Capacités du CNRC en infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Capacité du CNRC en infrastructure intelligente et villes de l'avenir (PDF, 1,3 Mo)

Principales occasions pour le Canada

  • L'Amérique du Nord est l'une des régions les plus urbanisées de la planète (82 % de la population vivait dans des régions urbaines en 2014).
  • Devant l'accélération de l'urbanisation, les problèmes liés au développement durable iront en s'accroissant dans les villes et nécessiteront le recours à des solutions technologiques adaptées.
  • Les villes intelligentes reposent sur l'utilisation de données et l'exploitation de nombreuses technologies : télécommunications, systèmes à large bande, capteurs, médias sociaux, collecte et intégration de données, automatisation, analyse et visualisation de l'information pour fournir des analyses en temps réel de la situation.
  • La plupart des infrastructures seront devenues « intelligentes » d'ici à 2030 et seront appuyées par des systèmes de transport intelligents, adaptatifs et connectés.
  • Le recours à l'énergie renouvelable et aux technologies de stockage de l'énergie et de mesure de la qualité et de la charge électrique contribuera au développement de solutions pour réseaux électriques intelligents.
  • La demande pour des matériaux de construction et des éléments d'infrastructure écologiques, durables et à haut rendement est forte.

Défis pour le Canada

  • Consommation élevée d'énergie : Au Canada, les transports produisent environ 23 % des émissions totales de gaz à effet de serre, suivis de près par les immeubles, dont la consommation d'énergie représente 12 % du total (rapport de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques du Canada).
  • La congestion routière dans les villes canadiennes s'accentue et engendre des pertes de productivité, en plus d'accroître le stress vécu par les citoyens et la pollution sonore et atmosphérique.
  • Les villes canadiennes sont exposées à des phénomènes météorologiques extrêmes et aux effets des changements climatiques (inondations, tempêtes, etc.).
  • Changements démographiques : Les villes doivent composer avec le vieillissement de la population (transports accessibles, habitation, soins médicaux et services récréatifs) et la diversité (afflux d'immigrants).
  • Enjeux financiers et pouvoirs insuffisants : Incapacité des municipalités (pourtant premières responsables) de financer la R-D et la mise en place de solutions à grande échelle sans l'aide du gouvernement.

Contributions possibles du CNRC

Infrastructure

Infrastructure physique (routes, ponts, bâtiments, traitement des eaux, voies navigables) et infrastructure de technologies de l'information et des communications

Transport efficace

Transport en commun, gestion de la circulation, stationnement, logistique, mobilité connectée et véhicules de conduite autonome, intégration avec l'infrastructure physique et les réseaux électriques, et planification des villes pour accroître l'efficacité des déplacements de biens et de personnes dans des milieux urbains et interurbains

Énergie et environnement

Énergie renouvelable, stockage d'énergie, agroalimentaire et agriculture urbaine, transport éconergétique peu polluant, gestion des déchets

Engagement communautaire et planification

Technologies habilitantes soutenant les services offerts par les collectivités (habitations, loisirs, gestion des urgences) et planification urbaine (peut comprendre des études sociales sur l'interaction entre les habitants et l'environnement urbain)

Occasions examinées par le CNRC

Le laboratoire vivant

  • Banc d'essai de la ville intelligente visant à quantifier et à démontrer les avantages de ce concept.
  • Occasions de partenariats multiples (ex. : des municipalités, d'autres organisations gouvernementales, des associations sectorielles, des universités, des projets de sciences sociales, de planification urbaine).

La ville intégrée

  • Transport efficace : Intégration de la mobilité des personnes et des déplacements de marchandises dans l'infrastructure interurbaine et urbaine de base.
  • Systèmes de transport efficaces et intégrés à l'infrastructure urbaine.
  • Planification des environnements urbains pour favoriser la mobilité et le recyclage des infrastructures superflues (parcs de stationnement convertis en éléments du nexus énergie-alimentation-eau) au fur et à mesure que la population délaisse les moyens de transport individuels.

