Subvention Mission Alliance, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2023-2026
590 000$

La réduction des émissions de gaz à effet de serre est une priorité pour atténuer les changements climatiques. Dans son plan de réduction des émissions de 2030, le Canada vise à réduire ses émissions de 40 % sous les niveaux de 2005 d'ici 2030 et à atteindre zéro émission d'ici 2050. Bien que le méthane représente 11 % des gaz à effet de serre, il a 86 fois le pouvoir de réchauffement du dioxyde de carbone sur une période de 20 ans. Par conséquent, il est particulièrement important de réduire les émissions anthropiques de méthane. L'agriculture a contribué à 29 % des émissions totales de méthane du Canada en 2019, la plupart provenant de sources biologiques, comme la production animale par fermentation entérique. L'objectif global de cette proposition est de développer une plateforme, basée sur un nez optique sur puce, permettant le suivi des émissions de méthane dans les élevages laitiers pour valider et affiner l'effet des interventions à la ferme afin de réduire le méthane produit par les vaches en lactation. La mission de notre partenaire Lactanet est de conseiller 6800 producteurs à travers le Canada pour améliorer la pérennité et la rentabilité des fermes laitières. Le nez optique sera fabriqué sur une puce de silicium en utilisant des procédés similaires à ceux utilisés dans l'industrie de la microélectronique et disposera d'un réseau de microrésonateurs optiques en polymères. Une telle approche permet la fabrication à faible coût d'un grand nombre de capteurs nécessaires au déploiement dans les fermes laitières de production. En effet, le coût élevé des capteurs commerciaux disponibles sur le marché empêche leur utilisation à grande échelle. Dans ce projet, nous appliquerons des stratégies d'apprentissage machine au nez optique, qui sera placé dans la mangeoire du robot de traite. Afin de développer des algorithmes fiables donnant une émission de méthane sur 24h, il est nécessaire de développer des modèles corrélant les données des capteurs de méthane dans la mangeoire, qui sont prises pendant 5 minutes 3 fois par jour, avec l'émission continue de méthane enregistrée à partir d'une chambre métabolique. Cette dernière sera réalisée en collaboration avec Agriculture et Agroalimentaire Canada.

Collaborateurs: Prof. Y.-A. Peter (PI), Prof. W. Skene (Université de Montréal), Dr. D. Chételat, Dr. C. Benchaar (Agriculture et Agroalimantaire Canada)

Partenaire: Lactanet (Dr. D. Santschi et Dr. D. Maxime)

Subvention Accélération, Mitacs

2022-2026
370 000$    

Les systèmes informatiques d'intelligence artificielle (IA) tels qu'utilisés dans les centres de données nécessitent une consommation d'énergie considérable et des systèmes de refroidissement puissants. Un centre de données héberge des centaines de racks. Avec le matériel numérique actuel, chaque rack consomme généralement 25 kW d'énergie. Au Québec, un tel rack est à l'origine de 6000 kg d'émissions de CO2 par an et de 72 kg d'émissions éq. CO2 fugitives de réfrigérant. En moyenne mondiale, ces racks génèrent 711 tonnes d'émissions de CO2 par an. Chaque rack est composé de plusieurs serveurs. La solution à ce problème est de développer des puces hautement efficaces dédiées à l’IA, qui peuvent réduire à la fois la consommation d'énergie du serveur et le refroidissement nécessaire.

Ce projet vise à développer un système d'accélérateur photonique spécialisé pour les applications de centres de données d'IA. Une amélioration de l'efficacité énergétique au-delà de 10 fois est attendue. Comme effet secondaire majeur, les systèmes de refroidissement nécessaires seront beaucoup plus petits, ce qui réduira s’avantage les émissions de gaz à effet de serre. Pour réussir ce projet, des questions de recherche fondamentale doivent être abordées en premier lieu, ce qui explique l'application de ce projet.

Collaborateurs : Profs. O. Liboiron-Ladouceur (PI, Université McGill), G. Cowan (Université Concordia), Y.-A. Peter

Partenaire : 3e8 Inc.

