Les simulations informatiques appelées à jouer un plus grand rôle dans les sciences
Les simulations basées sur les premiers principes en chimie, biologie, physique ou science des matériaux ont permis aux chercheurs d'identifier de nouvelles molécules, des nanomatériaux et d'autres formes de matière condensée. Alors que les simulations actuelles reflètent le niveau électronique de base, il est essentiel, pour la recherche de pouvoir simuler des processus à températures élevées afin d'obtenir des tests plus sophistiqués et plus approfondis. Le projet TEMM1P (Computer simulations of thermally excited molecules and materials by first principles), financé par l'UE, a donc développé plusieurs méthodes informatiques capables de simuler les processus induits par la température et ceux à très haute température. Les chercheurs se sont intéressés aux applications qui impliquent la formation des fullerènes, la thermolyse du borane d'ammoniac (borazane), les réactions chimiques des sables bitumineux et la diffusion des ions dans les nanotubes d'argile minérale. L'équipe a également mené des expériences de synthèse chimique par spectrométrie de masse pour créer de nouvelles molécules possédant des propriétés de liaison atypiques. Ces expériences devaient permettre d'obtenir une réaction chimique impliquant le méthane et des métaux de transition tardifs ou des molécules ionisées de terre rare afin de générer de l'hydrogène moléculaire à partir du gaz naturel. En s'appuyant sur le résultat de ces expériences, qui ont toutes été menées à haute température et demandé des méthodes similaires de calculs, les chercheurs ont pu transférer ces nouvelles connaissances à tous les partenaires du projet et favoriser ainsi de nouvelles synergies dans le domaine. Par ailleurs, grâce à un programme d'échange et l'utilisation d'installations informatiques ultra-modernes, les partenaires du projet ont amélioré le rôle de la chimie computationnelle. Ils aspiraient à transformer cette discipline de simple outil utilisé pour afficher des résultats expérimentaux en un système capable d'élaborer des prévisions déterminantes avant la réalisation d'expériences couteuses complexes. L'équipe du projet a ainsi mis au point entre autres, un nouveau logiciel dans le domaine de la chimie quantique. Elle s'est attaqué à plusieurs questions difficiles comme celle de l'optimisation de l'exploitation des sables bitumineux en permettant la réduction au minimum de la quantité d'eau nécessaire. Un autre exemple concerne la mise en place d'un transport plus efficace de l'hydrogène au travers d'un système de transport moins coûteux. Des progrès ont également été obtenus dans le domaine universitaire en identifiant par exemple, comment des groupes planaires de bore peuvent être produits à partir de produits chimiques standard ou la recherche sur des liaisons chimiques exotiques. De façon générale, le consortium du projet a ainsi réussi à développer de nouvelles méthodes capables de décrire des systèmes quantiques thermiquement excités en mettant plus particulièrement l'accent sur le développement durable. Il a également contribué à la formation des jeunes chercheurs et commencé à diffuser les résultats de ce projet. Grâce à tous ces efforts, la simulation numérique devrait jouer un rôle de plus en plus important dans la recherche scientifique.
Mots‑clés
Principes fondamentaux, simulations numériques, TEMM1P, molécules excitées par la chaleur, nanomatériaux, matière condensée
