Paramétrisation d'équations d'état par la mécanique quantique

La chimie industrielle du XXI ^e siècle se doit de relever de nombreux défis économiques et environnementaux afin d'assurer son développement futur. Les domaines prioritaires ont trait à l'ingénierie des procédés (thermodynamique, cinétique...) et aux techniques de modélisation (chimie calculatoire, simulations de procédés, dynamique des fluides...).

S'il est aujourd'hui communément admis que la chimie quantique constitue une des nombreuses facettes de la chimie physique, le chemin qui mène à la reconnaissance de sa capacité de prédiction et d'interprétation de phénomènes physico-chimiques n'a pas pour autant été un long fleuve tranquille. Loin des diatribes infondées dont elle est encore parfois la cible, la chimie calculatoire est néanmoins occupée à gagner son pari, comme en témoigne cette intervention de Gilbert Gaillard [1], ancien président de la société française Hoechst : « Aujourd'hui, la chimie industrielle a sa source dans la chimie théorique dont elle est l'application, l'accomplissement, et qu'elle contribue à enrichir par les questions qu'elle lui soumet. Par ailleurs, elle met en œuvre les acquis d'autres sciences fondamentales : physique, thermodynamique, mécanique, génie des procédés... Ces apports constituent son paysage quotidien et lui assurent des possibilités de développement ».

Les méthodes de chimie quantique impliquent la description mathématique d'un système constitué de noyaux et d'électrons, constitutifs de la matière [2], et la résolution d'équations comme celle de Schrödinger. L'application pratique de ces techniques passe par l'élaboration et la programmation d'algorithmes permettant la description quantitative des phénomènes physiques et chimiques au sein de ce système. Les applications de la chimie calculatoire en matière de génie des procédés sont nombreuses et variées : prédiction de données spectroscopiques et thermochimiques, développement de nouvelles molécules possédant une réactivité sélective, amélioration des procédés existants et élaboration de nouveaux processus...

L'exemple des équations d'état constitue une excellente illustration de la capacité des ingénieurs chimistes à appliquer et à développer des concepts et des modèles originellement conçus par les théoriciens. Cette tendance se précise avec l'avènement et la vulgarisation des équations d'état non cubiques [3] qui s'imposent avec force au niveau industriel.

Les propriétés calculées au niveau quantique peuvent être utilisées comme variable d'essai pour un traitement postérieur, contribuant ainsi à une certaine continuité entre les différentes étapes de la...