Un nouveau supercalcuteur (mésocentre MesoBFC) a permis à des chercheurs de réaliser des avancées scientifiques majeures

Le mésocentre de calcul MesoBFC est une plateforme scientifique d’appui à la recherche pour les chercheurs spécialistes en simulations numériques haute performance et en modélisations dans différents domaines scientifiques, (physique, chimie, biologie, climatologie …) ou dans le domaine médical.

Cet appel à projet MesoBFC-Defi CPU a permis à 5 chercheurs de l’Université Marie et Louis Pasteur, de l’Université Bourgogne Europe et de l’Institut Agro Dijon, de bénéficier d’un supercalculateur composé de 48 serveurs de calcul pour un total de 2304 cœurs pour développer 4 projets scientifiques dans les domaines de la chimie, la biophysique et la climatologie. Ce sont plus de 4 millions d’heures de calcul, pour le calcul distribué de type MPI *, pendant une durée d’un mois qui ont permis aujourd’hui à ces projets d’apporter des avancées scientifiques majeures dans leur domaine.

Des avancées dans le domaine de la biophysique :

Le projet DECLIP sur lequel travaille le chercheur Florentin ALLEMAND du laboratoire Chrono-Environnement de l’Université Marie et Louis Pasteur, pourrait aider à mieux traiter les malades du cancer de manière plus ciblée.

En effet, l’objectif de ce projet est d’utiliser les lipoprotéines de haute densité (HDL), présentes naturellement dans le sang, pour transmettre des molécules à visée thérapeutique aux cellules malades. Les lipoprotéines dans le sang servent habituellement à transporter le cholestérol des tissus périphériques vers le foie afin de l’éliminer. Le défi MesoBFC a permis de démarrer ce projet ambitieux grâce aux grands moyens numériques mis à disposition. Des simulations de dynamique moléculaire ont été menées pendant cette campagne de calcul intensif.

Le Projets PARKIN-NANO lancé par deux chercheurs, Adrien NICOLAÏ et Patrice DELARUE du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), de l’Université Bourgogne Europe permet de proposer une solution pour détecter de manière précoce la maladie de Parkinson en utilisant un capteur de type Nanopores 2-D solides pour la détection de la protéine alpha-Synucléine qui est un biomarqueur de la maladie de Parkinson.

Dans ce projet, l’objectif était de modéliser à l’échelle atomique le nanocapteur complet et de simuler par dynamique moléculaire (DM) le passage complet de la protéine alpha-Synucléine (140 acides aminés) à travers le nanopore et d’enregistrer le signal de détection correspondant. Ces simulations ont permis de mettre en évidence comme preuve de concept l’utilisation de ces capteurs innovants de type MoS2. Ce type de simulation de dynamique moléculaire « tout atome » n’avait encore jamais été réalisé sur une si longue protéine.

Des avancées dans le domaine de la chimie :

Le projet AIMD-AMIDURES mené par Guillaume HERLEM, enseignant chercheur du laboratoire SINERGIES de l’Université Marie et Louis Pasteur vise à étudier, sur la base de calculs de type AIMD*, le mécanisme réactionnel entre un sel d’alkylamidure (de lithium ou de sodium) et un fluoropolymère.

Intégré depuis peu dans l’incubateur régional DECA-BFC, ce chercheur propose des procédés chimiques innovants récemment brevetés (en France, en Europe et aux USA) pour modifier des matériaux et leur conférer des propriétés nouvelles. Ces matériaux, réputés inertes chimiquement à cause de la grande stabilité de la liaison carbone-fluor (C-F) sont impossibles à modifier en une seule étape sauf sous l’action de ces sels d’alkylamidure. Notons que d’autres matériaux ont aussi réagi à ces réactifs d’alkylamidure comme les céramiques synthétiques, les nanotubes de carbone, le graphène, les nanoparticules d’oxyde métallique et les fluoropolymères ouvrant la porte à de nombreuses applications futures, notamment :

•  le stockage d’énergie nouvelle génération tout solide à haute densité d’énergie soit sous forme de batteries soit sous forme d’hydrogène dans les conditions normales de température et de pression,
• la santé via la réalisation de prothèses chirurgicales antibactériennes pour tissus mous en Gore-Tex (polytétrafluoroéthyne expansé ou ePTFE, ou Téflon) et lutter contre l’antibiothérapie,
•   le retraitement de polluants éternels fluorés relargués dans la nature avec un impact environnemental désastreux pour la santé.

La recherche et la connaissance à l’échelle moléculaire, de la réaction entre nos sels d’alkylamidure et les matériaux cités précédemment est primordiale pour leur optimisation. Sans l’apport des capacités de calculs du MesoBFC, ces réactions n’auraient pas pu être modélisées aussi finement.

Des avancées dans le domaine de la climatologie :

Thierry CASTEL enseignant chercheur du laboratoire Biogéosciences à l’institut Agro Dijon a travaillé sur le projet REDYCEO qui signifie REgionalisation DYnamique du futur possible du Climat de l’Europe de l’Ouest. 

Ce projet propose de conduire des simulations en s’appuyant sur un large domaine couvrant la totalité de l’Europe. Le premier objectif du projet était de montrer, à partir des ressources de MesoBFC, la possibilité de réaliser en continu une simulation climatique régionale mono-domaine de 60 ans. Le deuxième objectif concernait l’évaluation des performances de ce protocole comparativement aux simulations passées basées sur deux domaines.

Ces résultats sont importants pour la communauté des climatologues et pour évaluer les impacts pour les agronomes, forestiers, hydrologues. Ils pourraient être primordiaux pour prévoir et anticiper les bouleversements climatiques de l’avenir.

Ces quatre projets ont été rendus possibles grâce au supercalculateur hébergé par le nouveau mésocentre de calcul MesoBFC.  

Une ressource de calculs scientifiques qui propose un bel avenir pour les chercheurs de la région Bourgogne Franche-Comté.

^{*Message Passing Interface (MPI) est un outil pour le calcul scientifique à haute performance qui permet d'utiliser plusieurs ordinateurs. C'est une norme conçue en 1993-94 pour le passage de messages entre ordinateurs distants ou dans un ordinateur multiprocesseur.}

^{*L'AIMD est une méthode de simulation informatique qui combine les principes de la mécanique quantique et de la dynamique moléculaire. Cela permet de simuler les interactions atomiques de manière très précise, ce qui est crucial pour étudier des réactions chimiques complexes comme celles entre un fluoropolymère et un amidure.}