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Zéolithe : un réseau d'ordinateurs invente de nouvelles molécules

ActualitéClassé sous :physique , Zéoltithe , alumino-silicate hydraté

Un vaste ensemble de supercalculateurs et de PC mouline pour simuler des nouvelles formes de zéolithes, de curieuses molécules utilisées dans de multiples domaines, domestiques ou industriels. On en connaissait à peine deux cents. En voilà déjà plusieurs millions...

La Nature a inventé les zéolithes et en a conçu 48 modèles. L'Homme a trouvé l'idée bonne et l'a poussée un peu plus loin, créant près de 200 variétés. Au début du 21ème siècle, un gigantesque réseau d'ordinateurs en a simulé des millions...

Découverts au 18ème siècle, les zéolithes (ou zéolites) sont des alumino-silicates hydratés dont les cristaux microporeux génèrent des propriétés aujourd'hui largement exploitées par l'industrie chimique. Qualifiées de tamis moléculaires, elles sont capables de filtrer sélectivement des molécules. Ce sont aussi d'excellents catalyseurs. On les trouve dans les adoucisseurs d'eau et, au laboratoire et en usine, dans les colonnes échangeuses d'ions. Elles servent à produire de l'oxygène purifié comme à fabriquer des détergents ou des engrais, et l'industrie pétrolière les met à contribution pour le crackage.

Pour obtenir des propriétés adéquates, les chimistes ont inventé de nombreuses formes nouvelles, toujours basées sur la même structure de base, un atome d'aluminium ou de silicium au milieu d'un tétraèdre d'atomes d'oxygène. Mais toutes les formes imaginables ne sont pas chimiquement viables. Il faut donc passer beaucoup de temps devant la paillasse pour synthétiser une zéolithe inédite.

Une zéolithe bien connue, MFI, alias ZSM-5, utilisée comme catalyseur pour le crackage du pétrole brut. Comme toutes les zéolithes, ce cristal comporte une structure en gruyère, capable de piéger des molécules. Crédit : TeraGrid

Pétaoctets et téraflops plutôt que pipettes et tubes à essai

Une autre méthode, plus radicale, consiste à simuler la molécule nouvelle sur ordinateur pour vérifier qu'elle sera synthétisable. Seul problème, il faut une puissance de calcul énorme, de l'ordre de celle d'un supercalculateur moderne. Michael Deem, de la Rice University (Houston, Texas), en a trouvé un, quasiment virtuel : le TeraGrid, un réseau d'ordinateurs mis en place en 2004 autour d'un gros calculateur (baptisé LeMieux) et reliés par des liaisons à très haut débit. Aujourd'hui, il offre une puissance de calcul de plus de 100 téraflops et une capacité de stockage de 15 pétaoctets (1 pétaoctet représente un million de gigaoctets, plus exactement 1 024 x 1 024 Go). Ces moyens sont à la disposition des équipes de recherche, du moins de celles appartenant aux universités partenaires.

Grâce à cette puissance de feu, l'équipe a actuellement simulé plus de 3,6 millions de zéolithes différentes mais le travail continue au fil du travail des ordinateurs, dont 4 300 PC faisant tourner un programme en tâche de fond. Chacune de ces molécules potentielles représente une forme chimiquement possible qu'il ne reste plus qu'à synthétiser pour la tester. La base de données est libre d'accès : il n'y a qu'à piocher. A coup sûr, les zéolithes de Michael Deem trouveront preneur...