Academic literature on the topic 'Atomes – Modèles mathématiques'

D’une part, la structure d’agrégats de cobalt a été cherchée par des simulations de dynamique moléculaire du procédé de croissance d’agrégats isolés dans une phase gazeuse. Les agrégats sont construits atome par atome à partir d’un germe de 6 atomes jusqu’à une taille de 600 atomes. Les résultats de simulation sont confrontés à l’expérience notamment la réduction du paramètre de maille avec la taille de l’agrégat. En outre, un modèle mathématique simple a été proposé pour calculer l’énergie potentielle des atomes selon leur position dans l’agrégat. Ensuite, des simulations d’agrégations ont été mises en oeuvre pour déterminer le taux de nucléation de monomères de cobalt ainsi que l’occurrence des deux différents régimes de croissance d’agrégats : nucléation ou coalescence. D’autre part, des nanoparticules métalliques (argent, cobalt) ont été synthétisées par ablation laser sous liquide (eau, éthanol). L’état de surface des cibles de cobalt a été étudiée au microscope électronique à balayage pour différentes fluences du laser ainsi que pour différents types de solvant (eau ou éthanol) permettant ainsi de discriminer entre les deux modes d’ablation de matière par ablation laser sous liquide (LAL) : la vaporisation thermique des espèces atomiques de la surface ou l’éjection explosive induite thermiquement de gouttelettes fondues. La structure et la distribution en taille des colloïdes ont été recherchées au microscope électronique en transmission, les particules obtenues sont partiellement oxydées en CoO dans l’eau et en Co3O4 dans l’éthanol. De plus l’absorption de la suspension obtenue a été mesurée entre 200 et 1100 nm. Les colloïdes obtenus dans l’éthanol ont été enrobés de silice par un protocole de la méthode de Stöber permettant d’obtenir des billes de silice de 400 nm de diamètre avec un coeur constitué de nanoparticules de cobalt. Enfin, les propriétés optiques de suspensions de nanoparticules d’argent dans l’eau ou l’éthanol ont été investiguées par la recherche du pic de résonance plasmon par spectrométrie d’absorption ainsi que par l’examen des pics d’émission en spectrométrie de fluorescence
On one hand, the structure of cobalt clusters has been investigated by molecular dynamic simulations of the growth process of isolated clusters in gas phase. Clusters are grown atom by atom from a small seed up to the size of 600 atoms. Simulation results are compared with the experiments in particular the mesh parameter squeezing with the cluster size. Moreover, a simple mathematical model has been proposed to compute the potential energy of the atoms according to the position inside the cluster. Then, aggregation simulations are performed to determine the nucleation rate of cobalt monomers as well as the occurrence of the two different regime of clusters growth: nucleation or coalescence. On the other hand, metallic nanoparticles (silver, cobalt) have been synthesized by laser ablation in liquid (water, ethanol). The surface state of cobalt target has been studied with a scanning electronic microscope for different laser fluences and also for different solvents (water, ethanol) allowing discriminating between the two principal mechanisms of matter removal by laser ablation in liquid (LAL) : the thermal vaporization of atomic species from the surface and the thermally induced explosive ejection of melted droplets. The structure and the size distribution of colloids have been investigated with transmission electronic microscope; the so-prepared particles are partially oxidized into CoO in water and into Co3O4 in ethanol. Furthermore, the absorption of the so-prepared suspension has been measured between 200 and 1100 nm. The so-prepared colloids in ethanol have been coated with silica by the Stöber method enabling the synthesis of silica balls with a diameter of 400 nm and with a cobalt nanoparticles core. Finally, the optical properties of silver nanoparticles suspension in water or ethanol have been investigated by seeking the plasmon resonance peak by absorption spectrometry and also with the examination of the fluorescence spectra emission peaks

La fusion thermonucléaire est l'une des candidates favorites a la production d'énergie au courant de ce siècle. Parmi les défi que nous pose cette discipline, on note la turbulence au bord des machine de fusion et l'interaction plasma paroi. En effet nous avons montre que les fluctuations turbulentes affectent le transport des particules neutres et le rayonnement qui leur est associe. En particulier, sont affectes les neutres lents (dont le libre parcours moyen est de l'ordre de la longueur de corrélation des fluctuations), comme les molécules et les atomes d´impuretés pulvérises a la parois. Cette conclusion nous a conduit a inclure ces fluctuations dans le code de transport EIRENE utilise pour le dimensionnement de la machine ITER. Il a aussi été montre qu'en moyenne les fluctuations favorisent la pénétration des neutres dans le plasma
