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Fichesdescriptivesdes thématiquesderechercheliées àl'utilisationd'équipementsde calculintensif

1.FUNDP 2.UCL 3.ULB 4.Ulg 5.UMons

Laboratoire de Physique du Solide, FUNDP Jean Pol Vigneron, Philippe Lambin (Professeurs Ordinaires), Olivier Deparis, Luc Henrard (Chargés de cours), Alexandre Mayer (Chercheur Qualifié FRS-FNRS), 4 postdocs, 8 doctorants, 1 secrétaire. Les matériaux homogènes ont largement évolué pour répondre à des exigences de plus en plus finement définies. Dans certains domaines, leurs performances restent limitées par des contraintes physico-chimiques difficiles à contourner. Les paramètres tels que le temps de vie des porteurs de charge pour le transport électrique, la rigidité diélectrique, l'indice de réfraction, les coefficients optiques non linéaires,... varient dans des limites physiques contraignantes. De ces contraintes naît l'intérêt urgent d'étudier les propriétés physiques des matériaux inhomogènes ou « interfaciaux », dont le volume est constitué d'un enchevêtrement ­ à l'échelle de la longueur d'onde des excitations qui le traversent ­ de régions de natures physicochimiques différentes. Ces matériaux, où les interfaces sont omniprésentes, ont des caractéristiques et des performances inconnues des matériaux homogènes. Leur étude est d'une telle complexité que le support de simulations numériques lourdes et le développement de techniques numériques adaptées sont rendus nécessaires. Les structures électroniques et les structures photoniques de tels matériaux sont au centre des préoccupations du Laboratoire de Physique du Solide depuis sa création. Les méthodes ab initio, les techniques semi-empiriques de liaisons fortes aident à la compréhension des propriétés physiques des matériaux en volume, en surface ou des nanostructures. Les projets en cours portent sur les nanostructures de carbone (nanotube, graphène, nanoruban). En particulier, les effets des modifications chimiques et structurales sur les propriétés électroniques et les réponses spectroscopiques (Raman, STM) sont analysés. Des techniques de matrices de transfert sont par ailleurs utilisées pour l'étude de phénomènes d'émission de champ photo-stimulée et pour le développement de jonctions nanométriques permettant la rectification de signaux optiques. De nombreuses méthodes de résolution des équations de Maxwell (matrices de transfert, dipoles couplés) aident à déterminer la façon dont ces matériaux complexes influencent la propagation ou la diffusion des ondes et des impulsions lumineuses. Les projets en cours en photonique des matériaux structurés et en nanophotonique portent sur l'étude de l'excitation résonante des plasmons de surface, sur les matériaux désordonnés et sur les applications photovoltaïques. La source des géométries étudiées est aussi puisée dans la réserve immense des structures développées par les organismes vivants, plutôt que dans les structures artificielles, dont la géométrie est beaucoup plus contrainte par les techniques d'ingénierie des matériaux et par l'imagination de leurs concepteurs.

J.-.P. VIGNERON, P. SIMONIS, A. AIELLO, A. BAY, D. WINDSOR, J.-F. COLOMER, M. RASSART, Reverse color in the diffraction in white light by the wing of the male butterfly Pierella luna (Nymphalidae: Satyrinae), Physical Review E, 82, 021903 (2010) C. VANDENBEM, D. BRAYER, L. FROUFE-PÉREZ, R. CARMINATI. Controlling the quantum yield of a dipole emitter with coupled plasmonic modes, Physical Review B, 81, 085444 (2010) O. DEPARIS, N. KHUZAYIM, A. PARKER, J.P. VIGNERON, Assessment of the antireflection property of moth wings by three-dimensional transfer-matrix optical simulations, Physical Review E, 79, 041910 (2009), B. ZHENG, P. HERMET, L. HENRARD, Scanning Tunneling Microscopy Simulations of Nitrogen and Boron-doped Graphene and Single-Walled Carbon Nanotubes , ACS Nano, 4, 4165 (2010) A. MAYER, M.S. CHUNG, B.L. WEISS, N.M. MISKOVSKY, P.H. CUTLER, Three-dimensional analysis of the rectifying properties of geometrically asymmetric metal-vacuum-metal junctions treated as an oscillating barrier, Physical Review B, 78, 205404 (2008)