Subvention Photonique Quantique Québec

2023-2024
190 040$    

Les dispositifs quantiques sont basés sur la génération de paires de photons intriqués générées par le processus de conversion paramétrique descendante spontanée avec des corrélations spectrales soigneusement conçues. En plus d’avoir des exigences spectrales, la fabrication en grand nombre et la miniaturisation deviennent de plus en plus critiques pour la réalisation de systèmes quantiques complexes. Les guides d'ondes peuvent être utilisés comme sources de lumière quantique ainsi que pour acheminer les photons sur des puces où un grand nombre de composants sont arrangés de manière compacte. Ils peuvent être conçus pour offrir un bon confinement optique, et de faibles pertes de propagation et de couplage. Dans ce projet, nous proposons de concevoir, fabriquer et caractériser une source de lumière quantique en nitrure de gallium (GaN) à intensité variable, allant des paires de photons à la lumière compressée intense. Le cristal de GaN sera déposé par croissance épitaxiale dans différentes directions en utilisant des étapes successives de microfabrication. Une telle configuration permet de faire varier la susceptibilité non linéaire du 2e ordre et de manière à ce que la non linéarité effective puisse avoir n’importe quelle fonction donnée le long de la direction de propagation. En choisissant une non-linéarité effective gaussienne continue, nous proposons de démontrer des sources de paires de photons et des faisceaux jumelés de haute pureté. Ces sources sont essentielles dans les applications en optique quantique intégrée, en particulier pour les ordinateurs quantiques. De plus, la lumière compressée permet des mesures avec une sensibilité au-delà de la limite du bruit de grenaille quantique, une telle lumière non classique trouverait des applications pour développer la prochaine génération de capteurs. En termes d'efficacité, cette source de paires de photons en GaN générera plus de paires de photons par unité d'intensité fournie que les meilleures sources de paires de photons actuelles et donc d'un grand intérêt industriel. En plus d'être le plus performant, le GaN est un semi-conducteur III-V, permettant l'intégration de composants actifs tels que des lasers et des photodétecteurs. Ce projet représente donc la première étape pour construire un dispositif quantique avec tous les composants nécessaires intégrés.

Collaborateurs: Profs. N. Quesada (PI), C. Allen (Université Laval), J. Genest (Université Laval), Y.-A. Peter

Partenaires: Ki3, Xanadu

Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

2021-2024
150 000$       

L'imagerie ultrasonore est un façon de sonder le corps pour faire un diagnostic qui est peu coûteuse, non invasive et portable, ce qui permet son utilisation répétée et permet de faire un meilleure suivi des maladies. Jusqu'à récemment, la qualité des images ultrasonores était limitée et ce type d'imagerie était souvent réalisé avant de pouvoir accéder à un imageur à grande infrastructure comme la résonance magnétique ou le scanner. Or, plusieurs innovations au courant des dernières années ont montré qu'il est désormais possible d'obtenir à l'aide des ultrasons des images de la vascularisation meilleures que par n'importe quelle autre modalité, ce qui permettrait de mieux comprendre les composantes cardiovasculaires des maladies neurodégénératives et des maladies cardiaques, par exemple. Nous travaillons au développement de cette technologie et en particulier à sa généralisation en trois dimensions. Or, pour réaliser de telles images en trois dimensions, on utilise une matrice d'éléments pouvant émettre et recevoir des ultrasons qui sont difficile à construire et qui nous forcent donc à travailler dans des conditions sous-optimales. Dans ce projet, nous proposons de complètement transformer la technologie piezoélectrique servant aujourd'hui à détecter les ultrasons, en utilisant à sa place une détection optique. Les mesures optiques sont connues comme étant les mesures les plus performantes; c'est le type de méthode qui a été récemment utilisée pour détecter les ondes gravitationnelles par exemple. Le dispositif que nous avons inventé devrait nous permettre d'obtenir de meilleures images ultrasonores à moindre coût et demander des équipements de plus petite taille.
L'objectif du projet est de construire un premier prototype et de le valider in vivo. Sur le long terme, ce projet de recherche pourrait mener à un changement de technologie pour la construction de sondes ultrasonores pour l'imagerie vasculaire qui pourrait mener à un meilleur diagnostic et une réduction de coût pour le système de santé.

