Illustrations des systèmes modélisés pour (a) distribution de molécules d’eau sur la surface de l’aérosol organique (inset : modèle QM/MM pour le domaine HO2-phase organique) ; (b) modèle imbriqué pour les halogénures dans des gouttelettes d’eau (rouge : densités électroniques DFT pour l’eau ; bleu : halogénure) ; (c) modèle structurel pour l’interaction chlorure-glace amorphe (d) snapshot de la simulation de l’ion iodate solvaté.
Les aérosols sont des petites particules solides ou des gouttelettes liquides en sus- pension. Elles proviennent de sources naturelles (composés organiques volatils émis par la biomasse, sels marins, etc.) ou par l’action humaine (suies issues de la com- bustion incomplète de carburant).
Ces aérosols jouent un rôle clé en tant que substrats sur lesquels des espèces présentes dans l’atmosphère peuvent s’attacher, réagir en contribuant à leur dispersion autour du globe, y compris les radionucléides tels que l’iode. Ces phénomènes impliquent de multiples processus physico-chimiques qui pour être compris à l’échelle moléculaire requièrent d’utiliser des modèles théoriques combinant différentes approches.
Notre équipe utilise et développe ces modèles et les codes de simulation associés. Nos simulations visent à décrire les propriétés électriques et/ou magnétiques, et/ou thermodynamiques par une approche soluté/solvant en incluant les effets de l’environnement et les effets de température (en moyennant les résultats sur un ensemble de configurations). Nous pouvons notamment simuler: (a) l’uptake réac- tif de HO2 sur des aérosols organiques, à travers la combinaison de simulations de dynamique moléculaire classique (CMD) et de calculs ab initio QM/MM non-relativistes; (b) les spectres XPS de l’ion iodure microhydraté, et l’évolution des spectres d’ionisation de valence d’halogénures avec la taille des gouttelettes, en combinant diverses méthodes développées par l’équipe (champs de force polarisables pour les simulations CMD, et la méthode d’imbrication quantique EOM-IP-CCSD-in-DFT QM/QM relativiste); (c) les spectres XPS de HCl et de l’ion chlorure aux interfaces air/glace couplant des la méthode EOM-IP-CCSD-in-DFT relativiste; et (d) la solvatation de l’ion iodate (IO3-), utilisant des simulations Car-Parrinello MD (CPMD) faute de champs de force polarisables classiques.
Le très grand volume de simulations requis pour ces exemples d’études a rendu l’utilisation des centres de calcul nationaux indispensable pour atteindre nos objectifs.