Unité de Chimie Physique Théorique et Structurale (UCPTS), FUNDP Johan WOUTERS, Daniel VERCAUTEREN (Professeurs Ordinaires), Benoît CHAMPAGNE (Chargé de cours), Joseph FRIPIAT, Laurence LEHERTE (Chefs de travaux), Eric PERPETE (Maitre de recherche FNRS), Catherine MICHAUX (Chercheur Qualifié FNRS), 6 post-docs, 12 doctorands, 1 technicien, 1 logisticien. L'UCPTS développe des activités de recherche en chimie théorique et quantique dont les objectifs sont la prédiction et l'interprétation des propriétés structurales, électroniques et optiques de molécules, supramolécules et macromolécules. Ces activités de simulations numériques nécessitent l'utilisation d'ÉCI mais également l'élaboration de nouvelles méthodologies et l'optimisation d'algorithmes. Les axes de recherche ayant recours à cette « chimie théorique et computationnelle » sont nombreux et vont de l'ingénierie moléculaire à la conception de composés inhibiteurs de cibles thérapeutiques en passant par l'optimisation des systèmes photovoltaïques et la simulation des spectroscopies vibrationnelles. Développons certains de ces aspects : 1°) des études s'inscrivent dans le domaine de la chimie biologique et combinent des approches structurales (purification de protéines, enzymologie, cristallographie) et théoriques (propriétés électroniques, optimisations de géométries, simulation via docking). Parmi nos travaux, une série d'études relèvent du domaine de la chimie thérapeutique et visent la conception et la synthèse de composés originaux inhibiteurs de cibles thérapeutiques majeures de même que la compréhension, au niveau moléculaire, de mécanismes enzymatiques de ces cibles enzymatiques. 2°) des travaux concernent l'étude des conformations, similarités, interactions et reconnaissance moléculaires en environnements mixtes (systèmes supramoléculaires, phases adsorbées, matériaux microporeux) par les méthodes de la modélisation moléculaire (graphique moléculaire, MM, QM/MM), de la mécanique statistique (Monte Carlo, MD, gaz sur réseau), et de l'intelligence artificielle (banques de données, programmation logique et fonctionnelle, logique floue, systèmes experts, algorithmes génétiques). Ces analyses sont appliquées à l'étude « d'images moléculaires », telles les densités électroniques à différents niveaux de résolution, ou le potentiel électrostatique, dans les domaines des zéolithes, catalyseurs hétérogènes et homogènes de polymérisation, cyclodextrines, protéines, systèmes drogues-ADN et protéine-ADN. 3°) des recherches abordent la détermination des propriétés responsables des phénomènes optiques, électriques et magnétiques de systèmes moléculaires et polymères en phases gazeuse, liquide et solide. Outre les phénomènes d'absorption de photons, nos travaux concernent les phénomènes non linéaires gouvernés par les premières et deuxièmes hyperpolarisabilités et les phénomènes de diffusion inélastique comme l'effet hyperRaman. Nous étudions l'effet du couplage entre les mouvements électroniques et vibratoires, nous élaborons des approches pour prendre en compte les effets de l'environnement moléculaire en phases condensées et nous traitons les effets de la corrélation électronique. Par ailleurs, des méthodes de calcul tenant compte de la corrélation électronique sont développées pour les systèmes périodiques (polymères et surfaces). Les méthodes de calcul impliquent des sommes de réseau souvent associées à des problèmes de convergence, lesquels sont traités en combinant la transformation de Poisson et la technique d'Ewald.

L. Leherte et D.P. Vercauteren, Coarse Point Charge Models For Proteins From Smoothed Molecular Electrostatic Potentials, J. Chem. Theory Comput., 5, 3279-3298 (2009). F. Mançois, J.L. Pozzo, F. Adamietz, V. Rodriguez, L. Ducasse, F. Castet, A. Plaquet et B. Champagne, MultiAddressable Molecular Switches with Large Nonlinear Optical Contrast, Chem. Eur. J. 15, 2560-2571 (2009). C. Michaux, J. Wouters, E. A. Perpète et D. Jacquemin, Ab initio investigation of the hydration of deprotonated amino acids, J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 20, 632-638 (2009). J.G Fripiat, J. Delhalle, I. Flamant et F.E. Harris, Ewald-type formulas for Gaussian-basis bloch states in onedimensionally periodic system, J. Chem. Phys., 132, 044108 (2010). N. Gresh, N. Audiffren, J.P. Piquemal, J. De Ruyck, M. Ledecq et J. Wouters Analysis of the interactions taking place in the recognition site of a bimetallic Mg(II)-Zn(II) enzyme, isopentenyl diphosphate isomerase: a parallel quantumchemical and polarizable molecular mechanics study, J. Phys. Chem. B, 114, 4884-4895 (2010).

