2010 et au-delà

Le CNRC s'est intéressé à la glace qui se formait sur les skis et les hélices des avions dès 1939. Dans les années 1940, il s'est attaqué à la détection du givre, au déglaçage et à la certification antigivre des moteurs.

Qu'en est-il des avions modernes? Les turbines à gaz peuvent avaler des cristaux minuscules, qui s'y accumulent ou se pulvérisent, suscitant des défaillances, des lectures erronées, des dommages coûteux, voire des problèmes de sécurité. Les fabricants et les organismes de réglementation doivent en savoir plus sur le givrage des moteurs, les moyens et les technologies pour combattre ce fléau, ainsi que les tests et la certification des moteurs sur la résistance au givre.

C'est pourquoi Rolls-Royce Canada et Pratt & Whitney ont créé un centre mondial de recherche aéronautique sur le givrage (le centre GLACIER), une installation extérieure située à Thompson, dans le climat subarctique du Manitoba. En tant que partenaire, le CNRC y a conçu des systèmes spéciaux qui pulvérisent de l'eau sur le moteur afin de simuler le givre dans des conditions ambiantes, et assure l'entretien de ces systèmes.

MDS AeroTest exploite le centre depuis son inauguration en 2010. On y certifie jusqu'aux plus gros moteurs d'aéronefs. Les chercheurs y étudient aussi ce qui se passe quand les turbines à gaz ingèrent de la glace et ils y perfectionnent les capteurs pertinents.

Chaque jour, 100 000 appareils en moyenne décollent dans le monde, même si le changement climatique est de plus en plus attribué aux émissions atmosphériques. Face à une telle situation, il est impérieux de trouver des carburants plus durables et moins polluants que le pétrole, sans que l'efficacité des aéronefs en souffre pour autant.

En 2012, le CNRC a réalisé un exploit en aéronautique : faire voler le premier avion à réaction civil alimenté uniquement au biocarburant. Celui-ci était tiré d'un oléagineux industriel cultivé par Agrisoma Biosciences Inc., de Saskatoon, dont l'huile avait été transformée par Applied Research Associates et Chevron Lummus Global. L'appareil, un Falcon 20 du CNRC, a prouvé que le nouveau biocarburant constitue une solution écologique, efficace et viable à celui couramment employé dans l'aviation.

Le vol historique a débouché sur un accord en vertu duquel le CNRC et la NASA étudieront l'effet que les émissions des turboréacteurs alimentés par les carburants de remplacement ont sur l'atmosphère. Ces recherches majeures favoriseront la qualification et l'usage des biocarburants dans l'aviation civile, et paveront la voie à des carburants plus écologiques qui bénéficieront à l'industrie mondiale de l'aéronautique tout en protégeant l'environnement.

On encourage les enfants à faire du sport pour le plaisir, pas pour gagner. Puis arrivent les Jeux olympiques d'hiver, et les Canadiens veulent battre tout le monde. Face aux plus grands de la planète, l'équipe canadienne accepte volontiers toute aide qui lui permettra de bénéficier d'un avantage compétitif.

Lors du programme « À nous le podium », qui a précédé les Jeux olympiques de Vancouver de 2010, nos athlètes se sont tournés vers l'ingénierie pour gagner quelques millisecondes. Les athlètes de onze disciplines, du skeleton au ski, en passant par la planche à neige et le patinage de vitesse, se sont succédé dans les souffleries du CNRC où des ingénieurs leur ont montré comment tenir compte de la friction de la neige et de la glace, et exploiter l'aérodynamisme et la cinétique humaine, afin de se surpasser. Dans ce lieu protégé, ils ont vu ce qu'un léger changement de posture ou d'équipement permet de réaliser.

Résultat? Un podium étincelant d'or. À Vancouver, grâce au CNRC – et, bien sûr, aux efforts des athlètes du pays –, le Canada a récolté son plus grand lot de médailles d'or à des Jeux olympiques et paralympiques, et s'est hissé sur le podium plus souvent que jamais auparavant. De plus, il est devenu le pays à avoir remporté le plus de médailles d'or de l'histoire des Jeux olympiques d'hiver.

