Etude des Propriétés Physico-Chimiques du Para-Hydrogène par la Dynamique Moléculaire

Abstract

L’hydrogène comme système énergétique représente aujourd’hui un enjeu majeur, tant scientifique, qu’environnemental et économique. A des basses températures l’hydrogène existe sous forme du para-hydrogène. L’objectif de cette recherche est de mettre le point sur la fiabilité de la méthode de dynamique moléculaire, à savoir la concordance des différentes propriétés thermodynamiques calculées (structurales et transports) du para-hydrogène à l’état liquide à différents points d’état de son diagramme de phase. La méthode de dynamique moléculaire fonctionne relativement bien pour les calculs classiques, s'avérant moins efficace pour le calcul des Pressions , viscosités. Pour remédier à cela, nous entreprendrons des simulations de dynamique moléculaire quantiques en utilisant la méthode de Feynman-Hibbs. L'intérêt de cette méthode est son très faible surcoût en temps de calcul par rapport à un calcul classique (10%). En outre, elle préserve une très bonne précision des résultats tant que l'intensité du champ de force reste modérée : c'est en général le cas des interactions intermoléculaires dans les liquides. Les résultats obtenus dans ce travail recouvrent six points du diagramme de phase du para-hydrogène liquide. Nous avons calculé toutes les propriétés essentielles qui sont : la fonction de distribution radiale, l’énergie totale, la pression, l’énergie potentielle, l’enthalpie, le coefficient de diffusion et la viscosité dynamique. En faisant une étude comparative, nous remarquons le bon accord entre nos valeurs calculées de la viscosité dynamique et celles des travaux existants, les résultats restent erronés pour la pression. Enfin, nous pouvons conclure que l’effet quantique appliqué sur le para-hydrogène à très basse température est nécessaire pour expliquer la non précision de quelques résultats, nécessité d’un calcul purement quantique pour remédier l’erreur sur la pression.