Centre Namurois des Systèmes Complexes (NAXYS), FUNDP D. Lambert, A. Lemaître, A. Sartenaer, Ph. L. Toint (Professeurs ordinaires) ; T. Carletti, E. Depiereux (Professeurs) ; J.-C. Delvenne, A. Füzfa, K. Van Doninck (Chargés de cours), 6 postdocs, 9 doctorants. La complexité, au sens où le Centre l'étudie, émerge dans des systèmes comprenant un très grand nombre de composantes individuelles interagissant avec des lois « élémentaires » et dont les comportements collectifs peuvent être très complexes, généralement à cause de la non-linéarité des objets ou lois considérées, leur taille, leur disparité d'échelles, leur structure en réseau, leur nature stochastique, leurs propriétés d'(in)stabilité ou le caractère non-standard de leur contexte. Quelques exemples concrets de systèmes complexes étudiés par NAXYS comprennent la modélisation des transports et de la mobilité, la dynamique du système solaire, des astéroïdes et des débris spatiaux, les réseaux socio-économiques, les données météorologiques, les systèmes commandés nonlinéaires, les galaxies et l'Univers à grande échelle, les données transcriptomiques et postgénomiques, etc. Ce Centre a été conçu comme multidisciplinaire, à l'image de sa thématique fédératrice, regroupant aussi bien des mathématiciens que des physiciens ou des biologistes. La plupart des thématiques et des projets de recherche du Centre reposent fortement sur le calcul numérique intensif, véritable outil expérimental pour ces systèmes complexes souvent proprement impossibles à reproduire en laboratoire et sur lequel s'articule la modélisation analytique et algorithmique. Ainsi, les projets de recherche du Centre nécessitant l'utilisation d'infrastructures de calcul intensif comprennent notamment l'analyse de données de microchips et damiers à ADN, la résolution numérique de systèmes d'équations non-linéaires aux dérivées partielles, la création de populations synthétiques simulant la population belge, le design de surfaces pour l'industrie, l'assimilation de données en météorologie, des simulations numériques de formation des galaxies par méthodes N-corps, l'étude ab initio des systèmes dynamiques de grande taille (dynamique des réseaux), les équations de réaction-diffusion pour les processus biochimiques, l'étude du chaos dans le système solaire et la physique spatiale, l'analyse de données cosmologiques, etc. Ces recherches, par leur variété, nécessitent donc des outils de calcul intensif polyvalents, alliant une grande puissance de calcul en virgule flottante à une quantité importante de mémoire vive et une capacité de stockage conséquente.

1) J.-Ch. Delvenne, S. N. Yaliraki et M. Barahona. Stability of Graph Communities Across Time Scales. PNAS, 107(29), pp. 12755-12760, 2010. 2) N. Delsate, P. Robutel, A. Lemaître, T. Carletti, 2010. Frozen Orbits at high eccentricity and inclination: Application to Mercury orbiter. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 3) J. Tshimanga, S. Gratton, A Weaver, A. Sartenaer, 2008. Limited-memory preconditioners with application to incremental four-dimensional variational data assimilation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 134,751--769. 4) P. M. De Hertogh, B. Gaigneaux, A. De Meulder, F. Berger, E. Bareke, C. Michiels, E. Depiereux, 2010. Meta-analysis of archived DNA microarrays identifies genes regulated by hypoxia and involved in a metastatic phenotype in cancer cells, in BMC Cancer, volume 10, pp. 176 (I.F. : 3.08) 5) S. Gratton, M. Mouffe, A. Sartenaer, Ph. L. Toint, D. Tomanos, 2010. Numerical Experience with a Recursive Trust-Region Method for Multilevel Nonlinear Optimization.Optimization Methods and Software, vol. 25(3), 359-386.