Les nanotubes de nitrure de bore (NNB) sont minuscules. Ultrarobustes, légers, quasi indestructibles, ils sont aussi sur le point de révolutionner l'industrie des super matériaux. À quoi correspond un nanomètre? Le diamètre de l'ADN humain mesure 2,5 nanomètres! Cent fois plus robustes que l'acier et le sixième de son poids, les NNB résistent à des températures atteignant 2 000 °C. La lave d'un volcan n'arriverait pas à les faire fondre. Malheureusement, ces super pouvoirs en rendent la production industrielle difficile.

En 2014, le CNRC a inventé un procédé pour fabriquer rapidement des NNB purs. Synthétiser ce matériau résistant aux températures les plus élevées exigeait un procédé de vaporisation unique. Or il s'agit justement d'une spécialité du CNRC, qui a déjà travaillé sur des cousins des NNB, les nanotubes de carbone; ceux-ci sont robustes eux aussi, mais leurs propriétés sont limitées.

Imaginez un blindage transparent résistant aux bombes, ou des immeubles à l'épreuve du feu. Un revêtement en NNB repousserait les ultraviolets et mettrait le cockpit des avions et les engins spatiaux à l'abri des rayonnements. Le CNRC a cédé sa technologie à l'industrie canadienne pour que le pays ait une longueur d'avance dans le perfectionnement et la production des NNB.

Le kilogramme est l'une des sept unités fondamentales du Système international d'unités (SI). La masse, l'électricité, la puissance, la lumière et d'autres mesures modernes en dépendent. Pourtant, le kilogramme est défini par un étalon physique fabriqué en 1879, un cylindre de platine-iridium. L'accessibilité et la stabilité à long terme de l'objet inquiètent de plus en plus les scientifiques, car il est difficile d'en reproduire la masse, qui change peu à peu avec le temps.

Par chance, une percée du CNRC a permis de rapprocher le kilogramme de la constante de Planck – avec une incertitude inférieure à 20 parties par milliard. Une balance du watt, hypersensible, mesure la force électrique qui contrebalance une masse d'un kilogramme. L'expérience, réputée pour être l'une des cinq plus ardues de la science, a mis en lice des équipes d'experts pendant plus de 30 ans dans le monde entier.

Les résultats fournis par la balance du watt du CNRC pavent la voie à une redéfinition du kilogramme en 2018. De la poursuite d'expériences d'une précision extrême à l'optimisation des ordinateurs et des réseaux à fibres optiques, les scientifiques du monde entier bénéficieront d'un Système international d'unités articulé sur des constantes fondamentales immuables.

Les véhicules aériens sans pilote (UAV ou drones) sont désormais chose courante. Cependant, leur manque d'autonomie et leur incapacité à communiquer entre eux en freinent la progression. Des drones autonomes révolutionneraient les opérations de recherche et sauvetage au Canada. Ils faciliteraient les missions de défense et permettraient d'effectuer des vols dans des régions éloignées et inhosptalières.

C'est pourquoi les experts en UAV de Recherche et développement pour la défense Canada se sont joints aux spécialistes en génie aérospatial et modélisation mathématique du CNRC. Ensemble, ils ont d'abord développé un modèle informatique qui confie les commandes à l'UAV lors de simulations virtuelles. Ensuite, Meggitt Training Systems Canada a procédé aux vols d'essai et élaboré des méthodes pour passer sans danger du pilotage automatique au vol télécommandé. Enfin, les ingénieurs du CNRC ont doté un hélicoptère monoplace d'une série de capteurs et d'instruments pour recueillir des données sur les mouvements de l'appareil. Le prototype d'un drone a testé les instruments avant que le contrôle de la navigation soit restitué à l'hélicoptère.

Le système canadien de pilotage commandé par ordinateur a permis à l'hélicoptère de décoller de lui-même, d'effectuer des manoeuvres télécommandées puis de revenir en mode automatique pour l'atterrissage. L'appareil a récemment effectué des vols autonomes au-dessus de l'Arctique, confirmant que la chose est réalisable et que le ciel s'ouvre à de nouvelles possibilités.