Collaborateurs : Profs. J. Provost (PI), D. Seletsky, Y.-A. Peter

Subvention Alliance, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2021-2024
906 240$           

La transition globale vers une société numérique a mené à l'utilisation quotidienne de plusieurs milliards de dispositifs microélectroniques personnels. La miniaturisation, l'augmentation des performances, la fiabilité et l'intégration de circuits et systèmes hétérogènes a permis de développer les technologies nécessaires cependant les contraintes techniques des circuits imprimés limitent la fabrication des systèmes avancées. L'utilisation d'interposeurs silicium comme solution d'assemblage haute performance a permis de dépasser les limitations des circuits imprimés et des systèmes sur puce mais à un coût élevé. Ce projet propose de développer une plateforme d'interposeur silicium bas coût et accessible fabriquée au Canada.

Collaborateurs: Profs. D. Drouin (PI, Université Sherbrooke), M. Pioro-Ladrière (Université Sherbrooke), B. Gosselin (Université Laval), W.T. Ng (Université de Toronto), J.-G. Fontaine (Université Sherbrooke), Y.-A. Peter

Partenaires: CMC Microsystems, SBQuantum et Xanadu

Ministère de la Défense nationale , Innovation pour la défense, l’excellence et la sécurité (IDEeS)

2019-2023
$1 500 000         

This project aims to develop the enabling technologies for cost-effective batch fabrication and packaging of high-performance infrared sensors. Although infrared imaging was historically developed for military applications, the biggest opportunities for growth are now in commercial markets. The market for uncooled infrared imaging systems is currently estimated at 350 000 units and expected to grow to nearly 1.2 million units by 2016. Infrared imaging is recognized as an important green technology because of its numerous applications in environmental monitoring, thermography, process control, and inspection and maintenance of industrial equipment. Commercial vision applications include surveillance, automotive and maritime safety, and fire-fighting.
The main technical hurdles addressed in this project include the development wafer-level vacuum packaging, low-temperature 3D-integration with electronics, cost-efficient deposition of high quality temperature sensitive thin-film structures, and multi-physics modeling. Leveraging the resources of the partner universities, the Université de Sherbrooke and the École Polytechnique de Montréal, with industrial partners Teledyne DALSA, SPTS Technology, and the newly established MiQro Innovation Collaborative Center (C2MI) in Bromont (Québec), we develop a novel approach for the cost-effective wafer-level fabrication and packaging of high-performance infrared imaging sensors. The project does not only exploit the world-class facilities of C2MI for developing the infrared sensor, it also contributes to a wide range of new processes and know-how, notably in the high-demand areas of 3D semiconductor integration and packaging.

Collaborators: Profs. O. Moutanabbir (PI), G. Botton (McMaster University), P. Charette (Sherbrooke University), E. Abdulhakem (University of Alberta), S. Francoeur, H. Guo (McGill University), S. Kéna-Cohen, D. Seletsky, and Y.-A. Peter

Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

2018-2021
162 000$       

L’identification précise et rapide de cellules individuelles dans des échantillons hétérogènes comprenant de nombreux types cellulaires, est essentielle dans de nombreux domaines de recherche et dans des champs d’application en médecine. À ce jour, la caractérisation cellulaire à haut débit se fait dans des cytomètres en flux qui utilisent les paramètres de taille et granularité des cellules en plus de plusieurs mesures de fluorescence obtenues par l’utilisation de colorants ou d’anticorps couplés à des fluorochromes. Nous proposons que la mesure de l’indice de réfraction des cellules individuelles dans un dispositif microfluidique couplé avec la cytométrie en flux permettra de mieux définir une grande variété de lignées ou cellules primaires. Nos données préliminaires indiquent que la mesure de l’indice de réfraction permet de distinguer des sous-types cellulaires différenciés à partir d’une lignée cellulaire, alors que ces mêmes cellules sont indiscernables par cytométrie. Ainsi, le paramètre non-fluorescent qu’est l’indice de réfraction apporte un niveau de résolution supplémentaire. Nous proposons que la mesure de l’indice de réfraction amènera une meilleure définition et détection des sous-types cellulaires présents dans les échantillons biologiques complexes. À terme, ceci permettra d’améliorer l’identification rapide et précise de sous-types cellulaires. Objectif 1 – Déterminer l’indice de réfraction de plusieurs types cellulaires. Nous mesurerons l’indice de réfraction de diverses lignées de cellules humaines ainsi que des cellules sanguines primaires provenant de donneurs sains ou porteurs de cellules anormales (leucémiques par exemple) afin d’établir la capacité du dispositif à bien identifier divers types de cellules Objectif 2 – Établir la sensibilité de notre dispositif à déceler des cellules anormales parmi des cellules saines. La comparaison de la sensibilité de notre dispositif avec celle d’un cytomètre nous permettra d’ évaluer directement la performance de notre approche. Nous utiliserons des cellules anormales (lignées et cellules leucémiques) introduites à des ratios allant d’une cellule sur 100 à une cellule sur 100 000 cellules sanguines normales afin de définir la limite de détection du dispositif. Objectif 3 – En parallèle aux objectifs 1 et 2, le dispositif sera optimisé afin d’augmenter le débit de cellules analysées et d’accommoder la grande hétérogénéité des cellules présentes dans le sang périphérique. Cet objectif nous permettra de faciliter l’intégration de notre dispositif dans des appareils de cytométrie en flux ou des compteurs de cellules. Cette étape de développement technologique est essentielle pour maximiser le potentiel d’applications de notre technologie.

Collaborateurs : Profs. Y.-A. Peter, S. Lesage (Université de Montréal), J.-S. Delisle (Hôpital Maisonneuve-Rosemont)

Subvention de l'idée à l'innovation, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2017-2018
125 000$

2016
25 000$

Partenaire : Odotech

Subvention d'engagement partenarial, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2017
25 000$           

Partenaire : Senswear

Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

2013-2016
153 000$       

L'objectif de cette demande vise à améliorer la résolution de la mesure morphologique de cellules effectuée par des unités de cytométrie en flux et analyseurs de cellules. À cette fin, nous avons conçu un prototype permettant de mesurer l'indice de réfraction des cellules. Grâce à cet outil, les cytomètres en flux pourront acquérir simultanément des informations sur la forme des cellules et le contenu cellulaire, limitant ainsi la nécessité d'investigations complémentaires de microscopie. Cette avancée technologique permettra l'étude de cellules immunitaires et sanguines de façon à mieux comprendre la composition et
la fonction de celles-ci. Aussi, l'amélioration des analyseurs automatisés qui incluront la lecture de l'indice de réfraction des cellules, facilitera l'interprétation des échantillons hématologiques problématiques, permettant des diagnostics hématologiques plus rapides tout en limitant le recours à l'analyse de frottis sanguin.

Collaborateurs : Profs. Y.-A. Peter, S. Lesage (Université de Montréal), J.-S. Delisle (Hôpital Maisonneuve-Rosemont)

Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

2013-2016
191 050$         

Le projet de recherche vise à employer le savoir-faire complémentaire des membres du groupe sur la fabrication de nanofils, de fibres optiques spéciales et de microrésonateurs en exploitant les propriétés uniques des verres de chalcogénure
pour développer des convertisseurs de longueur d'onde, des sources à supercontinuum, des amplificateurs et des lasers pour l’infrarouge moyen de 2um à 5um. Les applications de ces sources couvrent les domaines de la médecine, la biologie, les procédés industriels et la surveillance de la qualité des environnements.
Grâce aux propriétés optiques et mécaniques uniques qu'ils présentent en termes de flexibilité et de configurabilité, les nanofils, les fibres optiques spéciales et les microrésonateurs sont des pièces maîtresses pour la fabrication de dispositifs
micro- et nano-photoniques.