Centre de recherche sur la Terre et le climat Georges Lemaître (TECLIM), Earth and Life Institute (ELI), UCL André BERGER, Professeur émérite Michel CRUCIFIX, Chercheur Qualifié FNRS Thierry FICHEFET, Professeur Hugues GOOSSE, Chercheur Qualifié FNRS Jean-Pascal VAN YPERSELE, Professeur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 1 Les recherches menées au Centre de recherche sur la Terre et le climat Georges Lemaître (TECLIM) ont pour objectif de comprendre le fonctionnement du système Terre et, en particulier, de sa composante climatique ainsi que les interactions entre les activités humaines et leur environnement naturel. Ces recherches portent principalement sur (1) les changements environnementaux et climatiques passés, (2) l'état présent du système Terre et du système solaire, (3) les interactions entre l'homme et l'environnement et (4) les outils de modélisation. Ce centre regroupe des scientifiques du Earth and Life Institute (ELI) de l'UCL, de l'Institute of Mechanics, Materials and Civil Engineering (iMMC) de l'UCL, de l'Institut d'aéronomie spatiale de Belgique (IASB) et de l'Observatoire royal de Belgique (ORB). Nous ne mentionnerons ici que les recherches menées par des membres de ELI et qui nécessitent l'utilisation d'infrastructures de calcul intensif. Les recherches de certains autres membres de TECLIM seront mentionnées ailleurs (notamment dans la description des activités de l'iMMC). Les membres de TECLIM ont contribué ou été à la base du développement de nombreux modèles numériques, en particulier le modèle de glace de mer LIM (Louvain-la-Neuve sea-Ice Model) et le modèle climatique LOVECLIM. Ces modèles sont à l'heure actuelle utilisés dans plusieurs dizaines de groupes dans le monde et ont été permis plusieurs centaines de publications. Les activités de recherche en climatologie qui sont particulièrement gourmandes en temps de calcul et en capacité de stockage portent actuellement sur l'étude du climat du dernier million d'années, sur la variabilité du climat récent à l'échelle décennale et centennale, la variabilité interannuelle dans les régions polaires, les prévisions et projections climatiques ainsi que sur le climat régional. Toutes ces recherches sont intégrées dans les grands programmes internationaux. Par exemple, plusieurs membres de TECLIM ont contribué aux rapports du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat).

O. Arzel, T. Fichefet, H. Goosse, 2006. Sea ice evolution over the 20th and 21st centuries as simulated by current AOGCM. Ocean Modelling 12, 401-415. M. Crucifix and J. Rougier, 2009. On the use of simple dynamical systems for climate predictions: A Bayesian prediction of the next glacial inception. European Physics Journal - Special Topics, 174, 11-31 2009 H. Goosse, V. Brovkin, T. Fichefet, R. Haarsma, J. Jongma, P. Huybrechts, A.Mouchet, F. Selten, P.-Y. Barriat, J.-M. Campin, E. Deleersnijder, E. Driesschaert, H. Goelzer, I. Janssens, M.-F. Loutre, M. A. Morales Maqueda, T. Opsteegh, P.-P. Mathieu, G. Munhoven, E. Petterson, H. Renssen, D. M. Roche, M. Schaeffer, C. Severijns, B. Tartinville, A. Timmermann and N. Weber, 2010. Description of the Earth system model of intermediate complexity LOVECLIM version 1.2. Geoscientific Model Development Discussion, 3, 309-390, http://www.geosci-model-devdiscuss.net/3/309/2010/gmdd-3-309-2010.html Vancoppenolle M., T. Fichefet, H. Goosse, S. Bouillon, G. Madec and M.A. Morales Maqueda, 2009. Simulating the mass balance and salinity of Arctic and Antarctic sea ice. 1. Model description and validation. Ocean Modelling 27, 33-53. Q.Z Yin. and Berger A., 2010. Insolation and CO2 contribution to the interglacial climate before and after the MidBrunhes Event. Nature Geoscience 3, 243-246.

