212 - Modélisation et simulations numériques multi-échelles en chimie : des sciences de la vie et de l’environnement au génie des matériaux

Communications orales 08 h 00 → 12 h 10

Matin 1

• Communication orale 08 h 10
  Vers la découverte accélérée par ML et QML de matériaux et de mécanismes catalytiques (multi-échelles)
  Dennis Salahub (University of Calgary)

  Nous cherchons à construire des modèles de plus en plus réalistes desprocessus catalytiques ayant lieu sur des surfaces ou des nano-particules. Depuis quelques années nous appliquons à cette tache des méthodes d’apprentissage automatique (machine learning (ML)), notamment l’apprentissage actif (Active Learning (AL)) dans le but ultime de définir automatiquement les coordonnées réactionelles. Je rapporterai les progrès réalisés vers cet objectif en utilisant l’AL pour l’optimisation des structures de nanocatalyseurs, ainsi que pour la recherche dans des bases de données afin de découvrir de meilleurs matériaux catalytiques. Je mettrai en avant les protocoles et les logiciels développés, QMLMaterial, GAMaterial MLChem4D et RLMaterial.
  Nos premiers essaies d’incorporation d’algorithmes quantiques (par exemple, QAL) pour les ordinateurs quantiques mettront en lumière les facteurs influençant l’amélioration quantique.

• Communication orale 08 h 50
  Modélisation multi-échelle des propriétés optiques des nanoparticules polymères pour les applications de bio-imagerie
  Conrard Giresse Tetsassi Feugmo (University of Waterloo)

  Les nanoparticules de polyphénylène éthynylène (PPE NPs) ont émergé comme une alternative prometteuse aux colorants fluorescents traditionnels pour les applications de bio-imagerie, en raison de leur grande photostabilité, de leur sensibilité et de leur biocompatibilité. Les méthodes computationnelles jouent un rôle essentiel dans l'avancement de notre compréhension des propriétés optiques des PPE NPs et de leurs relations structure-propriété. Dans cette étude, nous employons une combinaison de la théorie fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) et de simulations de dynamique moléculaire (MD) pour examiner les propriétés d'adsorption et d'émission des PPE NPs dans des environnements biologiques. La TDDFT fournit des informations précises sur les propriétés des états excités, tandis que les simulations MD capturent les interactions dynamiques des PPE NPs avec leur environnement. En intégrant ces approches computationnelles, nous visons à élucider les facteurs clés régissant le comportement photophysique des PPE NPs, contribuant ainsi à la conception rationnelle de nanomatériaux pour améliorer la performance en bio-imagerie. Les résultats de cette étude participent au développement de modèles prédictifs pour optimiser la réponse optique et la stabilité des NPs pour les applications de bio-imagerie.

• Communication orale 09 h 30
  Apport de la dynamique moléculaire au PEL (Paysage Énergétique Potentiel) dans le cas des polymères
  Armand Soldera (UdeS - Université de Sherbrooke)

  Le Paysage Énergétique Potentiel (PEL) est un concept particulièrement utile pour décrire les transitions de phase, et en particulier la transition vitreuse (GT). Il représente une surface d’énergie où chaque point correspond à une configuration moléculaire possible. Les vallées (minima locaux) décrivent des états stables ou métastables, tandis que les sommets représentent les barrières énergétiques séparant ces états. Les minima moins profonds correspondent aux états vitreux, où les molécules sont piégées dans des configurations, tandis que les minima profonds représentent des configurations thermodynamiquement favorables. Le passage d'un état, soit la hauteur des barrières, est plus communément désigné par énergie d’activation, . À mesure que la température diminue, le système se retrouve piégé dans des minima énergétiques plus profonds, entraînant un ralentissement de la mobilité moléculaire et une vitrification, ce qui correspond à la GT. Bien que le PEL soit hautement multidimensionnel, il est proposé d’utiliser la dynamique moléculaire pour en donner une certaine description qui soit applicable à une représentation chimique de cette GT au sein des polymères.

  
  

• Communication orale 10 h 30
  Démocratiser les simulations et analyses moléculaires interactives grâce à une plateforme portable clé en main
  Marc Baaden (CNRS)

  Démocratiser les simulations et analyses moléculaires interactives grâce
  à une plateforme portable clé en main
  
  Les outils informatiques permettant de visualiser et manipuler des
  structures moléculaires en temps réel représentent un potentiel
  considérable pour accélérer la recherche et améliorer l'enseignement,
  mais restent encore sous-exploités. Notre équipe a développé MolPlay,
  une plateforme qui démocratise l'accès aux simulations et analyses
  moléculaires interactives.
  
  Je présenterai les tâches courantes de modélisation interactive -
  assemblage, déformation, échantillonnage d'événements rares - et leurs
  applications, notamment pour l'étude des membranes et protéines
  membranaires. MolPlay fournit un environnement logiciel prêt à l'emploi
  avec une collection d'exemples pratiques soigneusement sélectionnés.
  
  La nature portable et autonome de MolPlay permet des déploiements
  variés, de la vulgarisation à l'enseignement, en laboratoire de
  recherche, et comme outil abordable de distribution de logiciels
  scientifiques. Plusieurs tests ont démontré que MolPlay abaisse les
  barrières d'accès aux approches interactives.
  
  En consolidant plus d'une décennie d'expertise dans une plateforme
  accessible, MolPlay représente une avancée significative vers une
  adoption plus large de ces techniques computationnelles puissantes mais
  sous-utilisées, tant dans l'éducation que dans la recherche.
  

• Communication orale 11 h 10
  L’ATP synthase au-delà de la catalyse
  Chérif Matta (Mount Saint Vincent University)

  Islam K. Matar,^1,2 Peyman Fahimi,³ Jean-Nicolas Vigneau,³ Chérif F. Matta^1-3

  ¹ Dép. de chimie et de physique, Université Mount Saint Vincent, Halifax, NE, Canada B3M 2J6.

  ² Département de chimie, Université Saint Mary's, Halifax, NE, Canada B3H 3C3.