La non-linéarité intrinsèque exceptionnelle des verres de chalcogénure permet de plus un fonctionnement de ces composants à une puissance de seuil très réduite, tout en préservant leur compacité. La basse température de transition vitreuse des chalcogénures facilite considérablement la fabrication des composants et dispositifs visés.
Ce projet engendrera des retombées bénéfiques sous forme de développement technologique de pointe, de formation d'étudiants, et de transfert technologique pour l’industrie.

Collaborateurs : Profs. M. Rochette (Université McGill), Y.-A. Peter, Y. Messaddeq

Subvention d'engagement partenarial, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2014-2015
25 000$

Partenaire : Huawei

Subvention d'engagement partenarial, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2013
25 000$

Partenaire : Meglab

Subvention de recherche et développement coopérative, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), Prompt, Mitacs

2012-2016
4 791 423$           

Ce projet développe les technologies habilitantes pour la fabrication de capteurs infrarouges haute performance à faible coût. Bien que l'imagerie infrarouge ait historiquement été développée pour des applications militaires, les plus grandes opportunités de croissance se présentent maintenant dans les marchés commerciaux. Le marché des systèmes d'imagerie infrarouge non-refroidis est actuellement estimé à 350 000 unités et devrait passer à près de 1,2 millions d'unités en 2016. L'imagerie infrarouge est reconnue comme une technologie verte importante en raison de ses nombreuses applications dans la surveillance environnementale, la thermographie, le contrôle des procédés, ainsi que l'inspection et la maintenance des équipements industriels. Les applications commerciales de vision infrarouge comprennent la surveillance, la sécurité automobile et maritime, et la lutte aux incendies.

Les principaux défis adressés par ce projet sont le développement d'encapsulation sous vide au niveau de la tranche, l'intégration 3D à basse température avec l'électronique, le dépôt de structures en couches minces formant les capteurs, et la modélisation multi-physique. Combinant l'expertise des universités partenaires, l'Université de Sherbrooke et l'École Polytechnique de Montréal, avec celles des partenaires industriels Teledyne DALSA, SPTS Technologies, et le nouveau Centre Collaboratif MiQro Innovation (C2MI), l'équipe développe une nouvelle approche de fabrication et d'encapsulation de capteurs infrarouge haute performance à faible coût. Le projet bénéficie des installations de classe mondiale du C2MI pour le développement du capteur et contribue également à la mise en place d'un large éventail de nouveaux procédés et de savoir-faire, dans les domaines à forte demande d'intégration 3D et d'encapsulation des semi-conducteurs.

Collaborateurs : Profs. P. Charette (PI), D. Drouin, S. Charlebois, L. Fréchette (Université Sherbrooke), and P. Desjardins, Y.-A. Peter, O. Moutanabbir

Partenaire : Teledyne Dalsa

Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

2010-2013
168 526$

Le projet de recherche vise à employer le savoir-faire complémentaire des membres du groupe sur la fabrication de nanofils et de microrésonateurs en exploitant les propriétés uniques des verres de chalcogénure pour développer une plate-forme de technologie pour l’infrarouge moyen (1-20 microns).
Grâce aux propriétés optiques et mécaniques uniques qu'ils présentent en termes de flexibilité et de configurabilité, les nanofils faits de fibre optique et les microrésonateurs ont le potentiel pour devenir des pièces maîtresses pour la fabrication de dispositifs micro- et nano-photoniques.

La non-linéarité intrinsèque exceptionnelle des verres de chalcogénure permet de plus un fonctionnement de ces composants à une puissance de seuil très réduite, tout en préservant leur compacité. La basse température de transition vitreuse des chalcogénures facilite en outre considérablement la fabrication des composants et dispositifs visés.