Edge plasma of tokamaks manifests high level of fluctuations amplitude (>50%). It has been demonstrated that such a fluctuations affect significantly the transport of neutral particles, and in particular the slow particles as molecules and sputtered impurities. That is their penetration depth in the plasma is enhanced in the average. Then turbulent fluctuations are now implemented in the monte carlo transport code EIRENE used for the design of ITER

Les problèmes de diffusion de particules, à deux et à trois corps, ont une importance cruciale en physique atomique, car ils servent à décrire différents processus de collisions. Actuellement, le cas de deux corps peut être résolu avec une précision numérique désirée. Les problèmes de diffusion à trois particules chargées sont connus pour être bien plus difficiles mais une déclaration similaire peut être affirmée. L’objectif de ce travail est de contribuer, d’un point de vue analytique, à la compréhension des processus de diffusion Coulombiens à trois corps. Ceci a non seulement un intérêt fondamental, mais est également utile pour mieux maîtriser les approches numériques en cours d’élaboration au sein de la communauté de collisions atomiques. Pour atteindre cet objectif, nous proposons d’approcher la solution du problème avec des développements en séries sur des ensembles de fonctions appropriées et possédant une expression analytique. Nous avons ainsi développé un nombre d’outils mathématiques faisant intervenir des fonctions Coulombiennes, des équations différentielles de second ordre homogènes et non-homogènes, et des fonctions hypergéométriques à une et à deux variables
Two and three-body scattering problems are of crucial relevance in atomic physics as they allow to describe different atomic collision processes. Nowadays, the two-body cases can be solved with any degree of numerical accuracy. Scattering problem involving three charged particles are notoriously difficult but something similar -- though to a lesser extent -- can be stated. The aim of this work is to contribute to the understanding of three-body Coulomb scattering problems from an analytical point of view. This is not only of fundamental interest, it is also useful to better master numerical approaches that are being developed within the collision community. To achieve this aim we propose to approximate scattering solutions with expansions on sets of appropriate functions having closed form. In so doing, we develop a number of related mathematical tools involving Coulomb functions, homogeneous and non-homogeneous second order differential equations, and hypergeometric functions in one and two variables

Les protéines de choc thermique Hsp70 [70 kDa Heat Shock Protein] sont considérées comme des chaperons moléculaires très importants qui assistent au repliement des protéines naissantes ainsi qu’au repliement des protéines dénaturées en condition de stress dans le milieu intracellulaire. Les protéines Hsp70 sont présentes chez tous les organismes, tels que l’humain, la bactérie ou encore la levure et ont pour propriété d’avoir une séquence d’acides aminés hautement conservée entre les différentes espèces. [...] Ainsi la connaissance à l’échelle atomique des structures de la protéine hHsp70 dans ses conformations ouverte et fermée est un prérequis essentiel pour comprendre les interactions entre les deux domaines NBD et SBD de la protéine et pour élucider les mécanismes de communication inter-domaine. Cependant, il n’existe pas de structure expérimentale complète de la protéine hHsp70. Dans cette thèse, nous présentons les structures « tout-atome » des conformations ouverte et fermée de la protéine hHsp70, qui ont été modélisées par homologie à partir de la structure par diffraction des rayons X [DRX] de la protéine Hsp110 de la levure Sacharomyces cerevisae [dans la conformation ouverte] et à partir de la structure résolue par Résonance Magnétique Nucléaire [RMN] de la protéine Hsp70 de la bactérie E. coli [dans la conformation fermée]. Ces deux modèles structuraux de la protéine humaine Hsp70, dans les états ouvert et fermé, ont ensuite été relaxés par dynamique moléculaire non biaisée à la température de 300K en utilisant un solvant explicite sur une échelle de temps respectivement de 2.7 et 0.5 μs. L’hétérogénéité conformationelle de la protéine hHsp70 observée dans les simulations de dynamique moléculaire a été comparée à celle extraite d’expériences de resonance par transfert d’énergie entre fluorophores [FRET pour Förster resonance energy transfer] et de diffraction