Découvertes et innovations

  1. Introduction
  2. La recherche scientifique et l'effort de guerre durant la Deuxième Guerre mondiale
  3. Comment tout a commencé – l'animatique dans les laboratoires du CNRC
  4. Naissance d'un programme d'astronautes canadiens
  5. Les études scientifiques qui soutiennent nos athlètes
  6. Première ablation d'une tumeur au cerveau au monde réalisée à Halifax à partir d'une simulation
  7. La physique et la lutte contre le cancer
  8. Le CNRC contribue à fonder l'industrie milliardaire du canola par ses recherches
  9. Un Canada à l'heure
  10. La science du béton et du ciment est encore bien solide
  11. Des dispositifs novateurs facilitent la vie aux handicapés
  12. Éradiquer E. coli pour assurer une eau et des aliments plus sains
  13. Au secours des rescapés par un meilleur repérage des avions écrasés
  14. La science lutte contre le crime avec de meilleures techniques
  15. La science du CNRC protège un symbole patriotique
  16. Une locomotive à vapeur qui a du style
  17. Victoire contre la méningite du nouveau-né
  18. Renifleurs de bombes contre terroristes
  19. Étendre le rôle du Canada dans l'exploration de l'espace
  20. Un système de vision spatiale qui permet aux astronautes de voir dans l'espace
  21. Une ère nouvelle de musique électronique
  22. Les faux-monnayeurs tenus en échec par la technologie des couches minces
  23. Du réel au virtuel : préserver des trésors et innover en divertissant
  24. Le génie au service de la qualité de vie

Depuis plus de 90 ans, les scientifiques du CNRC améliorent la vie des Canadiens et l'économie du pays par leurs surprenantes découvertes et leurs innovations en recherche. De la biotechnologie à l'aérospatiale, de l'astronomie à la nanotechnologie, la recherche du CNRC occupe toujours le premier plan.

Poursuis ta lecture et découvre quelques grandes réalisations du CNRC.

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La recherche scientifique et l'effort de guerre durant la Deuxième Guerre mondiale

Les scientifiques mettent leur vie en péril pour protéger les combattants

En pleine Deuxième Guerre mondiale, l'attention des scientifiques du monde entier se tourna vers des travaux susceptibles d'accélérer la résolution du conflit. Les chercheurs du Conseil national de recherches n'y ont pas manqué et se sont lancés à fond dans des recherches allant de la médecine à l'énergie nucléaire, en passant par le génie dans les airs, sur mer et sur terre.

Les contraintes de la guerre s'avèrent parfois un moteur puissant pour la recherche médicale. Durant le conflit, les scientifiques du CNRC ont étudié la pénicilline, des moyens de prévenir l'infection des plaies, des vaccins contre le typhus, les traumatismes, la fatigue, la chirurgie esthétique, le système nerveux, la tuberculose et les brûlures – autant de travaux qui gardèrent leur importance une fois signé l'armistice. Les chercheurs se penchèrent même sur les conséquences psychologiques du retour des soldats à une vie normale, comme ils étudient le syndrome du stress post-traumatique chez les militaires revenant du combat aujourd'hui.

Reprendre une vie ordinaire peut être extrêmement difficile pour les soldats gravement blessés lors d'une bataille. La découverte puis l'utilisation de la pénicilline durant la Deuxième Guerre mondiale permit à maints combattants de se remettre de blessures auxquelles ils n'auraient pas survécu auparavant, mais cela signifiait aussi qu'ils devraient composer avec la réalité d'une vie modifiée par la paralysie ou divers handicaps.

C'est en travaillant avec des vétérans lourdement handicapés que l'inventeur George Klein du CNRC eut l'idée du premier modèle vraiment pratique du fauteuil roulant motorisé. Cette invention non seulement permit aux anciens combattants et à d'autres personnes souffrant d'un handicap de se déplacer librement, mais leur procura un sentiment d'autonomie qu'ils n'auraient pas connu autrement.

Nouvelle ère pour l'énergie atomique

Dans les années 1940, beaucoup de pays s'étaient lancés dans une course pour mieux comprendre l'énergie de l'atome. Même si le projet n'était pas directement destiné à soutenir l'effort de guerre, le CNRC aménagea des installations de recherche nucléaire de calibre mondial incluant le tout premier prototype canadien de réacteur nucléaire, le premier réacteur nucléaire à être bâti hors des États-Unis.

En 1947, les laboratoires de Chalk River, à l'est d'Ottawa, abritaient un nouveau réacteur baptisé NRX (pour National Research eXperimental ou réacteur national de recherche expérimental), qui resta le plus puissant au monde pendant plusieurs années. Peu après son inauguration, on se servit du NRX pour obtenir les isotopes radioactifs encore employés de nos jours pour diagnostiquer et soigner le cancer. Le Canada reste d'ailleurs le plus grand exportateur de radio-isotopes au monde. Aujourd'hui, ceux venant de Chalk River traitent plus de 21 millions de personnes dans une soixantaine de pays chaque année.

En 1957 fut inauguré un nouveau réacteur de recherche appelé NRU (pour National Research Universal ou réacteur national de recherche universel). De puissance dix fois supérieure à celle du NRX, il permit au Canada de posséder une deuxième fois le plus puissant réacteur de la planète plusieurs années durant.

Actuellement, le Canada exploite 22 réacteurs qui fournissent près de 16 % de l'électricité du pays, 50 % de celle de l'Ontario, sans émissions de gaz à effet de serre.

Les réacteurs NRX et NRU étaient d'importants laboratoires expérimentaux – un excellent terrain d'entraînement pour les ingénieurs et les concepteurs du CANDU, âme des centrales nucléaires canadiennes. Les technologies novatrices pour le traitement du cancer et le dosage des rayonnements mises au point à Chalk River sont désormais utilisées partout dans le monde. Les installations aménagées pendant la guerre servent encore aujourd'hui à des recherches pointues dans maints domaines scientifiques.

Des vols plus sécuritaires par la technologie

Les scientifiques du CNRC ont consacré beaucoup de temps à la recherche sur le vol durant la guerre. En plus de culminer par la création du superbe moteur à réaction ORENDA, qui brisa des records dès son achèvement et dont on vendit l'équivalent d'un quart de million de dollars, leurs travaux concoururent à sécuriser davantage le travail des pilotes.

Lorsque la guerre éclata, M. Banting et une équipe de chercheurs universitaires de Toronto étudiaient les difficultés que le pilote traverse à haute altitude et à grande vitesse. En effet, quand la gravité s'accentue lors des combats aériens, surtout ceux en vrille, le sang fuit les yeux et le cerveau du pilote, entraînant cécité et perte de conscience.

L'équipe construisit le premier caisson de décompression d'Amérique du Nord afin d'approfondir les effets des hautes altitudes ainsi qu'un accélérateur pour tester les conséquences de la vitesse. Ils mirent au point un meilleur masque à oxygène et la première tenue anti-gravité pour que les pilotes ne perdent pas conscience aux altitudes et vitesses supérieures. Baptisée combinaison « anti-G » ou « combinaison de Franks » (d'après Wilbur Franks, son inventeur), cette tenue fut d'abord utilisée par les pilotes des porte-avions de la Royal Navy, lors du débarquement amphibie en Afrique du Nord, en 1942.

Le « veilleur de nuit » : Le radar

Le CNRC était l'âme de la contribution canadienne à la technologie radar durant la Deuxième Guerre mondiale. En effet, c'est grâce à lui si le Canada a mis en place le premier système radar fonctionnel d'Amérique du Nord, un système de défense côtière baptisé le « veilleur de nuit », près de Halifax. Quelques années plus tard, se servant des plans secrets de l'armée britannique, le CNRC concevait un des premiers systèmes radar appelés à être fabriqué massivement au Canada.

Vers la fin des années 1930, le CNRC entreprit d'examiner comment on pourrait détecter les aéronefs par des moyens électriques. De leur côté, les Britanniques avaient mis au point des radars compacts très puissants pour leur système de défense aérienne. Cette technologie secrète fut introduite en Amérique du Nord en 1940 et le CNRC en utilisa les plans pour développer le système radar antiaérien GL Mark III C. Bien qu'on ne l'ait jamais employé en Grande-Bretagne, ce système fut installé en Australie, en Afrique du Sud, en Russie et au Canada.

Cette réussite du CNRC déboucha rapidement sur d'autres perfectionnements et améliorations du radar, si bien qu'en 1945, le CNRC en avait créé une trentaine de modèles différents pour les usages militaires qui permirent aux forces alliées de remporter la victoire.

Création de nouveaux véhicules terrestres et marins

Pendant la Deuxième Guerre mondiale, le Canada fut prié de mettre au point un véhicule militaire d'un nouveau genre, capable de se déplacer sur les terres enneigées, boueuses, marécageuses et accidentées d'Europe. Les chercheurs du CNRC proposèrent un système de traction et un caoutchouc spécial qui permirent à ce véhicule militaire de franchir aisément la neige.

Le « Weasel » (la belette), ainsi qu'on l'avait surnommé, devait fonctionner dans une vaste gamme de conditions et pouvoir être parachuté d'un avion. On en fabriqua près de 15 000. Au fil des ans, ce véhicule a servi d'inspiration à de nombreux autres tout-terrains et facilité la tâche des explorateurs dans les conditions extrêmes de l'Arctique et de l'Antarctique.

Au milieu de la guerre, les scientifiques du CNRC coopérèrent aussi avec le gouvernement britannique dans le cadre d'un projet inusité qui consistait à concevoir puis à bâtir un porte-avions... en glace. L'idée était de renforcer la glace avec de la pâte de bois (un nouveau matériau auquel on donna le nom de « pykrète » ) pour construire un navire presque insubmersible qui résisterait aux attaques des sous-marins. Ce projet très secret avait pour nom de code « Habakkuk ».

Les scientifiques du CNRC mirent les bouchées doubles pour terminer leurs travaux avant la fin de l'hiver 1943, effectuant des essais à grande échelle avec une gigantesque dalle de glace découpée dans le lac Louise. Ils étudièrent des systèmes de réfrigération et inventèrent le pykrète. Bien que le gouvernement britannique mit fin à l'expérience en 1944, les recherches du CNRC sur les propriétés de la glace et du pykrète gardent encore une grande utilité et ont concouru à établir l'expertise du Conseil sur la construction de pistes d'atterrissage dans le Nord et la neige.

Accroître l'autonomie du Canada

La guerre interrompit bon nombre d'importations étrangères, de sorte que le Canada dut trouver des produits de substitution. Les scientifiques contribuèrent à identifier des succédanés, des produits maison susceptibles de remplacer ceux qui n'étaient plus disponibles en raison du conflit. Parmi eux, mentionnons la mousse d'Irlande, l'huile de canola et de nouveaux matériaux tels le caoutchouc synthétique ainsi qu'un substitut de la magnésite.

Tout au long de la Deuxième Guerre mondiale, les scientifiques du CNRC concoururent de manière inestimable au bon fonctionnement de la nation et à l'effort de guerre en poursuivant des recherches novatrices en médecine, sur l'énergie nucléaire, en génie ou en créant des cultures locales pour remplacer les produits d'importation. Dans la foulée, ils ont fait plus que participer à l'effort de guerre, leurs efforts ont eu d'importantes retombées qui continuent d'influer sur la vie des Canadiens aujourd'hui.

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Comment tout a commencé – l'animatique dans les laboratoires du CNRC

À la fin des années 1960, Nestor Burtnyk, du CNRC, a entendu un animateur des studios Disney parler de la création des dessins animés. Moins d'un an plus tard, il avait mis au point une nouvelle technique qui allait révolutionner la façon dont les animateurs créent l'infographie 3D.

Son travail sur le développement des techniques dites d'animation « par images clés » a préparé le terrain pour l'animation par ordinateur très savante qu'on trouve dans des festins cinématiques comme Chronicles of Narnia, Lord of the Rings, et Harry Potter.

Mise à l'essai de la nouvelle technologie

Le premier film expérimental animé par ordinateur à être produit par l'entremise de cette technique fut Metadata, en 1971, une collaboration entre le CNRC, l'Office national du film et l'artiste Peter Foldes. 

Metadata fut suivi, en 1973, par Hunger (La Faim), un film de 10 minutes sur la faim dans le monde. Il a fallu un an et demi pour créer le film et, en 1974, il devint le premier film animé par ordinateur à être mis en nomination pour un oscar dans la catégorie du meilleur court métrage. Hunger a également reçu d'autres honneurs, comme le prix du Jury du Festival du cinéma de Cannes en 1973, et une ondée de prix cinématographiques internationaux.

Un cadre à la fois

En se servant de cette nouvelle technique d'animation par image-clé, les animateurs du CNRC créèrent des croquis isolés de l'action à des intervalles clés pendant une séquence d'animation. Le logiciel permettait à des animateurs qui ne connaissaient pas bien la programmation d'ordinateur de créer des séquences en ne fournissant que les images clés. L'ordinateur produisait alors les images intermédiaires.

L'automatisation du processus d'animation au moyen d'une technologie informatique avancée réduit le travail manuel fastidieux que nécessite l'animation traditionnelle. Une fois que les images clés ont été prévues, l'artiste peut préparer les « cellules » d'images en faisant des croquis des images directement sur le dispositif d'affichage.

Ouvrir la voie à la génération suivante d'animatique

Le film Hunger a inspiré une génération d'animateurs par ordinateur au Canada. Les chercheurs du CNRC ont donné des conférences et tenu des ateliers, et d'autres ont rapidement rejoint leurs rangs. Il en est résulté une croissance des cours d'animation par ordinateur et de nouvelles entreprises à travers le pays.

En 1966, Marceli Wein, diplômé de l'Université McGill, s'est joint à ce projet de recherche inédit sur l'infographie du CNRC. Lors d'un congrès sur l'infographie tenu à l'Université de Pennsylvanie, en juillet 1976, les deux hommes expliquèrent leurs techniques de « contrôle du squelette » pour rehausser la dynamique du mouvement dans l'animation par images-clés. Plus tard cette année-là, ils allaient publier leur rapport de recherche dans une revue de l'organisme Association for Computing Machinery.

Burtnyk et Wein ont depuis été reconnus comme les pères de la technologie de l'animatique au Canada. Lors du festival d'animation par ordinateur de 1996, ils ont reçu des trophées et des lettres du premier ministre en reconnaissance de leurs contributions individuelles.

Comme reconnaissance ultime de leur travail de pionniers, ils ont tous les deux reçu un prix de distinction technique lors de la remise des prix Academy Awards (les oscars), à Hollywood, en 1997, pour leur travail de pionniers dans le développement des techniques de logiciel pour les images-clés assistées par ordinateur pour l'animation de personnages.

