Les processus chimiques sous le microscope
Le projet QDYNCI («Quantum dynamics at conical intersections») souhaite mieux comprendre la façon dont les réactions chimiques se produisent lorsque les effets quantiques nucléaires tels que l'énergie du vide (encore appelée énergie à point zéro) ou les effets non adiabatique sont impliqués. Pour y parvenir, ce projet financé par l'UE portait sur trois processus bimoléculaires simples. Cette réaction d'échange d'hydrogène (H + H2) présentait un intérêt important en raison de sa petite taille qui permet de faire des calculs de haut niveau et des comparaisons directes à l'étude. La réaction OH + H2 présentait une difficulté en terme de calcul qui nécessitait des calculs très sophistiqués, notamment pour obtenir des probabilités de réaction de pointe. Les deux systèmes présentent des intersections coniques. Le troisième processus, la réaction H + CH4, était choisie en fonction de la réaction bimoléculaire polyatomique prototypique. Les chercheurs de QDYNCI ont étudié la façon dont ils pouvaient induire des états de résonance où la fonction des ondes est temporairement piégée dans le cône supérieur de l'intersection. On les appelle résonances de Slonczewski et elles se produisent dans diverses réactions chimiques. La difficulté était de découvrir les conditions dans lesquelles elles se forment. Les membres de l'équipe ont émis l'hypothèse qu'en piégeant le système dans un tel état, certaines voies de réaction pouvaient être renforcées et une interférence quantique générée de manière à favoriser des résultats spécifiques d'une réaction chimique. L'étude des réactions chimiques ont des inconvénients majeurs. L'une d'elle est une croissance exponentielle du calcul en accord avec la dimensionnalité. Une autre étude a à voir avec la précision et la disponibilité des propriétés énergétiques des surfaces de potentiel (PES). En ce qui concerne le premier, les chercheurs ont adopté une toute nouvelle approche de dynamique moléculaire pour calculer les taux de réaction. Pour surmonter le second, les partenaires du projet QDYNCI ont développé une solution simple basée sur les PES hybrides. On peut lier les deux surfaces à l'aide de fonctions de transfert polynomial, et la transition d'une description à l'autre se fait sur le concept de la région de confiance. L'association des deux niveaux de calcul est un moyen rentable d'améliorer la qualité de la description. Les réussites du projet QDYNCI ont donné les moyens aux chercheurs de mieux comprendre les mécanismes en jeu dans des processus chimiques spécifiques.