aux petits angles [SAXS pour Small Angle X-ray Scattering] effectuées sur des protéines homologues à hHsp70. [...] Une fois les structures 3D « tout-atome » résolues, la transition entre la conformation ouverte et la conformation fermée [et vice-versa] des protéines Hsp70 a été étudiée en utilisant deux techniques de simulations numériques : une analyse des modes normaux [Normal Mode Analysis où NMA] de la protéine Hsp70 dans chacune de ces deux conformations et une nouvelle méthode développée au cours de cette thèse, basée sur le concept de paysage d’énergie libre [Free-Energy Landscape où FEL]. [...] Cette étude a également permis d’identifier les sous-domaines et résidus clés qui apparaissent comme jouant un rôle important dans la dynamique conformationelle de la protéine Hsp70 dans l’approximation harmonique. Pour comprendre comment la fixation du nucléotide dans le domaine NBD peut engendrer un changement important de conformation de la protéine Hsp70, nous avons réalisé des simulations de dynamique moléculaire tout-atome non biaisée [sur une échelle de temps de 2 μs] de la protéine Hsp70 de la bactérie E. coli [appelée E. coli DnaK], dans trois conditions de nucléotides différentes [liée à l’ATP, liée à l’ADP et sans nucléotide]. [...] Finalement, en combinant l’analyse des modes normaux et du paysage d’énergie libre de la protéine Hsp70, nous avons pu établir une liste de résidus et de structures locales impliqués dans la dynamique conformationelle et dans les mécanismes de communication de la protéine hHsp70. La plupart de ces résidus ont été identifiés expérimentalement comme jouant un rôle crucial dans la communication entre les domaines NBD et le domaine SBD de protéines Hsp70 homologues. Notre étude nous a également permis d’identifier de nouveaux résidus clés. Ces nouveaux résidus pourraient être testés expérimentalement par mutagénèse et leurs positions pourraient être de nouvelles cibles pour la fixation d’inhibiteurs de fonctions biologiques de Hsp70, notamment dans le cas de tumeurs cancéreuses
The 70 kDa heat shock proteins [Hsp70s] are key molecular chaperones which assist in the correct folding of nascent proteins and refolding of proteins under stress conditions in the intracellular environment. Hsp70s are present in all organisms and are highly conserved between the different species. [...] The conformational dynamics between the two conformations is governed by the ATP binding, ATP hydrolysis and by nucleotide exchange through an allosteric mechanism which is not fully understood.Knowledge of the conformations of hHsp70 at the atomic level is central to understand the interactions between its NBD and SBD. However, no complete structure of hHsp70 is known. In the present thesis, we report two conformations of hHsp70, constructed by homology modeling from the yeast Saccharomyces cerevisiae co-chaperone protein Hsp110 [openconformation] and from the bacteria Escherichia coli Hsp70 [closed conformation]. The open and closed conformations of hHsp70 built by homology were relaxed by using unbiased all-atom molecular dynamics [MD] simulations at 300 K in explicit solvent on a timescale of 2.7 and 0.5 μs, respectively. The conformational heterogeneity of hHsp70 observed in MD simulations was comparedwith those extracted from single-molecule Forster resonance energy transfer [FRET]experiments and to small-angle X-ray scattering [SAXS] data of Hsp70 homologs. [...] In the present thesis, the transitions between the open and closed conformation of Hsp70s were studied by using two different computational methods: the Normal Mode Analysis [NMA] and a new method developed in the present thesis based on the Free-Energy Landscape [FEL] concept.[...] These collective modes provide a mechanistic representation of the communication between the NBD and the SBD and allow us to identify subdomains and residues that appear to have a critical role in the conformational dynamics of Hsp70s in the harmonicapproximation. Second, in order to understand how the nucleotide binding in the NBD of Hsp70 induces a conformational change of the whole protein, we performed unbiased all-atom MD simulations [2 μs] of E. coli Hsp70 [named E. Coli DnaK], in three different nucleotide-binding states [ATPbound,ADP-bound and nucleotide free]. [...] Finally, by combining the NMA and the FEL analysis, we established a list of the local structures and of the residues relevant for the conformational dynamics and for the interdomain communication in hHsp70. Most of these residues could be related to previous experimental evidences of their role in the interdomain communication between the NBD and SBD domains of Hsp70 homologs but other were never identified before. All the relevant residues found in MD could be tested experimentally by mutational analysis and could be crucial locations to dock small peptides and for the design of inhibitors for the cancer therapy