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Naissance d'un programme d'astronautes canadiens

À l'été 1983, le Conseil national de recherches publiait une offre d'emploi dans tous les quotidiens du Canada. Le CNRC souhaitait trouver six personnes qui élaboreraient des expériences, s'adresseraient au public lors de diverses activités de vulgarisation et effectueraient ce qui serait sans doute le voyage le plus palpitant de leur vie : un voyage dans l'espace.

Plus de 4 300 demandes inondèrent le CNRC. Elles venaient d'étudiants, de poètes, de journalistes, d'ingénieurs et de scientifiques de tout acabit, chacun espérant avoir la chance de devenir astronaute.

La fièvre de l'espace

Au début des années 1980, l'espace fascinait les Canadiens de tout âge. La participation de notre pays au programme de la navette spatiale de la NASA, doublée du succès retentissant du Canadarm (mis au point sous la direction du CNRC) lors des vols de 1981 et de 1982 de la navette Columbia, alimentait cet engouement incroyable du public. Les Canadiens voulaient savoir s'ils auraient eux aussi un jour la chance de voler dans l'espace.

Cet enthousiasme rapporta lorsque la NASA annonça qu'elle élargirait son programme spatial avec des projets comme la station spatiale internationale. À la recherche de partenaires pour ce nouveau volet de l'exploration de l'espace, la NASA décida de poursuivre une histoire déjà longue de fructueuses collaborations avec le Canada dans ce domaine. En 1982, notre pays fut donc invité de manière informelle à envisager sa participation au programme de la station spatiale et à envoyer un Canadien comme spécialiste de charge utile lors d'une mission subséquente.

La petite annonce publiée par le CNRC dans les journaux canadiens déclencha un raz-de-marée d'intérêt au sein des médias et de la population. Parmi l'avalanche de réponses, le CNRC finit par retenir six personnes pour son nouveau bureau du Programme des astronautes canadiens, en 1983 : Marc Garneau, Bjarni Tryggvason, Steve MacLean, Ken Money, Roberta Bondar et Robert Thirsk.

Le spécialiste de charge utile n'est pas à proprement parler un astronaute. Il s'agit plutôt de quelqu'un entraîné pour accomplir des vols spatiaux et des expériences dans l'espace. Le CNRC élabora deux expériences pour le premier Canadien qui irait en orbite : tester le système de vision spatiale qu'il avait inventé pour guider le Canadarm et étudier le mal de l'espace, syndrome entraînant nausées et fatigue chez les astronautes quand ils quittent l'atmosphère pour l'espace.

Changement de programme

Avant même que ces nouveaux employés du CNRC aient entamé leur entraînement, en 1984, la NASA prit le CNRC au dépourvu en demandant la participation d'un Canadien à une mission considérablement en avance sur les plans originaux. On mit donc ceux-ci au panier et multiplia les efforts afin de préparer les astronautes dans les plus brefs délais. L'entraînement de ces derniers comprenait des conférences en astronomie, physique du globe et médecine spatiale, ainsi que des tests d'endurance devant établir comment ils s'adapteraient aux mouvements inhabituels, à l'apesanteur et aux vols à haute altitude. Parallèlement, les futurs astronautes participaient à des activités publiques pour satisfaire la curiosité de la population concernant l'espace.

Marc Garneau fut sélectionné pour devenir le premier Canadien à s'échapper à l'atmosphère terrestre. Il effectuerait des expériences sur le mal de l'espace, le système de vision spatiale, la réaction de certains matériaux à leur séjour dans l'espace, un photomètre solaire et l'enregistrement d'une étrange lueur émise par la navette.

Le CNRC mit les bouchées doubles pour mettre au point les expériences, s'assurer que la NASA leur donnerait le feu vert et veiller à ce que les expériences soient compatibles avec la navette spatiale – tâche apparemment impossible qui fut pourtant menée à bien avant l'embarquement du cosmonaute Garneau dans la navette Challenger, le 5 octobre 1984.

À son retour sur Terre, M. Garneau reçut un accueil digne des pionniers et héros. On le compara aux premiers explorateurs du Canada et il participa à une tournée nationale afin de satisfaire la frénésie des journalistes et de promouvoir les sciences spatiales au Canada.

Des contributions constantes

Lorsque la destruction accidentelle de la navette Challenger mit halte au programme des vols spatiaux en 1985, les Canadiens saisirent l'occasion pour donner plus d'ampleur à leur propre programme – perfectionner le système de vision spatiale, monter les expériences qu'on mènerait dans l'espace, développer les technologies dont on se servirait lors des vols ultérieurs et préparer les astronautes au rôle de spécialistes à part entière pour les missions à venir.

En 1989, le Programme des astronautes canadiens se scindait du CNRC pour devenir le coeur de l'Agence spatiale canadienne. Néanmoins, le CNRC occupe toujours une place active dans le volet recherche et développement du programme et dans les technologies actuellement employées dans l'espace, notamment la deuxième version du Canadarm destinée à la station spatiale internationale.

Aujourd'hui, les Canadiens sont membres de l'équipe internationale d'astronautes au plein sens du terme. Ils contribuent à l'évolution des technologies et des programmes spatiaux tant au Canada qu'ailleurs dans le monde. Jusqu'à présent, huit astronautes canadiens ont participé à onze vols de la navette.

Parmi les six astronautes de l'équipe de l'Agence spatiale canadienne s'en trouvent trois de l'équipe originale du CNRC – Steve MacLean, Bjarni Tryggvason et Robert Thirsk. Tous continuent de récolter les fruits de l'offre d'emploi à laquelle ils ont répondu il y a plus de 20 ans.

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Les études scientifiques qui soutiennent nos athlètes

Il faut beaucoup de choses pour faire un athlète olympique. Des dons naturels et une détermination extraordinaire y sont pour beaucoup dans la réalisation des rêves de médailles d'or, mais il faut plus qu'un dur travail pour remporter la victoire. Les athlètes olympiques possèdent leurs propres équipes d'experts en technologie qui les aident à se hisser au sommet de leur discipline sportive.

Pendant des années, en coulisse, le CNRC a amélioré la performance des athlètes dans ses laboratoires et ses souffleries. De la luge au patinage de vitesse, les scientifiques savent que le succès dépend souvent autant de l'aérodynamique que de l'adresse. Pour les joueurs de hockey, tout peut tenir davantage de la composition de leur bâton que de leur jeu de bâton!

Des têtes célèbres dans les souffleries du CNRC

Les chercheurs de l'Institut de recherche aérospatiale du CNRC, à Ottawa, étudient les effets du vent non seulement sur les véhicules et les ponts, mais également sur les athlètes et leur équipement, leurs vêtements et leur position. Ces chercheurs aident les athlètes à utiliser la soufflerie pour vérifier l'aérodynamique de la position de leur corps, comme l'arrondissement plus ou moins prononcé des épaules ou le fait de tenir les jambes rapprochées l'une de l'autre.

Dans des compétitions où les athlètes ne sont séparés que par des centièmes de seconde, de petits ajustements aérodynamiques peuvent faire la différence entre remporter la médaille d'or et rentrer chez soi bredouille. Au fil des années, plusieurs grands athlètes ont visité les souffleries aérodynamiques du CNRC pour sauver de précieuses secondes dans leurs compétitions.

Dans les années 1970 et 1980, Ken Read, Steve Podborski, Rob Boyd et d'autres skieurs alpins canadiens – appelés les « Crazy Canucks » à cause de leur comportement loufoque sur les pentes de ski – ont poli leurs habiletés aérodynamiques dans les tunnels du CNRC. Les patineurs de vitesse Catriona LeMay Doan et Jeremy Wotherspoon ont fait l'essai des qualités aérodynamiques de différentes combinaisons dans la soufflerie du CNRC. Catriona a plus tard remporté la médaille d'or aux Olympiques de Salt Lake City, en 2002.

Plus récemment, les membres de l'équipe nationale de skeleton du Canada, au nombre desquels on compte des médaillés d'or, d'argent et de bronze, ont utilisé des souffleries pour évaluer le comportement aérodynamique de leurs traîneaux, de leurs combinaisons et de leur posture. Dans la soufflerie, les athlètes pouvaient avoir le sentiment de filer à 125 kilomètres heure et expérimenter avec la position de leur corps sans crainte de tomber à bas de leur traîneau.

Équipement et vêtements

Ce n'est pas seulement dans les souffleries que la science et la technologie aident les athlètes canadiens. Il entre beaucoup d'innovation dans l'équipement qu'ils portent et utilisent pendant leurs compétitions.

Avant les Olympiques d'Albertville (France) de 1992, une équipe de scientifiques de l'Institut des technologies de fabrication intégrée du CNRC a utilisé des lasers sur les lisses de luge pour en améliorer la durabilité et la vitesse. Le CNRC a également dessiné le flambeau olympique pour les Jeux d'hiver de 1988 à Calgary.

Un bâton de hockey plus résistant

Une équipe de chercheurs de l'Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC utilise présentement la science de pointe de la nanotechnologie pour fabriquer de meilleurs bâtons de hockey avec des nanotubes de carbone

Les nanotubes de carbone sont de minuscules cylindres creux entièrement faits de l'élément carbone. Ils tirent leur nom du fait que leur diamètre est d'environ un nanomètre; un million de fois plus petit qu'un millimètre. Il est presque impossible d'imaginer des choses aussi petites. Pour mettre les dimensions en perspective, si un de ces nanotubes avait le diamètre d'un morceau de soie dentaire ordinaire, la personne qui l'utiliserait ferait 1 500 km de hauteur et aurait des dents de la taille du mont Everest!

Malgré leur taille, les nanotubes sont 100 fois plus résistants que l'acier et pèsent seulement un sixième du poids. En ajoutant des nanotubes de carbone aux matériaux composites utilisés dans les bâtons de hockey d'aujourd'hui on peut en améliorer dramatiquement la durabilité, ce qui veut dire des bâtons plus légers, plus résistants et plus flexibles, qui ne casseront pas à ce moment crucial de la partie.

Malheureusement, le prix actuel du marché des nanotubes est plus de 20 fois celui de l'or. Même de minuscules quantités de nanotubes de carbone amènent des améliorations importantes dans la performance sportive, ce qui fait que les bénéfices supplantent le coût plus élevé. Un usage plus généralisé des nanotubes dans d'autres domaines ne verra pas le jour avant que le coût puisse être réduit de façon substantielle.

C'est pourquoi les scientifiques du CNRC travaillent à développer des façons plus économiques de produire les nanotubes de carbone et de les incorporer dans des composites. Bientôt les joueurs de hockey, les golfeurs, les cyclistes, les joueurs de tennis et les athlètes d'autres sports pourront commencer à jouir des bénéfices des nanotubes de carbone.

C'est grâce à des efforts comme ceux-là que le CNRC aide les athlètes du Canada à devenir des compétiteurs plus forts, avec une meilleure apparence, attitude et performance sur la scène internationale.

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Première ablation d'une tumeur au cerveau au monde réalisée à Halifax à partir d'une simulation

Jeudi le 20 août 2009, le neurochirurgien du Queen Elizabeth II Health Sciences Centre (QEII) de Halifax David Clarke est parvenu à retirer la tumeur au cerveau d'un patient avec l'aide d'un simulateur à réalité virtuelle inventé au CNRC.

Recourant à la technologie du CNRC, les chirurgiens de Halifax ont d'abord répété virtuellement la résection de la tumeur. Ils ont pour cela pris des clichés du malade par imagerie par résonance magnétique (IRM), puis ont procédé à l'ablation de la tumeur dans un milieu virtuel avant de passer à l'intervention proprement dite, qui a été couronnée de succès.

Il s'agit d'une première mondiale, car ce système permet au chirurgien d'adapter des procédures complexes à chacun de ses patients. Pour simuler des conditions réalistes, les chercheurs ont réalisé une série de scanographies IRM sophistiquées du cerveau, notamment de son anatomie et des zones cruciales. Ensuite, ils ont incorporé ces images au simulateur pour obtenir une reproduction en relief de l'encéphale si précise que les chirurgiens pouvaient voir et sentir ce qui se produirait au contact du tissu. L'équipement haptique d'une résolution sans précédent du simulateur permet en effet au chirurgien de se déplacer autour du cerveau virtuel et de le toucher. Les logiciels intégrés à l'appareil font en sorte que l'image projetée réagit exactement comme le ferait le tissu, dans la réalité, offrant ainsi aux chirurgiens un environnement d'apprentissage et de formation ultra réaliste.

Cette technologie médicale révolutionnaire a été mise au point par des chercheurs venant d'un peu partout au CNRC (IMI-CNRC, IBD-CNRC et ITI-CNRC), en étroite collaboration avec un comité consultatif clinique composé des plus brillants neurochirurgiens du Canada. Le projet de recherche a été financé aux termes de la quatrième phase de l'Initiative en génomique et en santé du CNRC.

Le simulateur neurochirurgical à réalité virtuelle place la Canada à la fine pointe de la recherche-développement mondiale sur les dispositifs médicaux évolués et de la formation des grands chirurgiens de demain.

Les pilotes du monde entier utilisent depuis des années des simulateurs de vol pour apprendre leur métier et se perfectionner, et ainsi veiller à la sécurité de leurs passagers. Grâce à une technologie analogue, les chirurgiens disposeront désormais d'un simulateur à réalité virtuelle comme outil d'enseignement pour s'assurer du bien-être de leurs patients.

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La physique et la lutte contre le cancer

De nos jours, diagnostiquer un cancer n'est plus perçu autant comme un arrêt de mort que ce l'était naguère. En effet, au fil des ans, divers traitements ont permis aux cancéreux de vivre plus longtemps et de mener une existence plus productive.

Un de ces traitements est sans doute la radiothérapie, où l'on combat les tissus cancéreux au moyen de rayonnements ionisants. Avant d'y recourir cependant, le médecin doit établir la bonne dose de rayonnement – ce qui n'est pas une mince affaire.

L'équilibre délicat entre action et protection

Transfert de la technologie aux centres de radiothérapie

Le CNRC a entrepris l'exploitation commerciale sous licence du système de calcul de la dose de rayonnement en 2000. Pour cela, il s'est associé à MDS Nordion, entreprise canadienne spécialisée en radiothérapie et en diverses méthodes de diagnostic et de traitement du cancer. La technologie a reçu l'aval de Santé Canada et de la Food and Drug Administration américaine. Des cliniques de traitement du cancer du monde entier y recourent depuis 2002.