La barrière hématoencéphalique est une couche protectrice de vaisseaux sanguins séparant le cerveau du reste du corps. Elle protège l'encéphale en laissant passer les éléments nutritifs tout en retenant les substances comme les toxines, les hormones et la plupart des médicaments. Pour cette raison, elle nuit aussi aux efforts déployés pour combattre la maladie d'Alzheimer, la sclérose en plaques et d'autres troubles nerveux.

Afin de franchir cet obstacle, le CNRC a créé des molécules capables de véhiculer d'autres molécules à caractère thérapeutique pouvant pénétrer dans le cerveau. Les minuscules anticorps se faufilent dans l'encéphale en imitant les éléments nutritifs. Tel le cheval de Troie, ils se fixent à des molécules porteuses qui déjouent le cerveau, le convainquant de les laisser passer.

Modifications et essais ont amené Biogen Canada à jumeler avec succès les molécules porteuses du CNRC à ses propres anticorps. Lors d'expériences non invasives sur des animaux, les couples molécules-anticorps ont transporté de puissants agents thérapeutiques contre des maladies cérébrales. Les essais sur les humains s'échelonneront sur plusieurs années, mais les recherches du CNRC devraient accélérer l'analyse clinique des nouveaux médicaments, si bien que les patients bénéficieront plus tôt d'un traitement efficace contre les maladies.

Des vents violents, une mer agitée, de puissants courants de marée et une embouchure qui rétrécit sans cesse nuisent à la navigation dans le goulet de Shippagan, qui constitue pour les pêcheurs la voie la plus directe entre le golfe du Saint-Laurent et la baie des Chaleurs au Nouveau-Brunswick. Des estacades et des digues en prolongeaient l'entrée pour atténuer le danger. Cependant, avec la détérioration de ces ouvrages, les capitaines de bateau se voyaient forcés de faire des détours de six heures à chaque voyage avant le retour au port, avec les conséquences que l'on imagine pour l'économie locale et le rendement des flottilles.

Les ministères fédéraux ont cherché conseil auprès des scientifiques et spécialistes en génie côtier du CNRC et de l'Université d'Ottawa. Ceux-ci ont vérifié par modélisation l'efficacité de nombreuses solutions possibles. Finalement, on a décidé de creuser et d'élargir le chenal, ainsi que d'ériger une jetée extérieure de 150 mètres afin d'atténuer l'action des vagues et la sédimentation.

Ces modifications au goulet de Shippagan devraient se solder par des économies et une navigation plus sûre. On s'attend à ce que la pêche commerciale et le tourisme profitent davantage à l'industrie locale, qui fournit actuellement plus de 15 000 tonnes de produits de la mer et enregistre des recettes annuelles de 30 à 50 millions de dollars.

Pour rester en service, les sous-marins vieillissants doivent être dotés de systèmes modernes. Quatre sousmarins achetés par le Canada en 1998 devaient être remis à neuf. Les ingénieurs du ministère de la Défense nationale (MDN) ont priorisé les réfections, notamment l'ajout d'un nouveau système de pilotage qui compenserait automatiquement les conditions de navigation sous l'eau et sur la mer.

Le MDN s'est tourné vers des partenaires, à savoir le CNRC, le fournisseur L-3 MAPPS et Recherche et développement pour la défense Canada, pour leur demander de concevoir, de bâtir et de tester un tel système à partir de rien. Les collaborateurs en ont d'abord établi les spécifications, ont créé un modèle numérique et évalué des prototypes. Ensuite, ils ont fabriqué une maquette au 15^edu sous-marin et l'ont immergée dans l'immense bassin de 200 mètres du CNRC à Terre-Neuve. Les équipes ont alors glané des données de référence à pleine échelle sur les systèmes de pilotage automatique existants pour élaborer le nouveau logiciel.

