Logiciels libres et enseignement

Favoriser l’usage de logiciels libres et de formats ouverts

- Auteurs : Tommy Hassinen, Geoff Hutchinson, Mike Cruz, Michael Banck, Christopher Rowley

Ceci est une brève présentation du logiciel Ghemical orientée vers l’étude des conformations moléculaires simples. Après un bref aperçu du logiciel, un exemple simple d’utilisation sera traité.

Présentation générale

Ghemical est une interface simple utilisant des outils externes du domaine public tels que MOPAC7 ou encore MPQC pour les calculs de mécanique quantiques ou de modélisation moléculaire. Dans le cadre d’un enseignement pour le secondaire, il peut servir à l’étude des conformations de petites molécules et des énergies associées.

Exemple d ’utilisation

Étude des conformations du 1,2-dichloroéthane.

Étape 1 : Après avoir lancé ghemical, il suffit de choisir « New Project -> Molecular Mechanics » dans le menu.

Fenêtre de départ

Étape 2 : Choisir « Draw » dans la barre d’outils à gauche afin de dessiner la molécule, le type d’atome est « C » par defaut. Pour changer celui-ci, il suffit de cliquer sur le symbole de la classification en haut dans le menu. Pour créer une liaison entre deux atomes, il faut cliquer sur le premier atome et, en restant appuyé, tirer sur le pointeur pour l’amener sur le deuxième atome. Le type de liaison crée est défini et modifiable en haut à gauche sur l’icone représentant les liaisons.

Étape 3 : Il est possible d’ajouter les hydrogènes manuellement comme vu précedemment mais il est aussi possible d’utiliser l’outil d’ajout automatique. Pour cela, il suffit d’effectuer un clic droit sur la molecule et de choisir l’outil dans le menu :

Ajout des atomes d’hydrogène

Étape 4 : On peut aussi réaliser un grand nombre d’opérations à partir de cette étape.

Tout d’abord, une optimisation de la géométrie :

Optimisation de la géométrie

Et ensuite, on peut aussi réaliser un certain nombre de mesures avec les outils de la barre du haut (distances, angles...)

Il peut aussi être intéressant de faire une exploration systématique des conformations :

Recherche systématique des conformations

On obtient :

Visualisation des énergies

Mais le plus intéressant à partir de l’optimisation de géométrie est l’outil de dynamique moléculaire :

Minimisation par dynamique moléculaire

À une température de 1500K avec 100000 pas, on peut voir différentes conformations du 1,2-dichloroéthane grâce au « MD trajectory viewer », les élèves peuvent revoir les différentes étapes et faire les mesures permettant de tracer le graphe d’énergie en fonction de l’angle dièdre Cl-C-C-Cl.

MD Trajectory Viewer

Remarque : Pour travailler sur des molécules variées sans avoir à les construire, il est possible d’utiliser la banque de données du NIST. Les fichiers sont distribués au format .mol et convertibles pour Ghemical grâce à Openbabel.

P.-S.

N’hesitez pas à me faire parvenir vos idées, envies ou conseils à propos de cet article.

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