Computations performed with Explor or in progress
2018CPMXX0602: Effects of Self-Aggregation on Perylenes Optical Properties
PASTORE, Mariachiara.
Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques (LPCT).
L’un des plus grands défis de la communauté scientifique à l’heure actuelle est la transition vers des énergies vertes, telles que les technologies de l’énergie solaire, capables de faire face à l’urgence climatique et à la demande d’énergie d’une population mondiale croissante ; En particulier, la théorie s’est avérée très utile pour améliorer l’efficacité de ces dispositifs en fournissant une compréhension fondamentale des différents phénomènes physiques qui sous-tendent leur mécanisme de fonctionnement. Dans ce contexte, nous avons modélisé les composants les plus importants de ce type de technologies, tels que le sensibilisateur de colorant et les semi-conducteurs, en utilisant des calculs ab-initio et la dynamique moléculaire (MD). L’objectif était de fournir des informations utiles pour améliorer leurs performances en optimisant la structure chimique dans le cas des colorants, et la morphologie et la taille des nanostructures dans le cas des semi-conducteurs photoactifs.
[2] D. Dimple, S. Lebègue, and M. Pastore ACS Appl. Energy Mater. 2021 4 (6), 6180-6190.
2018EMPPX0815: Simulation DNS d’écoulements turbulents chargés en particules solides ellipsoïdales
ARCEN, Boris.
Laboratoire d’Énergies et Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA).
La prédiction de l’évolution spatio-temporelle d’un nuage de particules non-sphériques dans un écoulement turbulent de fluide est à ce jour particulièrement complexe. Cela est principalement dû au fait que la majorité des modèles décrivant la dynamique de ce type de particules sont valables uniquement pour des particules sphériques. Afin d’intégrer l’influence de la forme des particules au sein de ces modèles, il est nécessaire de caractériser finement l’interaction entre des particules non- sphériques et un écoulement turbulent de fluide. Pour ce faire, un outil numérique basé sur la simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes (DNS) et un suivi lagrangien de particules ellipsoïdales est utilisé. Cet outil permet notamment d’étudier l’effet du nombre de Reynolds de l’écoulement et de la modélisation des forces et du couple agissant sur les particules sur l’orientation préférentielle et la dynamique de translation et rotation de particules ellipsoïdales.
[1] Michel A., Arcen B. Int. J. Multiphase Flow, 2021 (135), 103525.
[2] Michel A., Arcen B., Physical Review Fluids 2021 6(11), 114305.
2020OTELO2084: Modélisation moléculaire appliquée à l’étude spectroscopique de la spéciation du titane(IV) dans l’acide phosphorique concentré
CHAGNES, Alexandre.
Ecole Nationale Supérieure de Géologie – Georessources.
Le procédé de production de l’acide phosphorique par voie humide débute par une lixiviation de phosphates minéraux par de l’acide sulfurique. Durant cette étape, de nombreuses impuretés métalliques sont susceptibles d’être co-lixiviées et peuvent être retrouvées à des concentrations supérieures à 1 g.L-1 dans le jus de lixiviation. Des étapes supplémentaires de purification peuvent alors être nécessaires afin d’atteindre les spécifications, notamment dans le cas d’applications spécifiques telle que la production d’acide phosphorique de pureté alimentaire. Le procédé d’extraction liquide-liquide mis en œuvre par Prayon repose sur l’utilisation d’un solvant constitué d’éther diisopropylique (DiPE) modifié par du phosphate de tributyle (TBP). Il permet de réduire la concentration de ces impuretés métalliques dans l’acide phosphorique tout en assurant un rendement d’extraction de l’acide phosphorique élevé. Néanmoins, certaines impuretés telles que le fer, le titane ou encore l’arsenic sont co-extraites par la phase organique. Il est donc nécessaire de mieux comprendre la spéciation de ces cations métalliques dans l’acide phosphorique concentré (> 5 mol.L-1) et les mécanismes d’extraction mis en jeu afin de pouvoir envisager l’élaboration d’un nouveau solvant d’extraction pour augmenter la sélectivité du procédé. Nous nous intéressons dans ce travail à l’étude de la spéciation du titane(IV) dans l’acide phosphorique. Sur la base d’analyses chimiométriques de spectres UV-Visible, et de l’analyse de spectre RMN du phosphore, nous avons proposé une spéciation du titane(IV) dans ce milieu. Afin d’avoir des informations sur la structure éventuelle de ces complexes, nous avons réalisé une étude en modélisation TD-DFT permettant de calculer les spectres UV-Visible de différents complexes de titane(IV) avec le support du centre de calculs Explor. La comparaison des spectres expérimentaux et des spectres calculés nous a permis de proposer quelques structures éventuelles pour ces complexes, et d’en éliminer d’autres.