Le médecin veille à appliquer la dose de rayonnement juste durant le traitement – un rayonnement assez fort pour tuer les cellules cancéreuses mais pas trop pour qu'il mette la vie du malade en danger en détruisant les tissus sains. Déterminer la dose appropriée suppose des calculs aussi minutieux que complexes reposant, entre autres, sur l'anatomie du malade, la taille et la profondeur des tumeurs, les propriétés du faisceau de rayons ionisants et la dose que peut tolérer l'organisme.

Depuis des années, les physiciens médicaux recourent à des modèles simplifiés de l'interaction entre rayonnements et matière pour calculer la dose utile de rayonnement. S'ils sont souvent adéquats, ces modèles induisent parfois des erreurs appréciables, selon les circonstances. La situation a changé du tout au tout quand des physiciens de l'Institut des étalons nationaux de mesure du CNRC ont conçu un logiciel articulé sur la technique de Monte Carlo qui permet aux cliniques de radiothérapie de calculer la dose exacte de rayonnement en l'espace de quelques minutes, peu importe la complexité géométrique du problème.

Des calculs plus faciles

La technique de Monte Carlo fait appel à des méthodes statistiques pour suivre le trajet de chaque particule ionisante, de son origine à son absorption par le matériau visé. Le CNRC emploie et perfectionne cette technique depuis 1980 et reste un chef de file dans le domaine. Iwan Kawarakow, un chercheur du CNRC, a créé spécifiquement un logiciel qui optimise le calcul de la dose de rayonnement pour les patients. Bien qu'elle s'appuie elle aussi sur la technique de Monte Carlo, cette nouvelle méthode est cent fois plus rapide que celles reposant sur les codes plus anciens de Monte Carlo.

Il aura fallu des années pour perfectionner les calculs et préciser les étapes mathématiques qui ont permis d'accélérer la détermination de la dose, mais le CNRC y est finalement parvenu. Le nouveau logiciel s'intègre aisément aux systèmes sophistiqués dont les médecins se servent déjà pour planifier leurs traitements après avoir cartographié l'anatomie du malade, examiné les tumeurs et décidé de la manière dont on les soignera. Le nouveau logiciel du CNRC les aide à prévoir avec précision les rayons qui irradieront la tumeur et les tissus sains.

Les travaux de recherche du CNRC ont concouru à améliorer la radiothérapie, procurant aux cancérologues un moyen aussi rapide que précis pour venir en aide à leurs patients. Le CNRC continue d'accueillir des physiciens médicaux de partout pour leur montrer comment calculer la dose de rayonnement dans ses cours de formation.

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Le CNRC contribue à fonder l'industrie milliardaire du canola par ses recherches

Les fleurs jaune clair du canola tapissent des millions d'acres dans les Prairies canadiennes. Des dizaines de produits sont tirés de cette culture, notamment de l'huile de cuisson, de la mayonnaise et de l'encre d'imprimerie. En l'espace de 50 ans, les chercheurs du CNRC ont transformé une culture secondaire d'utilité restreinte en une véritable corne d'abondance pour le Canada.

Éreintement de la production d'huile de colza

Avant l'apparition du canola, on se servait surtout du colza pour fabriquer un lubrifiant industriel. C'est que l'huile de colza adhère au métal, même baigné d'eau chaude ou de vapeur, d'où son utilité pour les machines à vapeur et le milieu marin. Durant la Deuxième Guerre mondiale, l'arrêt des livraisons européennes et asiatiques de cette huile força le Canada à cultiver lui-même du colza. Quand arriva 1950 cependant, la production s'était si amenuisée que les agriculteurs s'interrogeaient sur la valeur de cette culture.

Les chercheurs agricoles du Laboratoire régional des Prairies du CNRC et d'Agriculture Canada s'allièrent pour créer une meilleure variété de colza – une variété qui donnerait une huile comestible et nourrissante, tout en atténuant la dépendance de la région sur le blé. Des scientifiques de diverses organisations canadiennes participèrent au programme national de recherche, dirigé par Keith Downey (Agriculture Canada), Baldur Steffanson (University of Manitoba) et Burton Craig (CNRC).

Invention d'une nouvelle huile comestible

En 1979, Santé Canada et les pays d'Europe admirent que le canola ne posait aucun risque pour la santé humaine, mais les États-Unis ne leur emboîtèrent le pas qu'en 1985, préférant attendre de solides preuves du Canada illustrant l'innocuité et la valeur nutritive de l'huile.

L'huile de colza renferme une grande quantité d'acide érucique, substance impropre à la consommation humaine, des études l'ayant associée à la présence de dépôts de graisse dangereux autour du coeur des animaux de laboratoire. Dès 1964 toutefois, les chercheurs avaient identifié une lignée caractérisée par une faible teneur en acide érucique, ce qui leur permit de sélectionner de nouvelles variétés présentant des caractères plus intéressants sur le plan de la nutrition.

Dix ans plus tard, ces nouvelles variétés recouvraient les cinq millions d'acres de canola cultivé au Canada. Le terme « canola » dérive des mots « Canada » et « huile » (oil). Ces variétés contiennent très peu de l'acide gras saturé associé aux maladies cardiaques.

Vers un meilleur canola

Les scientifiques ne s'en tinrent pas là. Des hybridations subséquentes éliminèrent des propriétés peu gustatives telle la présence de glucosinolates, un dérivé du soufre, et la faible concentration de fibres empêchant l'utilisation du canola comme aliment du bétail. Les chercheurs du CNRC imaginèrent aussi de nouvelles techniques de culture cellulaire et tissulaire afin d'accélérer les travaux d'amélioration génétique.

La poursuite des recherches a débouché sur un canola plus robuste, qui tolère mieux les herbicides, à la qualité et au rendement supérieurs, plus précoce et résistant davantage à la maladie. À présent, le canola est protégé par une marque de commerce et se distingue du colza par sa faible concentration en acide érucique et en glucosinolates.

Le Canada demeure le centre mondial de la recherche sur le canola. On fait pousser plus de 13 millions d'acres de cette culture « faite au Canada », principalement dans les Prairies. L'industrie du canola (qui regroupe triturateurs, agriculteurs et biotechnologistes) injecte plus de deux milliards de dollars chaque année dans l'économie nationale. Seul le blé surpasse cette culture.

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Un Canada à l'heure

Imaginez ce que serait la vie si personne n'avait la même heure. Comment prendrait-on rendez-vous, dirigerait-on une entreprise, saurait-on quand commence l'école? Sans étalon du temps, la société ne pourrait fonctionner – la confusion règnerait!

Le Conseil national de recherches est le gardien officiel du temps pour le Canada. Depuis les années 1950, il utilise des horloges atomiques pour aider le pays à garder l'heure juste et à vivre en synchronisme avec le reste du monde. Maintenir des étalons du temps est une tâche essentielle si l'on veut que l'économie mondiale, la navigation et les communications tournent rondement.

L'horloge atomique

Le CNRC est entré dans l'ère atomique de la mesure du temps vers la fin des années 1950 en achevant une des premières horloges atomiques au monde. En 1975, il mettait au point la première horloge au césium, capable de fonctionner sans interruption et ne nécessitant aucun réglage avec une horloge externe. À l'époque, elle était l'horloge la plus précise et la plus stable de la planète.

Ces horloges atomiques marquent le passage du temps d'après la rotation magnétique des atomes de césium. Ces derniers tournent 9 192 631 770 fois par seconde au lieu d'une fois par minute, comme l'aiguille la plus rapide de la majorité des mécanismes d'horlogerie. On apprécie l'horloge au césium pour son incroyable précision – une seconde de retard en un million d'années! Le temps atomique est encore plus précis que la rotation de la terre, employée pour établir le temps astronomique. À l'occasion, les scientifiques doivent donc lui ajouter une « seconde bissextile » pour compenser la lenteur avec laquelle la Terre tourne.

Quelle utilité?

L'exactitude et la stabilité des horloges atomiques importent, car bon nombre de systèmes de communications et de navigation dépendent d'une mesure précise du temps. Avions et navires, par exemple, comptent sur le système de positionnement global (GPS) qui utilise le signal horaire des horloges atomiques à bord des satellites orbitant la Terre.

Avec sa complexité grandissante, la science requiert un degré de précision que le commun des mortels jugera peut-être excessive. Cependant sans une telle exactitude, on ne pourrait obtenir les mesures précises nécessaires dans divers domaines comme la radioastronomie, la physique, la spectroscopie, la quantification des longueurs et de la tension, la fabrication de composants électroniques et ainsi de suite.

Les stations de radio et de télévision doivent coordonner leurs horaires en fonction de l'heure normale pour que leur public ne rate pas ses émissions favorites. Les systèmes de télécommunications reposent sur un chronométrage précis pour actionner les commutateurs qui achemineront les signaux sur des réseaux tel l'Internet.

Même si l'on n'y pense guère, les horloges atomiques occupent une place très importante dans maints aspects de la vie courante. La société serait beaucoup moins efficace si on ne mesurait pas le temps avec précision.

Le césium : un élément indispensable

Présent dans la nature et non radioactif, le césium est prisé pour son rôle dans la mesure du temps en raison de son atome, dont la structure interne se caractérise par une stabilité exceptionnelle. L'horloge atomique type n'utilise qu'un gramme de césium par an!

Des pendules internationales bien réglées

Le Canada est un chef de file dans la régulation des étalons internationaux du temps depuis la conception de sa première horloge atomique, à la fin des années 1950. Les horloges atomiques du CNRC sont utilisées de concert avec celles des laboratoires spécialisés du monde entier pour produire une échelle de temps internationalement reconnue baptisée Temps Universel Coordonné (TUC).

Le TUC a remplacé le temps universel en 1972 pour devenir le fondement du temps officiel dans chaque pays. Les fuseaux horaires qui divisent la planète sont désormais exprimés en écart positif ou négatif par rapport au TUC. Ainsi, l'Heure normale de l'Est correspond au TUC moins cinq heures. On l'écrit donc TUC-5.

Les horloges du monde entier doivent être bien réglées pour que les économies, les systèmes de communications et ceux de navigation fonctionnent correctement. En aviation, le TUC évite la confusion qu'engendrerait le trop fréquent changement de fuseau horaire.

L'avenir des horloges atomiques

Difficile de croire qu'on pourrait accroître la précision des horloges atomiques davantage. C'est pourtant ce que tentent de faire les chercheurs du CNRC. Les horloges à faisceau atomique de césium ont atteint leur performance maximale. Les scientifiques se sont donc attelés à la création des horloges de la prochaine génération : celles à fontaine de césium.

Les technologies laser de pointe joueront un rôle primordial dans les nouvelles horloges, qui repousseront encore plus les limites de la précision. En effet, les horloges à fontaine de césium pourraient éventuellement mesurer le temps cent fois mieux que les horloges atomiques actuelles! D'autres atomes laissent entrevoir la possibilité de marquer encore mieux le passage du temps. Face à ces progrès, l'enjeu consiste à concevoir un système qui fonctionnera des décennies entières avec une précision accrue.

En créant, utilisant et coordonnant les horloges atomiques partout dans le monde, les organismes comme le CNRC suivent le temps avec une exactitude jamais atteinte – ce qui nous laisse encore moins d'excuses pour arriver en retard!

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La science du béton et du ciment est encore bien solide

En 1920, d'énormes constructions de béton érigées dans l'Ouest canadien commencèrent à s'effriter, des égouts de Winnipeg à des édifices publics de Saskatoon. Lorsque les scientifiques du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) furent appelés à la rescousse pour déterminer quel était le problème, ils trouvèrent que des eaux riches en sulfate attaquaient le béton utilisé dans ces structures, le faisaient enfler et se décomposer.

Thorbergur Thorvaldson, distingué chimiste de l'Université de la Saskatchewan et membre de l'équipe qui enquêtait sur le problème du béton de l'Ouest, se mérita une réputation internationale lorsqu'il mit au point le nouveau ciment résistant aux sulfates utilisé dans le béton et un traitement de cure visant à protéger le béton de la corrosion.

Ce premier travail en recherche sur le béton n'est qu'un exemple de la recherche scientifique intéressante et innovante sur le béton et le ciment qui se poursuit encore de nos jours au CNRC. Cette recherche s'étend à tout, de la surveillance des édifices les plus hauts et des plus longs ponts au monde au réchauffement du sol sur lequel nos pieds reposent.

Étudier les plus hauts édifices du Canada

L'industrie de la construction dépend de l'expertise des ingénieurs, des architectes, des chimistes et d'autres scientifiques du CNRC dont le travail mène à une amélioration des technologies et à une modélisation structurale importante. Leurs recherches garantissent la sécurité des édifices et des ponts du Canada.

La Tour du CN, par exemple, a été construite de façon à résister à un tremblement de terre dévastateur et à des vents de 400 kilomètres à l'heure. Dans l'éventualité où la plus haute tour au monde s'écroulerait, elle est conçue de façon à basculer dans le lac Ontario. Même si le CNRC n'a pas participé à la conception ou à la construction de la Tour du CN, les chercheurs du CNRC ont observé les décharges de la foudre sur la tour, qui se produisent environ 75 fois chaque année.

La science et l'ingénierie du CNRC contribuent à la révision des codes nationaux du bâtiment. Ces réglementations sont d'une importance cruciale pour la protection du public et la prévention de désastres horribles en faisant en sorte que les édifices soient construits en tenant compte des exigences de sécurité. 

Les chercheurs peuvent aussi utiliser des modèles 3D très sophistiqués produits par ordinateur pour faire des calculs concernant les vents et d'autres facteurs qui influencent la conception d'édifices de plus en plus hauts et complexes.

Construire des ponts plus sûrs

Au pont de la Confédération, le CNRC et d'autres organisations gouvernementales et universités participent à l'étude la plus vaste jamais entreprise sur la performance des ponts. Le pont est équipé de 500 appareils de mesure des efforts, de 450 capteurs thermiques, de 28 panneaux de charge de glace, de 76 capteurs de vibrations et d'équipement sonar sous-marin qui transmettront une incroyable quantité de données aux chercheurs pendant les 20 prochaines années.

Le pont de la Confédération est une voie véhiculaire de 13 kilomètres qui relie l'Île-du-Prince-Édouard au continent canadien. Il est composé de 44 travées et piliers de béton enfoncés dans 35 mètres d'eau. C'est le plus long pont du monde qui enjambe des eaux propices aux glaces, ce qui rend sa stabilité structurale particulièrement compliquée.

Le CNRC a également créé un logiciel capable de prédire la durée de vie et l'entretien des ponts. Ces prédictions sont faites en étudiant la corrosion de l'acier d'armature et les dommages qui s'accumulent sur les tabliers de pont en béton. Cet outil aidera les entrepreneurs en ingénierie à diagnostiquer les problèmes et à prévoir les réparations à apporter aux ponts.