Bio and Soft Matter pole (BSMA), Institut de la matière condensée et des nanosciences (IMCN), UCL Christian BAILLY, Professeur, Johan PADDING, chercheur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 1 Coarse grained mesoscopic models of soft matter dynamics and rheology In soft nanostructured materials containing polymers (such as acrylic adhesives), interfaces pose specific challenges since they are usually diffuse and can transfer stress through chain entanglements. The equilibrium structure of soft polymer interfaces is well-known, but their mechanical strength remains poorly understood. Yet many new nanostructured materials contain internal interfaces and important applications involve a contact between the soft polymer and a hard substrate. The detailed understanding and modeling of the mechanical response of these interfaces currently prevents the use of modeling as a screening tool for new materials in important applications. The objective of the EU FP7 project MODIFY, of which our group is a member, is to obtain a fundamental understanding of the complex interfacial structure-related interactions through sophisticated multi-scale modeling. If successful this project will enable the design, with knowledge-based methods, of advanced adhesives tailored to match specific known and new substrates, and with enhanced recyclability. Our group is responsible for the development of mesoscale models of the adhesive systems studied within MODIFY. Such models aim to predict the macroscopic rheological behaviour using structural and dynamical input from atomistic models or theoretical microscopic considerations. The mesoscale models thus act as a bridge between the microscopic and macroscopic world. In order to reach sufficiently large time and length scales, we have developed a model in which each core-shell aggregate is represented by just one particle. For the dynamics and rheology, it is very important to not only include `time-averaged' interactions, but to also account for transient interactions induced by `entanglements' between chains on different particles as well as polar interactions between acrylic groups (`stickers'). These transient forces are responsible for many of the remarkable rheological features of the adhesive systems. Despite the large speedup through coarse-graining and running on fast processors, each simulations needs to run for several weeks in order to reach realistic time scales. Many different rheological experiments are simulated, principally simple shear, oscillatory shear, and extensional flow, at many different flow rates. To obtain results in a reasonable time we simulate several experiments simultaneously on multiple processors.

J. Sprakel, E. Spruijt, J. van der Gucht, J.T. Padding and W.J. Briels, Failure-mode transition in transient polymer networks with particle-based simulations, Soft Matter 5, 4748 (2009) J.T. Padding, E. van Ruymbeke, D. Vlassopoulos and W.J. Briels, Computer simulation of the rheology of concentrated star polymer suspensions, Rheol. Acta 49, 473 (2010)

Bio and Soft Matter pole (BSMA), Institut de la matière condensée et des nanosciences (IMCN), UCL Arnaud DELCORTE, Professeur, Oscar RESTREPO-GUTIERREZ, Doctorant Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 1 Classical molecular dynamics and ab-initio modeling of desorption and ionization upon ion bombardment Methods devised for the mass spectrometric analysis of solid organic surfaces are now pervading many fields of science, encompassing biology, biochemistry and materials science. While matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometry has become an invaluable tool for genomics and proteomics, static secondary ion mass spectrometry (SIMS) is more than ever at the cutting edge of submicrometer chemical imaging. In both methods, an energetic probe ­a laser in MALDI and an ion beam in SIMS- is used to interrogate the surface, which liberates fragments, molecules and clusters in the gas phase as a consequence of the deposited energy. For a continued improvement of the sensitivity and performance of those methods, a theoretical effort is needed to better understand the interaction of lasers and cluster projectiles with organic and hybrid surfaces and to predict their consequences in terms of sputtering, molecular emission and damage in the material. In this context, we started to use molecular dynamics for modeling projectile-surface interactions about ten years ago, in close collaboration with the group of Prof. Garrison in Penn State University. Currently, our theoretical investigations concern the study of molecular ion emission from hybrid systems made of metallic clusters in a organic matrix. Indeed, we recently reported experimental evidence of a novel type of signal-enhancement procedure for surface mass spectrometry, involving the evaporation of minute quantities of gold onto the surface. A strong enhancement of the molecular secondary ion yields from organic samples, including polymers and biomolecules, was demonstrated for such nanoparticle-covered surfaces. Therefore, our simulations aim at answering the following question: how the specific interaction between the metallic nanoobject and the organic matrix influences the desorption processes and the ionization mechanisms of molecular species and metal-molecule adducts. The theoretical methods used for this study are classical molecular dynamics simulations, for the description of the projectile-induced desorption dynamics (SPUT code), and quantum timedependent simulations, for the explicit treatment of the electrons in the ionization process (OCTOPUS code).

A. Delcorte, Organic surfaces excited by low-energy ions: atomic collisions, molecular desorption and buckminsterfullerenes, Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3395-3406. O. Restrepo, A. Prabhakaran, K. Hamraoui, N.Wehbe, S. Yunus, P. Bertrand and A. Delcorte, Mechanisms of metalassisted secondary ion mass spectrometry: a mixed theoretical and experimental study, Surf. Interface Anal. 2010, 42, 1030­1034.