Les installations et l'expertise du CNRC dans les techniques de commande ont permis au MDN de manoeuvrer automatiquement la maquette, de voir le logiciel expérimental en action et d'évaluer le fonctionnement du système. Les résultats ont été assez bons pour passer à la production et réaliser des analyses pointues avant de laisser ce système de facture canadienne sillonner les mers.

C'est en se collant les doigts que John Rowe, PDG d'Island Abbey Foods, a eu l'idée d'un nouvel aliment. Lors d'une randonnée en Colombie-Britannique, un pot de miel s'était cassé dans son sac. Incapable de trouver du miel naturel en cube pour ses futures escapades, l'entrepreneur de l'île s'est dit qu'il en fabriquerait lui-même.

M. Rowe a consacré les dix années suivantes à perfectionner le premier cube de miel pur au monde goûtant vraiment le miel cru. Le PARI l'avait appuyé dans ses travaux. Avant d'être mis en marché cependant, l'aliment devait être formulé selon de solides principes de fabrication, conformes à la réglementation canadienne et étrangère en matière de santé. Les tests du CNRC ont aidé l'entreprise à prouver que le miel ne se raffine pas quand on le solidifie, comme allégué. Le CNRC a également aidé l'entrepreneur à perfectionner les méthodes scientifiques employées pour garantir la qualité du produit, l'analyser et le préparer.

Grâce au procédé de solidification primé de M. Rowe, l'entreprise a pris une expansion mondiale et est passée des aliments aux produits de santé naturels à base de miel, notamment des vitamines et des pastilles thérapeutiques. Et maintenant? Avec d'autres partenaires, M. Rowe songe à utiliser du miel en poudre pour faciliter l'administration des médicaments.

Les ponts sont malmenés. Les rigueurs du climat, les pluies acides, une circulation incessante et les sels de voirie les mettent à rude épreuve. Tous les 80 000 ponts ou presque au pays ont besoin de réfections pour en assurer la sécurité et l'efficacité.

Le Pont du canal à Cornwall, en Ontario, qui appartient à la Société des ponts fédéraux Limitée, a pour sa part un avenir plus prospère et durable. En effet, ce pont qui traverse la frontière et enjambe la voie maritime du Saint-Laurent est fait d'un nouveau type de béton, élaboré par le CNRC avec l'aide de la Société des ponts fédéraux et d'autres partenaires. La formule d'avant-garde du CNRC permet au béton à haut rendement de mieux retenir l'humidité. Il devrait donc durer quatre fois plus longtemps que le béton ordinaire, soit 100 ans, avant de nécessiter des réparations majeures. En outre, il est sensiblement moins coûteux que les autres bétons à haute performance.

Depuis que le Pont du canal en a été revêtu, les résultats sont encourageants. Pas de retrait, de fissures, ni de corrosion. La durabilité, la robustesse et la sûreté du mélange en font une solution pratique pour améliorer les infrastructures de transport au Canada et ailleurs.

Si la plupart des blessures cicatrisent d'elles-mêmes, certaines, plus profondes, exigent une bonne oxygénation du sang pour guérir. Autrefois, sans aide diagnostique, on se fiait uniquement à l'aspect de l'épiderme pour soigner les entailles importantes.

Kent Imaging, une entreprise de Calgary, a repensé une technologie du CNRC conçue au départ pour les brûlures afin de l'appliquer à des lésions de toutes sortes. Le système de visualisation intelligente de l'état des tissus (TVS) de l'entreprise recourt au proche infrarouge pour évaluer rapidement la lésion sans procédure invasive ni contact avec le tissu atteint. À la manière d'un appareil photo numérique, le TVS prend une série de clichés rapides avec des flashs de longueur d'onde variable. Combinées, les images font ressortir l'oxygénation du sang, normalement indétectable à l'oeil nu.

Depuis 2012, ce système a permis aux cliniciens et professionnels de la santé du monde entier de diagnostiquer efficacement l'état des lésions en quelques secondes. Cette technologie sauve des vies d'année en année. Elle rehausse la qualité de vie et approfondit la science des lésions et de la santé tissulaire.