  ^{3 Dép. de chimie, Université Laval, Québec, QC, Canada G1V 0A6.}

  cherif.matta@msvu.ca

  De nouvelles fonctions biologiques de l'ATP synthase ont été récemment proposées. On pense maintenant que cette enzyme interfère avec l'énergétique de la réaction elle-même et non pas seulement avec la barrière d'énergie potentielle (qui détermine la vitesse) de la réaction. Ce rôle inhabituel est dû au potentiel électrostatique de l'enzyme. Les structures cristallographiques de l'ATP synthase de différentes espèces, y compris l’humaine, sont utilisées pour comparer leurs potentiels électrostatiques en résolvant l'équation de Poisson-Boltzmann. La différence de potentiel qu'un proton subit uniquement en raison du potentiel électrostatique de l'enzyme elle-même se situe à un ordre de grandeur près de la différence de potentiel chimiosmotique. La figure montre un exemple du potentiel électrostatique d’une des 250 structures étudiées dans deux plans perpendiculaires à l'axe long de la protéine correspondant aux points d'entrée et de sortie du proton où le plan d'entrée (rouge) est positif tandis que le plan de sortie est négatif. Cette découverte pourrait avoir des répercussions sur l’estimation du contenue calorifique des aliments.

  Références

  1. Matar, I. K. ; Fahimi, P., Vigneau, J.-N. ; Matta, C. F. in preparation (2025).
  2. Vigneau, J.-N. ; Fahimi, P., Ebert, M. ; Cheng, Y. ; Tannahill, C. ; Muir, P. ; Nguyen-Dang, T.-T. ; Matta, C. F. ChemComm 58, 2650-2653 (2022).
  3. Fahimi, P. ; Matta, C. F. Trends Chem. 4, 96-110 (2022).
  4. Matta, C. F., Massa, L. J. Phys. Chem. A 121, 9131-9135 (2017).
• Communication orale 11 h 50
  Du Criblage à Haut Débit à l’Effet du Potentiel d’Électrode au Niveau Atomique : Une Étude de Cas pour la Réaction de Réduction de l’Azote
  Mehdi Shamekhi (Université Concordia)

  La réaction électrochimique de réduction de l’azote (NRR) constitue une alternative verte à la

  synthèse de l’ammoniac dans des conditions ambiantes, pouvant remplacer le procédé Haber-
  Bosch, très énergivore. Cependant, sa mise en œuvre à grande échelle reste difficile en raison de

  la faible activité et sélectivité des électrocatalyseurs. Pour accélérer la découverte de catalyseurs,
  les algorithmes d’apprentissage automatique explorent efficacement l’espace chimique, tandis que
  les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) fournissent des informations
  précises sur la structure électronique des candidats prometteurs. Toutefois, ces méthodes ne
  capturent pas entièrement l’environnement électrochimique du processus catalytique, où le
  potentiel d’électrode joue un rôle clé. Nous proposons un cadre computationnel complet pour la
  conception d’électrocatalyseurs pour la NRR, combinant un criblage à haut débit d’alliages
  bimétalliques et une caractérisation DFT approfondie. Pour surmonter les limites des modèles
  conventionnels, nous utilisons la DFT en ensemble grand canonique (GCE-DFT) afin d’examiner
  l’effet d’un potentiel d’électrode constant sur l’adsorption des espèces azotées et les énergies
  d’activation. Cette approche offre une vision plus réaliste des processus électrochimiques et guide
  la conception durable de catalyseurs pour la NRR et d’autres réactions électrochimiques.

Dîner 12 h 10 → 13 h 40

Dîner

Communications orales 14 h 20 → 17 h 00

Après-midi 1

• Communication orale 14 h 20
  Noyaux quantiques et réactivité chimique: le point de vue de la simulation moléculaire
  Riccardo Spezia (Sorbonne Université)

  Les effets quantiques nucléaires (EQNs) peuvent jouer un rôle clé dans la réactivité chimique, en particulier pour les réactions à basse température et lorsqu’ils impliquent des atomes de proton/hydrogène. Les approches théoriques rigoureuses devient rapidement irréalisable lorsque la taille du système augmente. Une alternative pour prendre en compte les EQNs dans les simulations moléculaires est l’utilisation de la méthode RPMD.[1] Nous l’avons appliquée aux simulations de dynamiques réactionnelles.

  Nos résultats montrent que RPMD permet de reproduire avec une bonne précision l’effet de la quantification vibrationnelle sur les constantes de vitesse.[2] Ensuite, nous avons étudié le double transfert de protons dans les paires de bases de l’ADN et montré que l’environnement joue un rôle crucial en modifiant les mécanismes réactionnels et que les EQNs ont pour effet de modifier la constante de vitesse.[3] Enfin, nous avons étudié le rôle des effets quantiques nucléaires dans la réarrangement de Cope. Nos simulations peuvent rendre compte de la cinétique fortement modifiée par rapport à un comportement d’Arrhenius.[4]

  Références:

  1.Craig, I.R.; Manolopoulos, D.E. J. Chem. Phys. 2004, 121, 3368.

  2. Angiolari, F.; Huppert, S.; Spezia, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2022, 24, 29357.

  3. Angiolari, F.; Huppert, S.; Pietrucci, F.; Spezia, R. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 5102-5108.

  4. Angiolari, F.; Huppert, S.; Mandelli, G.; Aieta, C.; Spezia R. Chemistry Eur. J. 2024, 30, e20240100.

• Communication orale 15 h 00
  Comment les atomes d'oxygène et d'azote pré-adsorbés affectent la dissociation de l'hydrogène à la surface du tungstène
  Pascal Larregaray (CNRS - Centre national de la recherche scientifique)

  La demande croissante de l’humanité en énergie associée au réchauffement climatique nécessitent la production d’une énergie durable. Dans ce contexte, la fusion nucléaire est un candidat prometteur pour une source d'énergie propre et décarbonnée. La réaction utilisée à cette fin est la fusion d'isotopes d'hydrogène à l’intérieur d’un plasma confiné par des champs magnétiques. Cependant, un problème à résoudre est la conception et l'entretien de l'enceinte à vide dans laquelle le plasma est créé (Tokamak). Un réacteur expérimental (International.Thermonuclear.Experimental.Reactor) est en cours de construction.

  Les composants faisant face au plasma sont en tungstène, métal hautement réfractaire, si bien que l’étude des interactions et des mécanismes élémentaires impliquant l’hydrogène atomique/moléculaire (et ses isotopes) et ce type de surfaces a focalisé l’attention des dernières années.