2017CPMXX0363: Méthodes numériques pour la physique moléculaire
LECLERC, Arnaud.
Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques (LPCT).
Nos activités de recherche sont focalisées autour de plusieurs aspects fondamentaux de la physique moléculaire théorique. Le projet consiste à développer et à poursuivre les recherches dans trois directions en travaillant à la fois sur l’aspect méthodologique et les applications :
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- Vibrations de molécules de grande taille : formalisme indépendant du temps, diagonalisation de matrices de grande taille ;
- Contrôle laser de la photodissociation de molécules diatomiques : formalisme dépendant du temps, propagation de paquets d’ondes ;
- Développement de fonctions de bases de type Gaussiennes complexes pour décrire le continuum dans les processus de collision par impact d’électron ou de photon.
[1] A. Ammar, L.U. Ancarani and A. Leclerc. J. Comput. Chem. 2021, 42(32), 2294-2305.
[2] A. Leclerc and G. Jolicard., J. Chem. Phys. 2020, 152(20), 204107.
2020CPMXX2162: Calcul de la compressibilité dans le CO2 supercritique
CAROF, Antoine.
Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques (LPCT).
Ce projet a pour objectif d’étudier les propriétés de solvatation dans des environnements complexes comme le CO2 supercritique et les hydroxydes lamellaires (LDH). Ces deux milieux sont utilisés pour le développement d’une chimie plus verte (processus d’extraction par un solvant non-toxique, activité de dépollution). Or, les propriétés de solvatation sont mal comprises, notamment pour l’organisation microscopique du solvant et pour l’évolution de la solubilité en fonction des conditions thermodynamiques (pression, température, hydrométrie). Nous utilisons les ressources d’Explor pour mieux développer des techniques adaptées à la complexité de ces systèmes, à la fois en utilisant les outils standards de la simulation moléculaire (DFT électronique, dynamique classique), mais aussi en mettant en place de nouvelles méthodes de simulations comme la DFT moléculaire (MDFT) pour le CO2 supercritique.
Les informations générales:
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- Personnes: 7 (actives).
- Thèse de Maîtrise (M2): 1 (soutenue).
- Thèse de Doctorat: 2 (en cours).
2017AM21IX0351: Prouver de grandes formules avec des symboles interprétés
Pascal Fountain.
Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA).
Ce projet, porté par l’équipe Inria VeriDis du Loria, se concentre sur la vérification d’algorithmes distribués, en utilisant des techniques basées sur la preuve de formules logiques. Il est en effet possible de traduire les propriétés de sûreté et de vivacité du logiciel en formules logiques. Ces formules peuvent être, pour un algorithme même de taille moyenne, en grand nombre et très longues.
2018M4XXX0251: Turbulence de basse fréquence dans les plasmas de fusion
LESUR, Maxime.
Institut Jean Lamour (IJL).
