Matériaux photonastiques par simulation de dynamique moléculaire : Différence de volume entre un matériau polymère chargé avec de l'azobenzène cis et trans

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service de l'État, de l'économie et des citoyens. S'appuyant sur une recherche fondamentale d'excellence, il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux, les énergies bas carbone (nucléaire et renouvelables), le numérique, les technologies pour la médecine du futur, la défense et la sécurité.

Trois grandes valeurs guident l’action du CEA et de ses équipes : curiosité, coopération et conscience des responsabilités.

Sujet : Les matériaux photonastiques peuvent convertir l’énergie lumineuse en énergie mécanique. Ce phénomène est généralement associé aux plantes et aux fleurs comme les tulipes ou Oxalis triangularis, dont les pétales s’ouvrent à la lumière du jour et se ferment le soir en réponse au stimulus lumineux. Des chercheurs ont récemment proposé un tel photoactuateur bio-inspiré basé sur des polymères. La clé de ce système repose sur l’insertion, dans un film polymère, de molécules photoactives, plus spécifiquement des photochromes. Ces photochromes peuvent transiter, par réaction photochimique, d’un isomère à un autre. Les deux isomères présentent des modifications structurales significatives ce qui peut induire des changements de forme macroscopiques du film polymère.
Dans ce projet, nous nous interéssons à des molécules d’azobenzènhe (AZ) incluses dans une matrice de polybutadiène (PB). Les molécules d’AZ peuvent subir une réaction photochimique entre les isomères cis et trans. Le but de ce stage est de déterminer la différence de volume entre le système polymère contenant seulement des molécules d’AZ dans la conformation cis et le même système où toutes les molécules d’AZ sont en conformation trans. Pour faire cela, le ou la stagiaire utilisera des simulations de dynamique moléculaire avec un code développé au CEA/DAM. Après une phase de validation du code pour les systèmes visés, le point dur du sujet résidera dans l’acquisition de données de volume spécifique suffisamment précises pour chacun des systèmes,
nécessitant de réduire drastiquement les incertititudes de mesure. Pour atteindre ce but, le ou la stagiaire devra réaliser des simulations de plusieurs répliques indépendantes et de plusieurs tailles pour chaque système ainsi que développer et exploiter des outils d’analyse permettant d’extraire les grandeurs nécessaires et leurs incertitudes.
Le travail du ou de la stagiaire reposera sur le travail d’une doctorante (2022-2025) qui fournira les
premiers cas tests et fichiers d’entrée.

Collaboration : La stage fait partie du projet ANR appelé PHOTONASTIC qui inclut Claire
Lemarchand et Nicolas Pineau au CEA/DAM/DIF ainsi qu’Aurélie Perrier et Marta Serrano
Martínez au LIED (Université Paris Cité, campus Grands Moulins).
HPC : Les simulations seront menées sur le cluster haute performance du CEA.

Localisation : CEA/DAM/DIF, Bruyères-le-Châtel, Ile-de-France, FRANCE
Durée : 3 à 6 mois
Gratification mensuelle : 1400€ (BAC+5), 1300 € (BAC+4), 850 € (BAC+3), 669,9 € (BAC+2)

Le ou la candidat(e) doit avoir une formation en physique, chimie ou physico-chimie, et un intérêt pour la programmation de codes ou de scripts de dépouillement/analyses (C, C++, python, bash). Avoir déjà utilisé un de ces langages N’est PAS un prérequis pour ce stage, mais avoir envie de les apprendre en est un.