Centre for Cosmology, Particle Physics and Phenomenology , Institute of Mathematics and Physics, UCL Christophe Ringeval Sebastien Clesse Le centième de milliardième de seconde après le Big-Bang correspond a une température de 1TeV, c'est à dire à l'échelle d'énergie d'unification des interactions électromagnétique et nucléaire faible du modèle standard de physique des particules. C'est le seul cas d'unification directement observé dans les accélérateurs de particules. Il s'appuie sur le mécanisme de brisure de symétrie qui, dans le contexte cosmologique, se manifeste sous la forme d'une transition de phase. Ces transitions de phase peuvent avoir plusieurs conséquences sur l'évolution de l'univers dans son ensemble, dont la formation de défauts topologiques : les cordes cosmiques en sont le type filiforme. Une fois formées, ces cordes sont stables et devraient être présentes encore aujourd'hui. Ces objets n'ont toutefois jamais étés détectes. Nos travaux réalises ces dernières années ont permis de simuler numériquement l'évolution des cordes dans l'univers et d'en étudier leur propriétés. Nous disposons actuellement des méthodes et outils nécessaires aux calculs des anisotropies du rayonnement fossile (CMB) sur un champ angulaire de typiquement une dizaine de degrés. Pour l'analyse des données du satellite PLANCK, notre objectif est de réaliser sur une machine massivement parallèle quelques milliers de cartes simulées des fluctuations de température du CMB induites par un réseau de cordes cosmiques dans l'ère de matière. Notre code est déjà prêt, il est parallélisé en OpenMP/MPI et a déjà fonctionne sur différentes architecture (DEC-ES40, SGI-O2K, SGI-O3800, Sun-Enterprise-10000, x86_64 ,IBM Power6, IBM Blue Gene/P).

C. Ringeval, « Cosmic strings and their induced non-Gaussianities in the cosmic microwave background », Advances in Astronomy, vol. 2010, Article ID 380507 (2010) ; http://arxiv.org/abs/1005.4842 M. HindMarsh, C. Ringeval, T. Suyama « CMB temperature trispectrum of cosmic strings », Phys. Rev. D81, 063505 (2010) ; http://arxiv.org/abs/0911.1241 M. HindMarsh, C. Ringeval, T. Suyama « The CMB temperature bispectrum induced by cosmic strings », Phys. Rev. D79, 083501 (2009) ; http://arxiv.org/abs/0908.0432 A. Fraisse, C. Ringeval, D. Spergel, F. Bouchet « Small-angle CMB temperature anisotropies induced by cosmic strings », Phys. Rev. D78, 043535 (2007) ; http://arxiv.org/abs/0708.1162

Center for Space Radiations (CSR), Institut de Recherche en Mathématique et Physique (IRMP), UCL Viviane PIERRARD, Professeur invité Mathias CYAMUKUNGU, Chercheur Qualifié Sylvie BENK, Chargé de Recherche Juan CABRERA, Chargé de Recherche Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 2 Les recherches présentes et futures menées au Center for Space Radiations portent principalement sur quatre axes: (1) conception et caractérisation de détecteurs des radiations spatiales, (2) effet des radiations dans les composants électroniques embarqués à bord des satellites, (3) analyse des données des satellites (flux de particules énergétiques, ondes VLF,...), (4) études théoriques et semi-empiriques des ceintures de radiations dans la magnétosphère terrestre. Le CSR utilise le calcul intensif essentiellement pour la simulation du transport des particules ionisantes (protons, électrons, ions ...) à travers la matière en présence ou non des champs électromagnétiques à l'aide du programme GEANT4 . Des campagnes de calcul intensif sont menées pour caractériser la réponse des détecteurs de radiations aux flux de radiations dans l'espace. La caractérisation du détecteur EPT (Energetic Particle Telescope) conçu au CSR avec le financement de Belspo via l'Agence Spatial Eutopénne (ESA) est en cours de réalisation. Dans le cadre d'une collaboration avec l'Institut d'aéronomie spatiale de Belgique (IASB), le calcul des trajectoires des Rayons Cosmiques est réalisé pour estimer leurs flux directionnels dans la Magnetosphere. GEANT4 sera aussi utilisé pour calculer la dose de radiation accumulée par des composantes électroniques à l'intérieur d'un satellite connaissant le flux radiatif qui entoure celui ci.

S. Agostinelli et al., 2003. GImage 4--a simulation toolkit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 506, 250-303.

