Représentation gros grain des phénomènes d'association moléculaire. Application à des phases homogènes et des problématiques d'adsorption. // Coarse grained representation of molecular assocation phenomena. Application to homogeneous phases and to adsorpt

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 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, envisager de redéfinir les molécules associées comme un grain unique ou ajuster les potentiels d'interactions pour reproduire des énergies d'ad­sorption (potentiels de force moyenne). 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, SPICA,…).
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Molecular simulations are very demanding in terms of computing resources, and are therefore limited to small systems (a few hundred Angstroms) and short timescales (a few hundred nanoseconds). To overcome these limitations, it is possible to use coarse-grained models, where one grain represents several atoms or even several molecules. However, this requires a realistic and efficient model of the interaction between grains. A method for parametrizing coarse-grained models has been developed in the laboratory, enabling interactions and chemical specificities on the molecular scale to be taken into account.
More specifically, the aim of this thesis will be to propose, test and apply ways of describing interactions between grains in associative systems with specific interactions such as hydrogen bonding, but also for various applications such as adsorption or absorption. In particular, we may seek to model association by dynamic bonds, consider redefining associated molecules as a single grain, or adjust interaction potentials to reproduce adsorption energies (mean force potentials). This type of study is fundamental to the use of coarse-grained models and mesoscopic simulations in biological systems involving proteins and surfactants, and in polymeric systems involving long relaxation times for polymer chains. It will be possible to compare the performance of the models developed in this thesis with coarse-grained models from the literature (MARTINI, SPICA,...).
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

Les candidats doivent avoir une formation en chimie physique (interactions moléculaires) et des compétences en programmation (C++ et/ou python). Une expérience en simulation moléculaire serait un plus.
Candidates should have a background in physical chemistry (molecular interactions) and programming skills (C++ and/or python). Experience in molecular simulation would be a plus.