Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Avec le développement constant de la capacité des ordinateurs, et de la performance des codes, associés à des logiciels de visualisation conviviaux, la simulation moléculaire se manifeste hors du cadre réservé d’un laboratoire, ou d’un bureau d'études, menant à une réelle fonction d’expérimentateur numérique. Toutefois, l’utilisateur averti doit connaître les tenants et les aboutissants de cette discipline nouvelle, cette troisième voie pour faire des sciences. Passé le formalisme, la simulation se dévoile et révèle son fort potentiel dans la résolution de problèmes scientifiques ou d’ingénierie. Dans cet article, ses fondements spécifiquement orientés pour l’étude des polymères, principalement de la phase amorphe, sont présentés. Des exemples concrets sont par la suite exposés.
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Armand SOLDERA : Professeur à l’université de Sherbrooke (Québec-Canada)
INTRODUCTION
La modélisation moléculaire, de manière générale, n’était initialement destinée qu’aux théoriciens. Elle est en train de devenir un outil de laboratoire à part entière. L’introduction d’interfaces graphiques, rendant l’utilisation des codes de calcul plus conviviale, ne peut à elle seule expliquer son fabuleux essor de ces dernières années. Des ordinateurs de plus en plus puissants et des modèles de plus en plus raffinés collaborent à un tel développement.
La simulation moléculaire des polymères entre parfaitement dans ce cadre. Elle tient en effet une place de plus en plus importante tant dans les grands centres industriels de recherche et de développement que dans le secteur académique. Elle tend ainsi à diminuer les essais-erreurs, fort coûteux aussi bien d’un point de vue financier que d’un point de vue temporel.
Elle doit toutefois être utilisée conjointement avec les outils de laboratoire plus classiques, que ce soient les techniques expérimentales ou la théorie. En ce sens, elle ne cherche pas à fournir, à elle seule, la molécule « miracle », c’est-à-dire la molécule présentant toutes les propriétés désirées, ni à dévoiler tous les mystères physiques associés à une propriété macroscopique. Sa finalité reste la prédiction de propriétés physiques. Elle doit donc être utilisée comme guide à la synthèse de nouveaux composés et révélatrice de comportements moléculaires générant les propriétés macroscopiques grâce auxquels des mesures expérimentales pourront être entreprises. Elle est donc assujettie à une utilisation appropriée des méthodes et des modèles.
Afin de montrer les tenants et les aboutissants de la modélisation moléculaire des polymères, cet article en présente tout d’abord les principes de base. Compte tenu du nombre très élevé d’atomes à considérer, les méthodes empiriques que sont la mécanique et la dynamique moléculaires sont les méthodes de choix lors d’une simulation moléculaire impliquant des polymères. Elles sont basées sur l’utilisation d’un champ de forces.
Puis, la modélisation moléculaire de polymères linéaires est abordée dans le cas général. Enfin, les manières les plus courantes de modéliser la phase amorphe des polymères et la manière d’analyser les résultats de simulation moléculaire impliquant des polymères, ainsi que quelques exemples d’applications de cette nouvelle technique de laboratoire terminent cet exposé.
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MOTS-CLÉS
modélisation moléculaire champ de forces dynamique moléculaire propriétés physico-chimiques des polymères
VERSIONS
- Version courante de avr. 2018 par Armand SOLDERA
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Principes de la modélisation moléculaire7. Applications
Les applications de l’utilisation de la modélisation moléculaire des polymères, présentées dans cette partie, ont pour finalité de donner un aperçu de ce qu’il est possible de faire dans ce domaine. Pour une analyse plus détaillée de chaque cas, le lecteur se référera à la bibliographie.
7.1 Cas d’école de la conception d’un nouveau polymère
L’article d’Eichinger et col. soulève les principales difficultés qui interviennent lors de la conception de nouveaux polymères à propriété spécifique, et tente de les résoudre. La modélisation moléculaire y est utilisée en complément d’outils théoriques et expérimentaux. La propriété que les auteurs désirent améliorer est une utilisation plus appropriée d’un polymère pour les lentilles de contact. En suivant cette trame, nous allons exposer les principales phases d’une démarche de conception de nouveaux composés.
L’étape initiale est de poser correctement le problème. En ce sens, un cahier des charges doit être clairement établi. Au sein de ce cahier des charges vont être inscrites toutes les propriétés que le composé final devrait présenter. Pour tenter de les résoudre en concevant un nouveau matériau, et ce de la manière la plus efficace possible, tous les moyens expérimentaux, simulatoires ou théoriques doivent être utilisés. Les limitations rencontrées doivent être surmontées en effectuant, dans certains cas, des approximations qu’il faudra valider.
HAUT DE PAGE
Le polymère optimal pour une utilisation comme lentille de contact doit présenter les caractéristiques suivantes :
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bon gonflement avec les larmes ;
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bonne perméabilité avec l’oxygène ;
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bonnes propriétés mécaniques ;
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mauvaise...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JENSEN (F.) - Introduction to computational chemistry (Introduction à la chimie computationnelle) - . John Wiley & Sons, Chichester (2001).
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(2) - COMBA (P.), HAMBLEY (T.W.) - Molecular modeling of inorganic compounds - . Wiley-VCH, Weinheim (2000).
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(3) - PAINTER (P.C.), COLEMAN (M.M.), KOENIG (J.L.) - The theory of vibrational spectro-scopy and its application to polymeric materials - . Wiley-Interscience, New-York (1982).
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(4) - BURKERT (U.), ALLINGER (N.L.) - Molecular mechanics - . ACS Monograph, vol. 177, ACS, Washington DC (1982).
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(5) - GERSCHEL (A.) - Liaisons intermoléculaires ; les forces en jeu dans la matière condensée - . CNRS éditions. Paris (1995).
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(6) - DE GENNES (P.G.) - Scaling concept in polymer physics - . Cornell University Press, Ithaca, New-York (1979).
- ...
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