Projeter dans l'avenir un vieux matériau de construction

Lorsque les chercheurs du CNRC se sont mis à faire fondre la neige et la glace sur les quais de chargement, les routes et les ponts, il ont fini par développer un béton qui peut être conducteur d'électricité et faire beaucoup plus que garder les entrées de voitures propres.

Le béton conducteur peut servir non seulement à déglacer les routes, les pistes et les ponts, mais aussi à mettre à la terre des charges électriques et à vous garder les orteils au chaud pendant l'hiver grâce au chauffage de plancher par rayonnement.

Le béton est peut-être l'un des matériaux de construction les plus anciens et les plus durables, mais la chimie du ciment demeure une science moderne. À l'avenir, les scientifiques et les chercheurs de tous les points du globe vont continuer à discuter de nouvelles techniques et de la nouvelle génération de systèmes de ciment durable.

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Des dispositifs novateurs facilitent la vie aux handicapés

De nombreuses décennies durant, les scientifiques du Conseil national de recherches ont mis au point des appareils pratiques et novateurs pour venir en aide aux personnes handicapées. La vie quotidienne des personnes atteintes d'un handicap visuel, verbal, physique ou autre s'en est trouvée facilitée.

Se déplacer dans un monde de voyants

Aveugle depuis l'âge de quatre ans, James Swail a consacré près de 40 années de sa vie au CNRC à imaginer des moyens pour accroître la mobilité des personnes aveugles et multiplier leurs compétences professionnelles. Il était déterminé à contribuer personnellement à la lutte des malvoyants pour gagner leur autonomie dans un monde de voyants.

Parmi ses innombrables inventions, mentionnons un capteur qui détecte les sources de lumière, des balises acoustiques indiquant où se trouvent les objets, des synthétiseurs de parole pour le téléphone et des thermomètres électriques tactiles ou sonores.

Cet inventeur du CNRC est sans doute mieux connu pour avoir perfectionné la canne blanche. Les malvoyants utilisent une telle canne à la fois pour détecter et éviter les obstacles sur leur chemin et pour signaler leur condition. Dans certaines circonstances cependant (dans une salle de classe ou un restaurant bondés, par exemple), une longue canne peut s'avérer encombrante ou être difficile à ranger. Pour y remédier, M. Swail imagina une canne démontable en quatre sections qui se déplie aisément et qu'on peut caser dans sa poche ou sa sacoche quand on ne s'en sert pas.

M. Swail a aussi trouvé une solution de rechange à la canne pour les endroits où elle s'avère malcommode, lors d'une fête ou dans un magasin où il y a foule, par exemple. Un détecteur à ultrasons recourt au radar pour localiser les obstacles. La poignée alerte la personne qui tient l'appareil en vibrant quand quelqu'un ou quelque chose lui fait obstacle.

Plusieurs dispositifs venant en aide aux malvoyants les aident à utiliser des éléments de technologie. C'est notamment le cas d'une calculette électronique pour les aveugles, d'un appareil permettant aux informaticiens aveugles de lire les cartes perforées et d'un synthétiseur de parole pour les aveugles qui utilisent un ordinateur.

Une mobilité maximale

Le fauteuil roulant électrique est sûrement l'appareil le mieux connu parmi tous ceux créés pour aider les personnes souffrant de handicaps physiques à se déplacer. Le premier modèle motorisé pratique fut mis au point par George Klein, au CNRC, dans les années 1950. Il était destiné aux anciens combattants handicapés de la Deuxième Guerre mondiale. Des essais subséquents avec des personnes paraplégiques et quadraplégiques débouchèrent sur des perfectionnements permettant de commander le fauteuil du doigt, du menton ou de la tête, avec la fantastique autonomie que cela suppose pour les personnes handicapées.

On doit aussi au CNRC un « monocycle à cinq roues » avec lequel les personnes à mobilité restreinte peuvent se déplacer chez elles ou au travail. Selon le handicap, il est possible d'en changer le siège pour faire une chaise, une selle (pour les personnes souffrant de paralysie cérébrale) ou une planche (pour se déplacer debout). L'utilisateur « conduit » le véhicule en poussant sur le cerceau qui encercle son corps. À la maison ou au travail, ce monocycle convient particulièrement aux tâches effectuées à un établi ou à un comptoir et donne à l'utilisateur la chance de se retrouver à la même hauteur qu'une personne debout.

Enfin, le CNRC a créé un lit se transformant en fauteuil afin d'agrémenter le confort des personnes fortement handicapées et de faciliter les soins qu'on leur prodigue.

Communication et loisirs

Si la plupart des aides destinées aux personnes handicapées ont pour but de répondre à des besoins de base comme la capacité de se déplacer ou de communiquer, le CNRC n'a pas perdu de vue pour autant les loisirs, dont on néglige souvent l'importance. Ses chercheurs ont imaginé plusieurs dispositifs à vocation récréative, notamment un appareil qui tourne les pages d'un livre.

Les handicaps les plus exaspérants sont vraisemblablement ceux qui empêchent une personne de s'exprimer ou de communiquer pleinement. Dans les années 1960, le CNRC lançait son programme COMHANDI pour surmonter certaines de ces difficultés et aider les personnes handicapées à communiquer plus facilement.

Parmi les aides créées se trouve un pointeur mécanique pour les enfants que la paralysie cérébrale prive de la parole. L'enfant communique en choisissant des symboles sur un tableau avec un levier de commande ou des commutateurs. La communication se faisant par symboles, cet appareil convenait aux enfants ne sachant ni lire ni écrire.

En 1980, le CNRC inventa deux jeux électroniques qui n'exigeaient pas une grande dextérité manuelle. Il est facile de jouer au « Checktronics » (un jeu de dames électronique) ou au « Steeplechase » (pour les plus jeunes). Il suffit d'appuyer sur de gros boutons pour contrôler les pièces représentées par de petites ampoules DEL sur la planche de jeu.

« Checktronics » et « Steeplechase » ont permis à maintes personnes souffrant de handicaps physiques de s'amuser sans aucune aide pour la première fois de leur vie, leur procurant ainsi une véritable impression d'autonomie et d'accomplissement, et surtout énormément de plaisir.

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Éradiquer E. coli pour assurer une eau et des aliments plus sains

La salubrité de l'eau et des aliments préoccupe beaucoup les Canadiens. Nous voulons être certains que la nourriture que nous mangeons et l'eau que nous buvons pour demeurer en santé ne nous rendront pas malades accidentellement.

Or, chaque année, plus de cinq millions de personnes dans le monde meurent de maladies engendrées par l'eau insalubre qu'elles ont bue; on attribue plus de deux millions de décès à la diarrhée dûe à la même cause.

C'est pourquoi les scientifiques du Conseil national de recherches s'efforcent d'empêcher E. coli, une dangereuse bactérie véhiculée par les aliments et l'eau, de contaminer nos réserves alimentaires et aquatiques.

Un contaminant courant

Le colibacille, Escherichia coli, est une bactérie naturellement présente dans l'intestin des vaches. Inoffensive pour les bovins, la souche O157:H7 de E. coli sécrète néanmoins une toxine nocive pour les humains. Une fois ingérée, la bactérie engendre alors des coliques et la diarrhée. Dans de rares cas, elle peut conduire à une insuffisance rénale, voire à la mort.

Quand on abat des vaches porteuses, E. coli réussit parfois à s'introduire dans la chaîne de l'approvisionnement alimentaire. Les gens qui mangent du boeuf haché mal cuit courent ainsi le risque de tomber malades en ingérant la bactérie. Puisque la viande contaminée a la même senteur et ressemble à de la viande ordinaire, il importe de bien la cuire pour détruire les colibacilles qu'elle contient. Le lait non pasteurisé peut lui aussi être contaminé si E. coli est présent sur le pis de la vache ou l'équipement employé pour la traire.

De son côté, l'eau peut être contaminée par le ruissellement de champs voisins sur lesquels on a épandu du fumier contenant le colibacille. On pense que la tragédie survenue à Walkerton (Ontario), en 2000, résulte d'eau contaminée de cette manière.

Les recherches sur E. coli ont débuté il y a 20 ans lorsque des scientifiques ont découvert que la souche O157:H7 présente dans les hamburgers mal cuits rendait les gens malades. Les scientifiques se sont rendus compte que la source de la bactérie se trouvait dans la vache elle-même. Vers le milieu des années 1980, les chercheurs du CNRC ont trouvé sur la bactérie un marqueur antigénique unique permettant d'identifier spécifiquement la souche pathogène, donc de la dépister. Cette découverte s'est avérée fort commode quelques années plus tard quand les scientifiques ont entrepris de nous débarrasser du colibacille.

Arrêter la contamination avant qu'elle commence

E. coli venant du tube digestif de la vache, les scientifiques ont cru que vacciner cette dernière supprimerait la bactérie avant qu'elle puisse infecter les humains.

Les chercheurs du CNRC disposaient déjà d'un marqueur antigénique permettant d'identifier le coupable. Ils ont par la suite constaté que d'autres bactéries, non pathogènes celles-là (donc n'entraînant pas de maladie), portaient un marqueur identique ou chimiquement similaire à celui de la souche E. coli O157:H7. Les souris immunisées avec les bactéries non pathogènes étaient protégées contre l'infection par E. coli grâce aux anticorps nés du contact avec les premières.

Tout en explorant l'idée d'appliquer cette découverte à la création d'un vaccin contre E. coli, les scientifiques ont compris que les éleveurs, méfiants des programmes d'immunisation massive du bétail, y seraient réfractaires. La solution? Administrer le vaccin par la voie des aliments.

L'objectif était d'amener des plantes à exprimer l'anticorps spécifique à la souche O157:H7 du colibacille puis d'incorporer l'anticorps d'origine végétale à la nourriture des animaux. Une fois dans le système digestif de la vache, l'anticorps se fixe aux colibacilles qu'il rencontre, les empêchant de se fixer à la paroi de l'estomac pour s'y multiplier.

Les agriculteurs et la population ont mieux accepté cette méthode d'éradication de E. coli parce que le remède était administré par des aliments plutôt qu'un vaccin.

Dépister la contamination pour éviter une catastrophe

En dépit de ces efforts prometteurs pour nous débarrasser de E. coli, d'autres recherches seront nécessaires avant qu'un produit efficace fasse son apparition sur le marché. Dans l'intervalle, la bactérie continue de proliférer et elle pourrait contaminer nos réserves d'aliments et d'eau. Lors des événements tragiques de Walkerton, les habitants d'une ville entière ont bu de l'eau insalubre plusieurs jours durant avant d'être prévenus du danger. Il était trop tard. Les exemples de ce genre illustrent bien qu'il faut dépister rapidement toute contamination de l'eau afin de mettre la population à l'abri. 

Pour tester l'eau, la méthode traditionnelle de culture est habituellement de filtrer les bactéries des échantillons, pour les cultiver ensuite dans des boîtes de Pétri puis en dénombrer la population. Quoique cette méthode permette de détecter E. coli, elle engendre parfois des erreurs et laisse passer d'autres agents pathogènes potentiellement mortels et véhiculés dans l'eau. Par ailleurs, il faut deux jours pour mener les tests à bien. Cette méthode est donc beaucoup trop lente quand des vies sont en jeu.

Pour y remédier, les scientifiques du CNRC ont songé aux puces à ADN ou « biopuces », c'est-à-dire des jeux de micro-échantillons d'ADN, pour dépister rapidement et sans erreur, ou presque, les agents pathogènes présents dans l'eau, y compris E. coli. Dans ce processus, on enduit une puce de l'ADN d'un microorganisme pathogène connu puis on y applique l'ADN venant d'un échantillon d'eau. Si l'ADN de l'échantillon se lie à celui que porte la puce, c'est que l'eau renferme le même microorganisme pathogène. 

Viendra un jour où de telles puces incluront l'ADN de nombreux agents pathogènes, facilitant leur détection dans l'eau, même à de faibles concentrations. La méthode est rapide et peu coûteuse, facteurs importants lorsqu'il s'agit d'améliorer l'analyse et la salubrité de l'eau.

Deux décennies durant, les scientifiques du CNRC ont tenté d'éradiquer E. coli et de détecter de dangereux contaminants avant qu'ils affectent les humains. De tels travaux sont indispensables à la salubrité de nos réserves d'eau et d'aliments au XXIe siècle.

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Au secours des rescapés par un meilleur repérage des avions écrasés

Avant les années 1960, un avion qui s'écrasait dans un coin sauvage se soldait souvent par une tragédie. En effet, même s'ils n'étaient que légèrement blessés, les survivants devaient attendre longtemps leurs sauveteurs et succombaient fréquemment à la famine ou aux éléments avant l'arrivée des secours.

C'est que les taillis et la neige compliquaient la tâche des équipes de sauvetage en camouflant les rescapés. Les pilotes devaient alors voler dangereusement bas et chercher visuellement un SOS ou de la fumée. Les sauveteurs opéraient souvent dans des conditions aussi difficiles que celles à l'origine de l'accident, de sorte que bon nombre d'entre eux connaissaient le même sort que les victimes.

Cette dure réalité était tout simplement inacceptable pour un ingénieur du Conseil national de recherches. Afin d'y remédier, Harry Stevinson inventa l'indicateur de position d'écrasement pour aider les équipes de secours à trouver rapidement et en toute sécurité les appareils écrasés au sol – un dispositif qui épargnerait la vie des sinistrés autant que celle des personnes parties les secourir.

Finis les sauvetages à l'issue tragique

L'enfance de Harry Stevinson fut peuplée d'histoires tragiques de missions de sauvetage qui tournaient au désastre, aussi tenait-il à trouver une solution. Puisant dans ses abondantes connaissances de la radio, le scientifique savait qu'on peut établir la direction d'où viennent les ondes hertziennes. Pour trouver l'endroit où un avion s'écrase, il faudrait un radiophare qu'on poserait sur chaque avion et indiquerait le lieu de l'accident.

À cette fin, le radiophare devrait résister à l'impact de l'écrasement, mais aussi au feu, à l'explosion ou à l'immersion dans l'eau qui pourraient s'ensuivre – cela, bien sûr, en continuant d'émettre son signal.

Malheureusement, pour déterminé qu'il fût à améliorer les opérations de sauvetage dans les contrées sauvages et à pousser plus loin son idée, la déclaration de la Deuxième Guerre mondiale obligea M. Stevinson à remettre son projet à plus tard.

Plus déterminé que jamais à sauver des vies

La guerre terminée, en 1946, le chercheur entreprit d'étudier les planeurs au Laboratoire de recherche sur le vol du CNRC. Lors des essais, les planeurs descendaient d'une altitude élevée tandis qu'il enregistrait les données décrivant le « comportement » de l'appareil dans diverses situations.

