La réalité virtuelle des atomes
Le cinéma, c'est pas grand-chose. Encore moins depuis que les médias numériques ont permis la création de mondes virtuels. dans "Life of Pi", par exemple, le tigre est virtuel, il est fait d'ordinateurs, ainsi que les poissons volants de cette scène, la mer et le ciel lui-même.
Les éléments numériques ont été développés dans le cinéma comme un moyen de créer ce qui ne peut pas être fait dans la réalité. Et c'est un art de créer des mondes virtuels que le spectateur considérera comme authentiques. L'une des clés de cet art est la physique, c'est-à-dire que dans ce monde virtuel, il faut respecter les lois physiques fondamentales que nous considérons comme naturelles dans le monde réel.
Outre le divertissement, les simulations virtuelles sont également utilisées dans l'industrie, notamment pour tester virtuellement cette situation sur l'ordinateur au lieu d'un test ou d'une expérience réelle.
EMILIO ARTACHO; Investigbasque investigateur, CIC nanoZONA: Certaines simulations sont effectuées directement à l'échelle macroscopique. Les plus populaires sont aujourd'hui ceux qui utilisent la dynamique des fluides, par exemple dans l'industrie aérospatiale et la construction navale, et les cinéastes l'utilisent également pour simuler une mer rude sans en avoir vraiment. Tout cela se fait à travers la dynamique des fluides. Ce sont des simulations macroscopiques dans lesquelles on utilise des équations qui décrivent la dynamique de l'eau ou de l'air, en tenant compte de la viscosité, de la densité, etc.
Un service basé sur des simulations a été lancé dans le CIC nanoSITE. L'innovation est que les simulations ne sont pas macroscopiques, mais atomiques. Il s'appelle Simune et ils vont jusqu'au cœur des propriétés macroscopiques des matériaux - l'interaction entre les atomes. Et pour cela, ils sont basés sur les lois quantiques de la physique.
EMILIO ARTACHO; Investigbasque investigateur, CIC nanoZONA: Deux questions entrent en jeu: les propriétés macroscopiques de la matière, c'est-à-dire celles que nous voyons dans notre monde, et les propriétés liées au mouvement des atomes, ou au mouvement des noyaux et des électrons à l'échelle nanométrique, ou en dessous du nanométrique, comme la dureté, la façon dont ce matériau se comporte face aux changements de température ou de pression... Le mouvement des atomes et l'attraction entre eux affecte directement les propriétés que nous voyons dans notre monde. Nous étudions ce mouvement avec notre microscope virtuel, les méthodes de simulation par ordinateur. De cette façon, nous prévoyons la propriété qui nous intéresse. Combien de temps durera une pile, quelle résistance elle aura, quelle légèreté... tout cela dépend de ce qui se passe avec les atomes à l'échelle sub-anométrique.
ESTER SOLA; Simune: En règle générale, ces méthodes n'examinent pas l'ensemble du matériel. C'est logique, si nous avons un grand matériau, nous ne pouvons pas étudier tous ses atomes. Donc, nous divisons en cellules, des cellules qui se répètent l'une après l'autre dans l'espace. Et les conditions à l'intérieur de la cellule sont identiques aux conditions macroscopiques. Nous appliquons des conditions spéciales autour de la cellule pour simuler qu'elle a d'autres cellules à côté. Cela nous permet de l'étudier comme s'il s'agissait d'un système infini en utilisant un nombre fini d'atomes.
Les outils de simulation atomique sont utilisés depuis longtemps dans la recherche et l'objectif est d'étendre les possibilités de cette ressource à l'industrie.
ESTER SOLA; Simune: Maintenant, nous voulons aller un peu plus loin et offrir aux entreprises en disant: « Regardez, cet outil peut vous être utile, il vous aidera à prédire l’argent et le temps. » Jusqu'à présent, en effet, il fallait faire l'expérience, volontairement ou non, de la recherche des propriétés d'une matière. Mais cela prend beaucoup de temps si vous faites les premiers calculs, car cela peut vous aider à fixer des limites au travail en laboratoire.
L'un des logiciels informatiques les plus utilisés dans les simulations atomiques dans la recherche est le SIESTA. Certains des développeurs de cet outil font partie du panel d'experts de Simune, comme Emilio Artacho, qui est responsable de décider comment procéder à une simulation particulière, la contribution de ces experts est la connaissance. Et c'est le noyau de la simulation atomique, en plus de cela, ils ont juste besoin du logiciel approprié et de la capacité de calcul, à savoir les ordinateurs.
ESTER SOLA; Simune: Ici, sur nanoSITE, Simune a ses propres ordinateurs, mais nous utilisons aussi ceux d'ici, comme ceux de l'Université du Pays Basque. Et si nécessaire, nous pouvons également utiliser des clusters nationaux et internationaux, selon le calcul que nous devons faire, nous pouvons avoir besoin d'un superordinateur, le Mare Nostrum de Barcelone, ou quelque chose comme ça.
La capacité de calcul des clusters d'ordinateurs augmente constamment, ce qui permet des simulations de plus en plus précises.
EMILIO ARTACHO; Investigbasque investigateur, CIC nanoZONA: Avec les simulations, vous prévoyez beaucoup d'expériences. Et si la simulation est bonne, vous comprenez beaucoup mieux ce qui se passe, car elle vous permet de connaître en détail ce qui se passe. Dans les expériences, ce détail est difficile à atteindre. Il est bon que les expériences et la simulation aillent dans le même joug, parce que l'un valorise l'autre; mais avec les simulations, nous apprenons beaucoup plus.
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