Simulation numérique en chimie moléculaire
Localisation : INRIA-IRISA
Equipe(s) : ALADIN
Responsable(s) : P. Chartier (tél. direct : 02 99
84 74 00, email : chartier@irisa.fr)
et J. Erhel (tél. direct :
02 99 84 73 39, email : erhel@irisa.fr)
Mots-clés : chimie moléculaire, chimie quantique,
systèmes hamiltoniens, problèmes aux valeurs propres,
simulation numérique
La chimie moléculaire définit les interactions entre
les molécules, les atomes et particules au sein d’une
mo-lécule.
Les forces sont de différentes natures : gravitation, forces
électromagnétiques, interactions nucléaires
faibles et fortes. Si la mécanique moléculaire peut
modéliser les trois premières forces avec la mécanique
classique, la chimie quantique est indispensable pour modéliser
le quatrième type. L’évolution des molécules
est décrite par la dynamique moléculaire et permet
d’étudier par exemple le repliement des molécules
et les
réactions chimiques. Des simulations numériques dans
ce domaine servent à l’analyse fine de protéines,
à la
conception de médicaments ou de bioréacteurs, etc.
Différents modèles existent en chimie quantique,
les plus connus étant Hartree-Fox et DFT. Un des objectifs
de la thèse est de comparer ces modèles et de développer
un logiciel performant pour la chimie quantique.
Tous ces modèles nécessitent de résoudre une
approximation des équations de Schrödinger, ce qui implique
de calculer des valeurs propres et vecteurs propres de matrices
de grande taille. La dynamique molécu-laire
doit suivre les réactions chimiques sur une durée
très longue par rapport au pas de temps du schéma
d’intégration. D’autre part, le système
mécanique est hamiltonien, ce qui implique d’utiliser
des schémas
conservant l’énergie. Un des objectifs de la thèse
est de définir un schéma d’intégration
en temps efficace
pour les systèmes différentiels considérés
et de développer un logiciel associé.
Enfin une approche prometteuse est le couplage de la mécanique
quantique et de la mécanique molécu-laire
dans ce qu’on appelle les méthodes hybrides. Dans la
thèse seront analysés les couplages possibles,
notamment l’impact sur le choix des schémas de résolution,
sur la définition des logiciels.
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