Dynamique moléculaire sous champ de force réactif ReaxFF

F. Laurant, IFP

La dynamique moléculaire est une technique de simulation largement utilisée pour calculer les propriétés des solides, des liquides et des gaz, étudier les conformations des macromolécules (proteïnes, etc.) et évaluer leur réactivité. Pour l'essentiel ces simulations utilisent se basent sur des champs de forces calibrés pour représenter la matière à l'état énergétique minimal, c'est-à-dire que les calculs dynamiques ne simulent que des systèmes thermodynamiquement équilibrés. Très rares sont les champs de forces permettant d'avoir accès à la réactivité thermique des (macro)molécules. Jusqu'ici on en comptait trois, les potentiels BE-BO (Johnston et Parr, 1963), Brenner (Brenner, 1990), et VALBOND (Root et al., 1993), dont les applications sont limitées à quelques mécanismes chimiques simples. Récemment, un nouveau champ de forces "réactif" a été mis au point au Californian Institute of Technology avec une participation de l'IFP. Ce potentiel, appelé ReaxFF (Van Duin et al., 2001), est basé sur le principe de Pauling reliant l'ordre des liaisons chimiques à leur longueur. Les fonctions énergétiques utilisées dans les champs de forces traditionnels ont été modifiées pour rendre compte des modifications de conformation induites par la formation et la dissociations des liaisons, et des termes décrivant les énergies de liaison en fonction des ordres de liaison, avec une correction pour les sur- et sous-coordinations ont été ajoutés. Le champ de force ReaxFF est suffisamment complet pour prédire à la fois les propriétés physico-chimiques et la réactivité thermique de structures chimiques complexes. Les premières applications, qui ont porté sur les systèmes Si/SiO2 en phase condensée (Van Duin et al., 2003) et l'étude d'une série de biomarqueurs (Van Duin et Sinninghe Damste, 2003), ont été concluantes et permettent d'envisager la modélisation de systèmes plus complexes comme les biomacromolécules. Les spécificités de ce champs de forces, ses applications actuelles et à venir seront présentées au cours du séminaire.