Un avion de combat à réaction s'écrasa durant ces tests. M. Stevinson et les membres de son équipe assistèrent, impuissants, alors que l'équipe de secours elle-même s'était abîmée dans l'arrière-pays. Pour le scientifique, une chose était claire : si l'avion avait eu un radiophare, les sauveteurs l'auraient retrouvé plus facilement en courant moins de risques. Une fois de plus, il prit la décision de créer un tel dispositif pour les avions en détresse.

Mettre au point un radiophare qui résisterait au choc d'un écrasement ne fut pas une mince affaire. L'appareil définitif devrait satisfaire à des contraintes très rigoureuses : rester inactif pendant une période indéterminée sur l'avion tout en étant prêt à émettre sur-le-champ advenant un écrasement; résister à n'importe quel type d'écrasement en s'éjectant avant que l'avion ne soit plus qu'un tas de ferraille; enfin, se mettre en marche automatiquement afin que les sauveteurs situent rapidement le lieu du drame. Outre ces exigences fondamentales, l'appareil devait aussi être léger et bon marché.

L'indicateur de position d'écrasement

Il donna à l'indicateur de position d'écrasement un « plan aérodynamique tournoyant » – léger et plat, celui-ci tournoierait doucement dans l'air à la façon d'une feuille morte chutant au sol. L'équipement émetteur était enveloppé de matériau absorbant qui le protégeait des chocs tout en lui permettant de flotter sur l'eau. Bien sûr, le dispositif était à l'épreuve du feu.

En fin de compte, M. Stevinson bâtit un appareil compact qui combinait émetteur radio et antenne. Le dispositif, léger et robuste, était conçu pour se fixer à la queue de l'appareil et s'en détacher puis s'en éloigner en se recourbant lors de l'écrasement. Le loquet à ressort tenant le radiophare au fuselage se déclencherait sous le choc, si bien que le radiophare serait emporté en toute sécurité loin de l'appareil par le vent rugissant.

On testa l'invention de M. Stevinson dans diverses situations où les sauveteurs ignoraient le lieu de l'écrasement. Chaque fois, les secours découvrirent la cible en moins de deux heures – une amélioration incroyable des opérations de sauvetage.

En refusant d'abandonner son idée de radiophare pour repérer les avions, Harry Stevinson du CNRC a rendu les vols plus sûrs et sauvé des vies partout sur la planète.

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La science lutte contre le crime avec de meilleures techniques

Aujourd'hui plus que jamais, la science et la lutte contre le crime vont de pair. En effet, les forces de l'ordre comptent sur des techniques et de l'équipement sophistiqués pour découvrir d'infimes indices, repérer les situations dangereuses et déjouer les activités des criminels.

C'est pourquoi le Conseil national de recherches oeuvre depuis des décennies à concevoir et à perfectionner des technologies policières non seulement par ses propres recherches, mais aussi en collaborant avec d'autres organismes tels le Centre canadien de recherches policières et la Gendarmerie royale du Canada.

Dénicher les empreintes digitales

Relever les empreintes digitales est probablement la plus vieille technique en criminologie. Cependant, cette dernière a connu maints perfectionnements au fil des ans et les technologies de pointe permettent de prendre des empreintes là où il aurait naguère été impossible de le faire. Sur un corps, par exemple, quand la sueur et les sécrétions huileuses compliquent incroyablement la détection des empreintes sur l'épiderme de la victime.

Auparavant, pour prélever les empreintes sur une dépouille, on les badigeonnait d'iode puis on les transférait sur une lame de verre – méthode sujette à de multiples erreurs. Della Wilkinson, ancienne chercheuse du CNRC, a toutefois mis au point un nouveau colorant pour empreintes à base d'un solvant qui donne de bons résultats sur la peau humaine.

On expose l'épiderme aux vapeurs d'iode puis on pulvérise sur lui un autre composé chimique. L'interaction des substances fait ressortir les empreintes en bleu sur la peau. Plus besoin donc de les transférer sur une lame au risque de les abîmer.

Un autre scientifique du CNRC, John Watkin, a élaboré une technique différente en partant du principe que les empreintes digitales luisent quand on les éclaire au laser. Apporter un laser sur la scène d'un crime pour détecter des empreintes digitales ne s'avère guère pratique. C'est pourquoi M. Watkin a imaginé une lampe portative, la Lumalite, utilisant une autre source de lumière très vive pour les faire apparaître. La Lumalite détecte aussi d'autres indices d'une importance capitale en criminologie comme les fibres et les liquides biologiques.

Repérer terroristes et trafiquants à l'odeur

Si les renifleurs de bombe font désormais partie de l'équipement courant des services de sécurité dans les aéroports, tel n'a toujours pas été le cas. À vrai dire vrai, la technologie à l'origine de cet appareil n'était même pas destinée à la lutte contre le terrorisme.

Au début des années 1960, une équipe du CNRC étudiait la dérive des pesticides que les avions pulvérisaient pour combattre la tordeuse des bourgeons de l'épinette, insecte qui ravageait les forêts de l'est du Canada. Pour cela, un chercheur du CNRC avait mis au point un appareil portatif qui « reniflait » les vapeurs de pesticides puis les identifiait par chromatographie gazeuse.

À la même époque, les voyages en avion étaient perturbés par les détournements et les alertes à la bombe. Or, à l'instar des pesticides, les explosifs libèrent des vapeurs révélatrices qu'on peut détecter avec le bon matériel. L'équipe du CNRC modifia donc son « renifleur » de pesticides pour en faire le premier renifleur de bombe portatif ou EVD (pour Explosives Vapour Detector, détecteur de vapeurs d'explosifs). Après des essais fructueux lors de la visite officielle du pape, de la reine Elizabeth II et du président des États-Unis au Canada, l'EVD trouva sa place dans l'équipement courant des aéroports du monde entier, surtout après l'explosion du vol d'Air India, en 1985, où une bombe tua 329 passagers.

Par la suite, on adapta cette technologie encore une fois pour détecter les narcotiques, face à la crainte grandissante, à Revenu Canada, que des drogues transitent par le service postal. Le détecteur de narcotiques décèle aisément les traces invisibles des drogues illicites comme la cocaïne et l'héroïne sur les lettres et l'emballage des colis.

Échec au bioterrorisme

La menace du bioterrorisme – le recours à des maladies comme le charbon ou la variole pour s'en prendre à la population – ne cesse d'inquiéter depuis quelques années. Les scientifiques du monde entier cherchent comment détecter ces agents biologiques dans l'environnement et essaient de créer des vaccins qui nous mettront à l'abri de leurs effets mortels.

Une entreprise dérivée du CNRC a mis au point des systèmes pour détecter et identifier rapidement les armes chimiques et biologiques. Cette technologie a des applications en défense civile et militaire ainsi qu'en médecine et pour l'environnement. Des biocapteurs miniatures portatifs décèlent et identifient les armes biologiques en temps réel, si bien que les autorités peuvent agir sans délai de la manière appropriée face à d'éventuelles menaces.

Enfin, le CNRC coopère avec une équipe de chercheurs suédois, britanniques et américains pour trouver un vaccin contre Francisella tularensis, microorganisme très infectieux existant dans la nature au Canada et responsable de la turalémie, une grave maladie parfois mortelle.

Des billets de banque plus sûrs et moins de tracasseries

Le CNRC a conçu de nombreux instruments pour aider la police à résoudre des crimes, notamment un logiciel de profilage géographique qui facilite l'identification des tueurs en série d'après les localisations des lieux des crimes. Les États-Unis y ont recouru en 2002 dans le cadre de leur enquête sur les attaques d'un tireur embusqué au Maryland et en Virginie.

Lorsqu'il s'agit de combattre le crime, le CNRC ne se cantonne pas aux projets qui font la manchette comme les renifleurs de bombe et la lutte contre le bioterrorisme. Il s'affaire à d'autres développements, anodins en apparence mais qui rapportent gros.

Ainsi, le CNRC a inventé la technologie qui met les billets de banque canadiens à l'abri des faux-monnayeurs. Faisant appel à la science des couches minces, des chercheurs du CNRC ont créé des taches de couleur variable, intraficables, que les techniques usuelles d'imprimerie ou de photographie ne peuvent éliminer ni reproduire, au grand dam des criminels qui aimeraient fabriquer de la fausse monnaie. La même technologie protège les permis de conduire, les passeports, les chèques et les cartes de crédit partout sur la planète.

La technologie Edge of Light (EOL) du CNRC aide les policiers et les enquêteurs scientifiques à inspecter des surfaces minuscules. On s'en sert lors des enquêtes sur les contrefaçons, en graphologie et dans diverses activités nécessitant une authentification.

Les technologies policières développées au CNRC concourent même à réduire le fardeau administratif des services de police. Ainsi, le système de gestion de la paperasse a réduit le temps nécessaire pour traiter une arrestation de 180 à 20 minutes tout en simplifiant considérablement le processus fort complexe de transfert de l'information au tribunal.

Les scientifiques ont inventé et perfectionné l'équipement et les techniques employés dans toutes les activités de lutte contre le crime ou presque. Par leurs efforts, ils apportent une aide précieuse à ceux qui veillent quotidiennement au respect de la loi et à la protection des Canadiens.

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La science du CNRC protège un symbole patriotique

Le drapeau canadien que nous connaissons aujourd'hui est né en 1965. Après une recherche prolongée et bien des débats, le dessin rouge et blanc frappé d'une unique feuille d'érable au centre est devenu notre drapeau national, affectueusement appelé « l'unifolié ».

Mais peu après que l'unifolié ait commencé à flotter, le premier ministre Lester B. Pearson s'est inquiété de ce que les drapeaux qui ornaient les édifices du parlement semblaient se décolorer de façon non uniforme et n'étaient pas du même ton de rouge. Un effort, dirigé par le ministère de la Défense nationale pour garantir que tous les drapeaux canadiens répondent aux mêmes normes, devint une questions d'importance nationale et fit appel à plusieurs ministères pour le projet. Les scientifiques du Conseil national de recherches s'amenèrent pour assurer la meilleure apparence possible à l'unifolié.

Établissement d'une norme pour un symbole national

Le drapeau du Canada est fait d'un seul morceau de tissu. Cela veut dire que les parties rouges du drapeau sont teintes sur le tissu, d'où la préoccupation concernant la décoloration. Selon le tissu utilisé et le temps passé à l'extérieur, les premiers drapeaux se décoloraient rapidement – les parties blanches passaient au gris et les parties rouges devenaient n'importe quoi, du rose à l'orangé en passant par plusieurs tons de rouille et de rouge!

Les experts en couleur du CNRC ont spécifié la teinte exacte de rouge pour le drapeau canadien en se servant d'un spectrophotomètre de qualité recherche (qui mesure la lumière et la couleur) pour déterminer la couleur exacte d'un drapeau échantillon fourni par le premier ministre Pearson. Les chercheurs ont ensuite proposé pour le drapeau des teintures d'imprimerie particulières, résistantes à la décoloration, et un tissu de taffetas de nylon qui garantiraient que les versions futures auraient la même apparence et qu'elles se décoloreraient plus lentement et plus également.

Détermination des détails

Le Canada a encore un Comité du drapeau national composé de membres de l'industrie, de laboratoires d'essais des textiles et de divers ministères du gouvernement. Le comité examine régulièrement les normes canadiennes concernant le drapeau pour garantir que notre emblème national soit toujours à son meilleur.

Le groupe d'Étude sur le drapeau canadien a défini des normes qui couvraient plus que seulement les couleurs et le tissu du drapeau. Lorsque la « Norme pour le drapeau national du Canada » fut publiée, en 1966, le comité avait rédigé des spécifications pour tout, les dimensions, les oeillets, le matériel, le cordage, le fil à coudre, les cabillots de bois, les agrafes de bronze, les procédures de lessive et de disposition des drapeaux.

Il existe en réalité trois différents cahiers de normes pour le drapeau : un pour usage à l'extérieur, un pour l'usage à l'intérieur et un pour les drapeaux qui ne servent qu'une fois.

En 1970, le CNRC a de nouveau ajusté les couleurs du drapeau pour respecter les nouvelles normes internationales.

Réduction de l'usure

Les drapeaux sont exposés à des conditions plutôt rigoureuses lorsqu'ils sont à l'extérieur. La pluie, les vents violents et les rayons ultraviolets intenses du soleil peuvent endommager le tissu et le décolorer. En 1965, les journaux ont rapporté que les drapeaux de la colline parlementaire devaient être remplacés à tous les deux jours!

Les chercheurs du CNRC ont passé beaucoup de temps à faire des tests pour voir comment le drapeau du Canada résistait à différentes conditions. Pour vérifier comment différentes teintures rouges se décoloraient, six drapeaux furent suspendus sur une corde à linge sur le toit d'un des édifices du CNRC, à Ottawa, en 1965. Les passants étaient plutôt intrigués par la curieuse disposition des drapeaux, qui furent plus tard transférés sur des mâts traditionnels.

Plus récemment, des essais d'usure ont été effectués dans les tunnels aérodynamiques du CNRC afin de déterminer quels tissus et quelle méthodes de couture étaient les plus durables. Les chercheurs ont aussi étudié quels matériaux avaient besoin du vent le plus faible pour pouvoir flotter – ils ont appelé cette mesure la « fréquence de faseyage du drapeau ».

Grâce à des tests comme ceux-ci, les scientifiques ont pu prolonger la vie d'un drapeau d'extérieur jusqu'à au moins 30 jours – une amélioration dramatique sur les deux petites journées que duraient les premiers unifoliés du Canada exposés aux éléments.

Fixer les couleurs nationales dans d'autres pays

La recherche sur le drapeau du CNRC a aussi aidé d'autres pays à protéger leurs couleurs nationales. Après avoir établi les normes applicables à l'unifolié, les chercheurs du CNRC ont été approchés par des représentants d'autres gouvernements pour effectuer des recherches concernant le drapeau des Bahamas.

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Une locomotive à vapeur qui a du style

Au début des années 1930, le Conseil national de recherches venait de terminer l'érection de sa première soufflerie. Cette installation d'Ottawa s'ajoutait aux meilleures du genre en existence dans le monde et devint vite un outil d'une utilité inestimable pour les recherches que poursuivaient les plus grands scientifiques du Canada. Les travaux achevèrent juste à temps pour que le CNRC se lance dans un projet ambitieux avec le Canadien national (CN) – un projet qui irait son train un peu partout dans le monde.

