Les hydrates de méthane sont la plus grande source de combustible fossile sur la planète Terre et jouent un rôle dans le changement climatique. Le processus moléculaire de leur formation n'est pas connu et largement débattu. Dans un article du Journal de chimie physique B , des chercheurs du Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) donnent désormais un aperçu de la formation d'hydrate de méthane. Ils ont effectué des simulations moléculaires à l'échelle atomistique qui aident à établir les propriétés thermodynamiques et cinétiques clés.

Des mélanges de méthane et d'eau peuvent spontanément former un hydrate solide. Ces hydrates de méthane sont naturellement abondants au fond des océans et dans le pergélisol, dépassant sensiblement la réserve de gaz naturel. En tant que tel, les hydrates de méthane sont envisagés non seulement comme une future ressource énergétique, mais aussi comme très pertinents pour le changement climatique mondial.

La cristallisation des hydrates de méthane par nucléation homogène sous naturel, conditions modérées est d'importance à la fois industrielle et scientifique, encore mal compris. Prédire les taux de nucléation dans de telles conditions est notoirement difficile en raison des barrières de nucléation élevées, et nécessite, en plus d'un modèle moléculaire précis, échantillonnage amélioré.

Taux de nucléation des cristaux

En utilisant la technique d'échantillonnage d'interface de transition efficace, Arjun Wadhawan et Peter Bolhuis du groupe de recherche HIMS Computational Chemistry prédisent maintenant le taux exact de nucléation avec un champ de force atomistique précis, en se concentrant sur des conditions spécifiques de 280 K et 500 bar. Ils ont calculé un taux de nucléation cristallin de quelques centaines de noyaux par seconde et par cm ³ . Ce chiffre est en accord avec les estimations expérimentales pour les conditions proches, bien que cela soit probablement fortuit car les prédictions sont très sensibles à la configuration précise de la simulation. Néanmoins, les travaux montrent qu'il est désormais possible de calculer des taux pour les hydrates de méthane à sursaturation modérée, sans se fonder sur des hypothèses autres que le champ de force. Cela aidera les futures recherches visant à comprendre les hydrates naturels, amélioration de la synthèse des matériaux, et développer des stratégies de dissolution.