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Big data, multiéchelle et matériaux
Calculs à haut débit de propriétés moléculaires dans l’environnement MedeA
Xavier ROZANSKA, MATERIALS DESIGN
Ce travail démontre notre capacité à prédire systématiquement les propriétés thermodynamiques par lot de plusieurs milliers de molécules en utilisant des procédures automatique. Ceci est accompli à l’aide de nouveaux outils et fonctions intégrés dans l’environnement logiciel de MedeA® (Material Exploration and Design Analysis), qui manipule l’exécution automatique de séquences de tâches sur de grands nombres de molécules comprenant la création de modèles moléculaires 3D à partir de représentations 1D, l’exploration systématique des conformations possibles pour chaque molécules, la création et la soumission de tâches informatiques pour calculer des propriétés sur des ordinateurs parallèles, le post-traitement par comparaison avec les propriétés expérimentales disponibles, et la gestion automatique des informations en entrée et sortie d’une base de données.
Après la description des différentes fonctionnalités et méthodes de MedeA® qui facilitent grandement le traitement de si grand nombre de calculs, nous illustrons la puissance et la force de l’approche avec des exemples sélectionnés à partir de simulations de mécanique moléculaire et chimie quantique. En particulier, la comparaison des données thermochimiques moléculaires obtenues par chimie quantique, notamment les énergies de formation et les chaleurs spécifiques moléculaires, avec les valeurs expérimentales a été obtenue pour plus de 2 000 composés, conduisant à des déviations entre des valeurs expérimentales tirées des bases de données de la DIPPR (Design Institute for Physical PRoperties) entre autres et les valeurs calculées de moins de 4 %. Le calcul automatique de la densité de fluides moléculaires est démontré pour 192 systèmes. Les relaxations dans leurs structures d’énergies minimales et le calcul des fréquences vibratoires de 5 869 molécules sont évalués automatiquement en utilisant une approche de mécanique quantique semi-empirique avec un taux de succès de 99,9 %.
La présente approche peut être étendue à de grand nombre de molécules, ouvrant ainsi des possibilités excitantes en vue de la croissance continue des puissances de calculs, de la parallélisation des tâches, et des capacités de stockage des ordinateurs à hautes performances.
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Xavier ROZANSKA. Prior to joining Materials Design® 4 years ago, Xavier Rozanska was a research scientist in different countries and places. He worked for 4 years in the Netherlands after obtaining a master’s diploma in computer science and theoretical chemistry. He obtained a PhD in chemistry under the supervision of Rutger van Santen at the Technical University of Eindhoven. He won the ASML award in applied research for his PhD thesis work on the ab initio analysis of the elementary mechanisms of reactions catalyzed by zeolite. For 3 years, he was an Alexander von Humboldt Foundation fellow and postdoc at the Humboldt University in Berlin, Germany, where he carried out ab initio studies of transition metal oxide and zeolite catalysts together with Joachim Sauer. For almost 6 years, he worked at the Universities Pierre and Marie Curie (Paris), and Henri Poincaré (Nancy), and at the Ecole Normale Supérieure de Lyon in France. While there, he analyzed biochemical and organic and inorganic chemical systems using static and dynamic methods at quantum and molecular mechanic levels. He also participated in method and software developments (X-ray diffraction, QM/QM and QM/MM, VASP GPU porting). He was involved in research projects leading activities, in particular within the Global Research Partnership granted by KAUST (CADENCED project). Xavier Rozanska is author or co-author of more than 45 articles in international peer-reviewed journals and 5 contributions in edited books. |