NEXUS ÉNERGIE-ALIMENTATION-EAU

  • Cyclage biologique (biocyclage) urbain durable.
  • Approche systémique à la création des plateformes technologiques nécessaires au nexus.

Regroupements des compétences de R-D au CNRC

Infographique portant sur le regroupement des compétences de recherche-développement au CNRC. La description détaillée de ce graphique suit.
Description détaillée de l'infographique portant sur le regroupement des compétences de recherche-développement au CNRC.

Le CNRC alimente l'innovation tout au long de la vie d'un produit.
L'expertise du CNRC dans les plateformes technologiques appuie la phase de planification.
L'expertise du CNRC dans les systèmes de production ainsi que dans les processus énergétiques et les émissions favorisent une fabrication efficace.
L'expertise du CNRC dans les systèmes de transport, systèmes et immeubles intelligents soutient la phase du développement de produits.
La phase finale est la mise en marché.

Grandes plateformes technologiques

Intelligence artificielle

  • Visionique et analyse des images
  • Robots adaptables; futures plateformes de robotique pour la fabrication de pièces
  • Déchiffrage des émotions à partir du langage
  • Méthodes d'extraction de l'information de la prochaine génération par apprentissage en profondeur
  • Reconnaissance de la parole
  • Optimisation de la gestion des talents en ressources humaines par l'intelligence artificielle

Nanomatériaux

  • Nanoélectronique
  • Nanocapteurs
  • Matériaux intelligents
  • Nanocomposites
  • Nanostructures auto-assemblées
  • Nano-impression
  • Nanoplasmonique
  • Nano-argile
  • Nanorevêtements

Analyse de méga données

  • Entretien anticipé de l'équipement
  • Gestion de l'énergie
  • Distribution et stockage optimaux de l'énergie par l'intelligence artificielle
  • Connaissance et surveillance des éléments chimiques dangereux
  • Optimisation des procédés et de la conception

Électronique imprimable pour l'Internet des objets

  • Encres et matériaux
  • Techniques d'impression
  • Composants électroniques imprimés de grande taille, souples et extensibles
  • Applications : capteurs pour l'Internet des objets, électronique vestimentaire, antennes, étiquettes d'identification par radiofréquence, surfaces intelligentes, emballage, sécurité, signalisation

TI-Compétences en systèmes intelligents

Technologies propres

  • Entretien préventif de matériel, ex. : roues de train
  • Gestion énergétique d'immeubles ou de véhicules
  • Optimisation du stockage et de la distribution d'énergie
  • Compréhension et suivi des éléments chimiques dangereux

Visionique

  • Interprétation de la morphologie, des repères corporels et du mouvement dans les images
  • Interprétation d'images multispectrales pour diagnostic médical ou détection de défauts
  • Combinaison d'images multiples pour comprendre la géométrie des objets dans l'espace, y compris une représentation du cerveau humain en haute résolution

Communication humaine

  • Traduction automatisée améliorée grâce à l'apprentissage profond (Facebook)
  • Compréhension des émotions exprimées dans le langage
  • Technologie d'extraction d'information de nouvelle génération au moyen de l'apprentissage profond
  • Reconnaissance vocale
  • Optimisation de la gestion des talents pour les entreprises de ressources humaines
  • Compréhension des langues autochtones

Médecine

  • Automatisation de la recherche médicale dans des dossiers électroniques
  • Interprétation d'images médicales à des fins de diagnostic
  • Fusion de mégaensembles de données pour détecter des éclosions de maladie
  • Interprétation de mégaensembles de données produits par des expériences biologiques pour découvrir des signes diagnostiques et des médicaments potentiels

