La chimie théorique et la modélisation

Une approche couplée théorie/expérience.

 L’évolution des outils de la recherche dans le domaine de la modélisation et de la représentation de systèmes chimiques complexes, ainsi que dans le domaine de l’analyse structurale, de la caractérisation et du traitement de données, nécessite l’acquisition et la mutualisation de moyens de calculs lourds et l’accès à une infrastructure de services réseaux performante, répondant aux contraintes intrinsèques liées aux types de calculs menés dans la chimie.

 La chimie théorique et la modélisation sont indispensables dans l’étude de la matière qu’elle soit formée de molécules ou de solides. L’étude théorique contribue à la détermination structurale des systèmes chimiques et permet de mieux comprendre les propriétés électroniques qui déterminent les propriétés physiques et chimiques mesurées expérimentalement. Elle est aussi particulièrement puissante dans l’étude des transformations chimiques et elle est l’outil indispensable pour la représentation des systèmes chimiques.

Des moyens de calculs importants et diversifiés pour un maximum de fiabilité.

 La chimie théorique est encore loin d’avoir atteint son but ultime qui est de relier les propriétés électroniques de groupes d’atomes à des grandeurs macroscopiques qu’il est possible de mesurer. Ce besoin est particulièrement important pour les nanosystèmes dont les propriétés varient avec la taille. La modélisation de ceux-ci pose de véritables défis et des moyens de calculs importants sont nécessaires. De plus, ces moyens de calculs doivent être diversifiés car les approches méthodologiques sont elles-mêmes très variées.

En d’autres termes, les exigences matérielles pour réaliser les études actuelles varient d’un sujet à un autre. Ainsi, certains calculs dépendent de la rapidité des accès à l’espace de stockage, d’autres nécessitent des quantités gigantesques de mémoire vive, d’autres encore ont besoin de communication entre nœuds à très faible latence. Trouver du matériel répondant simultanément aux besoins de tous les types de calcul est non seulement difficile mais surtout peu rentable, car certaines caractéristiques ne seront employées que de manière temporaire. Il est reconnu par la communauté des théoriciens du monde entier que la diversification des moyens de calcul est indispensable et intrinsèque à la discipline.

Ces moyens de calcul haute performance sont utiles dans les domaines de :

l’Énergie

• Nouvelles sources énergétiques : génération d’hydrogène, méthanol.
• Stockage : batteries lithium-ions, supercapacités.
• Matériaux et dispositifs de conversion.
• Piles à combustibles, cellules photovoltaïques, diodes électroluminescentes.

l’Environnement

• Principes actifs et vectorisation : nouvelles molécules, nano-encapsulation.
• Aide au diagnostic : imagerie médicale, biocapteurs, biopuces.
• Matériaux pour bio-applications : matériaux biomimétiques, surfaces bioactives.

la Santé

• Détection et traitement de la pollution : capteurs chimiques, adsorbants sélectifs.
• Valorisation des ressources agro/biologiques : agro-carburants.
• Chimie verte : synthèses avec économie d’atomes, catalyse homogène et hétérogène.