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

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.

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir 2

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.

3 Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Contributions possibles du CNRC

Secteurs principaux Enjeux

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)

4 Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Occasions ciblées par le CNRC

LE LABORATOIRE VIVANT − VILLAGE DE WATERSIDE Banc d’essai de la ville intelligente visant à quantifier et à démontrer les avantages de ce concept. Occasions de partenariats multiples (ex. : avec la Ville d’Ottawa, la Société immobilière du Canada, des associations sectorielles, des universités, des projets de sciences sociales, de planification urbaine).

RÉSOUDRE LE DÉFIS NEXUS ÉNERGIE-ALIMENTATION-EAU

Cyclage biologique (biocyclage) urbain durable. Approche durable pour le développement des plateformes technologiques nécessaires pour résoudre les problèmes créés par les interactions.

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-eau-alimentation) au fur et à mesure que la population délaisse les moyens de transport individuels.

5 Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Regroupements des compétences de R-D au CNRC

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Plateformes technologiques

Systèmes intelligents

Processus énergétique et

émissions

Systèmes de production

Immeubles intelligents

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

PLANIFICATION FABRICATION

EFFICACE

SOUTIEN AU DÉVELOPPEMENT

DE PRODUITS

MARCHÉ

7 Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Grandes plateformes technologiques

Intelligence artificielle • Nanoélectronique • Nanocapteurs • Matériaux intelligents • Nanocomposites • Nanostructures auto-

assemblées • Nano-impression • Nanoplasmonique • Nano-argile • Nanorevêtements

Analyse de méga données

Nanomatériaux

Électronique imprimable pour l’Internet des objets

• 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

• 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

• 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

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Technologies propres

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

• 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

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Visionique

Communication humaine

TI-Compétences en systèmes intelligents

• 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

• 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

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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

• 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

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Agriculture

TI-Compétences en systèmes intelligents

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Matériaux fonctionnels

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

• 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

• 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

• 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

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Codes et normes

Enveloppe

Bâtiments intelligents

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Hydrogène propre

• 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

• 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

• 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

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Efficacité des procédés

Réduction des émissions

Production d’énergie et émissions

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Fabrication adaptative et laboratoires de fabrication souple

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

• Futures plateformes robotiques pour l’assemblage et la finition

• Futures plateformes de robotique pour la fabrication de pièces

• Robots adaptatifs

• Robots autonomes et semiautonomes

• Robots de collaboration et robots assistés par l’être humain

• Systèmes de fabrication mobiles et reconfigurables

• Systèmes et technologies de détection

• Quantification en ligne

• Essais non destructifs • Assurance de la

qualité

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Systèmes mécatroniques et robotiques

Métrologie et détection

Systèmes de production

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Efficience énergétique

• Infrastructure de distribution d’énergie pour le transport

• Intégration de véhicules au réseau électrique (V2X)

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Systèmes de transport efficaces

• Électrification du transport • Véhicules à faible

consommation d’essence • Développement, évaluation et

optimisation du rendement de systèmes énergétiques dans le contexte canadien

• 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)

• 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 gaz à effet de serre visant les véhicules légers et les véhicules lourds

Transport interurbain Intégration énergétique

Optimisation de parcs de véhicules urbains

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Winnipeg (Man.) • NOUVEAU (Centre de fabrication de pointe) • Conception, modélisation, simulation de

procédés • Ingénierie et intégration des systèmes de

fabrication • Laboratoire pilote de fabrication souple

London (Ont.) • Fabrication additive • Développement de produits • Consolidation laser • Micro-usinage • NOUVEAU (Centre de solutions

en fabrication de pointe pour l’automobile)

Ottawa (Ont.) • Visionique • Analyse de méga données • Métrologie • Caractérisation et essai de

matériaux • Centre canadien de fabrication de

dispositifs photoniques

Saguenay (Québec) • Allègement des structures • Assemblage et formage de

l’aluminium • Assemblage de l’aluminium et de

matériaux multiples • Fabrication hybride (extrusion,

forgeage, moulage)

Mississauga (Ont.) • 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/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)

Montréal – Royalmount (Québec) • Usine pilote de biofabrication • Analyse des produits biologiques

évolués

Edmonton (Alb.) • Institut national de

nanotechnologie (INNT)

Emplacement des plateformes de collaboration du CNRC

Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

Bureaux du PARI Installations de R-D du CNRC

15 Infrastructure intelligente et villes de l’avenir

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 aux affaires du portefeuille Technologies de l'information et des communications Courriel : Mark.Stoochnoff@cnrc-nrc.gc.ca Tél. : 613-991-0910