La ministre des Sciences du Canada, Kirsty Duncan, le président du Comité directeur des Chaires d’excellence en recherche du Canada, Ted Hewitt et le président du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), Mario Pinto, se sont donné rendez-vous à Québec, le 14 décembre, pour une importante annonce conjointe dans le cadre de l’Année internationale de la lumière, décrétée par l’Unesco. Au Pavillon d’optique-photonique, ces invités ont annoncé la création de deux chaires de recherche en optique-photonique à l’Université Laval: la Chaire d’excellence en recherche du Canada sur la neurophotonique et la Chaire de recherche industrielle du CRSNG-Coractive-TeraXion-LaserAX-TLCL sur les composants et dispositifs photoniques photo-inscrits au laser femtoseconde.

Leur création s’accompagne d’un premier investissement de 12 M$. De ce montant, 10 M$ sur 7 ans iront à la nouvelle chaire d’excellence et plus de 2 M$ sur 5 ans seront investis dans la nouvelle chaire industrielle du CRSNG. À terme, l’Université aura reçu plus de 27 M$ pour la chaire d’excellence. Le reste de son financement proviendra d’autres partenaires, dont le gouvernement du Québec.

«Les investissements majeurs du gouvernement fédéral confirment le statut de Québec comme pôle d’excellence dans le domaine, a déclaré le recteur Denis Brière. En misant autant sur la neurophotonique en psychiatrie que sur le perfectionnement de techniques de pointe en sources laser femtoseconde, l’Université Laval rayonne à travers le monde et deviendra un lieu incontournable pour ces sciences de la lumière.» Selon lui, si l’Université a pu développer ses forces en ce domaine, c’est notamment parce que les pouvoirs publics, dont le gouvernement du Canada, ont soutenu l’excellence de ses chercheurs.

Pour sa part, la ministre Duncan a souligné que les travaux novateurs que mèneront les deux titulaires, Pierre Marquet pour la chaire d’excellence et Réal Vallée pour la chaire du CRSNG, pourraient procurer des avantages d’ordres social, économique et scientifique considérables aux Canadiens. «L’annonce d’aujourd’hui, a-t-elle dit, témoigne du ferme engagement du gouvernement pour les sciences et de sa volonté de faire du Canada un lieu de prédilection pour les chercheurs les plus éminents.»

Identifier de nouveaux biomarqueurs de vulnérabilité

Pierre Marquet est un médecin psychiatre et ingénieur physicien suisse. Jusqu’à tout récemment, il dirigeait une unité de recherche au Centre hospitalier universitaire vaudois à Lausanne. Ce qui l’a attiré à l’Université Laval? «La possibilité de travailler avec des moyens de recherche substantiels, répond-il. Le paysage scientifique dans lequel j’allais travailler a aussi compté dans ma décision. Le Centre d’optique-photonique et laser (COPL) de l’Université Laval est assez fantastique et le programme de neurophotonique est assez unique.»

La Chaire d’excellence en recherche du Canada sur la neurophotonique est la troisième du genre à l’Université Laval. Au total, sept ont été attribuées à ce jour aux universités québécoises. À l’échelle du Canada, 17 universités ont obtenu 25 chaires d’excellence.

Les chercheurs auront pour mandat de développer un ensemble de nouvelles techniques optiques multimodales à très haute résolution qui permettront d’explorer la structure et la dynamique cellulaire à l’échelle nanométrique du cerveau. Ces techniques serviront à identifier de nouveaux biomarqueurs de vulnérabilité de grandes maladies psychiatriques comme la schizophrénie, le trouble bipolaire et la dépression sévère. Ces troubles peuvent débuter dès l’enfance. «On ne devient pas schizophrène un matin, indique Pierre Marquet. Cela démarre de manière insidieuse, comme le cancer.» Selon lui, des interventions extrêmement précoces et possiblement curatives, avant l’apparition des symptômes invalidants, sont envisageables. Dans leurs travaux, les chercheurs auront accès à des données sur des enfants et leurs parents recrutés dans l’est du Québec.

À l’échelle de la femtoseconde

La nouvelle Chaire de recherche industrielle du CRSNG-Coractive-TeraXion-LaserAX-TLCL sur les composants et dispositifs photoniques photo-inscrits au laser femtoseconde reçoit un financement de plus de 2 M$. Quatre entreprises partenaires, CorActive, TeraXion, LaserAX et TLCL Recherche optique, font une contribution en argent. Elles feront aussi du prêt d’équipements, de services et de laboratoires.

Une femtoseconde correspond à un millionième de milliardième de seconde. À ces vitesses, les impulsions ultrabrèves et intenses produites par un laser interagissent sur un matériau avec un minimum d’effets thermiques dommageables. «On arrive à la matière un peu par surprise et de manière très précise, avant qu’elle ait eu le temps d’enclencher des changements dus à la chaleur», explique le professeur Réal Vallée, du Département de physique, de génie physique et d’optique. Les sources laser femtoseconde ont ouvert la voie à de nouveaux procédés de traitement et d’usinage des matériaux. Les dispositifs et composants développés par les chercheurs de la chaire serviront dans des champs d’application comme les télécommunications, la microchirurgie et la défense.

Un développement spectaculaire

Dans la région de Québec, la filière de l’optique-photonique a connu un développement spectaculaire grâce au rôle clé joué par l’Université Laval. Entre les années 1960 et 2000, celle-ci a formé plus de la moitié des chercheurs canadiens du domaine. Deux moments charnières sont à retenir. En 1985, l’Institut national d’optique voyait le jour à l’initiative de l’Université. En 2006, le COPL démarrait ses activités sur le campus. Les travaux de recherche menés à l’Université ont contribué à faire de la région de Québec un pôle d’excellence reconnu dans le monde entier en optique-photonique. Les chiffres parlent d’eux-mêmes. On trouve près de 80% de l’expertise québécoise dans la région de Québec. Ce domaine représente 10 chaires et 8 groupes de recherche ainsi que 5 centres de recherche majeurs. Quelque 40 entreprises en optique-photonique ont un chiffre d’affaires annuel combiné de 400 M$. Environ 85 % des technologies fondées sur la lumière mises au point dans ces entreprises sont exportées. Au total, la région compte plus de 3 000 travailleurs spécialisés en optique-photonique, dont 800 chercheurs.

Regroupement multidisciplinaire et multi-institutionnel, le COPL réunit une quarantaine de professeurs et plus de 250 étudiants diplômés dans 8 établissements universitaires au Québec. «L’Université Laval a été un pionnier en optique-photonique au Canada, rappelle Réal Vallée. Nous avons mis en place une masse critique de chercheurs. Nous faisons le pont entre la recherche fondamentale et des applications commerciales variées.»


Le chercheur Pierre Marquet dirigera une recherche hautement interdisciplinaire.
Photo: École polytechnique fédérale de Lausanne

Les chercheurs de la chaire que dirigera Réal Vallée travailleront à l’échelle de la femtoseconde, soit à un millionième de milliardième de seconde.

La nouvelle chaire d’excellence a pour mission de mieux comprendre la pathogenèse des grandes maladies psychiatriques afin de pouvoir les détecter et les traiter précocement.

Une gamme de procédés industriels est maintenant envisageable grâce aux interactions laser-matière ultrarapides.