Problème sur la voie

En 1931, les mécaniciens de chemin de fer se plaignaient que la fumée des locomotives à vapeur pénétrait dans la cabine et aveuglait le conducteur du véhicule. La situation constituait un véritable danger pour la sécurité des passagers.

Le problème venait en partie du fait que la cheminée des locomotives avait dû être raccourcie en raison du plus grand nombre de viaducs et de tunnels le long de la voie. Quand le train se déplaçait lentement, la cheminée n'envoyait plus la fumée assez haut pour qu'elle passe au-dessus du train. Résultat : elle s'engouffrait dans l'habitacle du conducteur.

En guise de remède, le conducteur pouvait toujours changer la vitesse afin de chasser la fumée, mais il aurait sans cesse fallu ralentir et accélérer, ce qui s'avérait simplement trop compliqué et laborieux. Inquiets à l'idée d'un accident, les responsables du CN se tournèrent vers le CNRC pour qu'il trouve une solution permanente.

Hors de la fumée

Résoudre le problème de la fumée n'était pas aisé. En effet, impossible de réduire le nombre de ponts et de tunnels ou de rallonger la cheminée des locomotives. La seule option consistait à modifier la forme de ces dernières. Le nouveau modèle devrait néanmoins satisfaire à diverses contraintes, comme laisser un accès facile à la mécanique.

Les ingénieurs du CNRC recoururent à leur toute nouvelle soufflerie pour tester divers types de locomotives, à commencer par les plus courantes, afin de rassembler les données de base qui serviraient aux comparaisons. Ils passèrent ensuite à un vaste assortiment de nouveaux modèles, améliorant constamment les maquettes de bois jusqu'à ce qu'ils disposent d'une locomotive à vapeur d'un aspect totalement différent.

Le modèle définitif proposé par le CNRC non seulement résolut les difficultés à l'origine du projet, mais accrut la performance des locomotives antérieures en réduisant la résistance de l'air de 33 pour cent sans pour autant déroger aux exigences de la société de chemin de fer en matière de sécurité et de conception.

Le CN sanctionna le modèle imaginé par le CNRC et commanda la construction de la locomotive « semi-carénée », comme on l'appelait alors, à la Montreal Locomotive Works. Les nouveaux véhicules furent dévoilés avec empressement par les autorités du CN en 1936, avant de faire l'objet de nombreuses tournées publicitaires, les années suivantes, dans l'espoir d'inciter plus de gens à prendre le train durant la grande dépression. L'élégance et le modernisme de la nouvelle locomotive étaient son meilleur argument de vente.

Un train de renommée mondiale pour la royauté

La même année, la locomotive perfectionnée par le CNRC était en vedette à le 1939 l'exposition mondiale de New York, à côté d'autres innovations palpitantes comme la télévision et le nylon.

La locomotive semi-carénée du CNRC suscita vite l'intérêt du monde entier. Les demandes de photos affluèrent des États-Unis, d'Europe, voire d'Extrême-Orient, tandis que périodiques et publications techniques débattaient du modèle. Les grandes sociétés ferroviaires américaines le copièrent sans que le CN puisse les poursuivre pour contrefaçon de brevet. Le Canadien Pacifique, l'autre compagnie de chemin de fer canadienne, finit inévitablement par bâtir des locomotives du même type.

En 1939, les locomotives carénées du CN et du CP furent retenues pour tirer le convoi royal lors de la traversée du Canada par le roi George VI et son épouse, la reine Elizabeth. Les trains furent peints en bleu royal pour l'occasion et ornés des armes des souverains britanniques.

Dès 1939, le CNRC avait transformé l'engin fumant et dangereux qu'était la locomotive en un véhicule fuselé de style, véritable prouesse technique digne de l'admiration des foules et des grands de ce monde.

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Victoire contre la méningite du nouveau-né

Chaque année, au Canada, 400 personnes contractent la méningite, une maladie qui peut être mortelle, qui irrite les membranes enveloppant le cerveau et la moelle épinière. Ceux qui en réchappent doivent composer avec de terribles séquelles : lésions cérébrales permanentes ou surdité. Une personne sur quatre qui attrape la méningite périra dans les 48 heures suivantes et la moitié des malades ont moins de cinq ans. Le type le plus commun de la maladie est la méningite C, à qui l'on doit 50 pour cent des cas.

Harry Jennings, un chimiste du Conseil national de recherches spécialisé dans les hydrates de carbone, et les membres de son équipe ont passé 30 années de leur vie à créer un vaccin novateur contre la méningite C – réalisation appelée à sauver des millions d'enfants de par le monde.

Un vaccin efficace

Lorsque M. Jennings débuta ses travaux sur la méningite dans les années 1970, le seul vaccin existant manquait de fiabilité. En effet, il ne maîtrisait pas totalement la maladie et nécessitait des vaccinations à répétition. Le plus décevant cependant était son inefficacité chez les nourrissons, groupe à risque élevé pour la méningite.

À l'époque, le vaccin utilisé était un vaccin de type polysaccharidique. Les polysaccharides sont des hydrates de carbone caractérisés par une longue chaîne de molécules de sucres simples. Lors d'une collaboration avec un scientifique américain, dans les années 1970, M. Jennings apprit que les vaccins de ce genre manquent d'efficacité chez les tout petits, ce qui expliquait pourquoi celui de la ménin gite C ne leur conférait pas de protection.

Pourtant, le système immunitaire des bébés réagit très bien aux protéines. M. Jennings et son équipe établirent qu'en associant le polysaccharide à une protéine pour obtenir ce qu'on appelle un vaccin conjugué, ils déjoueraient le système immunitaire d'un bébé et lui ferait accepter le vaccin contre la méningite. C'est ce qu'ils firent en liant le polysaccharide du méningocoque du groupe C à une protéine apparentée du vaccin contre le tétanos infantile. Le nouveau vaccin conjugué stimulait la production d'anticorps contre la méningite chez les enfants en bas âge.

Une longue route vers le succès mondial

Les laboratoires du CNRC ont mis au point un vaccin conjugué pour combattre la méningite que provoquent les trois principales souches de Neisseria meningitidis (les groupes A, B et C). Aujourd'hui, celui contre la méningite C est vendu partout dans le monde, après avoir prouvé son efficacité chez le nouveau-né comme chez l'adulte dans un programme qui a permis d'immuniser 12 millions de personnes au Royaume-Uni.

Les travaux de l'équipe du CNRC débouchèrent sur la publication du premier brevet sur un vaccin conjugué et tracèrent la voie à l'invention d'autres vaccins de même nature. Beaucoup de temps s'écoula néanmoins avant que la population ait accès au nouveau vaccin. En effet, M. Jennings dut surmonter une foule d'obstacles scientifiques et politiques avant que la production commerciale du vaccin puisse démarrer en 1996. La persévérance qui avait poussé le chercheur à consacrer des décennies à chercher un vaccin puis à le perfectionner finit néanmoins par porter fruit.

Ces 30 années de travail acharné au CNRC ont débouché sur un vaccin contre la méningite pour les nourrissons, qui est sûr, efficace et facile à administrer, un vaccin susceptible de sauver des millions de vies. Ses ventes ne font pas que profiter à l'économie canadienne, la prévention de la maladie par la vaccination des nouveau-nés et des futures mères se traduira par une diminution des coûts de santé associés à la méningite.

L'avenir des vaccins

M. Jennings et son équipe poursuivent leurs efforts afin d'éliminer toutes les maladies causées par les méningocoques en tâchant de créer un vaccin contre la méningite B. Ils envisagent aussi la possibilité d'appliquer leur technologie à la création d'un vaccin contre le cancer.

Des développements majeurs dans la technologie des vaccins ont fait beaucoup pour confirmer une fois de plus l'importance de la prévention des maladies. En outre, l'émergence de bactéries résistantes aux antibiotiques montre qu'il importe de poursuivre la recherche sur les vaccins afin de protéger des millions de vies.

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Renifleurs de bombes contre terroristes

Les agents de la Gendarmerie royale utilisaient quelques-uns des meilleurs dispositifs au monde pour intercepter les armes passées en fraude longtemps avant que des enquêteurs scientifiques imaginaires, munis d'appareils sophistiqués pour combattre le crime, ne deviennent la coqueluche du petit écran.

Invention d'un modeste scientifique du CNRC, le renifleur de bombe portatif est vite devenu la norme des services de sécurité pour la détection d'explosifs au sein de l'aviation internationale. Pourtant, dès le départ, cette technologie n'avait jamais été destinée à la lutte contre le terrorisme.

Des arbres aux avions

Au début des années 1960, la tordeuse des bourgeons de l'épinette ravageait les forêts de l'est du Canada. Le chimiste Lorne Elias pilotait une équipe du CNRC qui étudiait la dérive du brouillard des pesticides pulvérisés du haut des airs pour venir à bout du ravageur. Le chercheur imagina un appareil portatif qui « reniflerait » chimiquement les vapeurs du pesticide par chromatographie gazeuse. Ainsi, on établirait la composition des produits chimiques évaporés pour tracer le profil exact de la substance. Le projet ne s'arrêta toutefois pas là.

À l'époque, les voyages en avion étaient perturbés par les détournements aériens et les alertes à la bombe. Or, à l'instar des pesticides, les explosifs libèrent une vapeur et des particules révélatrices qu'on peut détecter et identifier avec le bon appareil. Lorsque ils eurent vent du « renifleur » inventé au CNRC, les responsables de la sécurité aérienne du Canada sollicitèrent l'aide de M. Elias. Celui-ci se mit à l'ouvrage et créa bientôt une méthode pour détecter les vapeurs de dynamite, de TNT et d'autres explosifs.

On trouvait déjà dans le commerce des appareils capables d'identifier la vapeur de dynamite, mais aucun n'avait l'efficacité de la technique mise au point au CNRC. Le chimiste proposa bientôt un détecteur portatif perfectionné pour les vapeurs d'explosif baptisé EVD-1.

L'EVD à l'épreuve

En 1984, la GRC utilisa un prototype du renifleur de bombe lors de la visite officielle du pape, de la reine Elizabeth II et du président Ronald Reagan au Canada. Pendant la visite du pape, un détecteur se mit à sonner quand les agents de sécurité canadiens examinèrent les bagages papaux – un garde du corps du Saint-Père avait rangé son pistolet dans sa valise

Les aéroports canadiens adoptèrent rapidement l'EVD après l'explosion en 1985 d'une bombe lors d'un vol d'Air India où 329 personnes en route vers Bombay trouvèrent la mort, cela dans l'espoir d'éviter une autre tragédie de ce genre.

En 1989, l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) des Nations Unies ratifia une convention afin de combattre une nouvelle menace : le « plastic », explosif ne dégageant aucune vapeur. De par cette convention, les pays membres fabriquant de tels explosifs doivent leur ajouter un marqueur émettant une vapeur distinctive. L'EVD détectait déjà les traces de 2,3-diméthyl-2,3-dinitrobutane (DMNB). C'est ce composé organique qu'on retint donc pour identifier les explosifs du type plastic.

Vers une meilleure technologie pour sécuriser les aéroports

Fort du succès de l'EVD, M. Elias et son équipe de recherche s'attaquèrent ensuite à une technique encore plus rapide appelée « spectrométrie de mobilité ionique » (SMI) pour détecter les explosifs. Le système échantillonne et analyse les ions, particules chargées d'électricité que libèrent les substances qu'on soupçonne être une drogue ou un explosif. La SMI fait désormais partie de l'arsenal usuel des services de sécurité dans les aéroports.

Les technologies de l'EVD et de la SMI sont utilisées partout dans le monde. Leur développement par un chimiste du CNRC a placé le Canada sur la scène internationale du dépistage des explosifs.

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Étendre le rôle du Canada dans l'exploration de l'espace

Inventeur prolifique, l'ingénieur du CNRC George Klein et sa liste apparemment illimitée d'innovations touchent tous les domaines, de l'énergie atomique et de l'ingénierie aéronautique à la recherche médicale et à la science de l'espace.

La plus grande invention de Klein est peut-être le mât tubulaire télescopique transportable (ou STEM pour Storable Tubular Extendable Member). Conçu à l'origine pour usage militaire, le STEM est devenu une pièce précieuse d'équipement spatial et a contribué à tailler une place de choix au Canada dans l'histoire de l'exploration spatiale.

L'émergence d'une idée

Au début des années 1950, Klein travaillait à la section de recherche sur le vol du CNRC pour développer une nouvelle balise radio militaire. Il fallait qu'elle puisse résister à un lancement depuis un avion à haute altitude sur un terrain difficile. La nouvelle balise devait aussi avoir une antenne assez longue pour transmettre des signaux radio sur de grandes distances.

Un soir, alors qu'il se roulait nonchalamment une cigarette, Klein fut frappé par une idée qui devait plus tard devenir le STEM. Il réalisa qu'un morceau de papier roulé était plus résistant qu'un papier plat et qu'une fois roulé, le papier pouvait s'étirer en forme de cône. Il adapta l'idée en se servant de métal chauffé et créa un appareil qui permettrait à une balise radio d'être lancée au sol, de se dérouler elle-même et d'étendre une antenne. 

Une fois que Klein eût créé un système d'engrenages servant à guider la forme du tube de métal lors de sa sortie du boîtier, le STEM était né. Le concept était semblable à celui d'un ruban à mesurer métallique concave, qui peut être enroulé dans un petit boîtier pour être ensuite déroulé lorsqu'on a besoin de l'allonger. Le design de Klein était si novateur qu'on l'a décrit comme une nouvelle forme de mouvement linéaire.

Ce qui descend doit remonter

À la fin des années 1950, la technologie STEM progressa d'être échappée au sol à partir d'avions à être lancée dans l'espace à bord de satellites. Après avoir entendu parler du STEM, un ingénieur de De Havilland visita le CNRC. Sa société était en train de construire le premier satellite du Canada et était à la recherche d'une solution au problème des communications avec la Terre. Aux yeux de l'ingénieur, STEM était la solution. Spar Aerospace, la société qui plus tard construisit le Canadarm, reçut un contrat pour développer davantage la technologie STEM.

Il devint rapidement clair que la niche du STEM se trouverait dans l'espace. Sa petite taille et sa capacité de se déployer même dans des espaces très restreints le rendait parfaitement adapté aux exigences de l'ingénierie spatiale. Il avait de nombreuses applications, dont les systèmes d'attachement des astronautes, les bras d'extension des panneaux solaires, les appareils sensibles à l'altitude, et, bien sûr, les réseaux d'antennes. On trouva bientôt le STEM sur les satellites et les vaisseaux spatiaux les plus importants au monde.

