Fractionnement des Isotopes dans les Liquides - Comportement du Calcium dans les Sols – FILi-CaBeSo

Le calcium (Ca) est un nutriment essentiel en biologie, et un élément clef dans les mécanismes de séquestration biogéochimiques. Malgré des avancées en biogéohimie des isotopes du Ca, la dynamique du Ca dans la Zone Critique reste mal comprise. Le projet FILi-CaBeSo propose une percée dans notre compréhension des mécanismes de fractionnement des espèces dissoutes à l'équilibre thermodynamique, et compte l'appliquer au comportement du calcium (Ca) dans les sols. Nous développerons une approche méthodologique (abordable numériquement) pour prédire les propriétés de fractionnement des espèces dissoutes, à partir d'une approche atomistique 1) qui ne nécesite pas d'utiliser l'approximation harmonique, de façon à surmonter les défis posés par le comportement dynamique des liquides, et 2) basé sur une description ab initio des interactions entre atomes (c'est-à-dire pas sur des potentiels empiriques), de manière à permettre son application à virtuellement n'importe quelle espèce aqueuse. Nos hypothèses de travail sont que:
• la structure, en particulier la coordination, des espèces du Ca en solution (l'aqua-complexe Ca2+(H2O)n (aq), ou d'autres complexes en solution aqueuse) est correctement décrite par la dynamique moléculaire (MD).
• pour une espèce en solution, le fractionnement isotopique doit être calculé via la dynamique moléculaire des intégrales de chemin (PIMD), tel qeu développé dans une thèse de doctorat supervisée par le PI. L'approche basée sur les agrégats moélculaires statiques, utilisée par beaucoup, représente une approximation pouvant amener à des résultats erronés.
• L'implémentation de schémas méthodologiques avancés (dynamiques de Langevin, contraction des chaînes de polymères), importé de la communauté des chimistes fondamentaux, réduira significativement le cout numérique, permettant ainsi une application à d'autres espèces.