European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF-NAPS), Institute of Condensed Matter and Nanosciences (IMCN), UCL Jean-Christophe CHARLIER, Professeur Xavier GONZE, Professeur Bernard PIRAUX, Professeur Gian-Marco RIGNANESE, Chercheur Qualifié F.R.S.-FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 25 Nos recherches portent sur la modélisation ab initio (se basant uniquement sur des lois physiques sans recours à des données expérimentales) des propriétés structurales, dynamiques, électroniques, diélectriques, magnétiques, et optiques de la matière condensée. Nos simulations visent à résoudre l'équation de Schrödinger pour des systèmes allant des agrégats atomiques ou moléculaires (0D) aux solides cristallins (3D), en passant par les nanofils et nanotubes (1D) ainsi que les surfaces et interfaces (2D). Nos travaux comportent à la fois des aspects théoriques, algorithmiques, et appliqués. Du point de vue théorique et algorithmique, d'une part, nous mettons en oeuvre différentes méthodes permettant de prendre en compte la dépendance temporelle de l'équation de Schrödinger pour des systèmes à plusieurs électrons actifs interagissant avec des impulsions électromagnétiques ultra-courtes et intenses dans le domaine X. L'objectif est d'étudier le rôle spécifique des corrélations électroniques lors de la fragmentation partielle ou complète de ces systèmes exposés à la radiation produite par des lasers à électrons libres (Hambourg et Stanford). Par ailleurs, nous participons au développement du logiciel ABINIT et en assurons la synchronisation. Ce logiciel, utilisé par plus d'un millier de chercheurs, se base sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT) qui permet de remplacer la fonction d'onde à plusieurs électrons par la densité électronique en tant que quantité de base pour résoudre l'équation de Schrödinger. Au niveau appliqué, nous étudions notamment les matériaux utilisés dans les transistors MOS (métal/oxyde/semi-conducteur avec un intérêt plus particulier pour les nouveaux diélectriques à forte permittivité), dans les cellules photovoltaïques (par exemple, les oxydes transparents conducteurs), dans les diodes électroluminescentes (LED), ainsi que dans des domaines plus prospectifs tels que l'électronique moléculaire et le transport quantique ab initio (avec un intérêt plus particulier pour les nanotubes de carbone, les systèmes à base de graphène, et quelques molécules organiques). Enfin, en vue d'épauler l'expérience dans l'analyse des données mesurées, nous nous intéressons également à la simulation des images STM dans les nanosystèmes.

X. Gonze et al., ABINIT : first-principles approach to material and nanosystem properties approximation, Computer Physics Communications 180, 2582 (2009). R. Shaltaf, G.-M. Rignanese, X. Gonze, F. Giustino and A. Pasquarello , Band offsets at the Si/SiO2 interface from many-body perturbation theory, Phys. Rev. Lett. 100, 186401 (2008). J.-C. Charlier, X. Blase, and S. Roche, Electronic and transport properties of nanotubes, Rev. Mod. Phys. 79, 677 (2007). D. Connétable, G.-M. Rignanese, J.-C. Charlier, and X. Blase, Room temperature Peierls distortion in small diameter nanotubes, Phys. Rev. Lett. 94, 015503 (2005). E. Foumouo, G. Lagmago Kamta, G. Edah and B. Piraux, Theory of multiphoton single and double ionization of twoelectron atomic systems driven by short-wavelength electric fields : An ab-initio treatment, Phys. Rev . A 74, 063409 (2006).