Fabrication

  • Robotique
    • Plateformes robotiques de l'avenir pour l'assemblage, la finition et l'intégration
    • Plateformes robotiques de l'avenir pour la fabrication de pièces
    • Robots adaptatifs
  • Visionique
    • Systèmes de vision
    • Capteurs d'image
    • Analytique de mégadonnées
    • Logiciels de traitement et d'analyse

Agriculture

  • Génomique pour l'amélioration des cultures
  • Résistance aux agents pathogènes grâce à des agents antifongiques d'origine naturelle
  • Analyse des effets des changements climatiques sur les interactions entre les cultures et les agents pathogènes

Bâtiments intelligents

Matériaux fonctionnels

  • Murs et planchers montés sur les lieux avec des dérivés améliorés du bois
  • Nanomatériaux bonifiés renouvelables, biocompatibles et biodégradables
  • Métrologie des éclairages DEL : habilitation des solutions d'éclairage à haut rendement en vue d'importantes économies d'énergie sans que l'éclairage essentiel s'en ressente dans les infrastructures vertes

Codes et normes

  • Conseils et aide sur les codes et les normes : Code national de l'énergie pour les bâtiments, établissement des exigences techniques pour la conception et la construction de nouveaux bâtiments à haut rendement énergétique et la rénovation des bâtiments existants; le Code national du bâtiment s'applique aussi à la rénovation des bâtiments existants
  • Développement d'outils de détection (par ex., nanoparticules dans l'eau et les aliments) et de caractérisation, matériaux de référence
  • Soutien de l'élaboration de normes de qualité, hygiène, sécurité et environnement et travail sur la réglementation ainsi qu'en développement commercial

Enveloppe

  • Technologies de façade pour rendre les bâtiments thermiquement plus efficaces avec la collecte d'énergie, la gestion de l'énergie solaire et le respect des exigences liées à l'éclairage naturel, la durabilité et le contrôle de l'humidité
  • Solutions et technologies peu énergivores
  • Meilleure maîtrise stratégique des paramètres humains en vue de rehausser la productivité organisationnelle et le rendement énergétique
  • Métrologie des images 3D pour améliorer les procédés et minimiser les déchets, et évaluation des bâtiments en vue de leur réfection ou d'une plus longue vie utile

TIC et intégration au réseau

  • Contrôle intelligent de l'environnement
  • Solutions de communication et de gestion normalisées avec plateformes interactives
  • Connexion et intégration des systèmes énergétiques dans les bâtiments, postes de recharge des véhicules et réseaux d'électricité intelligents
  • Composants pour applications de courte portée à forte densité de données afin de réduire la congestion sur les réseaux d'accès et dans les centres de données
  • Analyse d'impact du réseau, analyse de mégadonnées (compteurs intelligents, analyse de réseau), modélisation et intégration des systèmes

Production d'énergie et émissions

Hydrogène propre

  • Installation spéciale certifiée H2
  • Expertise en codes et normes, et soutien
  • Développement, conception, essai de matériaux pour catalyseurs et membranes
  • Conversion de l'énergie électrochimique : H2, piles à combustible, électrolyseurs
  • Stockage du H2

Efficacité des procédés

  • Développement et optimisation de procédés : capteurs et matériaux pour des procédés miniers plus performants
  • Électrochimie bactérienne : production directe d'électricité à partir de matériaux biodégradables pour une épuration des eaux usées à bilan énergétique neutre ou positif

Réduction des émissions

  • Méthodes de mesure et normes pour le noir de carbone et d'autres émissions dans divers secteurs (aviation, transport maritime, transport routier, pétrole et gaz en amont)
  • Élaboration plus simple de nouvelles normes de certification pour les émissions
  • Surveillance des polluants environnementaux et atmosphériques au sol et en vol
  • Culture d'algues avec les émissions de CO2 industrielles et transformation de la biomasse algale en produits durables, tels les biocarburants

Systèmes de production

Fabrication adaptative et laboratoires de fabrication souple

  • Robots autonomes et semi­autonomes
  • Robots de collaboration et robots assistés par l'être humain
  • Systèmes de fabrication mobiles et reconfigurables

