La réponse à un bon nombre de questions liées à la compréhension de certains phénomènes naturels peut être apportée par le développement de modèles mathématiques. Bien que ces problèmes soient très complexes et de dimension infinie, les approches mathématiques permettent de les ramener à un nombre fini de systèmes d’équations. Ceci passe d’abord par une discrétisation de l’espace en tenant compte des différentes contraintes de passage d’un milieu à un autre ainsi que des propriétés physiques de chacune des variables.

L’époque actuelle est incontestablement riche en développements dans le domaine de l’exploration spatiale. Alors que le retour d’humains en orbite autour de la Lune (Artemis II) et sur la Lune (Artemis III) est imminent, les missions robotisées d’exploration spatiale s’y préparent activement.

En trois décennies, la situation énergétique mondiale est devenue une préoccupation majeure des décideurs politiques, mais aussi des scientifiques et de l’ensemble des populations. La prise de conscience croissante de l’absolue nécessité d’utiliser les ressources énergétiques de manière plus durable et de développer de nouvelles technologies plus efficaces énergétiquement a créé de nouveaux défis. Au Canada, les secteurs primaire et manufacturier de l’industrie consomment à eux seuls pratiquement la moitié de l’énergie totale.

La circulation des océans et des glaces comprend des processus agissant sur une vaste gamme d’échelles spatiales et temporelles. À l’échelle planétaire, les océans répartissent la chaleur sur des siècles, voire des millénaires. À l’échelle centimétrique, la turbulence engendre un mélange des masses d’eau ainsi qu’un transport vertical de chaleur, de nutriments et de gaz carbonique. Entre ces deux extrêmes, il existe une riche variété de processus dynamiques intriqués ayant un impact significatif sur le système climatique.

Les applications des matériaux sont en perpétuel raffinement, tant du point de vue des alliages que des applications de fine pointe. Pour le Québec, l’exploitation de nos matières premières représente principalement une industrie primaire, créant des emplois bien rémunérés loin des grands centres. Par contre, avec le progrès scientifique et technologique, le Québec peut devenir bien plus qu’un producteur primaire. En effet, il existe une force concrète en recherche et développement au Québec qui étudie les différentes applications des matériaux d’avant-garde.

Les ressources aquatiques au Québec, qui regroupent autant les animaux et les plantes retrouvés à l’état sauvage que ceux produits par les activités aquacoles, sont confrontées à des enjeux multidisciplinaires et intersectoriels. Dans un contexte d’autosuffisance alimentaire et d’exploitation industrielle, les ressources aquatiques se trouvent sous pression. Cela entraîne divers problèmes autant sur les plans biologique, environnemental, social, culturel et politique, en plus de représenter des défis pour leur gestion dans un contexte de développement durable.

L’industrie laitière représente un secteur économique de très haute importance pour le Québec. Considérant les attentes du consommateur, les exigences du marché et les normes de qualité en constante évolution, il est primordial d’investir dans la recherche et l’innovation afin que l’industrie puisse produire, de façon durable, un lait de très haute qualité. Problématique

Dans les régions ressources, les industries minières, forestières, de la transformation métallique, de l’aluminium, etc. produisent d’énormes volumes de déchets solides qui sont transportés, entreposés ou enfouis, faute de pouvoir leur donner une seconde vie en les recyclant ou en les valorisant. Il en est de même pour les déchets de plastique, liés à notre consommation domestique.

En raison des contraintes environnementales et économiques, plusieurs laboratoires internationaux ont entrepris des travaux sur la valorisation de la biomasse dans des produits écologiques. Par ailleurs, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) considère la biomasse comme une solution pour le développement ou l’amélioration des bioproduits en remplacement de ceux issus des carburants fossiles ou de procédés industriels polluants.

Le Canada est reconnu pour le développement de nouvelles technologies de télécommunications. Le Canada est aussi reconnu comme étant un vaste pays. En 2016, le Conseil de la radiodiffusion des télécommunications canadiennes (CRTC) a déclaré que l’accès à Internet était un service essentiel et a établi des vitesses minimales. Depuis quelques années, plusieurs paliers gouvernementaux ont investi des milliards de dollars pour améliorer les infrastructures hors des grands centres urbains.

La dégradation de la qualité microbienne de l’eau dans les systèmes d’eau chaude et froide est reconnue comme une source importante d’infections, particulièrement pour les personnes vulnérables. Au Québec, des éclosions en milieu hospitalier ont été associées à des pathogènes hydriques tels que Legionella, Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, et Serratia marcescens. Les systèmes d’eau des établissements hospitaliers présentent des sites d’amplification et de transmission de résistances multiples aux antibiotiques.