La planète entière se tournant vers Internet pour communiquer, les sociétés de télécommunications doivent composer avec la demande de systèmes de connexion toujours plus rapides et fiables. Le plus ardu est de créer des dispositifs aussi efficaces et économes que possible, au coût le plus bas par gigabit.

La société québécoise TeraXion Inc. a relevé le défi. Les modulateurs optiques à haute vitesse qu'elle a proposés en 2014 utilisent le phosphure d'indium (InP) pour accélérer sensiblement les transmissions, à un débit de 100 gigabits par seconde et plus. Avec l'aide du CNRC, TeraXion a rationalisé son procédé de fabrication afin de produire des dispositifs plus performants à un très haut rendement.

La rapidité et la performance de ses appareils ne sont pas passées inaperçues. Ainsi, la multinationale Ciena Corp. a déboursé 47 millions de dollars pour acquérir la technologie InP de TeraXion et la propriété intellectuelle qui y est associée. Grâce à cette technologie, entreprises et consommateurs disposent d'une plateforme plus économique, chose qui aurait été impossible avec les matériaux classiques. La collaboration continue entre le CNRC et TeraXion laisse entrevoir d'autres solutions avant-gardistes pour les fibres optiques, maintenant et à l'avenir.

Les déversements accidentels de produits pétroliers dans le Nord canadien sont particulièrement dommageables et onéreux, et l'on y remédie avec peine. Une fuite de 22 000 litres de carburant diesel survenue en 2006 avait laissé la station des Forces canadiennes Alert, soit le lieu habité en permanence le plus au nord de la planète, aux prises avec un sol 800 fois plus contaminé que le permet la réglementation fédérale. Les températures glaciales, les âpres conditions de travail et des ressources restreintes avaient en effet nui aux efforts de dépollution après l'accident.

Face au dilemme, le ministère de la Défense nationale avait fait appel à l'ingéniosité du CNRC. Des chercheurs ont recouru à des techniques de biorestauration pour exploiter les ressources locales et perturber le moins possible l'environnement. Ils ont injecté oligoéléments et oxygène dans le sol afin que les microorganismes consomment plus d'hydrocarbures de pétrole et neutralisent graduellement les polluants ou les rendent moins toxiques.

En six ans, la concentration était retombée à un seuil acceptable, inférieur à 260 parties par million, les contribuables avaient épargné des millions de dollars et la nature était sauve. Plus récemment, des chercheurs du CNRC et de Pêches et Océans Canada ont observé des microorganismes se nourrissant de pétrole, même dans l'eau froide, signe que les hydrocarbures peuvent se dégrader naturellement dans le milieu marin de l'Extrême-Arctique.

La décomposition des substances organiques – celles présentes dans les eaux usées, les dépotoirs et les résidus agricoles, par exemple – libère du biogaz dans l'air. Capté et purifié, celui-ci peut toutefois devenir une source renouvelable d'énergie. La technologie existe depuis des années, mais les systèmes actuels ne retirent qu'une partie des impuretés du biogaz et les polluants restants endommagent ces systèmes jusqu'à ce qu'ils flanchent.

Une entreprise aspirait à une meilleure solution. Quadrogen Power Systems a pris contact avec le CNRC afin de surmonter les problèmes de démarrage et les obstacles techniques. Après une aide initiale du PARI, le CNRC a mis au service de Quadrogen ses talents en génie, en mécanique et en essais. Depuis, l'entreprise a mis au point un processus modulaire, efficace et fiable en quatre étapes qui retire pratiquement tous les contaminants du biogaz.

Grâce à cette innovation canadienne, les entreprises purifient leur biogaz tout en réalisant des économies grâce à la production d'électricité, de chaleur, d'hydrogène et de dioxyde de carbone employé pour la culture en serre. Quadrogen a vendu sa solution à d'importants clients, de la Colombie-Britannique à la Californie, y compris à une usine d'épuration de l'eau qui l'utilise depuis plus de trois ans sans signes apparents de dommages.

