Suivi de la dégradation de composés organiques chlorés par des simulations de dynamique moléculaire réactive

This thesis presents the development of a novel reactive force field designed to study the reactivity of organochlorine compounds in various environments or conditions such as aqueous solutions, atmospheric reactivity and pyrolysis. Such organochloride compounds are highly interesting because of their long half-life in the environment and their well-known toxicity. Reactive force fields bridge the gap between molecular mechanics and quantum mechanics methodologies that allow the investigation of the reactivity of complex systems and compute macroscopic quantities by implementing reactive molecular dynamics simulations. Among the available reactive potentials, ReaxFF is nowadays widely used but lacks to include chlorine atom. After a first chapter that introduces the concepts of molecular dynamics simulations, a second chapter introduces organochlorides compounds families considered in this thesis, and a third chapter presents the methodology used to develop this new reactive force field for organochlorides, and describing the new force field created along with its performance by comparing results obtained with the new force field to both experimental and theoretical values from this work or the literature. Then, in chapter 4, the new force field was applied to the investigation of pyrolysis simulations by reactive molecular simulations of three different plastic PE, PP and PS, including toluene and chlorobenzene as additives. Finally, the last chapter concerns a python framework named MolSniper, implementing reactive simulations of collisions between molecules of interest, such as organochlorides, with small molecules such as hydroxyl radicals. The software's capabilities are presented, and how it can be used to probe the reactivity of a molecule.Cette thèse présente le développement d'un nouveau champ de force réactif pour étudier la réactivité de composés organochlorés dans divers environnements ou conditions tels que les solutions aqueuses, les conditions atmosphériques et la pyrolyse. Ces composés organochlorés sont d'un grand intérêt en raison de leurs longues demi-vies dans les milieux naturels et de leurs toxicités bien connues. Les champs de force réactifs sont une méthodologie intermédiaire entre la mécanique moléculaire et de la mécanique quantique. Ils permettent d'étudier la réactivité de systèmes complexes et de calculer des grandeurs macroscopiques en mettant en œuvre des simulations de dynamique moléculaire réactives. Parmi les potentiels réactifs existants, ReaxFF est aujourd'hui largement utilisé mais n'inclut pas l'atome de chlore. Après un premier chapitre présentant les concepts de base des simulations de dynamiques moléculaires, un deuxième chapitre présente les familles de composés organochlorés considérées dans cette thèse et un troisième chapitre présente la méthodologie utilisée pour développer le champ de force réactif pour les organochlorés, ainsi que l’évaluation de ses performances, en comparant les résultats obtenus avec des valeurs expérimentales et théoriques issues de cette thèse ou de la littérature. Ensuite, dans le chapitre 4, le nouveau champ de force a été appliqué à l'étude des simulations de pyrolyses par simulations moléculaires réactives de trois plastiques différents : PE, PP et PS, incluant du toluène et du chlorobenzène comme additifs. Enfin, le dernier chapitre concerne une librairie python, appelée MolSniper, mettant en œuvre des simulations réactives de collisions entre des molécules d'intérêt telles que des molécules organochlorées avec de petites molécules telles que les radicaux hydroxyles. Les capacités du logiciel sont présentées et comment il peut être utilisé pour sonder la réactivité d'une molécule