Modélisation par Dynamique Moléculaire des mécanismes de formation des imogolites

Sujet détaillé

L’imogolite est un minéral argileux nanotubulaire qu’il est possible de synthétiser au laboratoire en grande quantité. Au fil des ans, de nombreuses modifications de ce type de nanotube ont été découvertes et cette famille de matériaux constitue aujourd’hui une nanoplateforme ayant de multiples applications potentielles [1]. Ces structures ont fait l’objet d’études expérimentales variées au NIMBE, notamment caractérisées par des spectroscopies complémentaires telles que le SAXS ou la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) [2].

L’imogolite se forme par repliement d’une monocouche d’hydroxyde d’aluminium du fait de la tension dissymétrique qu’exerce le silicium sur une des surfaces de la monocouche. Différents modes de repliement caractérisent les imogolites naturelles et synthétiques, comme le suggèrent les études les plus récentes qui couplent la diffusion des rayons X aux petits angles et la cryo- microscopie [3]. Une compréhension fine de ces modes de repliement est actuellement au coeur de nos préoccupations. Il est connu que tous ces nanotubes se forment à partir d’intermédiaires de cristallisation appelés proto-imogolites. Il s’agit de nanoparticules de 3 à 5 nm ayant la même structure locale que le nanotube final mais trop petites pour former une circonférence complète. Les protoimogolites sont également courbées sous forme de nano-tuiles. Nous faisons l’hypothèse que les nanotubes se forment par auto-assemblage de ces proto-imogolites et qu’il y aurait donc un lien entre le repliement des protoimogolites et des nanotubes. Nous pensons également que l’interaction avec le solvant joue un
rôle déterminant dans la définition de la courbure et de la chiralité des proto-imogolites et des nanotubes finaux.

L’objet de stage est d’aborder la simulation du repliement de proto-imogolites par des simulations par Dynamique Moléculaire (DM), à l’aide de champs de force classiques développées pour la modélisation des systèmes argileux, en complément de simulations ab-initio (ou DFT). Nous voudrions tester l’impact du solvant (réseau de liaisons hydrogène) et de la température sur le repliement de modèles numérique de proto-imogolites. Nous voulons déterminer la courbure finale et sa direction par rapport aux axes cristallins de l’imogolite en fonction de la taille des proto-imogolites.

Le stage consistera à produire des modèles numériques de proto-imogolites (OH et CH3) de plusieurs formes et plusieurs tailles en accordant une attention particulière à la gestion des effets de bord. Ces modèles numériques seront relaxés en présence d’eau. La courbure moyenne ainsi que la direction de courbure seront déterminées en utilisant les trajectoires de simulation de dynamique moléculaire. Ce stage est en lien étroit avec des expérimentateurs mais utilisera majoritairement des outils numériques. Nous cherchons un étudiant en chimie numérique ayant des compétences ou souhaitant se former en dynamique moléculaire. Le stage durera 5-6 mois et pourrait commencer dès mars 2025.

Le stage aura lieu au CEA Paris-Saclay, dans le service du NIMBE ( https://iramis.cea.fr/nimbe) sous la direction d’Antoine Thill et Thibault Charpentier à qui doivent être adressées les candidatures.

Lieu du stage

CEA Saclay, (91) Essonne, France

Conditions de stage

• Durée du stage : 6 mois
• Niveau d’étude requis : Bac+5
• Formation : Master 2
• Poursuite possible en thèse : Oui
• Date limite de candidature : 3 mars 2025

Méthodes, techniques : Chimie numérique, Dynamique moléculaire, DFT

Langages informatiques et logiciels : Python

Responsable du stage

Thibault Charpentier
Tél. : +33 1 69 08 23 56
Email :

Responsable NIMBE / LIONS

Antoine Thill
Tél. : +33 1 69 08 99 82