Vers une catalyse de l’assemblage – ToCatA

La prochaine génération de matériaux avancés nécessite des approches innovantes de synthèse des matériaux. Un paradigme très prometteur est la conception bio-inspirée fondée sur l’auto-assemblage d’éléments dont les interactions spécifiques sont programmées avec précision. Actuellement, cette approche est cependant limitée par la présence de pièges cinétiques qui conduisent à des assemblages non désirés. Nous proposons d’implémenter la propriété clé qui sous-tend l’efficacité des processus biologiques, la catalyse, pour résoudre ce problème. 
L’objectif du projet est en effet de démontrer que des catalyseurs artificiels peuvent être réalisés dans des systèmes colloïdaux de sorte à accélérer le clivage et la formation de liaisons. L’action spécifique d’un tel catalyseur permettra de sortir efficacement des pièges cinétiques.
Nous proposons de concevoir ces catalyseurs artificiels en développant un cadre théorique de la catalyse qui intègre les contraintes cinétiques, géométriques et physiques. Pour cela, nous utiliserons des simulations de dynamique moléculaire à gros grains et des modèles de physique statistique, couplés à des implémentations systématiques dans des systèmes colloïdaux expérimentaux. 
Nous procéderons en trois étapes: (1) Démonstration qu’un dimère catalysant la rupture d’une liaison conçu théoriquement fonctionne expérimentalement et calibration de simulations numériques pour décrire précisément le système expérimental; (2) Extension des cadres théoriques, numériques et expérimentaux à la catalyse de la forme la plus élémentaire d'auto-assemblage, la formation d'un lien entre deux particules; (3) Application des nos résultats pour concevoir une stratégie de correction d’erreur au problème de repliement de colloïdomères, des chaînes de colloïdes qui peuvent en principe adopter des structures complexes mais qui sont typiquement piégés dans des configurations métastables non désirées dans les expériences actuelles.
Le cadre théorique que nous construirons pour résoudre ces problèmes sera généralement applicable à tout problème d’assemblage, indépendamment de la nature des éléments et de celle de leur interactions.