Des réactions chimiques se produisent tout le temps autour de nous - dans l'air que nous respirons, l'eau que nous buvons, et dans les usines qui fabriquent les produits que nous utilisons au quotidien. Et ces réactions sont étonnamment rapides. Dans des conditions optimales, les molécules peuvent réagir entre elles en un quadrillionième de seconde.

L'industrie s'efforce constamment d'obtenir des processus chimiques plus rapides et de meilleure qualité. produire de l'hydrogène, qui nécessite de séparer les molécules d'eau, est un exemple. Afin d'améliorer les processus, les chercheurs doivent savoir comment différentes molécules réagissent les unes avec les autres et ce qui déclenche les réactions. Les simulations informatiques peuvent permettre d'étudier ce qui se passe pendant un quadrillionième de seconde, donc si la séquence d'une réaction chimique est connue, ou si les déclencheurs qui initient la réaction se produisent fréquemment, les étapes de la réaction peuvent être étudiées.

Mais ce n'est souvent pas le cas dans la pratique. Les réactions moléculaires se comportent souvent différemment. Les conditions optimales ne sont souvent pas présentes, comme avec les molécules d'eau utilisées dans la production d'hydrogène, et cela rend les réactions difficiles à étudier, même avec des simulations informatiques.

Jusque récemment, les scientifiques ne savent pas ce qui déclenche la division des molécules d'eau. Cependant, on sait qu'une molécule d'eau a une durée de vie de 10 heures avant de se séparer. Dix heures peuvent ne pas sembler longues, mais comparé à l'échelle de temps moléculaire - un quadrillionième de seconde - c'est assez long. Il est donc très difficile de déterminer le mécanisme qui provoque la division des molécules d'eau. C'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin.

Les chercheurs de NTNU ont récemment trouvé un moyen d'identifier cette aiguille dans la botte de foin. Dans leur étude, ils ont combiné deux techniques qui n'avaient jamais été utilisées ensemble auparavant.

Ils ont étudié près de 100, 000 images de simulation de ce type avant de pouvoir identifier ce qui déclenche la séparation des molécules d'eau. Beaucoup de puissance de calcul est entrée dans ces simulations. En utilisant leur méthode spéciale, les chercheurs ont réussi à simuler exactement comment les molécules d'eau se séparent. "Nous avons commencé à regarder ces 10, 000 films de simulation et les analyser manuellement, essayer de trouver la raison pour laquelle les molécules d'eau se séparent, " explique le chercheur Anders Lervik au département de chimie de NTNU. Il a effectué ses travaux avec le professeur Titus van Erp.

"Après avoir passé beaucoup de temps à étudier ces films de simulation, nous avons trouvé des relations intéressantes, mais nous nous sommes également rendu compte que la quantité de données était trop massive pour tout enquêter manuellement. » Les chercheurs ont utilisé une méthode d'apprentissage automatique pour découvrir les causes qui déclenchent la réaction. Cette méthode n'a jamais été utilisée pour des simulations de ce type. Grâce à cette analyse, ils ont découvert un petit nombre de variables qui décrivent ce qui déclenche les réactions.

Ce qu'ils ont trouvé fournit une connaissance détaillée du mécanisme causal, ainsi que des idées pour améliorer le processus. Trouver des moyens pour que les réactions chimiques industrielles se produisent plus rapidement et plus efficacement a fait un grand pas en avant avec cette recherche. Il offre un grand potentiel d'amélioration de la production d'hydrogène.