La fusion thermonucléaire est une source d’énergie propre, sûre, et abondante. L’efficacité des futurs réacteurs de type tokamak (chambre magnétique à géométrie toroidale) dépend d’une bonne compréhension des phénomènes turbulents, en vue de leur contrôle. En particulier, la turbulence induit un transport de particules et d’énergie entre le cœur et le bord du plasma. Les performances d’un réacteur seront particulièrement sensibles au transport d’énergie, et au transport d’impuretés telles que des particules de tungsten arrachées à l’enceinte par le plasma. Au cœur du plasma à 150 millions de degrés, on s’attend à un nouveau type de turbulence, caractérisé par la présence de nombreuses sous-structures tourbillonnantes qui piègent les particules chargées. Le code TERESA, qui simule l’évolution du plasma en interaction avec le champ électromagnétique, permet de clarifier les mécanismes sous-jacents à ces phénomènes, et de mettre au point des méthodes de contrôle.
[2] A. V. Dudkovskaia, X. Garbet, M. Lesur, H. R. Wilson, Nuclear Fusion 2019, 59(8), 086010.
[3] J. Médina, M. Lesur, E. Gravier, T. Réveille, P. Bertrand, Phys. Plasmas 2019, 26(10), 102301.
2019CPMXX0984: Etude des interactions à trou sigma
AUBERT, Emmanuel.
Cristallographie, Résonance Magnétique et Modélisations (CRM2).
Les ressources de calculs ont été utilisées principalement dans le cadre de deux projets collaboratifs ANR successifs: SIGMA-HOLE (ANR-17-CE07-0025) en collaboration avec Rennes et ASYMHOLE (ANR-21-CE07-0014) en collaboration avec Strasbourg, tout deux centrés sur les interactions à trou sigma et leurs applications en chimie supramoléculaire et catalyse. Les calculs de type DFT sur molécule isolée, en interaction avec un solvant ou en phase cristalline ont permis de caractériser les interactions intermoléculaires potentielles et observées par ailleurs (e.g. expérimentalement par diffraction des rayons X, en solution par RMN). Les connaissances acquises permettent d’affiner le design de nouvelles entités moléculaires, ayant des propriétés de directionnalité et d’amplitude d’interaction utilisées dans des applications de chimie supramoléculaire (contrôle de l’empilement cristallin) et en catalyse.
[1] E. Aubert, E. Wenger, P. Peluso, V. Mamane, Compounds 2021, 1(2), 58-74.
[2] R. Weiss, E. Aubert, P. Pale, V. Mamane, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60(35), 19281–19286.
[4] A. Dhaka, O. Jeannin, E. Aubert, E. Espinosa, M. Fourmigué, Molecules 2021, 26(13), 4050.
[5] A. Dhaka, O. Jeannin, E. Aubert, E. Espinosa, M. Fourmigué, Chem. Commun. 2021, 57, 4560.
[6] H.-T. Huynh, O. Jeannin, E. Aubert, E. Espinosa, M. Fourmigué New J. Chem. 2021, 45, 76.
2018A2FXX0454: Land Surface and Climate Models to Study Energy, Water and Carbon Exchanges Between the Biosphere and the Atmosphere
CUNTZ, Matthias.
INRAE Center Grand Est.
We looked at the responses of the terrestrial biosphere to environmental cues, both in models and in observational data. Plants respond in a variety of ways. We show that plants do not only assimilate more carbon under rising atmospheric CO2 concentration but they also produce more biomass, including leaves, which in turn leads to further enhancement of carbon uptake. But plants are also facing increased frequency and severity of droughts. Species-composition and stand composition can be key elements to help forests dealing with climate extremes. We showed that Silver fir might be a very positive admixture to pure Norway spruce stands for better resilience and resistance to drought. The work revolves around the energy, water and carbon cycles, globally or in terrestrial ecosystems. We model the exchanges of energy, water, carbon and their isotopes between the biosphere and the atmosphere. The models on the global scale are, for example, the land surface parts of global climate models, which are known to the wider public for its projections of future climate change and the so-called IPCC reports (the UN Intergovernmental Panel on Climate Change). We also use models representing more local environments, for example, on a forest stand in Lorraine, with which we test our understanding and the representations of the processes in the larger-scale, global models.