STEM dans l'espace

Dans le rôle d'un bras porteur d'instruments scientifiques, STEM a voyagé vers la Lune sur les missions Apollo 15, 16 et 17 et recueilli des données provenant du sous-sol lunaire. En 1973, en faisant route vers Mars, STEM a aussi aidé les satellites soviétiques à relayer des informations.

Le premier satellite du Canada, Alouette I, fut lancé en 1962 avec à son bord quatre antennes STEM pour lui permettre d'étudier l'ionosphère. Dans les années 1970, Alouette II et les satellites ISIS du Canada utilisaient des STEM. Cette technologie était aussi présente sur les vaisseaux spatiaux Mercury et Gemini qui emmenèrent les premiers Américains dans l'espace. STEM a été utilisé comme antenne de haute fréquence pour résoudre des problèmes de communication et des interruptions en orbite, ainsi que pour entrer en communication rapidement avec le contrôle de mission une fois que les capsules étaient de retour sur la Terre.

Une adaptation ultérieure de la technologie, appelée BI-STEM, voyagea à bord de la navette Voyager et se trouve maintenant sur le célèbre télescope Hubble. Une partie de nos connaissances les plus importantes et les plus impressionnantes sur les coins les plus reculés de l'espace ont été transmises par le Hubble grâce à la technologie STEM.

Le succès du STEM a démontré la capacité du Canada à contribuer de façon importante à l'exploration spatiale pendant la course à l'espace de la Guerre froide. Ce fut un des facteurs clés qui ont valu au Canada la chance de développer le projet du Canadarm – un bras robot utilisé sur les navette et la station spatiale internationale pour manipuler de gros objets comme les satellites dans l'espace.

STEM sur la Terre

La conception innovante du STEM rend celui-ci utile à la fois dans l'espace et au sol. Parmi ses usages plus terre-à-terre on compte : un mât pour monter des antennes, l'inspection à distance, l'éclairage d'urgence par projecteurs surélevés, des tripodes pour l'équipement d'arpentage et le déploiement de lumières d'urgence sur le dessus des véhicules.

Pour cette invention de mille utilités, George Klein n'a reçu ni renommée ni fortune. Néanmoins, en 1970, il a dit être heureux d'avoir fait une contribution importante à la création d'une industrie au Canada.

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Un système de vision spatiale qui permet aux astronautes de voir dans l'espace

L'astronaute canadien Chris Hadfield a décrit l'espace comme « un lieu de travail surréel, sans repères ni objets familiers pour donner de la perspective et de la profondeur ». Et pourtant, pendant des années, les humains ont lancé des satellites, effectué des marches dans l'espace et bâti des stations spatiales malgré les défis que présente le travail dans l'espace.

Les astronautes sont capables de faire tout cela grâce en partie au système de vision spatiale – un outil mis au point par le Conseil national de recherches pour aider les astronautes à ; guider le Canadarm.

Le contrôle du Canadarm

Au début, les astronautes dirigeaient le Canadarm à l'aide d'images de caméras et de leurs yeux. Ce n'était pas une mince tâche que de manoeuvrer le bras avec précision en regardant un écran de 9 pouces ou en lorgnant dans une soute située à 30 pieds de là à travers un minuscule hublot! Le CNRC a réalisé que les astronautes avaient besoin d'un meilleur système pour contrôler le Canadarm, particulièrement pendant des tâches complexes.

La technologie qui est maintenant devenue le système de vision spatiale a évolué depuis le moment où elle servait à suivre des véhicules pendant les essais de collision du CNRC : des caméras à haute vitesse enregistraient des images d'une voiture au moment où elle s'écrasait dans une barrière d'essai. La voiture et l'arrière-plan situé derrière celle-ci étaient tous deux munis de cibles en noir et blanc. Le mouvement du véhicule était surveillé par un programme d'ordinateur qui comparait les deux séries de cibles afin de calculer des facteurs comme la vitesse et la direction.

Les scientifiques du CNRC ont décidé d'utiliser la même méthode pour permettre le contrôle du Canadarm. Vers 1978, ils avaient adapté la technique pour pouvoir travailler avec le système de télévision installé sur la navette spatiale et ils l'appelèrent le système de vision spatiale (SVS). Marc Garneau fit l'essai du nouvel appareil lors de la mission Challenger de 1984 en enregistrant le lancement et le mouvement d'un satellite marqué de cibles SVS.

Le système s'avéra une réussite, avec seulement quelques petits problèmes pendant le premier essai, alors qu'une des cibles fut brièvement bloquée par le Canadarm et que la vue fut obscurcie pour un court instant par la réflexion du Soleil.

Pour de vrai

Après la réussite du premier essai, on se mit au travail sur un SVS complet qui pourrait être installé sur la navette spatiale. Il sera mis à l'essai par l'astronaute canadien Steve MacLean lors d'un vol subséquent. Dans les années 1980, les astronautes du CNRC travaillèrent sur le modèle prêt à voler du système – à concevoir les expériences, rédiger un manuel de l'opérateur, développer des simulateurs sur ordinateur et vidéo et créer une base de données sur ordinateur qui montrerait les données du Canadarm provenant du SVS.

Ils durent aussi créer le module cible canadien (CTA) – l'équipement de pratique que MacLean manipulerait avec le Canadarm pendant la première expérience du nouveau SVS. Les ingénieurs travaillèrent à développer pour l'espace un système de points cibles semblables à ceux qui sont utilisés dans les essais de collision. Des cibles contrastantes furent conçues avec des points blancs sur fonds noirs et vice versa.

Le groupe de film mince du CNRC (le même groupe qui avait développé une technologie anticontrefaçon pour les billets de banque canadiens) créèrent « l'élément cible ultra-noir pour le SVS » avec des points qui étaient plus faciles à suivre, moins affectés par la lumière et résistants à la détérioration. Les nouveaux points noirs furent mis sur tous les satellites et autre matériel que le Canadarm serait appelé à déplacer, y compris les pièces de la station spatiale internationale.

Un retard inattendu qui fut bénéfique

Le nouveau SVS était prêt à voler en 1986, mais la catastrophe de la navette spatiale Challenger causa un retard dans les vols spatiaux qui finit par durer six ans. Les astronautes canadiens utilisèrent ce temps pour améliorer le logiciel du SVS en se basant sur les essais de simulation effectués dans une maquette de la soute de la navette spatiale.

Le système perfectionné de vision spatiale (SPVS) était encore meilleur que l'original. Steve MacLean en fit finalement l'essai en 1992 à bord de la navette spatiale Columbia. En 1995, il servit à attacher la station d'amarrage de l'orbiteur à la navette et à s'amarrer avec la station spatiale Mir. Depuis 1999, le SPVS a été un élément critique dans la construction du Canadarm II et de la station d'entretien mobile établie sur la station spatiale internationale.

Le nouveau système amélioré assure la sécurité

Le nouveau système perfectionné de vision spatiale en 3D fut testé avec succès en 1999. Au lieu d'enregistrer une vidéo, comme les modèles précédents, il enregistrait des données numériques, ce qui permettait une meilleure résolution et un traitement plus rapide des images. Un scanner au laser fut ajouté au système en 2001; il pouvait servir à créer des simulations virtuelles et à examiner la navette pour y détecter des dommages.

Malgré le succès du fonctionnement du SPVS, on se mit au travail pour améliorer le système de vision spatiale avec un balayage en 3D. Le CNRC avait développé cette technologie pour l'inspection des pièces d'automobile dans le secteur manufacturier. Elle promettait de régler les problèmes du système antérieur de vision spatiale en permettant aux astronautes de travailler sans avoir à se préoccuper de la réflexion du Soleil, des conditions de luminosité difficiles ou d'un retard dans les images. Le nouveau système à haut rendement pouvait aussi servir à faire un balayage de la navette pour y découvrir des dommages alors qu'elle était dans l'espace.  

Après la perte de la navette spatiale Columbia en 2003, ce système de balayage de sécurité devint une des principales priorités afin de prévenir la perte de futures navettes et de leurs équipages. La technologie de balayage détaillé peut détecter des défectuosités aussi petites qu'un millimètre dans les tuiles protectrices de la navette.

Le système de vision spatiale du CNRC a fait un long chemin depuis son apparition. Depuis 2001, il a été utilisé pour participer à la construction de la station spatiale internationale. Le travail est également en cours sur un nouvel orbiteur qui utilisera le SVS, lequel insufflera une nouvelle vie dans les sondes spatiales, comme le télescope Hubble, en remplaçant leurs piles.

Utilisation de la technologie de l'espace sur Terre

La technologie utilisée dans le SVS a aussi plusieurs applications terrestres. Elle sert, dans l'industrie de l'automobile, aux robots d'assemblage et aux essais des tôles pour en détecter les imperfections. Les militaires s'en servent pour le balayage 3D et la reconnaissance des cibles. Les agents de police s'en servent pour recueillir des preuves difficiles à obtenir, comme les empreintes de chaussures ou les empreintes digitales. Elle sert même à préserver des trésors historiques en créant des images numériques 3D d'artéfacts et d'édifices, créant ainsi une version réalité virtuelle de peintures célèbres du Louvre et de monastères médiévaux en Italie.

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Une ère nouvelle de musique électronique

Dans les années 1980, une musique d'un nouveau genre envahit les ondes : la musique pop électronique. Ce style particulier se caractérisait par les sons « funky » issus de technologies jusqu'alors inaccessibles. Commençait l'ère des percussions électroniques et du synthétiseur.  

L'histoire du synthétiseur débute néanmoins longtemps avant la mode des coiffures volumineuses et des pantalons parachute. En effet, on doit cet instrument à Hugh Le Caine, qui en mit au point le premier modèle au Conseil national de recherches, en 1945.

La sacqueboute électronique

Musique et instruments passionnèrent Hugh Le Caine toute sa vie, mais de nombreuses années durant, ce dernier brida cette passion pour embrasser une carrière plus pragmatique en physique, en science nucléaire et en technologie radar. Pourtant, son amour de la musique demeurait intact.

Avec le temps, cet amour finit par se mêler aux connaissances en physique atomique et dans les technologies radio et radar du chercheur, si bien qu'en 1945, Le Caine installa à temps perdu un synthétiseur électronique dans un bureau, à son domicile d'Ottawa. Puis il donna à l'appareil le sobriquet de « sacqueboute électronique ». Le premier synthétiseur était né.

Une façon novatrice de faire la musique

Bien que d'autres instruments électroniques l'aient précédée, la sacqueboute de Le Caine est reconnue pour être le premier synthétiseur au monde, car cette invention engendra une façon totalement nouvelle de créer et de contrôler les sons.

La sacqueboute électronique permettait à celui qui en jouait de modifier à sa guise la tension automatique de fond en enfonçant des touches ou en tournant des boutons. La variation de tension altérait le son sortant de la sacqueboute. Même si l'instrument ne produisait qu'une note à la fois, l'artiste pouvait le modifier de nombreuses manières. 

Le Caine réalisa maintes compositions avec sa sacqueboute électronique, la plus célèbre étant la pièce futuriste Dripsody, obtenue par manipulation électronique répétitive du son d'une unique goutte d'eau. Le Caine composa et enregistra Dripsody en l'espace d'une nuit au CNRC.

Une innovation de Le Caine consistait en un clavier tactile révolutionnaire avec lequel l'artiste modifiait l'intensité de la note en atténuant ou accentuant la pression sur une touche. Un mouvement latéral, en revanche, en modifiait la hauteur et le timbre.

En parcourant le clavier de la main droite, l'artiste changeait l'intensité et la hauteur du son de la manière décrite ci-dessus; sa main gauche actionnait d'autres commandes qui en modifiaient la texture. On pouvait donc passer graduellement d'un son à l'autre, ce qui adoucissait le résultat final tout en laissant l'artiste s'exprimer plus librement.

À la découverte de la musique électronique

Quoique sa sacqueboute électronique ne franchit jamais l'étape de la production commerciale, Le Caine reste un pionnier de la musique électronique, car on lui doit non seulement le synthétiseur, mais aussi le clavier tactile et le magnétophone multitrace à vitesse variable. Ken Pulfer, lui aussi employé du CNRC, ajouta à ses travaux par la suite. Cet autre pionnier expérimenta les logiciels de musique électronique dans les années 1970.

Le Caine nous a légué un patrimoine durable, la musique pop actuelle faisant encore grand usage du synthétiseur.

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Les faux-monnayeurs tenus en échec par la technologie des couches minces

Examinez de près un des nouveaux billets canadiens de 5 $. En le plaçant devant une lumière vive, vous découvrirez une mince bande de plastique intégrée au papier. Sur cette bande court une pellicule optique spéciale qui, au verso, surgit sous la forme de petites taches rectangulaires, là où elle affleure la surface du papier. Ses couleurs miroitent de l'or au vert selon l'angle sous lequel on la regarde et sur elle revient constamment le message « CAN 5 ».

Cette bande aux couleurs changeantes, unique en son genre, qu'on retrouve désormais sur tous les billets de banque canadiens, mène la vie dure aux faussaires. En effet, les procédés d'imprimerie ou de photographie usuels ne peuvent le reproduire; impossible aussi de retirer la bande, car elle n'est pas collée à la surface du billet.

Il s'agit d'un dispositif de sécurité optique – une innovation à la fine pointe visant à mettre les faux-monnayeurs en échec par l'application d'un principe mis au point au Conseil national de recherches pour protéger les devises canadiennes.

Halte aux faux billets!

En 1968, la Banque du Canada craignait que les faux-monnayeurs s'équipent bientôt de photocopieuses à haute résolution, d'imprimantes et de techniques de production informatisées. Elle pria donc le CNRC de l'aider à compliquer la tâche des criminels qui s'efforcent de falsifier la monnaie canadienne. Le CNRC proposa d'incorporer aux billets une fine couche optique dont la couleur varierait selon l'angle de vision.

Les chercheurs du CNRC travaillaient déjà sur de nouveaux filtres optiques à couches minces et les travaux du physicien George Dobrowolski et de son équipe sur les dispositifs cumulant ces couches suscitaient beaucoup d'intérêt. La technologie qui protégerait les billets de banque fut cependant longue à venir. Après dix années de travail, elle finit éventuellement par être au point pour les applications en sécurité. Vers la fin des années 1980, l'entreprise torontoise Identicard Ltd se mit à l'exploiter sous licence pour fabriquer des cartes d'identité et des permis de conduire infalsifiables.

À partir de 1989, la Banque du Canada commença à introduire une série de nouveaux billets de 20 $, de 50 $ et de 100 $ incorporant de nouveaux dispositifs de sécurité optiques – une tache aux couleurs iridescentes sur le devant du billet, qui passait de l'or au vert selon l'angle. Chaque nouveau billet s'accompagna d'une baisse immédiate du nombre de faux en circulation.