Systèmes mécatroniques et robotiques

  • Futures plateformes robotiques pour l'assemblage et la finition
  • Futures plateformes de robotique pour la fabrication de pièces
  • Robots adaptatifs

Métrologie et détection

  • Systèmes et technologies de détection
  • Quantification en ligne
  • Essais non destructifs
  • Assurance de la qualité

Fabrication additive

  • Pulvérisation à froid
  • Lit de poudre à faisceau d'électrons
  • Lit de poudre laser
  • Caractérisation des matériaux
  • Formulation de polymères et de composites à haute performance pour la fabrication additive

Systèmes de transport efficaces

Efficience énergétique

  • Électrification du transport
  • Véhicules à faible consommation d'essence
  • Développement, évaluation et optimisation du rendement de systèmes énergétiques dans le contexte canadien

Optimisation de parcs de véhicules urbains

  • Intégration de parcs de véhicules urbains multimodaux pour accroître l'efficacité des déplacements des personnes et des biens
  • Planification et optimisation des itinéraires pour réduire les coûts d'exploitation, les émissions et rehausser l'expérience de l'utilisateur
  • Essai et validation de nouvelles technologies intelligentes pour parcs de véhicules
  • Technologies de connexion véhicule­-infrastructure (V2I)

Intégration énergétique

  • Infrastructure de distribution d'énergie pour le transport
  • Intégration de véhicules au réseau électrique (V2X)

Transport interurbain

  • Chaînes d'approvisionnement intermodales efficaces
  • Évaluation et développement de technologies pour réduire la résistance au roulement et la consommation de carburant
  • Influence sur l'élaboration des règlements sur les GES visant les véhicules légers et les véhicules lourds

Emplacement des plateformes de collaboration du CNRC

London (Ontario)

  • Fabrication additive
  • Développement de produits
  • Consolidation laser
  • Micro-usinage
  • NOUVEAU (Centre de solutions en fabrication de pointe pour l'automobile)

Edmonton (Alberta)

  • Institut national de nanotechnologie (INNT)

Winnipeg (Manitoba)

  • NOUVEAU (Centre de fabrication de pointe)
  • Conception, modélisation, simulation de procédés
  • Ingénierie et intégration des systèmes de fabrication
  • Laboratoire pilote de fabrication souple

Ottawa (Ontario)

  • Visionique
  • Analyse de méga données
  • Métrologie
  • Caractérisation et essai de matériaux
  • Centre canadien de fabrication de dispositifs photoniques

Mississauga (Ontario)

  • NOUVEAU (Campus canadien de fabrication des matériaux de pointe)
  • Matériaux évolués pour la fabrication numérique, l'électronique imprimable, les objets, dispositifs, capteurs intelligents, etc.

Montréal – Royalmount (Québec)

  • Usine pilote de biofabrication
  • Analyse des produits biologiques évolués

Montréal/Boucherville (Québec)

  • Procédés d'usinage et d'outillage intelligents
  • Robotique et automatisation
  • Modélisation et simulation
  • Matériaux de pointe
  • Dispositifs médicaux
  • NOUVEAU (Centre de solutions en fabrication de pointe pour l'aéronautique)

Saguenay (Québec)

  • Allègement des structures
  • Assemblage et formage de l'aluminium
  • Assemblage de l'aluminium et de matériaux multiples
  • Fabrication hybride (extrusion, forgeage, moulage)

Personne-ressource

Pour de plus amples renseignements sur le soutien que peut vous apporter le CNRC dans le domaine de l'infrastructure intelligente et des villes de l'avenir, veuillez communiquer avec :

Mark Stoochnoff, Conseiller en affaires, Technologies de l'information et des communications
Téléphone: 613-991-0910
Courriel : Mark.Stoochnoff@nrc-cnrc.gc.ca

Date de modification :