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SimUlation de Systèmes Hétérogènes et d'Interfaces – SUSHI

Résumé de soumission

Le projet « SimUlation de Systèmes Hétérogènes et d'Interfaces » (SUSHI) - concerne l'étude des propriétés structurales et thermodynamiques de fluides et de solides par les méthodes de simulation moléculaire, plus particulièrement la méthode de Monte Carlo. Depuis plusieurs années, les approches de modélisation moléculaire sont appliquées avec succès à la compréhension et à la prédiction de nombreux processus physico-chimiques, avec de nombreuses applications dans des domaines aussi variés que l'industrie du pétrole ou du gaz, l'industrie alimentaire, la biologie... L'élargissement du domaine d'application de ces méthodes a été rendu possible d'une part grâce à l'augmentation des - puissances de calcul et d'autre part par d'importantes avancées méthodologiques. Citons pour exemple le recours aux biais statistiques et les méthodes dites de « thermalisation parallèle » qui permettent de franchir d'importantes barrières d'activation et donc d'obtenir une meilleure exploration de l'espace des configurations. Les applications des méthodes de Monte Carlo ont ainsi pu passer de l'étude des fluides simples aux fluides moléculaires dits « - complexes ». - - Toutefois, les systèmes qui intéressent aujourd'hui le physico-chimiste - recouvrent une complexité de plus en plus grande : nanomatériaux, micro-émulsions, molécules du vivant et milieux réactifs, sont autant de défis - pour la modélisation. Dans ces systèmes, de larges hétérogénéités apparaissent - : des matériaux de nature et de densité différentes coexistent séparés par des - interfaces. Cette situation de modélisation soulève à la fois des problèmes techniques et fondamentaux. Par exemple, les expressions des interactions à longue distance, qui contribuent quantitativement aux calculs de grandeurs interfaciales, ont le plus souvent été développées pour des phases homogènes et doivent être adaptées. Afin de s'assurer que le système est à l'équilibre chimique, il est important de vérifier l'égalité des potentiels chimiques ce qui nécessite l'introduction de quantités locales, comme le potentiel chimique local. - - Dans le cadre de ce projet, nous aborderons l'étude de différents systèmes relevant de la problématique générale « Simulation de Systèmes Hétérogènes et d'Interfaces ». L'étude d'interfaces explicites sera réalisée sous la responsabilité de P. Malfreyt (partenaire 2, Univ. Blaise Pascal). Une nouvelle méthode de calcul de la tension interfaciale sera utilisée et une méthode originale sera proposée pour le calcul de la concentration micellaire critique. La comparaison avec les données expérimentales disponibles sera menée sous la responsabilité - de V. Lachet (partenaire 4, IFP). L'étude de systèmes réactifs sous pression élevée, destinée à comprendre les réactions chimiques se produisant dans des conditions extrêmes d'une onde de choc, sera abordée sous la responsabilité d'E. Bourasseau (partenaire 3, CEA). L'étude de la solubilité de molécules de gaz dans des polymères semi-cristallins sera menée par les partenaires 1 et 4, sous la responsabilité de B. Rousseau (partenaire 1, CNRS et Univ. Paris Sud - 11). Pour tenir compte du caractère semi-cristallin du polymère, on utilisera une variante originale de l'ensemble osmotique dans lequel on peut imposer une contrainte mécanique et la fugacité des gaz étudiés. Lors de ces études, des améliorations et développements de potentiels seront nécessaires. Cette opération sera conduite par le partenaire 4 (IFP) dans un domaine où il est bien reconnu (lauréat du Fluid Simulation Challenge de l'AIChE 2004). Elle s'appuiera - sur des calculs de chimie quantique dirigés par T. De Bruin et sur des données expérimentales d'équilibre liquide-vapeur. - - Nous pensons qu'afin d'élargir le domaine d'application des méthodes de Monte Carlo et de rendre possible l'étude de systèmes complexes, il est important de disposer d'un code de simulation généraliste. C'est un objectif ambitieux car la généralisation est une tâche lourd

Coordination du projet

Bernard ROUSSEAU (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - Direction des Applications Militaires
IFP ENERGIES NOUVELLES

Aide de l'ANR 365 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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