  Dans cette présentation, la dynamique de collision de H₂ avec la surface W(110) est étudiée, en particulier le mécanisme d’adsorption dissociative et notamment l’influence d’impuretés pré-adsorbées (oxygène et azote). Pour ce faire, des simulations de dynamique moléculaire ab initio basées sur la théorie de la fonctionnelle densité sont mises en oeuvre.

• Communication orale 16 h 00
  Réinterprétation du co-volume dans une généralisation de l’équation de Redlich-Kwong pour les gaz réels
  Gustavo Arteca (Université Laurentienne)

  Cette communication discute une extension de l’équation d’état de Redlich-Kwong pour les gaz réels. En modifiant la partie attractive du modèle original afin d’asurer la quasi-universalité du facteur de compressibilité critique, on prédit un co-volume de b=Vc/(6,33±0,62) pour 90 % des gaz, en termes de volume molaire critique Vc. On montre que cette valeur de b est approximativement égale à la différence entre le volume molaire d’un fluide monodisperse proche de son point de fusion normal et l’espace interstitiel associé aux emballages non-compactes ou aléatoires de sphères. En autres mots, contrairement au co-volume originale de Redlich-Kwong, le présente paramètre b correspond à un vrai volume moléculaire exclu. Nous proposons ce modèle comme une alternative pour étendre l’utilité phénoménologique des équations d’état cubiques pour les fluides, sur une plus large gamme de valeurs des volumes molaires.

• Communication orale 16 h 40
  Doktorov en Circuit Quantique : Application au Phenol
  Renato Olarte Hernandez (UdeS - Université de Sherbrooke)

  Comment utiliser un algorithme quantique pour la spectroscopie moléculaire ?

  Déterminer la structure vibronique d’un spectre d’absorption est une tâche computationnellement exigeante. Cela nécessite d’estimer l’ensemble des intégrales de Franck-Condon (FC), qui dépendent des modes normaux de vibration et de leurs combinaisons lors des réarrangements électroniques et structuraux induits par la transition électronique.

  Si cette tâche représente un défi pour les ordinateurs classiques, les ordinateurs quantiques offrent une alternative prometteuse en exploitant leur nature intrinsèque. L’approche consiste à utiliser la TD-DFT (Time-Dependent Density Functional Theory) pour obtenir les propriétés électroniques et vibrationnelles des états fondamental et excité. Ces informations servent ensuite de base au circuit quantique de Doktorov, conçu pour calculer les facteurs de Franck-Condon.

  Nous détaillerons la mise en œuvre de cette méthode en langage quantique, notamment à travers la Trotterisation, en illustrant son application avec le cas du phénol.

Communications orales 08 h 00 → 12 h 10

Matin 2, de 8h00 à 12h00

• Communication orale 08 h 20
  Modélisation d’agrégats d’hydrocarbures aromatiques polycycliques et d’eau : structures, énergétique et dynamique »
  Aude Simon (CNRS & Université de Toulouse)

  Héloïse Leboucher, Mathias Rapacioli et Aude Simon

  Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques LCPQ/FERMI, UMR5626, Université de Toulouse (UPS) and CNRS,

  Les agrégats d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et d’eau sont des systèmes d’intérêt en astrochimie et en chimie atmosphérique. Des agrégats HAP_m(H₂O)_n neutres, chargés ou protonés sont en effet susceptibles de se former dans les régions les plus froides du milieu interstellaire. Ils représentent également un bon modèle d’aérosols. Afin d’évaluer leur rôle dans la physico-chimie de ces milieux, il est crucial de déterminer leurs structures, leur stabilité et leurs signatures spectrales, ainsi que les processus dynamiques conduisant à leur formation et à leur destruction.

  En raison de la taille et de la complexité des surfaces de potentiel à explorer, nous utilisons la méthode DFTB avec des paramètres adaptés pour déterminer la structure électronique, l’approche DFTB-CI étant utilisée pour les agrégats chargés. Des simulations basées sur l’algorithme PTMC permettent d’accéder aux structures. Les processus dynamiques de formation et de destruction sont simulés par des dynamiques moléculaires de type BOMD/DFTB.

  Nous présenterons les résultats obtenus pour les structures et la stabilité des dimères de pyrène C₁₆H₁₀ neutres et chargés en interaction avec des agrégats d’eau, ainsi que l’impact sur les propriétés énergétiques et spectrales. Quelques résultats sur la croissance et la dissociation d’agrégats protonés [(C₁₆H₁₀)_1–2(H₂O)_1–5H]⁺ , étudiés expérimentalement, seront également présentés. Ces études apportent des données moléculaires cruciales pour l’astrochimie.

• Communication orale 09 h 00
  Approches théoriques des systèmes astrophysiques et atmosphériques de haute dimension : combinaison de la dynamique moléculaire ab initio avec des surfaces d'énergie potentielle ba
  Alejandro Rivero Santamaría (PhLAM, Université de Lille)

  Alejandro Rivero Santamaría¹, Samuel Del Fré¹, Gilberto A. Alou Angulo¹, Maxime Infuso¹, Denis Duflot¹, Céline Toubin¹ and Maurice Monnerville¹

  ¹Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 – PhLAM – Physique des Lasers Atomes et Molécules, F-59000 Lille, France

  Ce travail explore les avancées récentes dans la compréhension des mécanismes clés sous-jacents aux phénomènes moléculaires atmosphériques et astrophysiques. Notre investigation se concentre principalement sur les interactions gaz-surface, qui sont essentielles pour décrypter les processus complexes régissant les environnements terrestres et cosmiques.

  Nous discutons des approches théoriques au cœur de ces études, en mettant l'accent sur l'intégration de méthodologies de pointe dans notre recherche. Une attention particulière est accordée à une stratégie combinée exploitant la Dynamique Moléculaire Ab Initio (AIMD) et les Surfaces d'Énergie Potentielle basées sur l'Apprentissage Automatique (ML-PESs). Cette approche a considérablement amélioré nos capacités analytiques, permettant une modélisation plus sophistiquée de ces systèmes complexes. Deux cas pratiques sont présentés : l'étude de la photodésorption sur des analogues de glace de CO et l'oxydation du NO sur des surfaces de graphite activé.

• Communication orale 09 h 40
  Aperçus théoriques des revêtements d'interface polymères pour les cathodes de batteries au lithium-soufre
  Ameer Nizami (Université Concordia)

  Les batteries lithium-soufre (Li-S) sont des alternatives potentielles aux systèmes lithium-ion en raison de leur densité énergétique théorique plus élevée et de leur rentabilité. Toutefois, leur adoption à grande échelle se heurte à d'importants défis techniques qui doivent être relevés.