De tels dispositifs comprennent les nanofils, coupleurs, résonateurs, capteurs, amplificateurs, et lasers. Les champs d’applications visés incluent la biomédecine, l’instrumentation optique et les télécommunications. Ce projet engendrera des retombées bénéfiques sous forme de développement technologique de pointe, de formation d'étudiants, et de transfert technologique pour l’industrie.

Collaborateurs : Profs. S. Lacroix (PI), N. Godbout, Y.-A. Peter, M. Rochette (Université McGill)

Subvention de projets stratégiques, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2008-2011
543 100$         

Collaborateurs : Profs. Y.-A. Peter (PI), L. J. Dubé (Université Laval), J. L. Nadeau (McGill)

Partenaires : MPB Communications Inc., AvidBiotics Corp.

Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)

2007-2010
181 244$         

Les microcavités optiques sont des structures diélectriques qui permettent le stockage de puissance optique dans des volumes de quelques micromètres à des fréquences de résonnance spécifiques. Ce phénomène a des applications en optique (petites tailles de faisceau laser pour lecture/écriture des CD/DVD), télécommunication (transmission laser à longue distance), et dans les senseurs bio-chimiques (protéines et eau lourde). La puissance optique est principalement située sur les bords de la cavité, ce qui rend le dispositif très sensible à son environnement et par conséquent en fait un senseur très intéressant. Par analogie avec les modes acoustiques, les modes propres des résonateurs diélectriques bidimensionnels sont de type "whispering gallery". Ces modes sont caractérisés par un grand confinement de la lumière près de la frontière de la cavité et permettent donc un bon couplage avec l'extérieur. Chaque mode propre est caractérisé par sa longueur d'onde, son facteur de qualité et sa directionnalité imposée en partie par la symétrie spatiale du système. Les études effectuées jusqu'à présent montrent l'effet d'un certain nombre de paramètres sur ces caractéristiques, à savoir: la forme et la taille de la cavité, l'indice de réfraction ainsi que la différence d'indice avec l'extérieur. Le contrôle de ces paramètres et la compréhension de leur influence sur les caractéristiques d’émission sont à la base de ce projet. Notre but est la réalisation d’applications de ces microcavités dans le domaine des senseurs bio-chimiques, des modulateurs compacts, des coupleurs accordables ou des dispositifs optiques non-linéaires.

Collaborateurs : Profs. Y.-A. Peter (PI), L. J. Dubé (Université Laval)

Subvention de projets stratégiques, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2006-2009
515 000$         

Collaborateurs : Profs. Y.-A. Peter (PI), M. Skorobogatiy, O. Guenat, J. L. Nadeau (McGill)

Partenaires : Nanometrix, Altairnano

Subvention de recherche et développement coopérative, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)

2006-2009
90 000$    

Le but du projet est de fabriquer des dispositifs de dimensions micrométriques à base de silicium, compatibles avec les fibres optiques et donc adaptés aux réseaux de télécommunications optiques et de capteurs. L'élément de base de ces dispositifs est une tranche verticale de silicium fabriquée par des techniques de microusinage. L'association en série de plusieurs tranches permet de concevoir toutes sortes de composants utiles si l'on choisit judicieusement les épaisseurs des tranches de silicium et les épaisseurs d'air les séparant. Miroirs, filtres spectraux et capteurs de polluants font partie des applications envisagées. L'originalité du concept présenté ici réside dans la compacité du composant (quel que soit la fonction du composant, quatre tranches de silicium suffisent en général pour obtenir la réponse ciblée) et dans la possibilité de déformer le composant par application de tensions électriques sur les tranches. Le projet comprend la fabrication de tels dispositifs MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), les tests et la démonstration de l'utilisation de prototypes. À titre d'exemple d'application, un laser à fibre accordable grâce à un tel dispositif sera construit.

Collaborateurs : Profs. Y.-A. Peter (PI), N. Godbout, S. Lacroix, M. Skorobogatiy, R. Kashyap

Partenaire : MPB Communications Inc.