Publié le 14 octobre 2025 à 03h00:00. Des chercheurs américains ont mis au point un nouvel outil informatique, baptisé Thor, capable de simuler le comportement des matériaux avec une précision et une rapidité sans précédent, ouvrant la voie à des découvertes accélérées en science des matériaux.
- Thor permet de calculer directement l’intégrale de configuration, un élément clé pour comprendre les interactions entre les particules d’une substance.
- Cette nouvelle méthode est jusqu’à 400 fois plus rapide que les simulations traditionnelles, tout en maintenant une précision supérieure à 99,9 %.
- Thor pourrait révolutionner le développement de nouveaux matériaux, batteries, alliages et catalyseurs, réduisant considérablement les délais de mise sur le marché.
Le calcul de l’intégrale de configuration, un défi majeur pour les physiciens depuis plus d’un siècle, est désormais à portée de main grâce à une approche innovante développée par des scientifiques de l’Université du Nouveau-Mexique et du Laboratoire national de Los Alamos. Cette avancée repose sur un cadre informatique nommé Tensors for High-Dimensional Object Representation (Thor), qui exploite la puissance des tenseurs pour traiter des relations physiques extrêmement complexes.
Jusqu’à présent, les méthodes de simulation classiques, telles que la méthode de Monte Carlo ou la dynamique moléculaire, se limitaient à imiter les processus physiques. Thor, en revanche, permet de calculer directement le cœur du problème, l’intégrale de configuration, une description mathématique des interactions entre les particules constituant un matériau. « C’est la clé d’une compréhension plus approfondie du comportement des matériaux dans des conditions extrêmes, qu’il s’agisse de pression, de température ou de phase de la matière », explique Boian Alexander, auteur principal du projet.
La complexité du calcul de l’intégrale de configuration a longtemps constitué un obstacle insurmontable. Elle croît en effet de manière exponentielle avec le nombre de variables, un phénomène connu sous le nom de « malédiction de la dimensionnalité ». En pratique, même les supercalculateurs les plus puissants auraient besoin d’un temps supérieur à l’âge de l’univers pour réaliser un tel calcul. « La solution directe a longtemps été considérée comme impossible », souligne le professeur Dimiter Petsev, du Département de Génie Chimique et Biologique, qui a participé à la recherche. « Cependant, les réseaux tensoriels permettent de répartir le problème en parties plus petites qui peuvent être résolues de manière efficace et précise. »
Le secret de l’efficacité de Thor réside dans une méthode appelée Tensor Train Cross Interpolation. Cette technique permet de diviser une quantité massive de données en unités plus petites et interconnectées, ne conservant que les informations physiquement pertinentes, telles que la symétrie des cristaux ou les relations fondamentales entre les atomes. Grâce à cette approche, des calculs qui prenaient auparavant des milliers d’heures ne nécessitent plus que quelques secondes, sans compromettre la précision.
Des tests menés sur le cuivre, l’argon et l’étain ont démontré la capacité du système à reproduire les résultats de simulations antérieures du Laboratoire national de Los Alamos avec une différence inférieure à 0,1 %, tout en étant jusqu’à 400 fois plus rapide. « Pour la première fois, nous disposons d’un instrument qui remplace l’ancienne approximation par un calcul direct à partir des premiers principes », affirme Duc Truong, co-auteur de l’étude publiée dans la revue Physical Review Letters.
Cette avancée ouvre des perspectives considérables en physique et en chimie, permettant aux scientifiques d’étudier des substances dans des conditions de température et de pression inaccessibles par des méthodes expérimentales. L’optimisation du développement de nouveaux matériaux, de batteries, d’alliages ou de catalyseurs est désormais envisageable. Dans l’industrie, cela pourrait réduire le délai entre la conception d’un matériau et sa mise en application de plusieurs années à quelques semaines seulement. Certains experts comparent cette étape au passage des calculs manuels aux ordinateurs au milieu du 20e siècle.