La modélisation numérique est une branche de la science qui regroupe l'ensemble des méthodes capables de prédire le comportement de la matière, par l'usage de ressources informatiques. Complémentaires à la chimie et physique expérimentale, ces méthodes sont souvent utilisées pour tenter d'orienter les travaux des expérimentateurs, ou pour améliorer la compréhension de mécanismes plus fondamentaux, à différentes échelles.
Parmi ces méthodes numériques, la dynamique moléculaire est celle choisie dans le cadre du projet ThermoHarv pour comprendre le transport de la chaleur dans les matériaux composites à base de polyuréthane et de nanotubes de carbone. Pour cela, la dynamique moléculaire se base sur des lois physiques fondamentales pour prédire le comportement de la matière à l'échelle moléculaire, à savoir, les lois de Newton. En effet, en connaissant l'ensemble des forces et vitesses ressenties à un instant donné par un atome appartenant à une molécule, la dynamique moléculaire est capable de prédire la position et vitesse de cet atome à l'instant suivant. En répétant ce processus sur l'ensemble des atomes d'un système, la dynamique moléculaire parvient finalement, à l'aide de calculateurs de puissance, à prédire les propriétés d'un système.
Dans le cadre du projet ThermoHarv, l'usage de la dynamique moléculaire permet d'obtenir une grandeur clef qui caractérise le transport thermique dans un matériau : la conductivité thermique. Pour cela, le système moléculaire étudié est divisé en deux parties soumises respectivement à un chauffage et refroidissement ; ensuite une relaxation thermique se produit, donnant lieu à un flux de chaleur (Q) de la région chaude vers la froide. Le traitement de ce flux thermique par une autre loi fondamentale de la physique, la loi de Fourier, donne finalement accès à la conductivité thermique du système.
De cette façon, la modélisation numérique permet de prédire le comportement des matériaux étudiés expérimentalement par ThermoHarv et d'améliorer la compréhension des tendances observées et les performances du dispositif.
Ces travaux sont réalisés par Louis DUHAYON dans les locaux de l'université de Mons, retrouvez son profil sur cette page.