Enumération incrémentale par algorithmique de graphe de réseaux moléculaires ou cristallins compatible avec des mesures expérimentales incomplètes (RMN, DE, DRX)

Type de poste
Dates
Contrat renouvelable
Contrat non renouvelable
Date de prise de fonction
Date de fin de validité de l'annonce
Localisation
Adresse

PRISM, Université de Versailles St Quentin
Versailles
France

Contacts
Dominique Barth
Francis Taulelle
Email du/des contacts
dominique.barth@prism.uvsq.fr
taulelle@chimie.uvsq.fr
Description
Les phénomènes d'assemblage, d'agrégation et de cristallisation sont primordiaux dans des domaines aussi variés que la physique des matériaux, la chimie moléculaire, la biologie des protéines, la physique théorique. La compréhension des mécanismes de connexion d'entités simples pour conduire à des systèmes complexes est fondamentale pour contrôler ces phénomènes d'édification. Les chimistes sont particulièrement impactés par ces limitations pour explorer les systèmes complexes, allant des minéraux aux systèmes auto-organisés organiques ou aux systèmes biologiques. Afin d’identifier des architectures moléculaires complexes à partir de données d’observation partielles, obtenues par diffraction, microscopie électronique ou résonance magnétique nucléaire (RMN), l’approche existante consiste en trois phases consécutives qui sont 1) la prédiction d’architectures possibles de réseaux moléculaires à partir de paramètres topologiques (distribution des degrés, groupes d’automorphismes, types de nœuds,…), 2) l’élimination des candidats structurellement improbables et 3) la validation expérimentale (éventuellement in silico) des réseaux retenus, avec évidemment une itération des phases 2 et 3. Cette approche doit faire face à une explosion combinatoire pour la phase 1 (qui procède habituellement d’une énumération exhaustive) et une complexité algorithmique intrinsèque dans la phase 2, rendant cette approche existante aujourd’hui trop limité en termes de taille de réseaux accessible. Le sujet de cette thèse est de proposer, d’implémenter et de valider sur des problèmes réels une approche d’algorithmique de graphes fusionnant les phases 1 et 2, c'est-à-dire basant une construction incrémentale des réseaux possibles élimant les candidats improbables (montante par ajout de sommets et arêtes et/ou descendante par éclatement de sommets) au fur et à mesure de cette construction. La prise en compte de la dynamique temporelle relative à l’ordre dans lequel ces structures se créent sera au cœur de la dimension incrémentale des algorithmes développés. Des méthodes de génération aléatoire de graphes en fonction de leur pertinence en tant qu’architectures possibles seront aussi étudiées. Cela suppose une caractérisation fine des graphes adressés et la proposition d’heuristiques performantes pour résoudre les problèmes NP-complets sous-jacents. Cette approche a été initiée au sein du groupe de travail MoDIMO1. Les simulations nécessaires à la mise au point et la validation de la solution logicielle finalement retenue ainsi que son utilisation pour des cas réels étudiés par l’ILV ou obtenus via des bases de données (e.g. Atlas des Structures de zéolites ou d’aluminophosphates, Groupe australien « Epinet »2). La phase 3 sera réalisée par l’utilisation de logiciels existants, notamment ceux proposés par Accelrys3. Ce sujet est également en relation forte entre la chaire internationale en simulation des matériaux du Pr. Julian Gale, et s’inscrira dans l’axe transversal «simulation-caractérisation » du Labex CHARMMMAT. Le calendrier de réalisation de la thèse sera Etat de l’art des solutions existantes et formalisation des problèmes algorithmiques à traiter Validation théoriques et simulation d’heuristiques et d’algorithmes de génération aléatoire possibles Implémentation et validation des solutions algorithmiques finalement retenues Expérimentation sur des cas réels Le doctorant recruté devra avoir des compétences en algorithmiques de graphes et en programmation, avec un goût pour la chimie moléculaire (des compétences dans ce domaine seront bien sûr un plus). Ce sujet fera l’objet d’un encadrement conjoint entre informatique et chimie.