  L'étude utilise la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour analyser les caractéristiques de performance des polymères au niveau moléculaire, en examinant des propriétés telles que les capacités d'adsorption, la thermodynamique et le transfert de charge. En utilisant des méthodes de calcul avancées avec la fonctionnelle d'échange-corrélation ωB97X-D et l'ensemble de base def2-TVZPD, la recherche étudie les interactions entre les composants moléculaires clés, notamment l'urée, l'urée encombrée et diverses espèces de Li-S. L'analyse compare les polyéthylène et les polyéthylène à l'urée encombrée et à l'urée encombrée. L'analyse compare les variantes de poly(urée encombrée) avec le fluorure de polyvinylidène conventionnel, en mettant l'accent sur l'énergie de liaison et la stabilité.

  Cette recherche établit un cadre pour l'évaluation des revêtements polymères avancés, soulignant la promesse des réseaux PHU-dithiols pour relever les défis des batteries Li-S. Les résultats fournissent des indications précieuses pour le développement de systèmes de batteries Li-S plus stables et plus efficaces, contribuant ainsi à l'avancement des technologies de stockage d'énergie durable.

• Communication orale 10 h 30
  Solvatation, ionisation et réactivité dans les goutelettes d'hélium: modélisation par des approches basées sur les intégrales de chemin
  Florent Calvo (CNRS)

  Les gouttelettes d'hélium sont des milieux cryogéniques fascinants pour
  la physico-chimie, permettant d'isoler et de caractériser finement des
  espèces exotiques. Nos simulations utilisent des potentiels
  d'interaction finement calibrés sur des calculs ab initio, et
  décrivant la délocalisation des noyaux par des intégrales de chemin.
  
  Nous considérerons des dopants moléculaires (hydrocarbures
  aromatiques), et des éléments alcalins dont la propension à la
  solvatation dans l'hélium dépend crucialement de leur état
  d'ionisation, et illustrerons comment la microsolvatation graduelle
  traduit la compétition entre interactions faibles au sein des amas.
  
  La dynamique de solvatation, très intimement liée à celle
  d'ionisation, est abordée en relation avec des expériences pompe-sonde
  récemment menées dans le groupe de H. Stapelfeldt, dans lesquelles
  deux dopants aux comportements distinct sont successivement
  ionisés. Nos simulations y révèlent les mécanismes successifs
  impliquant solvatation graduelle, expulsion Coulombienne et
  évaporation du solvant.
  
  Enfin, le dispositif pompe-sonde étendu au dopant moléculaire a permis
  de suivre, en temps réel, la formation d'un complexe non-covalent
  entre ion alcalin et la molécule de benzene, ralentie par le milieu
  cryogénique. Les simulations mettent ici en évidence de nouveaux
  mécanismes en jeu dans cette réaction chimique, dans lesquels les deux
  partenaires jouent des rôles dissymétriques.

• Communication orale 11 h 10
  Dynamique Ro-translationelle d'H2O en Captivité
  Patrick Ayotte (UdeS - Université de Sherbrooke)

  T. Putaud¹, J.-C. Chartrand¹, Y. Kalugina^1,2, P.-N. Roy², G. Bélanger¹, P. Léveillé¹, M. Bertin³, J.-H. Fillion³, X. Michaut³, and P. Ayotte¹

  1. Département de Chimie, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec J1K 2R1, Canada

  2. Department of Chemistry, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada

  3. Sorbonne Université CNRS, MONARIS, UMR8233, F-75005 Paris, France

  Les études spectroscopiques de H₂O@C₆₀ révèlent la dynamique quantique ro-translationnelle de la molécule d’eau sous confinement extrême. À l’aide d’un modèle du rotateur confiné [1] (CRM), les 39 transitions observées dans le spectre ro-vibrationnel de H₂O@C₆₀ solide [2,3] ont été attribuées [4]. Notre analyse révèle que des perturbations significatives de certaines transitions spécifiques révèlent que le couplage rotation-translation est soumis à des règles de sélection strictes. En optimisant les paramètres du potentiel de confinement effectif, nous avons pu contraindre sa topologie. Malgré sa simplicité, le CRM offre une description satisfaisante de la dynamique la molécule d’H₂O confinée [2,3] tout en révélant plusieurs caractéristiques clés telles que des perturbations significatives de certaines transitions ro-vibrationnelles chaudes et une énergie des modes translationnels frustrés significativement plus basse que prédite [5]. Ce travail souligne la valeur des modèles jouets pour appréhender les fondements phénoménologiques de la dynamique ro-translationnelle résultant du confinement extrême de la molécule d’eau dans le H₂O@C₆₀, ainsi que leur rôle potentiel dans le mécanisme et le taux d’interconversion de ses isomères de spin nucléaires.

  [1] Wespiser et al., J. Chem. Phys. 156, 074304 (2022); [2] A. Shugai et al., J. Chem. Phys. 154, 124311 (2021).

  [3] J.-C. Chartrand et al., J. Chem. Phys. (2024); [4] T. Putaud et al., J. Chem. Phys. (2024).[5] P. M. Felker and Z. Bačić, J. Chem. Phys. 152, 014108 (2020).

• Communication orale 11 h 50
  Modélisation ab initio de H2O en milieux de confinement extrême
  Justin Laroche (UdeS - Université de Sherbrooke)

  En 1932, Werner Heisenberg reçu le prix Nobel de physique pour « La création de la
  mécanique quantique, dont l’application a mené à la découverte des formes allotropiques
  de l’hydrogène. » Ces allotropes, nommés para et ortho-H2, diffèrent seulement dans
  l’orientation relative des 2 spins nucléaires. En phase gazeuse, l’interconversion entre les
  2 formes est très lente, prenant plusieurs semaines à conditions ambiantes jusqu’à
  potentiellement des millions d’années dans le milieu interstellaire. Par la suite, de
  nombreux autres isomères de spin nucléaire (ISN), comme la molécule d’eau ou de
  méthane, ont pu être étudiés à l’aide de la technique d’isolation en matrice de gaz rares ou,
  plus récemment, à l’aide de la « chirurgie moléculaire » permettant d’ouvrir un fullerène
  comme le C60 et d’y insérer une molécule pour former un endofullerène. Ces techniques
  permettent une étude spectroscopique des ISN en phase condensée, mais qui mimique le
  comportement en phase gazeuse du fait des faibles interactions entre la molécule et son
  environnement même si les réactions d’isoméries accélèrent à l’ordre de la journée. Une
  première étape pour élucider ce mécanisme et cette accélération est de mieux caractériser
  et interpréter les spectres expérimentaux et nous présenterons comment la mécanique
  quantique permet de simuler la molécule d’eau dans ces environnements de confinement
  extrême.
  Justin Laroche*, justin.laroche3@usherbrooke.ca, Université de Sherbrooke
  Pr Patrick Ayotte, Patrick.Ayotte@usherbrooke.ca, Université de Sherbrooke
  Pr Pierre-Nicholas Roy, pnroy@uwaterloo.ca , University of Waterloo

