Ancien lauréat
Prix postdoctoral Howard-Alper du CRSNG de 2006

Nicholas J. Mosey

Génie mécanique et aérospatial

Princeton University

Nicholas J. Mosey

Le chimiste-informaticien Nicholas Mosey cherche de meilleurs moyens de prévenir l’usure des matériaux. Pour ce faire, il travaillera au niveau atomique ou, plus précisément, son ordinateur travaillera au niveau atomique pour lui.

Aujourd’hui, lorsqu’on veut protéger les matériaux de l’usure, on ne s’intéresse pas uniquement au matériau comme tel, mais aussi à l’application d’un revêtement microscopique lui permettant de résister à l’usure. En effet, on pourrait concevoir de meilleurs matériaux si on en comprenait mieux le fonctionnement (et les causes de leur détérioration) lorsqu’ils sont soumis à diverses conditions. Voilà l’objectif des travaux de recherche que M. Mosey réalisera à l’aide du Prix postdoctoral Howard-Alper du CRSNG.

Auparavant, on réalisait ce genre de travaux en faisant de coûteuses expériences en laboratoire, mais aujourd’hui on commence habituellement par faire des simulations par ordinateur. Depuis une vingtaine d’années, les simulations sont largement utilisées dans pratiquement toutes les disciplines scientifiques, à mesure que la capacité des ordinateurs d’effectuer des calculs importants est devenue de plus en plus rapide. Les modèles informatiques peuvent simuler n’importe quel aspect des comportements d’un composé, notamment l’énergie produite par une réaction, la formation ou la rupture des liaisons et même le comportement de chaque électron dans une molécule. Aujourd’hui, tous les chimistes doivent avoir une connaissance minimale des méthodes de simulation.

Les chimistes-informaticiens sont des touche-à-tout qui connaissent les mathématiques, la physique et l’informatique. M. Mosey ne fait pas exception. Comme il s’agit d’un domaine relativement nouveau, il n’existe pas de logiciel commercial qu’il pourrait utiliser pour réaliser ses travaux de recherche. « Il existe des techniques très bien établies, mais il reste à élaborer des méthodes pour une grande partie du domaine », déclare M. Mosey. En outre, les progrès constants de l’informatique offrent continuellement de nouvelles possibilités.

Pour trouver les réponses qu’il cherche, M. Mosey doit étudier tant la structure du matériel à l’échelle moléculaire que son comportement macroscopique. Pour étudier les atomes individuels qui composent un matériau, il a recours à une branche de la chimie informatique appelée la chimie quantique. Par contre, pour analyser un matériau dans son ensemble, il vaut mieux avoir recours à la méthode du champ de forces ou à la méthode du continuum.

Malheureusement, chaque méthode a ses limites. Il est difficile d’appliquer à plusieurs systèmes la méthode du champ de forces et la méthode du continuum, et l’on ne peut appliquer les méthodes de la chimie quantique qu’aux systèmes qui comptent au plus quelques centaines d’atomes. Pour surmonter ces limites, M. Mosey adopte des méthodes hybrides qui combinent diverses méthodes de simulation.

Les travaux de M. Mosey sont axés sur une catégorie de matériaux qui sont caractérisés par des électrons fortement corrélés, ce qui leur donne certaines propriétés électromagnétiques et des propriétés de surface souhaitables. Bien qu’il s’intéresse aux propriétés liées à l’usure, il pense que ces matériaux sont aussi intéressants pour d’autres applications, notamment les supraconducteurs et les nanodispositifs.

Ces travaux sont étroitement liés à ceux qu’il a réalisés pour sa thèse de doctorat qui portait sur les additifs anti-usure pour les huiles à moteur et qui lui a valu un Prix de doctorat du CRSNG de 2007. Les intérêts de l’équipe de recherche de la Princeton University dirigée par Emily Carter, réputée spécialiste des matériaux, concordent parfaitement aux siens. « Ce groupe se spécialise dans l’étude des mécanismes de défaillance des matériaux et essaie de trouver des moyens de contrer ces mécanismes », déclare M. Mosey.

Malgré les progrès techniques constants, la puissance limitée des ordinateurs restreint encore ce qu’il est possible de faire. « Il faut vraiment étudier de très petits systèmes, comparativement à ce que les chercheurs utilisent dans le cadre de leurs expériences, affirme M. Mosey. Si nous avions plus d’ordinateurs, nous pourrions nous intéresser à des systèmes plus gros et plus réalistes. Cela réduirait le nombre d’approximations qu’il y a dans nos modèles. »