requises pour les dispositifs photoniques de datacom de prochaine génération. L'équipe démontrera ensuite les nouvelles conceptions au niveau des composants et du système.

Les technologies numériques ont ouvert la voie à l’actuelle culture numérique. Les téléphones intelligents, les tablettes et Internet ont envahi notre quotidien pour nous faire interagir avec des artefacts numérisés tout en donnant naissance à des comportements culturels plus collectifs et plus connectés en réseaux. Cisco prévoit que d’ici à 2022, le trafic IP dépassera 4,8 Zb (dont plus de 70 % seront attribuables au trafic sans fil et à partir des appareils mobiles) et que le nombre d’appareils connectés à des réseaux IP sera plus de 3 fois plus élevé que le nombre d’êtres humains sur Terre. L’infrastructure infotechnologique mondiale doit s’étendre pour soutenir cette croissance et la demande correspondante en transfert de données. Des solutions pour les interconnexions optiques à haut débit — sur longues distances (sous la mer) ou sur courtes distances (dans les centres de données) — et pour les communications sans fil (RF) sont nécessaires. Le principal objectif de ce projet est d’explorer quelques approches intégrées pour la production de peignes de fréquences dans le domaine optique, notamment des lasers à points quantiques et des dispositifs photoniques à base de silicium, pour le transport optique flexible haut débit appliqué aux interconnexions dans les centres de données, à la transmission sur de longues distances ou aux réseaux sans fil sur fibre.

La concentration de CO2 dans l’atmosphère a atteint un niveau record et toute nouvelle hausse, prévoit-on, aura de profondes et incontrôlables répercussions sur le climat de même que sur l’acidification des océans. Entre-temps, la demande mondiale d’énergie devrait connaître un boom d’ici 2040, avec une croissance de plus de 25 %. Pour répondre à cette demande, tout en relevant notre défi en matière de CO2, une solution (les systèmes biohybrides photosynthétiques) qui peut efficacement capturer et stocker le CO2 et l’énergie solaire de façon à ce qu’elle soit négative ou neutre en CO2 est à l’étude. Les systèmes biohybrides photosynthétiques n’en sont toutefois qu’à leurs débuts et n’utilisent qu’une poignée de microbes comme biocatalyseurs. Cette percée technique s’appuie sur une meilleure fixation des bactéries, sur le développement de pellicules biologiques et sur le taux de transfert des électrons à l’interface microbe-électrode, autant de réalisations qui nous aideront énormément à mieux comprendre les stratégies écologiques et les déclencheurs environnementaux des microorganismes qui absorbent l’énergie solaire et fixent le CO2 dans leur habitat naturel. Les sites miniers très exposés au soleil et jonchés de minéraux couverts de Fe et de Mn sont les endroits idéaux où dénicher de tels microbes. Le projet enrichira nos connaissances sur les populations photoélectrotrophes qui fixent le CO2 dans les revêtements minéraux à base de Fe et de Mn que l’on trouve à la surface de la Terre.

La production de virus adéno-associés (VAA) s’effectue normalement par transfection transitoire de cellules HEK 293. Il est donc important de déterminer les mécanismes moléculaires, au sein de ces cellules, qui sont critiques pour une production virale élevée. Ce projet consistera donc à effectuer un criblage pangénomique visant à isoler de tels gènes hôtes. La stratégie expérimentale s’appuie sur la régulation positive des gènes cellulaires par CRISPR-dCasa et l’identification de ces gènes dont la surexpression provoque une augmentation de la production de VAA. L’objectif à long terme de ce projet est d’utiliser ces résultats pour modifier génétiquement des cellules 293SF-3F6 afin de générer une cellule productrice capable de produire des VAA avec un haut rendement.

