Etude des propriétés de transport du CO2 et de l'éthanol en solution hydroalcoolique par dynamique moléculaire classique : Application aux vins de Champagne.

Study of transport properties of CO2 and ethanol in a hydroalcoholic solution by classical molecular dynamics : application to Champagne wines.

• Auteur / Autrice : Alexandre Perret
• Direction : Alexander Alijah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences - STS
• Date : Soutenance le 11/12/2014
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) - UMR CNRS 7331 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Nuzillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexander Alijah, Gérard Liger belair, Nicolas Floquet, David Bonhommeau, Stéphane Pralet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Régis Gougeon, Roland Stote

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Vinification

Vin de Champagne

Mots clés libres

Dynamique moléculaire classique

Diffusion moléculaire

Dioxyde de carbone

Rmn

Taux de grossissement

Performance de GROMACS

Classical molecular dynamics

Molecular diffusion

Carbon dioxide

Nmr

Growth rate

GROMACS performance

Résumé

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude de la diffusion du dioxyde de carbone dissous et de l'éthanol dans une solution hydroalcoolique modèle représentant le champagne. La première partie de ce travail aborde les différents formalismes de la diffusion moléculaire, ainsi que les méthodes théoriques et expérimentales utilisées pour rendre compte de ce phénomène de transport. Une attention particulière est apportée à la dynamique moléculaire en champ de forces classiques qui est utilisé dans ce travail avec le logiciel GROMACS. Cette méthode théorique procure un point de vue novateur dans la recherche sur le champagne et plus particulièrement sur le rôle de chaque espèce majoritaire dans la diffusion du CO2. La spectroscopie RMN, ainsi qu'une méthode expérimentale basée sur l'étude du taux de grossissement des bulles, ont également été utilisées. Dans la deuxième partie, les résultats théoriques et expérimentaux sont présentés et comparés entre eux afin de valider le protocole des simulations de dynamique moléculaire. Les viscosités de la solution modèle et du champagne, ainsi que les rayons hydrodynamiques du CO2 et de l'éthanol sont également étudiés. La dernière partie du manuscrit concerne le partenariat avec l'entreprise Bull et l'étude des performances du logiciel GROMACS. L'expertise des équipes de Bull, ainsi que les outils développés par l'entreprise, permettent d'étudier le passage à l'échelle (ou ''scalabilité'') et le comportement parallèle de GROMACS pour la modélisation du champagne.

The work presented in this manuscript is devoted to the study of the diffusion of dissolved carbon dioxide and ethanol in a hydroalcoholic solution model representing Champagne wines. The first part of this work deals with the different formalisms of molecular diffusion, as well as theoretical and experimental methods used to account for this phenomenon of transport. Particular attention is paid to the classical force field molecular dynamics that is used in this work with the GROMACS software. This theoretical approach provides a new perspective in research on champagne and particularly on the role of each of the main species in CO2 diffusion. NMR spectroscopy, and an experimental method based on the study of the bubbles growth rate, were also used. In the second part, the theoretical and experimental results are presented and compared with each other to validate the protocol of molecular dynamics simulations. The viscosities of the model solution and of the champagne, as well as the hydrodynamic radii of CO2 and ethanol, are also investigated. The last part of the manuscript focuses on the partnership with the Bull company and the study of the GROMACS software performance. The expertise of and the tools developed by the Bull company are used to study the scalability and the parallel behavior of GROMACS for modeling champagne.