Dîner 12 h 10 → 13 h 40

Dîner, de 12h00 à 13h25

Communications orales 13 h 40 → 17 h 00

Après-midi 2. de 13h25 à 17h00

• Communication orale 13 h 40
  Approches Innovantes de la Théorie des Graphes et Simulations de Dynamique Moléculaire pour l'Étude de la Congélation des Solutions Alcooliques
  Céline Toubin (Laboratoire PHLAM, UMR CNRS 8523, Université de Lille)

  Les nuages de glace dans la haute troposphère joue un rôle essentiel dans la régulation du climat terrestre, influençant à la fois l'humidité stratosphérique et le bilan radiatif. L'efficacité de la nucléation hétérogène de la glace, un processus clé dans la formation des nuages, dépend largement des propriétés de surface des particules d'aérosols, en particulier de la présence de groupes fonctionnels capables de former des liaisons hydrogène. Bien que beaucoup d'attention ait été accordée au rôle des alcools dans la formation des noyaux de condensation des nuages, leur impact sur les processus de congélation a été moins exploré. Cette étude examine le comportement d’alcools linéaires et ramifiés à la surface d’un film d’eau en cours de refroidissement, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire (MD) classiques, afin de compléter les résultats expérimentaux existants [1,2]. Les simulations MD révèlent qu'à mesure que la température diminue de 283 K à 192 K, la tension de surface et la solubilité du 3-hexanol et du 1-pentanol augmentent, indiquant un effet dépendant de la température sur la formation de la glace. En plus de ces propriétés macroscopiques, la théorie des graphes [3] a été utilisée pour analyser l'influence au niveau moléculaire de ces alcools sur le réseau de liaisons hydrogène à l'interface. Notre analyse approfondie montre que les molécules d'alcool sont incorporées dans le réseau bidimensionnel de liaisons hydrogène à l'interface air-eau et, lors de la congélation, elles favorisent la formation de cycles à six liaisons hydrogène, marquant une étape préliminaire à la formation de la glace [4].

  References
  [1] Sun, T.; Ben-Amotz, D.; Wyslouzil, B. E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2021, 23 (16), 9991–10005. https://doi.org/10.1039/D0CP06131J.
  [2] Sun, T.; Wyslouzil, B. E. J. Phys. Chem. B 2021, 125 (44), 12329–12343. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.1c06188.
  [3] Bougueroua, S., Aboulfath, Y., Barth, D., & Gaigeot, M. P. (2023). Molecular Physics, 121(7–8). https://doi.org/10.1080/00268976.2022.2162456.

  [4] AbouHaidar, R., Bougueroua, S., Duflot, D., Gaigeot, M.P., Wyslouzil, B., Toubin C., Faraday Discuss., 2025, Advanced Article.

• Communication orale 14 h 20
  Processus physico-chimiques en quatre dimensions : des aérosols aux nanoplastiques dans l'eau
  Parisa Angeline Ariya (Université McGill)

  Les petites particules invisibles jouent un rôle important dans l’incertitude entourant la science du changement climatiques et son impact sur la sante’ humaine, y compris le risque de décès prématuré. Les laboratoires du professeure Ariya se concentrent sur la recherche physicochimique fondamentale et appliquée liée aux particules dans divers milieux tels que l’air (appelés aérosols), l’eau, la neige, et les autres types des glaces, ainsi que sur les matrices hétérogènes comme nano/microplastiques, le sang et d’autre entités biologiques. Dans cette conférence, nous discuterons de trois innovations récentes à l’université McGill qui améliorent notre compréhension des particules, en brisant les seuils de l’optiques avec les intelligences artificielles et des lasers visibles. Ces avenacées ont des applications directes dans de multiples domaines, notamment la chimie environnementale, la chimie physiques, la chimie analytique, les sciences spatiales, les matériaux et les nanosciences, la recherche sur l’ARN/AND, la pharmacologie et les technologies durable.

• Communication orale 15 h 00
  Oxydation environnementale de l’insecticide carbofuran en phase gazeuse, aqueuse et à l’interface air-eau
  Duy Quang Dao (Vietnam)

  L'application de pesticides, dont les herbicides, fongicides et insecticides, est essentielle aux pratiques agricoles modernes, avec une utilisation mondiale annuelle d'environ 3,3 millions de tonnes¹. Cette dépendance, bien que cruciale pour la sécurité alimentaire, introduit des contaminants chimiques significatifs dans les systèmes environnementaux, affectant le sol, l'eau, l'air et les cultures. Les pesticides peuvent se volatiliser et se déplacer loin de leurs sites d'application, ce qui entraîne de nombreuses préoccupations écologiques et de santé². La dégradation de ces composés sous diverses conditions environnementales est essentielle pour l'évaluation des risques, notamment pour la compréhension de leur devenir, de leur écotoxicité et de leur toxicité potentielle pour l'homme.³

  Les recherches actuelles sur la dégradation des pesticides dans l'atmosphère se concentrent principalement sur les phases gazeuse et aqueuse, négligeant la dynamique complexe aux interfaces air-eau où les gouttelettes de nuages et les particules d'aérosols interagissent. Cette étude vise à combler cette lacune en examinant la dégradation du carbofuran, un insecticide, à travers des réactions avec des radicaux hydroxyles (HO•) dans trois milieux différents: phase gazeuse, phase aqueuse et à l’interface air-eau.

