Née à Montréal en 1963, Julie Payette obtient un baccalauréat international en 1982 au United World (UWC) International College of the Atlantic au Pays de Galles, Royaume Uni. Par la suite, elle obtient, en 1986, un baccalauréat en génie électrique de l'Université McGill et, en 1990, une maîtrise en sciences appliquées de l'Université de Toronto.
Depuis l'obtention de son diplôme de génie en 1986, Mme Payette a participé à diverses activités de conception et de recherche en informatique, notamment sur les interfaces personne-machine, le traitement du langage naturel et la reconnaissance automatique de la voix.
De 1986 à 1988, Mme Payette a travaillé comme ingénieure et conseillère technique pour la Division science et ingénierie, à IBM Canada. De 1988 à 1990, à titre d'étudiante de deuxième cycle à l'Université de Toronto, elle a participé à des projets sur l'architecture d'ordinateurs à haute performance et a travaillé comme adjointe à l'enseignement. Au début de 1991, Mme Payette est entrée à titre de scientifique invitée au Communications and Computer Science Research Laboratory de IBM à Zurich, en Suisse. À son retour au Canada en jonvier 1992, Mme Payette s'est jointe au groupe de recherche sur la parole, à Recherches Bell-Northern de Montréal, où elle a été responsable d'un projet sur la compréhension vocale par ordinateur pour les applications téléphoniques.
Sélectionnée comme astronaute par l'Agence spatiale canadienne en juin 1992, Mme Payette s'est d'abord entraînée au Canada. Après avoir terminé un entraînement de base, elle a travaillé commme conseillère technique pour le MSS - Mobile Servicing System -, le nouveau bras robotisé qui constitue la contribution canadienne à la Station spatiale internationale. Elle a poursuivi ses activités techniques au Canada. Quant à ses travaux, ils ont été publiés et présentés dans le cadre de forums nationaux et internationaux.
En préparation pour une mission spatiale, Mme Payette a étudié le russe et elle a participé. Régulièrement à des vols en microgravité à bord des avions paraboliques de la NASA. Les domaines scientifiques étudiés au cours de ces vols incluent le traitement des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la santé, l'interaction personne-machine, la biotechnologie, de même que des activités de sensibilisation à l'espace. En février 1994, Mme Payette était l'une des quatre astronautes canadiens à participer à la mission CAPSULS.
En 1996, Mme Payette a été choisie pour poursuivre son entraînement comme spécialiste de mission à la NASA, à Houston au Texas. En 1999, elle a fait partie de la mission STS-96 à bord de la navette Discovery. Elle est la première Québécoise à avoir pénétré dans la Station spatiale internationale
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