La prise et le durcissement des matériaux de Génie Civil (plâtre, C-S-H) reposent sur des interactions entre cristaux et solutions ioniques. Ces interactions mettent en jeu des équilibres entre phases, leurs frontières (dites périphases) et des phases confinées entre périphases (dites interphases). La partie 1 "Concepts, méthodes et outils" introduit tout d'abord le concept phéno-corpusculaire proposé pour l'étude de ces équilibres, irréductibles à une approche macroscopique via la physique statistique, et d'autre part encore inabordables par la seule voie corpusculaire. Parmi les méthodes originales présentées, la méthode SASP ouvre la voie phéno-corpusculaire en physico-chimie; puis est proposée la méthode OPTASYM pour définir les positions d'atomes H inconnus dans certaines cristaux; enfin est exposée la méthode CAC exploitant simultanément expérience et simulation AFM. Quant aux outils numériques originaux, ils sont essentiellement dévolus au traitement conjoint cristal/solution, encore embryonnaire en modélisation moléculaire. La partie 2 "Equilibre massique de phases, périphases et interphases" s'attache tout d'abord à l'élaboration de structures atomiques complètes de cristaux (gypse, ettringite, thaumasite), de structures de molécules et ions, et de structure de solution grâce à la méthode SASP qui débouche numériquement sur la relation fondamentale concentrations/potentiels chimiques. Ces structures étant définies, leurs interactions sont d'abord traitées par docking entre faces cristallines et molécules ou ions. Puis l'interaction cristal/solution/cristal est présentée via SASP dans le cas d'une solution saturée de gypse. D'où, pour la première fois, l'obtention de la structure d'une interphase d'épaisseur < 1 nm. La partie 3 " Equilibre mécanique de phases, périphases et interphases " présente, tout d'abord, une étude critique de l'estimation par modélisation moléculaire des contraintes totales de cristaux et solutions ioniques. L'introduction du calcul des contraintes partielles, inabordable expérimentalement, est fort prometteuse pour relier résistance à rupture macroscopique et structure atomique. L'équilibre mécanique entre phases, périphases et interphases est tout d'abord examiné en déplacement normal jusqu'à rupture d'adhésion, pour divers couples de faces (120), (010) ou (-101), la solution interphase (CaSO4, CaCl2 ou Na2SO4) étant en situation ionique non équilibrée (pour simuler des états transitoires ou isolés) avec éventuellement de l'acide citrique. Puis cette étude est reprise en situation ionique équilibrée, via la méthode SASP, pour les faces (120) du gypse en solution saturée. Enfin une première illustration de cisaillement est donnée dans le cas d'interphase (120), en solution CaSO4 non équilibrée avec acide citrique. La conclusion souligne les avancées de ce travail en modélisation atomique de solution en présence de cristal, ainsi que ses perspectives placées dans l'optique générale phéno-corpusculaire
The setting and hardening of materials used in civil engineering (plaster, C-S-H) are based on interactions between crystals and ionic solutions. These interactions involve equilibriums between phases, their boundaries (referred to as periphases) and phases confined between periphases (referred to as interphases). Part 1, "Concepts, methods and tools", first introduces the pheno-corpuscular concept proposed for the study of these equilibriums that cannot be addressed in a macroscopic approach via the statistical physics or in a corpuscular approach alone. Among the original methods presented, the SASP method opens up the pheno-corpuscular pathway in physicochemistry; then is presented the OPTASYM method using molecular modelling to propose positions of H atoms unknown in certain crystalline structures; finally is exposed the CAC method based on a simultaneous use of AFM experiment and simulation. The original numerical tools are mainly devoted to joint crystal/solution processing, an area that is still at its beginnings in molecular modelling. Part 2, "Mass equilibrium of phases, periphases and interphases" first addresses the build-up of complete crystal atomic structures (gypsum, ettringite and thaumasite), of molecules and ions structures and of solution structures, the SASP method leading numerically, in this last case, to the fundamental relation between concentrations and chemical potentials. Once these structures have been defined, their interactions are first handled by docking between the crystalline faces and molecules or ions. The crystal/solution/crystal interaction is then presented using SASP, in the case of a saturated solution of gypsum. Whence, for