La beauté de cette technologie est que la fabrication des pastilles de sécurité s'avéra relativement peu coûteuse pour la Banque du Canada. Toutefois, les machines permettant de les fabriquer économiquement coûtant des millions de dollars, les contrefacteurs n'ont tout simplement pas les moyens d'en construire.

La technologie du CNRC poursuivant son évolution, il en va autant des dispositifs de protection intégrés aux billets de banque canadiens. Ainsi, dans la deuxième génération de dispositifs de sécurité optiques, le matériau iridescent n'est plus posé en surface, mais incorporé au papier sous forme d'un mince fil enduit de plastique. La Banque du Canada ne cesse de perfectionner ses mesures de sécurité pour rendre les billets encore plus difficiles à contrefaire.

Une expertise reconnue mondialement

Aujourd'hui, les chercheurs de l'Institut des sciences des microstructures du CNRC continuent d'améliorer les méthodes de conception et de fabrication des enduits multicouche qui ont fait leur renommée mondiale et d'en multiplier les applications. Hormis la lutte aux faux-monnayeurs, on utilise les couches minces dans les appareils scientifiques, les piles solaires, les ordinateurs, les écrans d'affichage, en architecture et pour le verre employé dans le secteur de l'automobile et celui des appareils de télécommunications. Le CNRC détient de nombreux brevets sur la technologie des couches minces optiques.

George Dobrowolski a reçu deux médailles de l'Optical Society of America et a été nommé membre de l'Ordre du Canada pour avoir fait progresser le génie optique.

S'ils sont attrayants, les dispositifs de sécurité optiques des billets de banque ont plus qu'une vocation décorative. Grâce aux recherches révolutionnaires du CNRC sur les couches minces optiques, les dispositifs aux propriétés optiques variables reposant sur la technologie des couches minces protègent des passeports, des billets de banque et d'autres documents partout dans le monde.

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Du réel au virtuel : préserver des trésors et innover en divertissant

Quand elle a vu le jour dans les années 1980, la technologie de la réalité virtuelle (RV) a été accueillie comme un moyen permettant de réaliser des choses extraordinaires, se projeter à l'intérieur d'un jeu vidéo, par exemple, ou vivre des vacances « virtuelles ». Dans la « vraie vie » cependant, la situation est fort différente et la réalité virtuelle s'avère beaucoup plus pratique que l'on l'aurait pensé.

Les technologies de numérisation tridimensionnelle (3D) révolutionnaires inventées par un groupe de scientifiques du Conseil national de recherches (CNRC) servent en effet à sauvegarder des éléments du patrimoine mondial et des trésors internationaux, à innover dans l'industrie du divertissement, à perfectionner le travail des ingénieurs et à rendre les voyages dans l'espace plus sûrs.

« Virtualiser » la réalité

La réalité virtuelle permet aux gens d'interagir avec un univers « virtuel » en trois dimensions par le biais d'un ordinateur, créant l'impression que cet environnement existe bel et bien autour d'eux. L'environnement virtuel stimule nos sens de diverses manières. Des sons sont émis en fonction des mouvements de la personne, par exemple. Grâce aux environnements virtuels issus de la numérisation 3D, il est donc possible d'explorer des sites antiques situés à l'autre bout de la planète sans jamais avoir à quitter le Canada. La réalité virtuelle, produit aussi des objets 3D d'un réalisme incroyable que l'on peut manipuler comme les vrais.

Le CNRC a commencé à travailler sur les technologies de numérisation 3D vers le milieu des années 1980. Ses chercheurs ont inventé un lecteur laser qui allait révolutionner la façon dont on crée les objets et les environnements RV. À l'époque, les scientifiques du monde entier s'intéressaient à la RV, mais les environnements reproduits étaient visiblement artificiels, sans profondeur, comme dans les dessins animés – évidemment ils sortaient d'un ordinateur. Le CNRC fut le premier à numériser des éléments réels avec un lecteur laser 3D pour obtenir des objets et des lieux RV, puis à les intégrer à des logiciels RV pour les visualiser, les examiner sous toutes les coutures et les manipuler. La « virtualisation » de la réalité était née.

Comment ça marche?

Le CNRC emploie un laser à balayage spécial pour saisir des images des lieux et des objets qui serviront dans les simulations RV. Le lecteur capture les détails les plus infimes d'un objet ou d'un lieu sous tous les angles en les éclairant d'une lumière bleue, rouge et verte dont la réflexion fournit des précisions sur les formes et les couleurs. L'image résultante est numérisée et sert à créer une copie 3D virtuelle de l'original.

Une numérisation aussi détaillée est un travail titanesque : des millions de mesures différentes doivent être prises pour donner un modèle virtuel exact – processus qui suppose l'accumulation d'une somme colossale de données. Ce dur labeur produit une réplique virtuelle fantastique d'endroits ou d'objets qui seront préservés en permanence en vue d'un usage historique, industriel ou récréatif.

Sauver les trésors de l'histoire

Une des applications les plus prometteuses de la technologie RV est la préservation du patrimoine. Les musées sont pleins d'artefacts d'une valeur inestimable – fragments d'histoire narrant la vie de nos aïeux – mais leur manipulation, la guerre, les séismes voire le simple passage du temps entraînent parfois la perte, la détérioration voire la destruction de ces trésors historiques irremplaçables. Paradoxalement, les musées ont pour mission de présenter le patrimoine d'un pays aux visiteurs, aux étudiants et aux érudits.

La fabrication d'un modèle 3D virtuel des artefacts permettrait aux musées d'en réduire la manipulation et le déplacement. Les répliques virtuelles pourraient être exposées indéfiniment, si bien que les générations à venir les admireraient et en apprendraient davantage à leur sujet sans risque qu'elles se détériorent.

La première tentative du genre a culminé par l'exposition « Mystères de l'Égypte » au Musée canadien des civilisations. Cette exposition virtuelle a permis aux curieux de voir pyramides, momies et tombeaux. Son succès a tracé la voie à des expositions similaires dans l'avenir.

Le CNRC a recouru à la même technologie pour créer un enregistrement numérique de quelques-unes des plus grandes oeuvres d'art du monde conservées à Paris, notamment trois peintures de Renoir. Les chercheurs ont pu reproduire la texture de la surface du tableau – jusqu'aux coups de pinceau et aux craquelures de la peinture. Les images résultantes serviront aux futurs travaux de conservation et montreront comment de telles oeuvres sont affectées par l'usure du temps.

Le Louvre, le British Museum et d'autres grands musées du monde font appel à l'expertise et aux outils spéciaux du CNRC pour mettre leurs oeuvres d'art les plus précieuses à l'abri. En créant des reproductions incroyablement détaillées des artefacts historiques, les conservateurs veillent à ce qu'ils soient préservés pour toujours.

Donner vie à des mondes et à des personnages imaginaires

La numérisation au laser 3D à haute résolution est aussi devenue un outil d'une utilité inestimable pour l'industrie du divertissement. Le système conçu par le CNRC est considéré comme le meilleur au monde – inégalé pour son exactitude, sa précision et sa finesse de détail. L'entreprise canadienne XYZ RGB s'en est d'ailleurs servie pour créer des scènes époustouflantes par infographie dans le cadre de superproductions hollywoodiennes dont Le Seigneur des anneaux : le retour du roi, Le Retour de Batman, King Kong et deux volets du film Matrix. En 2004, le CNRC et XYZ RGB ont été mis en nomination pour un oscar couronnant leurs techniques de numérisation et de modélisation 3D novatrices.

Sauver du temps et des vies par la technologie RV

Musées et cinéma mis à part, la technologie du CNRC trouve application dans maints autres domaines. En effet, les simulations RV peuvent servir à apprendre aux gens comment effectuer des tâches complexes ou dangereuses (piloter un avion ou manoeuvrer une grue, par exemple). Les concepteurs de parcs d'attractions peuvent tester virtuellement la sûreté des manèges avant de les bâtir.

On recourt aussi au balayage laser en rétroingénierie – la conception d'un objet à partir d'un autre existant. Ainsi, un créateur de jouets pourrait monter le prototype d'une nouveauté puis le numériser afin d'en obtenir un modèle 3D qu'il perfectionnera et modifiera ensuite à sa guise. Cette technique économise temps et argent en diminuant le nombre actuel de prototypes nécessaires lors du processus de conception. La maquette terminée, l'information peut même être transmise directement de l'ordinateur au fabricant.

La numérisation laser a aussi des applications qui ne sont pas de ce monde! Le CNRC avait d'abord conçu son système de vision spatiale pour que les astronautes commandent plus facilement le Canadarm à bord de la Station spatiale internationale. Dans les années 1990, la technologie du balayage laser est venue s'ajouter au système, pour assurer que les astronautes aient une plus grande maîtrise sur les objets dans l'espace. Ce système a récemment été utilisé pour inspecter la surface de la navette spatiale en orbite et s'assurer qu'elle n'avait pas subi de dommages susceptibles de mettre la vie des astronautes en danger lors de leur retour sur terre.

Sur le sol ou dans l'espace, les technologies de réalité virtuelle élaborées au CNRC ont concouru à créer, à préserver et à explorer quelques-uns des objets et des lieux les plus fascinants qu'a connus l'être humain.

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Le génie au service de la qualité de vie

Les chercheurs dévoués du Conseil national de recherches ont été à l'origine de maints progrès et technologies d'importance en médecine, mais le premier fauteuil roulant motorisé digne de ce nom et le premier stimulateur cardiaque sont sans doute deux de leurs plus grandes réalisations. Avec elles, les scientifiques du CNRC ont rehaussé la qualité de vie de millions de personnes partout sur la planète.

Le fauteuil roulant motorisé

Avant la Deuxième Guerre mondiale, la création d'un fauteuil roulant électrique n'avait guère connu de succès. Certes, des ingénieurs avaient doté des chaises roulantes pliables ordinaires de moteurs, mais leurs tentatives ne s'étaient pas avérées très fructueuses. C'est qu'en plus d'être malcommodes, ces chaises modifiées étaient dangereuses, et personne ne souhaitait voir de tels appareils semer la pagaille dans les couloirs des hôpitaux. Certains doutaient même de l'utilité de motoriser les fauteuils roulants.

La situation changea du tout au tout avec la Deuxième Guerre mondiale, car de celle-ci revint une nouvelle sorte d'ancien combattant. L'arrivée de la pénicilline permit en effet aux soldats de survivre à des blessures auxquelles ils auraient succombé autrefois. Cela signifiait aussi qu'un plus grand nombre de paraplégiques et de quadriplégiques retourneraient au pays et devraient composer avec la réalité de la paralysie. Les fauteuils qu'on faisait rouler à la main ne leur seraient d'aucune utilité.

George Klein, du CNRC, entreprit d'inventer un fauteuil électrique qui répondrait aux besoins de ces vétérans d'un nouveau genre. Il corrigea les imperfections des modèles antérieurs en augmentant la tension du moteur électrique et en remplaçant le système d'entraînement par deux autres fonctionnant indépendamment. Ces améliorations d'importance ne contentèrent pas le chercheur qui continua de perfectionner le modèle. 

Durant ce processus, M. Klein et les membres de son équipe travaillèrent en étroite collaboration avec ceux-là mêmes qui utiliseraient l'appareil. Le chercheur tenait à ce que le produit final leur convienne. Les essais effectués par les malades, les suggestions de ces derniers et leurs commentaires servirent à guider les concepteurs. 

Un patient, par exemple, ne pouvait remuer que la tête. On inventa donc un système de commande qui lui permettrait de diriger le fauteuil en appuyant de la joue plutôt que des mains. Avec un peu d'exercice, l'homme réussit à faire fonctionner l'appareil sans aucune aide, lui permettant ainsi d'acquérir une fantastique autonomie qu'il n'avait pas auparavant.

Les efforts de M. Klein n'aboutirent pas seulement au premier fauteuil roulant électrique d'une réelle commodité – invention qui changerait la vie de toutes les personnes lourdement handicapées, mais à une toute nouvelle façon de concevoir les aides médicales. En coopérant étroitement avec les futurs utilisateurs de son fauteuil roulant, M. Klein pava la voie aux technologies de la réadaptation tout en découvrant la remarquable endurance de l'esprit humain.

Le stimulateur cardiaque

C'est en étudiant l'hypothermie au CNRC que John A. Hopps développa les compétences en chauffage par haute fréquence et en micro-ondes qui le conduiraient à inventer le premier stimulateur cardiaque, dispositif appelé à sauver des milliers de vies.

Un an plus tard, un modèle du stimulateur était dévoilé au public. D'environ 30 cm de long (près d'un pied), il était beaucoup trop volumineux pour être implanté comme les stimulateurs actuels. Celui des années 1950 utilisait des tubes à vide pour engendrer l'impulsion et était alimenté par un courant ordinaire de 60 Hz. Les électrodes de son cathéter transveineux se retrouvent encore dans les stimulateurs d'aujourd'hui.

En 1949, les médecins recouraient à des températures extrêmement basses pour ralentir le débit cardiaque et tenter des interventions à coeur ouvert. Cependant, ils ignoraient comment faire rebattre le coeur sans danger advenant un arrêt de ce dernier durant l'opération. Entrée en scène de M. Hopps, lequel découvrit accidentellement qu'on pouvait relancer un coeur « refroidi » sans risque en lui donnant une légère stimulation électrique. Cette découverte aboutit à la création du premier stimulateur cardiaque capable d'arrêter une fibrillation ventriculaire (un trouble du rythme cardiaque).

Au fil des ans, le perfectionnement des piles et des semi-conducteurs a concouru à une miniaturisation croissante du stimulateur jusqu'à ce que ses dimensions en permettent l'implantation dans le corps humain. Le premier à l'être le fut en 1957, dans la cage thoracique d'un Suédois.

Les scientifiques continuèrent de perfectionner la technologie du stimulateur cardiaque des années durant. En 1963, des inquiétudes concernant la fuite éventuelle des piles dans l'organisme incita O.Z. Roy, un autre ingénieur du CNRC, à chercher un moyen pour que le stimulateur fonctionne à partir de l'énergie produite par le corps lui-même. Deux ans plus tard naissait le premier stimulateur cardiaque biologique.

Lorsqu'il reçut son propre stimulateur en 1984, John Hopps constata par lui-même combien son invention joue un rôle important en sauvant des vies.

Avec le fauteuil roulant et le stimulateur cardiaque, les scientifiques et les ingénieurs du CRNC ont amélioré la vie d'innombrables personnes partout dans le monde et continué la tradition d'innovation en recherche médicale au CNRC.

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