Représentation gros grain des phénomènes d’association moléculaire. Application à des phases homogènes et des problématiques d’adsorp­tion.

Étant très exigeantes en ressources de calcul, les simulations moléculaires sont limitées à des systèmes de petite taille (quelques centaines d’Angström) et sur des durées courtes (quelques centaines de nanosecondes). Pour contourner ces limitations, il est possible d’utiliser des modèles à gros grains, où un grain représente plusieurs atomes voire plusieurs molécules. Cela implique cependant de disposer d’un modèle réaliste et efficace d’interaction entre grains. Une méthode de paramétrisation des modèles gros grains a été développée au laboratoire [1] et permet de considérer les interactions et les spécificités chimiques de l’échelle moléculaire.

L’objectif de cette thèse sera plus spécifiquement de proposer, de tester et d’utiliser des moyens de décrire les interactions entre grains dans les sys­tèmes associatifs avec des interactions spécifiques de type liaison hydrogène par exemple, mais également pour diverses applications telle que l’adsorption ou l’absorption. En particulier, on pourra chercher à modéliser l’association par des liaisons dynamiques [2], envisager de redéfinir les molécules associées comme un grain unique [3] ou ajuster les potentiels d’interactions pour reproduire des énergies d’ad­sorption (potentiels de force moyenne) [4]. Ce type d’étude est fondamental pour l’utilisation de modèles gros grains et les simulations mésoscopiques dans des systèmes biologiques impliquant des protéines, des tensio-actifs et dans des systèmes polymériques impliquant des temps longs pour la relaxation des chaînes de polymères. On pourra comparer la performance des modèles développés dans cette thèse à des modèles gros grains de la littérature (MARTINI [5], SPICA [6],…).

[1] Dequidt, A., & Solano Canchaya, J. G. (2015). Bayesian parametrization of coarse-grain dissipative dynamics models. The Journal of Chemical Physics, 143(8).
[2] Kamerlin, S. C., & Warshel, A. (2011). The empirical valence bond model: theory and applications. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science, 1(1), 30-45.
[3] Jin, J., Han, Y., Pak, A. J., & Voth, G. A. (2021). A new one-site coarse-grained mo­del for water: Bottom-up many-body projected water (BUMPer). I. General theory and model. The Journal of Chemical Physics, 154(4).
[4] Wei, S., & Knotts, T. A. (2013). A coarse grain model for protein-surface interac­tions. The Journal of Chemical Physics, 139(9).
[5] Marrink, J. S., de Vries, A. H., Mark, A. E. (2004). Coarse Grained Model for semiquantitative lipid simulations. l. The Journal of Physical Chemistry B, 108(750).
[6] Seo, S., & Shinoda, W. (2019). SPICA Force Field for Lipid Membranes : Domain formation induced by cholesterol. The Journal of Chemical Theory and Computation, 15(762).

La thèse se déroulera à l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, dans le cadre du laboratoire commun SimatLab, dont les tutelles sont l’Uuniversité Clermont Auvergne, le CHU, le CNRS et Michelin.

Candidat(e) avec une connaissance des interactions moléculaires et une expérience en simulation moléculaire.

Des compétences en programmation sont nécessaires et un minimum d'aisance avec les maths (calculs).