the first time, the structure of an interphase of thickness < 1 nm. Part 3, "Mechanical equilibrium of phases, periphases and interphases", consists, first of all, of a critical study of estimation by molecular modelling of the total stresses of ionic crystals and solutions. The introduction of calculation of partial stresses, which cannot be performed by experiment, is particularly promising for linking macroscopic failure strength and atomic structure. Mechanical equilibrium between phases, periphases and interphases is first examined in normal displacement of various pairs of faces (120), (010) or (-101) until adhesion failure, the solution interphase (CaSO4, CaCl2 or Na2SO4) being in a non-equilibrium ionic situation (to simulate transitory or isolated states), possibly with citric acid. The study is then repeated in an equilibrium ionic situation using the SASP method for the gypsum faces (120) in a saturated solution. Finally, a first illustration of an interphase shearing is given in the case of faces (120), with a non-equilibrated solution of CaSO4 and citric acid. The conclusion underlines the progress made in this work on crystal/solution atomic modelling and its prospects within the overall pheno-corpuscular approach

L'objectif de cette thèse est de développer la modélisation des échauffements nucléaires au niveau des dispositifs expérimentaux du futur réacteur d'irradiation technologique Jules Horowitz (RJH). La forte puissance nucléaire spécifique produite (460 kW/l) induit des flux photoniques intenses qui provoquent des échauffements et des gradiants de température importants, qu'il est nécessaire de maîtriser dès la conception. Or, les calculs d'échauffement sont pénalisés par des incertitudes rédhibitoires estimées à une valeur enveloppe et majorante de 30% (2 sigma) provenant des lacunes et incertitudes des données d'émission gamma présentes dans les bibliothèques de données nucléaires de base. Le programme expérimental ADAPh vise à réduire ces incertitudes. Des mesures par détecteurs thermoluminescents (TLD) et par chambres d'ionisation sont réalisées dans les maquettes critiques EOLE (MOX) et MINERVE (UO2). L'interprétation rigoureuse de ces mesures nécessite des développements spécifiques basés sur des simulations Monte-Carlo de transport couplé neutron-gamma et gamma-électron. Les développements effectués se singularisent notamment par la modélisation de phénomènes de cavités et d'émissions gamma retardés par décroissance des produits de fission. Les comparaisons calcul-mesure ont permis d'identifier un biais systématique C/E=0.72 confirmant une tendance des calculs à sous-estimer la mesure. Une méthode d'ajustement Bayésienne a été développée afin de ré-estimer les principales composantes de l'échauffement gamma et de transposer les résultats obtenus aux dispositifs du RJH dans des conditions de représentativité clairement définies. Cette thèse a permis de réduire significativement les incertitudes sur la détermination des échauffements gamma de 30% à 15% (2 sigma)

La miniaturisation des composants électroniques et en particulier celle d'une des "briques élémentaires" de la microélectronique, le transistor MOS, nécessite l'emploi d'un nouvel oxyde de grille en remplacement du traditionnel oxyde de silicium. En effet, cette grille tend à devenir tellement fine que les courants de fuite à travers celle-ci deviennent trop importants pour garantir un fonctionnement satisfaisant. Plusieurs oxydes à fortes permittivités on été identifiés pour remplacer le SiO2. Notre étude repose sur le développement d'un simulateur Monte-Carlo cinétique original au sein d'une approche multi-échelles, allant de la molécule au réacteur de dépôt. Des études ab initio contribuent à identifier les mécanismes réactionnels élémentaires avant de les intégrer dans le simulateur. Celui-ci peut alors gérer jusqu'à plusieurs millions d'atomes, sur des durées de l'ordre de la seconde. Atteindre ces échelles d'espace et de temps permet une confrontation directe avec les résultats expérimentaux et les simulations de type macroscopique. Après un tour d'horizon du contexte de l'étude et du cadre méthodologique, cette thèse expose la conception du simulateur Monte-Carlo en interaction avec les différentes contributions du projet européen « Hike » (5ème PCRD de l'Union Européenne): modélisation du substrat, simulation du procédé de croissance par monocouches atomiques (Atomic Layer Deposition), dynamique temporelle, mécanismes réactionnels élémentaires... La validation du logiciel a non seulement conforté la démarche adoptée mais aussi donné de précieuses informations concernant la réactivité du substrat, les mécanismes et la cinétique de croissance de plusieurs oxydes à fortes permittivités, en particulier l'oxyde d'hafnium.