Les réactions chimiques sont au cœur de tout ce qui se passe dans l’Univers. De la fusion thermonucléaire qui alimente le Soleil, à la façon dont les antibiotiques aident à combattre la pneumonie, tout dépend de ce qui se passe lorsque les molécules entrent en collision et interagissent pour former de nouveaux composés.

Le chimiste Ernesto García, basé à l’Université du Pays basque à Vitoria (Espagne), a consacré sa carrière universitaire à la compréhension des réactions chimiques d’un point de vue théorique. « Mon principal objectif scientifique est de calculer avec précision l’efficacité des processus moléculaires dans lesquels les molécules entrent en collision pour réagir, se dissocier, échanger de l’énergie et se déformer », explique García.

García crée des modèles de calcul pour décrire les réactions qui sont importantes pour l’étude des phénomènes naturels ou des processus industriels. Disposer de bons modèles théoriques pour prédire le comportement des molécules signifie que les simulations seront réalistes et utiles pour aborder les problèmes de recherche dans le monde réel.

Les modèles précis de collisions moléculaires prennent en compte de nombreux types de paramètres (par exemple les énergies cinétiques, la forme des molécules, les propriétés thermiques). García utilise un flux de travail appelé Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS) pour rationaliser le travail de calcul des calculs.

GEMS a été développé par l’équipe d’Antonio Laganà à l’Université de Pérouse en Italie et est alimenté par des ressources de calcul à haut débit mises à disposition par l’organisation virtuelle CompChem.

Au cours des quatre dernières années, García a travaillé sur des projets allant de l’astronomie à la chimie appliquée et aux sciences atmosphériques. Il a soumis environ 2,5 millions de travaux pour un total de 31 millions d’heures CPU et a publié huit articles dans des revues à comité de lecture et de nombreux résultats en attente de publication.

GEMS en action

Évolution chimique des nuages interstellaires

Les nuages interstellaires sont des amalgames de gaz, de plasma et de poussière dispersés dans l’Univers. Dans Rampino et al. 2016, Garcia et son équipe ont examiné comment la température influence leur évolution chimique.

L’équipe a modélisé la formation de C2+ (un ion avec une liaison chimique entre à atomes de carbone et donc un précurseur de plus longues chaînes d’hydrocarbures) à partir d’un atome de carbone et du radical méthylidine, CH+ (omniprésent dans l’espace interstellaire) et a trouvé quelque chose de surprenant : ses taux de formation dans les nuages interstellaires sont différents de plusieurs ordres de grandeur des valeurs utilisées dans les modèles astronomiques actuels.

Modélisation du plasma d’azote

Dans Esposito et al. 2017, l’équipe a modélisé des plasmas d’azote, comme ceux qui entourent les vaisseaux spatiaux lorsqu’ils entrent dans l’atmosphère de la Terre ou de Titan. Dans ces circonstances, la température peut atteindre des dizaines de milliers de degrés.

Grâce à la grille EGI, il a été possible de calculer le taux de dissociation induit par collision des molécules d’azote dans plusieurs états excités vibrationnels par collision avec des atomes d’azote et des molécules d’azote.