De nouvelles technologies sont en cours de développement pour recueillir l’énergie offerte par les sources renouvelables, mais il reste des défis énormes à surmonter. Le caractère intermittent des sources d’énergies renouvelables, la perturbation des infrastructures et des chaînes de valeur basées sur les combustibles fossiles — omniprésentes —, la forte dépendance à l’égard de certains éléments rares ou donnant lieu à des conflits, la difficulté de refermer le cycle du carbone, l’intensification draconienne nécessaire en matière de production d’énergie distribuée et la nécessité de disposer de combustibles très énergétiques, mais non carbonés pour les transports longue distance ne représentent qu’un petit nombre des défis rencontrés dans les secteurs clés de l’économie. Les procédés de production d’électricité à partir de plasma offrent des solutions nouvelles et extensibles pour la transition puisqu’ils sont beaucoup plus écologiques pour l’extraction, la synthèse, la conversion, le recyclage et l’utilisation des matériaux et de l’énergie. Les processus catalytiques dans un réacteur à plasma, qui combinent les conditions de réaction uniques au plasma avec la cinétique chimique accélérée induite par le catalyseur, sont très prometteurs pour le remplacement de certains procédés industriels à grande échelle tels que la synthèse de l’ammoniac, la fixation de l’azote et la production de gaz de synthèse ainsi que pour l’introduction de nouveaux procédés. Ce projet tirera parti de l’expertise du CNRC en matière de synthèse de supports catalytiques, en l’occurrence des nanotubes de nitrure de bore (NTNB) fabriqués sous plasma, et l’expertise du responsable de la réserve de projets en matière de plasma-catalyse, pour synthétiser de nouveaux catalyseurs à base de NTNB et développer des sources et des procédés extensibles utilisant les plasmas, ciblant en particulier la synthèse de l’ammoniac et le reformage à sec du méthane.

Les bioréacteurs jouent un rôle de premier plan dans la fabrication des produits biologiques. Leur conception a été bien décrite pour les fermentations traditionnelles axées sur la production de biomolécules simples, mais leur exploitation reste très empirique pour ce qui est de la production de produits biologiques complexes à partir de systèmes eucaryotes tels que des cellules humaines HEK-293. La production de produits biologiques en bioréacteur s’effectue dans un contexte complexe nécessitant des expertises étendues et approfondies qui ne sont pas systématiquement décrites dans la littérature scientifique ou technique reconnue. De plus, les produits biologiques tels que les exosomes et les vecteurs viraux (virus adéno-associés ou VAA) sont des structures biologiques complexes qui se sont récemment avérées très utiles dans le traitement d’un certain nombre de cancers et de maladies héréditaires. Leur production en bioréacteur sur le plan des quantités et qualités requises pour les besoins précliniques et cliniques limite considérablement leur utilisation et leur développement en tant qu’outils thérapeutiques. C’est donc une occasion d’intégrer les connaissances cumulées dans les bases de données et d’exploiter les progrès réalisés dans le domaine de l’IA pour accélérer la conception et l’optimisation du système de production de ces deux produits biologiques clés (exosomes et VAA) par l’installation et l’exploitation du jumeau numérique d’un bioréacteur physique, relié à celui-ci par un ensemble de capteurs assurant une communication constante entre les deux systèmes.

Les nouvelles techniques d’optimisation telles que la rétro-ingénierie nanophotonique sont des outils prometteurs qui sont susceptibles de réduire considérablement la taille des composants photoniques passifs en silicium tout en préservant leurs fonctionnalités et leurs performances. Bien que les résultats publiés fassent état de divers dispositifs miniaturisés de validation de principe ayant une taille et un rapport d’aspect prédéterminés, leurs performances actuelles sont inférieures à ce qui est disponible sur le marché et les conceptions sont très peu interprétables. Dans ce contexte, les outils de l’IA peuvent être mis à contribution pour aider à déterminer des motifs récurrents dans l’espace multidimensionnel de conception grâce à l’analyse d’une base de données regroupant des concepts simulés qui oriente la recherche de meilleures performances et éclaire le comportement de l’espace de conception en dévoilant ses particularités et ses limites. Au bout du compte, l’utilisation d’outils basés sur l’IA permettra de faire progresser la miniaturisation des composants photoniques intégrés en silicium sans compromettre leurs performances ni leur manufacturabilité.