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Structure et thermodynamique d’agrégats d’eau

J. Douady ; Collaborations : F. Calvo (LASIM, Lyon), J-M. Lhermite, S. Zamith et P. Labastie (LCAR, Toulouse)

La dynamique des nanogoutelettes d’eau est un processus important pour comprendre les mécanismes élémentaires régissant la formation des nuages. Cette opération de recherche s’inscrit dans une collaboration avec l’équipe de J.-M. Lhermite du LCAR et concerne la structure et la thermodynamique d’agrégats homogènes et hétérogènes de quelques dizaines de molécules. L’expérience en cours au LCAR consiste à étudier la croissance et la thermodynamique de ces agrégats en apportant l’énergie à un agrégat ionisé de taille connue par agrégation de molécules d’eau individuelles de vitesse contrôlée. L’opération s’inscrit dans l’ANR NUCLEA concrétisant la collaboration LCPQ-LCAR sur ce thème.

Du point de vue théorique, les recherches consistent dans un premier temps à optimiser la structure des agrégats d’eau et à tester les champs de forces disponibles (TIP3P, TIP4P, TIP4P/Ih, TIP4P/2005, SPC/E et KJ) pour des agrégats homogènes et avec des impuretés (ions hydronium et ammonium). Cette optimisation est effectuée par simulation Monte Carlo. Les systèmes contenant l’ion ammonium peuvent être testés en reproduisant les spectres infra-rouge obtenus expérimentalement pour de petits systèmes.

Dans un deuxième temps, nous souhaitons aborder la simulation des processus d’évaporation par dynamique moléculaire couplée à des méthodes statistiques permettant d’étudier de tels systèmes sur des temps longs.