Une chercheuse et un chercheur décloisonnent les disciplines pour mieux comprendre les réactions chimiques

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Une chercheuse et un chercheur de la Simon Fraser University jettent un nouvel éclairage sur la façon dont les réactions chimiques peuvent être expliquées et orientées. Les résultats obtenus grâce à leur approche interdisciplinaire ont fait l’objet d’une publication dans la revue  Physical Review Letters (en anglais seulement).

Si les réactions chimiques peuvent se révéler éminemment complexes, elles suivent souvent une séquence d’étapes de base. Au fil de leurs travaux à la Simon Fraser University, Miranda Louwerse, étudiante au doctorat en chimie, et David Sivak, professeur de physique, ont découvert que l’information fournie par une coordonnée de réaction sur le déroulement d’une réaction cadrait précisément avec la valeur de dissipation associée à cette coordonnée.

Leurs résultats indiquent un lien étroit entre deux domaines auparavant distincts de la physique, à savoir la thermodynamique stochastique, qui décrit les modifications de l’énergie et de l’information, et la théorie de l’état de transition, qui précise les mécanismes de réaction.

En établissant un lien entre ces deux domaines, l’équipe a pu mettre au point un cadre qui permet de quantifier l’information sur une réaction selon la dynamique des systèmes, ce qui fournit une explication, sur le plan physique, de la pertinence d’une dynamique particulière pour cette réaction.

De telles connaissances aideront en particulier les chercheuses et chercheurs à traiter les ensembles de données volumineux.

L’équipe signale qu’en raison des progrès informatiques, il est plus facile que jamais de simuler des systèmes et des réactions chimiques complexes, mais qu’au-delà des renseignements utiles, ces simulations peuvent générer des quantités massives de données superflues. Le cadre proposé peut aider les chercheuses et chercheurs à distinguer les données utiles de celles qui ne sont pas pertinentes et à suivre précisément la progression d’une réaction.

À l’avenir, les chercheuses et chercheurs et les ingénieures et ingénieurs pourront ainsi mieux cerner les points de ralentissement dans la production de produits chimiques, et donc mettre au point des interventions permettant une maitrise accrue des réactions.

La conception guidée permettra d’accélérer la production des produits chimiques, tout en réduisant les couts et les déchets produits. Par ailleurs, les connaissances acquises pourraient favoriser une meilleure compréhension de la façon dont les médicaments agissent dans l’organisme et, de ce fait, faciliter la mise au point de médicaments aux effets secondaires moins nocifs.

Les résultats obtenus par l’équipe laissent aussi entrevoir des possibilités intéressantes pour une communication accrue entre les disciplines. L’établissement de l’équivalence fondamentale entre des concepts de base de domaines distincts aide les théoriciennes et théoriciens à appliquer les théories établies d’un domaine à l’autre. Cela ouvre la voie à l’adaptation des méthodes servant à mesurer la dissipation de l’énergie pour cerner les mécanismes de réaction, et pourrait favoriser d’autres découvertes.

« Ce n’était pas l’objet de nos travaux, précise M. Sivak. Nous avons fait cette découverte alors que nous étions en train d’étudier autre chose. Mais c’est quelque chose qui s’intègre bien à notre domaine de recherche général puisque nous cherchons à comprendre l’interaction entre l’énergie, l’information et la dynamique dans la fonction biologique à l’échelle moléculaire. »

Le présent article a été adapté, traduit et republié avec la permission de la  Simon Fraser University (en anglais seulement).

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