  En utilisant la méthode Density Functional Theory (DFT) au niveau M06-2X/6-311++G(3df,3pd)//M06-2X/6-31+G(d,p), nous avons exploré trois voies de dégradation principales: transfert formel d'hydrogène (FHT), formation d'adduit radicalaire (RAF) et transfert d'électron simple (SET). La cinétique de ces réactions a été analysée sur une plage de températures de 283 à 333 K. Pour l'interface air-eau, nous simulons les conditions en solvatant le carbofuran avec 1 à 30 molécules d'eau en phase gazeuse.

  Cette recherche a apporté des éclaircissements sur la manière dont différentes conditions environnementales influencent la dégradation des pesticides, contribuant à l'amélioration des modèles de chimie atmosphérique et aidant à l'évaluation des risques environnementaux et sanitaires associés à l'utilisation des pesticides.

  Références :

  1. Hvězdová M. et al. Science of the Total Environment 613–614 (2018) 361–370
  2. Mayer L. et al. Environmental Science and Technology 58 (2024), 3342–3352
  3. Pimentel D. et al. Bioscience 42, (2016), 750–760
• Communication orale 16 h 00
  Corrélation forte à partir de la théorie de la perturbation à référence unique
  Paul Johnson (Université Laval)

  Les systèmes électroniques faiblement corrélés sont bien décrits comme des électrons individuels : la fonction d'onde est un déterminant de Slater des orbitales occupées avec de petites corrections provenant des excitations simples et doubles. Ce n'est pas le cas pour les systèmes fortement corrélés. La fonction d'onde est très complexe en termes de déterminants de Slater et, par conséquent, la description physique correcte ne repose pas sur des électrons indépendants.

  Pour les systèmes moléculaires fortement corrélés, nous avons montré que les vecteurs propres des hamiltoniens réduits de Bardeen-Cooper-Schrieffer, appelés états de Richardson-Gaudin (RG), constituent un bien meilleur point de départ. Ils décrivent des paires d'électrons faiblement corrélées. Ils sont traitables variationnellement et forment une base pour l'espace de Hilbert, permettant une amélioration systématique.

  Nous présenterons plusieurs systèmes fortement corrélés pour lesquels un état RG décrit correctement le comportement. Les corrections pour la corrélation électronique restante, plus faible, sont obtenues à l'aide de la théorie de la perturbation à référence unique construite à partir d'un état RG. Ainsi, le développement actuel est un analogue de la théorie de Hartree-Fock pour les électrons faiblement corrélés.

  
  
  

• Communication orale 16 h 40
  Guider le développement de biocapteurs électroniques pour des applications biomédicales grâce à des simulations multi-échelles
  Sébastien Côté (Cégep de Saint-Jérôme)

  Les biocapteurs électroniques représentent une avancée majeure pour la détection rapide, précise et à faible coût de biomarqueurs. Un défi essentiel consiste à les rendre à la fois sélectifs et sensibles, ce qui nécessite un contrôle précis de l’interface capteur-
  biomarqueur. Cette présentation démontrera comment nous dévoilons les interactions à cette interface grâce à des simulations multi-échelles, allant de techniques avancées d’échantillonnage basée sur la dynamique moléculaire jusqu’à des calculs ab initio de DFT.
  Nous avons ainsi soutenu le développement d’un biocapteur à effet de champ à base de nanotubes de carbone (CNTFET) en identifiant l’association à privilégier entre les biomolécules-sondes et les nanotubes pour détecter des enzymes responsables de la
  résistance aux antimicrobiens. Plus récemment, nous avons caractérisé l’impact de différents types de fonctionnalisation utilisés dans des biocapteurs à base de graphène (GFET) pour la détection de biomarqueurs d’ADN, expliquant les mesures expérimentales
  de nos collaborateurs. En parallèle, nous étudions aussi les biocapteurs électrochimiques à base d’aptamère (E-AB) pour dévoiler les interactions entre l’électrode et l’aptamère auquel est attaché le complexe redox pour mieux comprendre les mécanismes
  responsables de sa sensibilité de détection envers les petites molécules. En somme, nos simulations multi-échelles soutiennent le développement de divers types de biocapteurs pour des applications biomédicales.

Communications orales 08 h 50 → 12 h 10

Matin 3

• Communication orale 08 h 50
  Description précise des phénomènes quantiques en Chimies: applications de la méthode Multi-Configuration Time-Dependent Hartree (MCTDH)
  Fabien Gatti (CNRS/Université de Bourgogne Europe)

  De nombreux processus moléculaires sont aujourd'hui connus pour être influencés par de forts effets quantiques impliquant les noyaux. La théorie appropriée pour décrire la dynamique correspondante est la dynamique quantique moléculaire. Celle-ci est basée sur la résolution des équations de Schrödinger pour les noyaux.
  Les approches correspondantes permettent de servir de référence pour des méthodes plus approchées permettant d'aborder la phase condensée (comme les méthode d'intégrales de chemin ou les méthodes semi-classiques pour les processus non-adiabatique en photochimie). De plus, elle permet d'extraire des expériences très précises la compréhension fine des phénomènes quantiques émergents dans les processus chimiques.
  
  Le problème principal est la limitation en taille des système que l'on peut traiter. Nous présentons ici plusieurs applications de la méthode Hartree Multiconfiguration dépendante du temps (MCTDH) à la compréhension et au contrôle des processus moléculaires impliquant des effets quantiques. Un accent particulier sera mis sur la spectroscopie en pleine dimension des molécules protonées : cation propre (33D), cation Zundel étendu (51D) et sur la formation de liaison C-H lors de la collision d'atomes d'hydrogènes sur une surface de graphène (75D).
  

  http://www.ismo.u-psud.fr/spip.php?rubrique413&lang=en

  
  
  

• Communication orale 09 h 30
  La dynamique quantique à haute dimension ou la problématique de la représentation des potentiels d’interaction.
  Daniel Pelaez Ruiz (Université Paris-Saclay, CNRS)

  La représentation numérique globale des opérateurs locaux en haute dimension, par exemple, les potentiels d’interaction, demeure à ce jour l’un des principaux défis des simulations atomistiques et moléculaires. Traditionnellement, ce processus se déroule en deux étapes : (i) la sélection et le calcul des données de référence, et (ii) leur ajustement à une forme mathématique spécifique, telle que les réseaux de neurones. Dans le cadre de la méthode Multiconfiguration Time-Dependent Hartree (MCTDH) pour la résolution de l’équation de Schrödinger dépendante du temps, une contrainte supplémentaire s’ajoute : ces potentiels doivent être être discrétisés sur une grille et exprimés sous une forme fonctionnelle séparable et compacte. Cette exigence implique l’utilisation de techniques de décomposition tensorielle.

