Les superordinateurs les plus rapides d’Europe s’attaquent à la simulation de la photosynthèse

Partager
Espagne

Actualité
Espagne | Sciences et technologies de l’information et de la communication : TIC, télécoms, micro-nanotechnologies, informatique
16 novembre 2015

Une équipe d’informaticiens, physiciens et chimistes de l’Université du Pays Basque (UPV/EHU) a participé à un projet visant à réaliser des simulations de la molécule où la photosynthèse se produit, sur la base de la mécanique quantique. Les chercheurs ont utilisé la suite de logiciel Octopus sur les superordinateurs les plus rapides d’Europe. Après diverses améliorations, ils ont effectué les plus grandes simulations disponibles à ce jour dans ce domaine, utilisant de manière optimisée des milliers de processeurs.

La molécule responsable de la photosynthèse des plantes se nomme LHC-II (Light Harvesting Complex II) et se compose de plus de 17.000 atomes. A l’heure actuelle, son fonctionnement lors de son exposition aux photons reste inconnu. Des ordinateurs complexes et des programmes informatiques avancés sont nécessaires pour la simulation de molécules de cette dimension.
Joseba Alberdi, ingénieur en informatique de l’UPV / EHU, a récemment publié une étude sur cette molécule dans la revue Physical Chemistry Chemical Physics, en collaboration avec le groupe ALDAPA du département d’Architecture et Technologie de l’Informatique de la Faculté d’Informatique et du groupe Nano-Bio Spectroscopie de la Faculté de Chimie.
La suite de logiciels Octopus, utilisée pour effectuer les calculs, se base sur deux théories issues d’une reformulation de la mécanique quantique et se fondant sur la densité électronique ; ce sont ces théories qui rendent possible la résolution par ordinateur de problèmes de mécanique quantique qui, sinon, impliquerait des équations « d’une complexité telle qu’elles seraient impossible à résoudre, même par les ordinateurs les plus puissants », explique Alberdi.

Illust: Cellules végétales –, 62.1 ko, 424x318
Cellules végétales – on peut entrevoir à l’intérieur les chloroplastes, organules citoplasmatiques chargés de réaliser la photosynthèse. Kristian Peters / Wikipedia

"Malheureusement, la simulation de systèmes à taille réelle requiert un temps d’exécution très important, et l’unique alternative est d’utiliser des superordinateurs," ajoute-t-il. Ce travail a été rendu possible grâce à l’utilisation de machines parmi les plus rapides du monde et notamment la MareNostrum III, du Centre National de Supercalculateurs à Barcelone (48,896 cœurs).

Montrer que la théorie correspond à la réalité

L’objectif de l’étude a été d’optimiser le code Octopus afin d’atteindre un niveau de performance élevé, de manière à obtenir des facteurs d’accélération adéquats aux calculs effectués par les supercalculateurs.
"Ces simulations nous permettent de comprendre, pour la première fois, les réactions se produisant dans les premiers femtosecondes (millième de milliardième de seconde) de la photosynthèse. De plus, les améliorations introduites dans le logiciel rendent possible la simulation de nombreux autres systèmes d’une taille comparable. Octopus étant libre de droit, il est disponible pour tous les physiciens souhaitant l’utiliser », conclut-il.

Référence bibliographique

J. Jornet-Somoza, J. Alberdi-Rodriguez, B.F. Milne, X. Andrade, M.A.L. Marques, F. Nogueira, M.J.T. Oliveira, James J. P. Stewart and A. Rubio. "Insights into colour-tuning of chlorophyll optical response in green plants", Physical Chemistry Chemical Physics (julio 2015)

Source

Université du Pays Basque - http://www.ehu.eus/es/content/-/asset_publisher/W6wn/content/n_20150730_joseba-alberdi?redirect=http%3A%2F%2Fwww.ehu.eus%2Feu%2Fhome%3Fp_p_id%3D101_INSTANCE_TaD3%26p_p_lifecycle%3D0%26p_p_state%3Dnormal%26p_p_mode%3Dview%26p_p_col_id%3Dcolumn-2%26p_p_col_pos%3D1%26p_p_col_count%3D5

Rédacteur

Nicolas Urai - Nicolas.urai[a]diplomatie.gouv.fr