La multiplication des mines en roche dure avec des teneurs relativement faibles a entraîné ces dernières années l’augmentation significative de la production de rejets solides. La gestion des résidus (rejets de concentrateur) et des roches stériles soulève cependant d’importants défis opérationnels et techniques, incluant ceux liés à leur stabilité physique ainsi qu’aux risques de génération de drainage minier acide (DMA) ou de drainage neutre contaminé (DNC). Plusieurs exemples récents nous rappellent que ces risques sont bien réels.

Les applications de nouvelle génération dans diverses industries, allant de l’électronique à la santé en passant par l’énergie et les technologies environnementales, exigent de plus en plus l’utilisation de polymères fonctionnels. Ces matériaux polyvalents présentent une capacité remarquable à s’adapter et à améliorer leurs propriétés, ce qui les rend indispensables pour les innovations de pointe.

Dans la dernière décennie, on a pu constater une prise de conscience collective des populations, des scientifiques et des politiques envers les enjeux environnementaux. Ainsi, une exploitation durable et responsable des métaux émergents devient une priorité. En effet, ces métaux se trouvent être nécessaires dans le monde d’aujourd’hui et de demain, car présents dans l’électronique, les batteries des véhicules électriques, etc.

L’approvisionnement énergétique des communautés éloignées et des communautés nordiques, comme celles du Nunavik et du Nunavut, repose essentiellement sur les combustibles fossiles tant pour la production d’électricité que pour le chauffage des espaces. Or, la demande en énergie est appelée à croître dans ces régions en raison de l’augmentation et de la construction de nouvelles habitations.

La chimie des produits naturels connaît un regain d’intérêt sans précédent après avoir été délaissée pendant des années. Ce regain tient à la possibilité d’étudier de nouveaux organismes autrefois inaccessibles, aux structures inédites trouvées dans la nature et aux nouvelles technologies analytiques, qui permettent l’identification rapide de nouvelles substances naturelles dans des extraits complexes à des concentrations très basses.

Le Nord est l’objet de changements globaux cumulatifs sans précédent imputables à la hausse de la température de l’air, à l’augmentation des précipitations et à l’accroissement de la pression anthropique entraînant des transformations significatives des géoécosystèmes. Il existe une grande hétérogénéité spatiale, tant dans la vitesse et la magnitude de ces changements environnementaux que dans la réponse des géosystèmes et des organismes vivants. Du fait d’interactions biotiques et abiotiques parfois complexes, notre capacité de compréhension et de prédiction est très restreinte.

Les nouveaux matériaux sont à la source des nouveaux développements technologiques. L’histoire est riche d’exemples où l’apparition d’un nouveau matériau a conduit à des changements sociaux et économiques marqués. Les enjeux restent les mêmes aujourd’hui, sauf que les avancées, malgré leur complexité accrue, se font beaucoup plus rapidement et dans tous les domaines technologiques. La science des matériaux est fondamentalement multidisciplinaire, ce qui rend les interactions entre chercheurs plus difficiles.

Par rapport aux combustibles fossiles, la biomasse forestière apparaît comme une source d’énergie écologiquement responsable. Elle est considérée par plusieurs organismes internationaux comme un outil important dans la lutte aux changements climatiques. De plus, elle représente pour de nombreux acteurs et décideurs locaux une occasion de développement régional, de revitalisation du secteur forestier et de participation au commerce international.

La surexploitation, la récolte sélective, la pollution, l’invasion par des espèces exotiques et les changements climatiques représentent des défis de taille pour la persistance des populations animales sauvages. Ces bouleversements, majoritairement causés par l’Homme, mènent certaines espèces au gouffre de l’extinction. La littérature suggère toutefois que d’autres espèces s’ajustent ou modifient leur distribution pour fuir vers des environnements plus favorables; d’autres encore pourraient devenir surabondantes, voire nuisibles.

Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) rassemble dans son dernier rapport les signes indicateurs que les émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiques contribuent aux changements climatiques globaux. Ces changements auront des conséquences néfastes sur les systèmes naturels et humains. La compensation de nos émissions permettrait la continuation de nos activités tout en limitant les impacts sur les écosystèmes.

Les eaux souterraines jouent un rôle crucial dans le cycle global de l’eau et dans le fonctionnement des écosystèmes. Elles sont aussi de plus en plus utilisées pour l’approvisionnement en eau potable des populations, pour l’agriculture et dans les industries. Ces activités peuvent par contre avoir des effets sur les eaux souterraines. La gouvernance, la gestion et la protection des eaux souterraines font donc l’objet de débats et d’inquiétudes, au Québec comme ailleurs, en raison des risques potentiels de contamination et de surexploitation de la ressource.

Au cours des dernières décennies, l’astrophysique a révolutionné notre compréhension de l’Univers. Nous savons maintenant que notre Univers est principalement constitué de matière noire et d’énergie noire, responsables respectivement de la formation des galaxies et de l’expansion accélérée de l’Univers. Pour la première fois, des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs binaires ont été détectées, et les régions les plus internes des trous noirs à proximité ont été imagées.