  Dans cette présentation, nous exposerons nos approches automatisées permettant de surmonter ces défis et d’obtenir des représentations multidimensionnelles séparables sous formes analytiques Tucker, CP et arbre (ML-MCTDH). Nous illustrerons ces méthodes à travers des simulations moléculaires quantiques MCTDH appliquées à des systèmes liés (vibrations), à des systèmes collisionnels (diffusion atome/molécule-surface), ainsi qu’à des systèmes strictement non-Born-Oppenheimer (électrons et noyaux).

• Communication orale 10 h 30
  Etude de la réactivité chimique en solution et aux interfaces par dynamique moléculaire et réseaux de neurone
  Damien Laage (Ecole Normale Supérieure)

  Les simulations numériques jouent un rôle central dans la compréhension moléculaire des processus chimiques, offrant un éclairage complémentaire aux techniques expérimentales. Pour être réalistes et prédictives, ces simulations doivent intégrer une description avancée de la structure électronique, inclure explicitement l’environnement moléculaire, être adaptées à de grands systèmes et permettre l’exploration des dynamiques sur de longues échelles de temps. Ces exigences posent des défis computationnels majeurs, nécessitant des compromis qui réduisent la précision et la capacité prédictive.

  Les avancées spectaculaires en apprentissage automatique offrent désormais des solutions à ces limitations. En entraînant des potentiels de réseaux de neurones sur des calculs de chimie quantique de haut niveau, il est désormais possible de simuler des réactions chimiques en phase condensée avec une précision et une efficacité sans précédent.

  Nous illustrerons comment ces approches permettent d’élucider des questions centrales en catalyse et en chimie atmosphérique. Nous présenterons leurs applications au mécanisme de Grotthuss du transport des protons, à l’acidité de surface de l’eau et à une étape déterminante dans les origines de la vie, la formation abiotique des liaisons peptidiques. Enfin, nous discuterons des implications pour la catalyse en chimie verte, en particulier dans les microgouttelettes aqueuses.

• Communication orale 11 h 10
  Théorie et Modélisation Moléculaire de l’Adsorption et du Transport dans les Matériaux Nanoporeux
  Benoit Coasne (CNRS)

  Les matériaux nanoporeux sont au cœur de nombreuses applications importantes : adsorption (détection de gaz, chromatographie), énergie (stockage d'hydrogène, piles à combustible et batteries), environnement (séparation de phases, traitement de l'eau, stockage de déchets nucléaires), sciences de la Terre (échange entre le sol et l'atmosphère), etc. Parmi ces matériaux, les zéolithes et les charbons actifs, qui ont des pores de ≲ nm, sont particulièrement intéressants car l'ultraconfinement au sein de leur porosité conduit à de nouveaux phénomènes d'adsorption et de transport. Dans cet exposé, je présenterai comment la simulation moléculaire et les approches théoriques permettent de développer des modèles de l'adsorption et du transport dans ces matériaux extrêmement confinants. Je discuterai d'abord des différents régimes d'adsorption rencontrés lorsqu'un fluide est mis en contact avec un matériau poreux : de l'adsorption irréversible/condensation capillaire pour les plus grands pores au remplissage réversible/continu pour les plus petits pores. Nous verrons comment une modélisation thermodynamique simple permet de rationaliser ces différents régimes en considérant une capillarité réminiscente à des échelles de longueur négligeables. Ensuite, nous montrerons comment le transport dans ces matériaux nanoporeux peut être décrit sans avoir recours à des concepts macroscopiques tels que l'hydrodynamique.

• Communication orale 11 h 50
  Analyse computationnelle de la diffusion de l’oxygène dans les cellules d’électrolyse à oxyde
  Toby McConville (University of Waterloo)

  Les secteurs économiques majeurs, tels que le transport et la métallurgie, représentent des
  obstacles importants à la décarbonisation mondiale. L’hydrogène vert, produit par électrolyse de
  l’eau, est une alternative prometteuse, mais l’efficacité énergétique des électrolyseurs
  conventionnelles est limitée. Les cellules d’électrolyse à oxyde solide (SOEC), qui utilisent
  l’énergie électrique pour séparer l’hydrogène de la vapeur d’eau, offrent une efficacité presque
  totale, mais font face à un défi majeur consistant à la dégradation des matériaux. Cette étude vise
  à comprendre et à optimiser les mécanismes de transport des ions dans les électrolytes
  oxyhalogénés de Sillén, en particulier la diffusion des anions O2− et l'influence du dopage par des
  éléments terres rares. Les mécanismes de diffusion seront simulés à l’aide de techniques d’analyse
  par éléments finis, en complément des dynamiques moléculaires ab initio (AIMD) avec le
  programme VASP, et la fonction de localisation électronique sera utilisée pour analyser les
  dynamiques des anions. Parallèlement, un modèle électrochimique basé sur la physique sera
  développé pour simuler la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS), afin de mieux
  prédire la conductivité ionique et les processus de transfert de charge. Cette recherche fournira des
  informations cruciales pour la conception de SOECs plus efficaces et durables.

Dîner 12 h 10 → 13 h 40

Dîner

Communications orales 13 h 40 → 17 h 00

Après-midi 3

• Communication orale 13 h 40
  Les méthodes d’amarrage FITTED: Les premiers 20 ans de développement.
  Nicolas Moitessier (Université McGill)

  Les méthodes d’amarrage (docking) ont joué un rôle important dans la découverte de nouveaux médicaments. Au cours des 20 dernières années, nous avons développé un tel logiciel qui a été modifié pour répondre à des besoins spécifiques en chimie médicinale. Initialement, nos applications de programmes d'amarrage aux antagonistes d'intégrines, aux inhibiteurs de BACE-1 et aux aminosides se liant à l'ARN bactérien ont révélé les limites des logiciels disponibles. Pour répondre à ce défi, nous avons développé Fitted, mettant en œuvre des algorithmes pour la flexibilité des protéines, les molécules d'eau déplaçables et l'amarrage orienté par pharmacophore. D'autres projets de chimie médicinale ont, par la suite motivé la plupart des concepts et de la mise en œuvre au sein de notre programme en constante évolution. Nous présenterons des exemples de mises en œuvre basées sur la chimie médicinale, telles que des méthodes prenant en compte la coordination médicament-zinc pour la conception d'inhibiteurs d'HDAC, des routines pour identifier des groupes réactifs et former des liaisons covalentes avec la protéine cible pour permettre le développement d'inhibiteurs covalents de la prolyl oligopeptidase (POP), des méthodes pour calculer les états de transition lors de l'amarrage pour étudier le métabolisme des inhibiteurs de POP par les enzymes du cytochrome P450 (CYP) et l’inclusion de méthode d’apprentissage automatisées afin de raffiner les prédictions.