Lors des vols prolongés, les vibrations incessantes ne sont pas qu'une source d'inconfort pour les pilotes et les membres de l'équipage. Se diffusant à travers les sièges de l'appareil, elles posent de réels problèmes au niveau de la santé et de la sécurité, ne serait-ce que sous la forme de douleurs chroniques au dos et à la nuque. Le ministère de la Défense nationale a sollicité l'aide du CNRC pour y remédier.

Avec le concours d'ingénieurs du ministère, les experts du CNRC ont testé la performance, la rigidité et l'inflammabilité des tissus. Puis, ils ont étudié de nouvelles configurations afin que le corps soit moins secoué et ils les ont testées sur un siège mécanique reproduisant les mouvements de l'appareil en vol. Les chercheurs ont imaginé une solution économique et de qualité : un coussin qui allie la mousse usuelle à un nouveau matériau absorbant les chocs. Les alvéoles hexagonales du matériau en question sont raccordées à des puits d'aération qui dissipent l'énergie des secousses.

Milieu contrôlé idéal, l'hélicoptère Bell 412 du CNRC a permis de confirmer que le coussin dissipe bien les vibrations pendant le vol. À présent, l'armée canadienne est sur le point d'en équiper une de ses flottes d'hélicoptères. La technologie s'avère également prometteuse pour l'aviation civile et a été cédée sous licence à des exploitants commerciaux d'hélicoptères.

Une fois ses graines récoltées, ne reste du lin qu'une tige rappelant la paille, jugée comme un déchet de culture. Pourtant, les fibres de ces tiges sont assez robustes pour remplacer la fibre de verre ou le plastique dans les pièces des véhicules terrestres. Or, les fabricants aspirent à des pièces bon marché et écologiques, qui allégeront les véhicules sans que leur sûreté, leur qualité ou leur solidité en souffre.

Dans ce but, les experts du CNRC ont cherché comment extraire, conditionner et adapter les fibres de lin pour en faire des biocomposites. En laboratoire, ils en ont vérifié l'inflammabilité, la toxicité et la résistance à l'humidité. Par la collaboration, ils se sont assuré que leurs solutions permettaient d'intégrer les fibres du lin aux procédés de fabrication des pièces.

Des partenaires de l'industrie canadienne, dont Bombardier, collaborent désormais avec le CNRC pour créer une chaîne d'approvisionnement qui fournira assez de biocomposites de qualité homogène à un prix concurrentiel pour que l'on s'attaque au marché mondial de 500 milliards de dollars. Plus légères, les pièces en biocomposites de lin signifieraient des déplacements plus rapides et des économies de carburant et d'argent, ainsi de moins grandes émissions de dioxyde de carbone. Elles pourraient aussi rendre les véhicules moins bruyants.

Le voyage vers Pluton de la sonde spatiale la plus rapide de l'histoire de la NASA, New Horizons, était rempli de promesses et d'angoisses. En effet, les dangers fourmillent le long des cinq milliards de kilomètres qui devaient amener la sonde à destination – anneaux inconnus, lunes, poussière rocheuse et débris glacés, surtout au large de Neptune.

Pour que la sonde puisse éviter les collisions, une équipe mondiale incluant des chercheurs du CNRC a recueilli les données astronomiques indispensables au système de navigation. En effet, New Horizons dépend du système de repérage et de mesure de position de grande précision fourni par le Télescope Canada-France-Hawaï et de sa caméra MegaPrime, que l'on peut calibrer avec une précision supérieure à toute autre caméra à grand champ. Elle intègre aussi des méthodes et un système mis au point au CNRC.

Ces données et systèmes ont guidé la sonde durant son périple de neuf ans jusqu'à Pluton. Le 14 juillet 2015, New Horizons repoussait l'exploration planétaire aux confins du système solaire. L'humanité faisait enfin la connaissance de Pluton grâce aux données et aux photos en gros plan enregistrées par la sonde. New Horizons a assez de carburant pour effectuer un autre tour du système solaire externe. Ce survol est prévu pour 2018-2019.