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DU MICROSCOPIQUE AU MACROSCOPIQUE : SIMULATION MOLÉCULAIRE ET THERMODYNAMIQUE Bernard Rousseau Laboratoire de Chimie Physique.

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1 DU MICROSCOPIQUE AU MACROSCOPIQUE : SIMULATION MOLÉCULAIRE ET THERMODYNAMIQUE Bernard Rousseau Laboratoire de Chimie Physique

2 Dynamique Moléculaire Boîte de simulation Equation fondamentale de la dynamique

3 Dynamique Moléculaire Méthode des différences finies

4 Monte Carlo Ensemble statistiqueDistribution canonique

5 Monte Carlo Mouvements Monte CarloMicro-réversibilité ijk Condition déquilibre Métropolis (NVT)

6 Quelle méthode ? Dynamique moléculaire propriétés dynamiques : viscosité, diffusion, conductivité thermique… processus coopératifs : relaxation volumique, nucléation, … différents niveaux de parallélisation Monte Carlo propriétés thermodynamiques et structurales ensembles ouverts processus activés (mouvements non- physiques)

7 Interactions

8 Réseau Gros-grain (méso)

9 Lien micro-macro Moyenne densemble : Monte Carlo : Dynamique moléculaire : Hypothèse ergodique :

10 Grandeurs accessibles…

11 Propriétés calculées Dépendent : du niveau de modélisation de la qualité du champ de force (ajustement des paramètres) de la qualité de léchantillonage

12 Perméabilite de gaz dans une matrice polymère propriétés barrières propriétés séparatives Systèmes gaz-polymère

13 Solubilité Equilibre de phase gaz-polymère :

14 Polymère semi-cristallin Régions cristallines (imperméables), amorphes et interfaciales (perméables) Dimensions caractéristiques : nm

15 Contraintes de modélisation

16 Simulations Monte Carlo o Situation expérimentale o pression, température, composition de gaz imposées o volume variable (gonflement) o contrainte externe (mécanique) o Ensemble statistique adapté o ensemble osmotique ou semi-grand canonique o

17 Résultats : PE + CO 2 /CH 433 K

18 Résultats : PE + CO 2 /CH 293 K

19 Calibrage dune contrainte ad hoc

20 CH 4 N2N2 La contrainte est une caractéristique du matériau

21 Conclusions Permet le calcul de nombreuses propriétés thermodynamiques, malgré léloignement de la limite thermo Le choix de lensemble statistique est crucial pour reproduire correctement les propriétés mesurées expérimentalement La qualité des prédictions dépend de la qualité des potentiels et des modèles Devient rapidement couteux en CPU !


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