• Communication orale 14 h 20
  Modélisation moléculaire des interactions protéines-membranes : vers une meilleure compréhension des déterminants lipidiques de la liaison membranaire
  Patrick Lague (Université Laval)

  Les membranes cellulaires forment des structures interfaciales fondamentales pour tous les êtres vivants. Ces structures sont composées de molécules complexes, majoritairement des lipides et des protéines. Les compositions lipidiques, souvent asymétriques entre les deux feuillets, varient grandement parmi les organismes vivants. Cette diversité dans la composition des membranes permet de moduler ses propriétés physiques, et ainsi moduler la liaison et la fonction des protéines.

  Pour élucider les déterminants moléculaires régissant la liaison des protéines aux membranes, nous avons entrepris une étude systématique de modélisation des interactions entre les acides aminés et des bicouches lipidiques de compositions variées, représentatives des membranaires biologiques de différents organismes. Nous avons notamment développé une approche permettant de cartographier la distribution membranaire des acides aminés dans ces membranes. Grâce à cette méthode, nous avons établi le profil de distribution et déterminé l’énergie libre d’insertion membranaire des 20 acides aminés naturels et de leurs différents états de protonation dans une bicouche modèle. Ces résultats fournissent des bases solides pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent la liaison des peptides et des protéines aux membranes de compositions lipidiques variées.

• Communication orale 15 h 00
  Modèles d’apprentissage profond pour les interactions protéine-protéine
  Guillaume Lamoureux (Rutgers University)

  Les protéines sont les principaux éléments constitutifs des organismes vivants. Pour comprendre en détail tout processus biologique, il est essentiel de connaître la structure, la fonction et la dynamique de toutes les protéines impliquées. Bien que ces connaissances avancent rapidement — notamment avec le développement récent de “grands modèles de langage” pour les séquences biologiques et d'algorithmes tels qu'AlphaFold — certaines classes de systèmes restent difficiles à prédire en raison du volume relativement faible de données expérimentales disponibles. C'est le cas notamment des complexes protéiques faiblement liés, des protéines issues de l'ingénierie, et des protéines liant des petites molécules. Des méthodes computationelles basées sur des principes physiques établis sont nécessaires. Dans cette présentation, je discuterai de nos récentes contributions au développement de réseaux neuronaux profonds pour la prédiction des propriétés chimiques et physiques associées aux interactions protéine-protéine et protéine-ligand.

• Communication orale 16 h 00
  Simulations Quantiques de la Transition de Phase Thermique des Nanotubes de Carbone Remplis d’Eau
  Jacob Chaussé (University of Waterloo)

  Les chaînes d’eau confinée ont démontré des propriétés intéressantes, comme les transitions de phase (TP), et ces propriétés pourraient être importantes dans la création de dispositifs quantiques. Plus précisément, une TP thermique a été trouvée expérimentalement pour les nanotubes de carbone (NTC) remplis de chaînes d’eau [1]. Des simulations ont tenté d’expliquer cette TP, suggérant qu’elle était causée par une transition d’ordre au désordre dans l’orientation des dipôles de la chaîne d’eau. Cependant, ce travail a utilisé des simulations classiques et a présenté une analyse limitée des mécanismes présents. Pour trouver une réponse définitive à cette question, des travaux préliminaires concernant les simulations quantiques de ce système sont présentés, y compris l’utilisation de grilles pré-calculées pour l’énergie potentielle et les forces afin d’accélérer les
  simulations de dynamique moléculaire à intégrale de chemin de Feynman [2, 3].

  Les outils et méthodes développés pour étudier les NTC remplis d’eau seront applicables à d’autres systèmes d’eau confinée, et nous espérons que de les étudier, nous permettra d’ajuster les propriétés quantiques actuellement observées ou d’en découvrir de nouvelles.
  Bibliographie
  1. Ma, X., Cambr ́e, S., Wenseleers, W., Doorn, S. K. & Htoon, H. Phys. Rev.
  Lett. 118, 027402 (Jan. 2017).
  2. Chandler, D. & Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 74, 4078–4095 (Apr. 1981).
  3. Parrinello, M. & Rahman, A. J. Chem. Phys. 80, 860–867 (Jan. 1984).

• Communication orale 16 h 20
  Transitions de phase quantiques dans les chaines moléculaires
  Pierre-Nicholas Roy (University of Waterloo)

  Lorsque des molécules sont confinées dans des nano-cavités telles que les fullerènes, leurs degrés de liberté de translation sont quantiques. Les molécules conservent cependant des niveaux rovibrationnels bien définis. Ces composantes sont appelées endofullerènes et H2O@C60 en est un excellent exemple. Les endofullerènes peuvent eux-mêmes être intégrés dans des nanostructures plus grandes, telles que les nanotubes de carbone, pour former ce que l'on appelle des “cosses de pois” d'endofullerènes. Dans un tel assemblage, les molécules polaires interagissent entre elles par le biais d'interactions dipôle-dipôle. En fonction de la force des interactions et de l'espacement des niveaux de rovibration des monomères, ces systèmes peuvent subir une transition d'une phase désordonnée à une phase ordonnée. Ce phénomène est appelé transition de phase quantique (QPT). Une telle transition de phase quantique a été récemment prédite dans le cas de l’eau en une dimension. Un outil de calcul important pour l'étude des chaînes quantiques de rotateurs est le groupe de renormalisation de la matrice de densité (DMRG) et nous présenterons les caractéristiques de cette approche. Nous présenterons des résultats récents obtenus à l'aide du DMRG et explorerons le concept de transition de phase quantique dans le contexte de chaînes de molécules asymétriques comme l'eau. Enfin, nous présenterons les conditions dans lesquelles les chaînes d'eau peuvent devenir ferroélectriques.