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Article de référence RECHERCHE ET INNOVATION | Réf : RE136 v1
Auteur(s) : Charlotte BECQUART, Michel PEREZ
Date de publication : 10 janv. 2010
Relu et validé le 01 juin 2015
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Charlotte BECQUART est professeur à l’École nationale supérieure de chimie de Lille, laboratoire de métallurgie physique et génie des matériaux (UMR 8517).
Michel PEREZ est maître de conférences à l’Institut national des sciences appliquées de Lyon, laboratoire Matériaux, ingénierie et sciences (UMR 5510).
Au cours des 70 dernières années qui ont vu un développement extraordinaire des outils de calcul, la puissance des ordinateurs a été multipliée par 1015. Depuis la naissance de ce que l'on peut appeler le premier ordinateur : le Zuse 1 en 1938, le nombre d'opérations décimales par seconde (Flops) a été multiplié par 1 000 tous les 15 ans ! (figure 1). Actuellement, cette progression est encore tellement rapide qu'un simple PC du commerce est équivalent, en termes de puissance de calcul, aux supercalculateurs d'il y a une quinzaine d'années ! Réaliser des simulations à l'échelle atomique, qui nécessitent la réalisation d'un grand nombre d'opérations par seconde, est donc maintenant à la portée des ingénieurs et des chercheurs.
L'utilisation de la dynamique moléculaire (DM) et des méthodes de Monte-Carlo (MC) date des années 1950, et l'intérêt pour ces techniques ne cesse de croître dans la communauté des matériaux. Outre l'augmentation de la puissance des moyens de calcul discutée plus haut, les raisons d'un tel engouement sont, d'une part, les avancées récentes en théorie de la matière condensée (par exemple, supraconducteurs, magnétorésistance géante), et, d'autre part, les progrès spectaculaires dans les techniques de caractérisation à l'échelle atomique (par exemple, microscopie haute résolution, sonde atomique tomographique...), qui vont contribuer à revisiter dans les prochaines années, un grand nombre de concepts laissés en suspens dans le domaine de la métallurgie (transformation de phase, plasticité...), mais aussi, plus largement, en science des matériaux.
Enfin, malgré ces progrès récents, l'échelle atomique reste encore difficilement accessible expérimentalement dans de nombreux domaines (par exemple, dommage d'irradiation dans les constituants des centrales nucléaires, plasticité dans les matériaux polymères...). Les simulations à l'échelle atomique et, notamment, la dynamique moléculaire constituent...
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INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES
(1) - VERLET (L.) - Computer « experiments » on classical fluids. I. Thermodynamical properties of Lennard-Jones molecules. - Phys. Rev., 98, p. 159 (1967).
(2) - VERLET (L.) - Computer « experiments » on classical fluids. II. Equilibrium correlation functions. - Phys. Rev., 201, p. 165 (1968).
(3) - HOCKNEY (R.W.) - The potential calculation and some applications. - Methods, Comp. Phys., 9, p. 136 (1970).
(4) - SWOPE (W.C.), ANDERSEN (H.C.), BERENS (P.H.), WILSON (K.R.) - A computer simulation method for the calculation of equilibrium constants for the formation of physical clusters of molecules : Application to small water clusters. - J. Chem. Phys., 76, p. 637 (1982).
(5) - GEAR (C.W.) - Numerical initial value problems in ordinary differential equations. - Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ (1971).
(6) - ANDERSEN...
Modélisation moléculaire des polymères linéaires.
Modélisation moléculaire – Offres de logiciels et perspectives.
Vu la puissance des outils de calcul et la simplicité des logiciels (souvent libres) de dynamique moléculaire, il est relativement à la portée de tout ingénieur ou chercheur qui dispose d'un peu de temps de se « lancer » : les documentations sont souvent très bien rédigées et dotées de didacticiels ou d'exemples relativement faciles à mettre en œuvre. On trouvera ci-après la liste des principales distributions disponibles. Cependant, il est beaucoup plus efficace de commencer par se « former » auprès de chercheurs expérimentés : soit lors d'un stage en laboratoire (ceux des auteurs par exemple), soit lors de workshops organisés par des groupements de laboratoires ou autres organisations (le CECAM par exemple, http://www.cecam.org/press.html)
HAUT DE PAGE2 Distributions de Dynamique Moléculaire
AMBER (Assisted Model Building and Energy Refinement) http://ambermd.org/ Univ. California. Version 10 (avril 2008). Payant sous licence (Rech./Educ. $400 – Entreprise : $25 000). Dédié molécules organiques.
CHARMM (Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics) http://www.charmm.org/ Harvard Univ. Version 36 (février 2009). Payant sous licence (Rech./Educ. $600). Dédié molécules organiques, possibilité de couplage avec un module de calcul quantique.
DL_POLY http://www.cse.scitech.ac.uk/ccg/software/DL_POLY/index.shtml Science & Technology Facility Council. Version...
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