2019CPMXX0918: Dynamique de réseau des cristaux mixtes semi-conducteurs
POSTNIKOV, Andrey.
Laboratoire de Chimie et Physique – Approche Multi-échelle des Milieux Complexes (LCP-A2MC).
Le projet visait à simuler, dans le cadre de la théorie de la fonction de densité (DFT), la structure et les propriétés élastiques (vibrationnelles) des semi-conducteurs. Notamment les modes de vibration des semi-conducteurs massifs mixtes dans la limite diluée (et, le caséchéant, sous pression hydrostatique) ont été étudiés, comme support pour les expériences en spectroscopie Raman réalisées au laboratoire. Ces simulations constituent une partie essentielle des travaux de doctorat (un terminé, deux récemment commencés) de caractère mixte expérience – théorie. En outre, l’adsorption à la surface de monocouches de semi-conducteurs a été étudiée. Les résultats ont été présentés lors de conférences internationales et publiés. Le principal code de calcul était Siesta; pourtant certains calculs ont également été effectués à l’aide des codes Abinit et Quantum Espresso, en utilisant typiquement les supermailles de ≃102 atomes, soumises à une relaxation de structure puis au calcul des constantes de force dans l’espace réel et la diagonalisation des matrices dynamiques.
[1] K. Zhour, A. Postnikov, Phys. Status Solidi B 2021, 258, 202100131.
[2] A. Mishra, P. Baranek, A. Postnikov, Surf. and Interfaces 2021, 25, 101264.
[3] M. B. Shoker et al., Sci. Rep. 2022, 12, 753.
[4] M. B. Shoker et al., J. Appl. Phys. 2019, 126, 105707.
[5] H. Dicko et al., Sci. Rep. 2019, 9, 7817.
2019CPMXX0960: COMETE (Conception in silico de Matériaux pour l’EnvironnemenT et l’Energie)
BADAWI, Michael
Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques (LPCT).
Le développement de matériaux plus performants à bas coûts est essentiel pour des applications dans le domaine de l’environnement et de l’énergie. Ces matériaux doivent généralement être optimisés pour être performants pour l’application visée tout en étant stable dans les conditions opératoires du procédé. Souvent, la découverte d’un matériau adapté pour une application donnée est fastidieuse car elle nécessite un très grand nombre d’expériences-tests à réaliser. Une approche plus rationnelle, fondée sur une compréhension à l’échelle moléculaire des phénomènes mis en jeu, serait plus efficace. Le développement d’outils numériques couplé à une augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs permet aujourd’hui de répondre à ces objectifs à partir de la modélisation réaliste de matériaux dans leur environnement chimique.
Dans ce contexte, les objectifs de COMETE sont d’identifier des formulations de matériaux efficaces pour :
1) le piégeage sélectif des oxydes d’azote et du monoxyde de carbone pour le traitement des échappements des moteurs diesels (et essences) thermiques
2) la production de biocarburants propres de 2ème génération par la conception de nouveaux éco-catalyseurs pour la conversion de la biomasse et le développement d’adsorbants sélectifs pour la purification des biocarburants
- Daouli, E.P. Hessou, H. Monnier, M.A. Dziurla, A Hasnaoui, G Maurin, M. Badawi, Phy. Chem. Chem. Phys. 2022, 24, 15565−15578.
- Gueddida, M. Badawi, S. Lebègue, J. Chem. Phys. 2020, 152(21), 214706.
- Khalil, H. Jabraoui, S. Lebègue, W.J. Kim, L.-J. Aguilera, K. Thomas, F. Maugé, M. Badawi, Chem. Eng. J. 2020, 402, 126264.
- Gueddida, S. Lebègue, M. Badawi,Appl. Surface Sci. 2020, 533, 147422.
- Gueddida, S. Lebègue, M. Badawi, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 20262-20269.