Pôle de recherche en génie civil, Institute of Mechanics, Materials and Civil engineering (iMMC), UCL Alain HOLEYMAN, Professeur Sandra SOARES-FRAZAO, Chercheur qualifié FNRS Jean-François THIMUS, Professeur Yves ZECH, Professeur Nombre d'utilisateurs occasionnels du calcul intensif : 4 Ce document présente les activités potentielles en calcul intensif de l'iMMC, et qui couvrent le Génie Civil, incluant l'Hydraulique et la Géotechnique. A l'heure actuelle, l'utilisation en Génie Civil est relativement faible, mais pourrait être amenée à augmenter dans les prochaines années, principalement en Hydraulique. Les recherches fondamentales en Hydraulique s'inscrivent dans les thèmes plus généraux de l'aménagement du territoire et de la maîtrise des risques naturels en vue du mieux-être et de la sécurité des populations. Ces deux thèmes se rejoignent dans un axe de recherche qui a été identifié comme prioritaire : la maîtrise des crues et des inondations. Au sein de cet axe, deux champs d'activité sont développés : l'hydraulique liée au développement urbain et celle qui a trait à l'aménagement des rivières, tant dans ses aspects hydrodynamiques que sédimentologiques. La demande principale en termes de puissance de calcul est liée à l'étude des écoulements consécutifs à une rupture de barrage. Ceux-ci dépendent d'une forte interaction entre la phase liquide et la phase granulaire, qui ne peut être prise en compte qu'au travers de modèles plus complexes que les traditionnels modèles d'écoulement unidimensionnel en eau peu profonde. Des modèles numériques sont développés par l'équipe Hydraulique pour simuler avec précision ces écoulements turbulents en deux dimensions. Afin de représenter des géométries présentant de fortes discontinuités (élargissement ou rétrécissement brusques), des discrétisations fines sont nécessaires. L'aspect transitoire de tels écoulements requiert l'utilisation de schémas numériques explicites (volumes finis), ce qui implique des petits pas de temps de calcul et donc de longs temps de calcul. La simulation des ruptures de berges consécutives à une rupture de barrage complexifie la géométrie et les méthodes de calcul (Swartenbroekx et al. 2010). Les temps de calculs sont toutefois encore supportables (jusqu'à une ou deux journées pour des maillages très fins nécessaires pour tester la convergence de nos modèles) sur un ordinateur classique si le temps réel du phénomène physique est court (de l'ordre de quelques secondes). Ceci explique que l'équipe hydraulique a relativement peu utilisé le centre de calcul intensif jusqu'à présent. Par contre, dans les deux prochaines années, ces mêmes modèles seront testés sur des écoulements en régime permanent d'une beaucoup plus grande durée (jusqu'à plusieurs heures). Un calculateur puissant sera alors nécessaire. Enfin, dans le cadre de l'ARC « Taking up the challenges of multi-scale marine modelling », il est prévu d'implémenter un module sédimentologique dans le code SLIM. Des simulations à grande échelle seront effectuées à partir de ce nouveau code, qui nécessiteront un recours au calcul intensif.

1. S. Soares Frazão, Y. Zech (2005) "Simulation of the IMPACT case study on the Tous dam-break flow", Proceedings of the XXXI IAHR Congress, Seoul, Korea, 2005, Byong-Ho Jun, Sang-Il Lee, Il Won Seo, Gye-Woon Choi, Seoul, Korea, pp. 3354-3364 2. C. Swartenbroekx, S. Soares-Frazão, R. Staquet and Y. Zech, 2010. Two-dimensional operator for bank failures induced by water-level rise in dam-break flows. Journal of Hydraulic Research 48(3), 302-314.

Unité d'Ingénierie des Matériaux et des Procédés (IMAP), Institut de Génie Mécanique, Matériaux et Civil (iMMC), UCL Juray DE WILDE, Chargé de cours Thomas PARDOEN, Professeur Aude Simar, att. FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif: 8 Les recherches menées en IMAP portent d'un côté sur la modélisation et la simulation numérique multiéchelle du comportement mécanique des matériaux solides, intégrant l'échelle des mécanismes et défauts atomistiques, la microstructure, les niveaux supérieurs d'hétérogénéité jusqu'à la structure macroscopique,1 et d'un autre côté sur la modélisation et la simulation des écoulements multiphasiques en présence des réactions chimiques par des méthodes type Computational Fluid Dynamics (CFD).2,3 En CFD, différentes approches sont étudiées, notamment les approches Eulérienne-Eulérienne et Volume-Of-Fluid (VOF). La modélisation des phénomènes à l'échelle micro et méso est étudié. Autre point d'intérêt est l'interaction entre l'écoulement et des réactions chimiques. Les modèles et algorithmes développés sont utilisés pour un nombre d'applications dans le domaine du génie chimique et des procédés. Ils permettent d'améliorer la compréhension des systèmes à écoulement complexe et d'optimiser leur conception. Le comportement des microbulles approchant une surface solide2 et l'hydrodynamique des lits fluidisé en présence des réactions chimiques3 ont, par exemple, été étudiés. Ce dernier fait parti de nos recherches dans le domaine d'intensification des procédés, en particulier des procédés à lit fluidisé où des nouvelles technologies sont développées au sein de notre équipe. L'intensification du procédé de craquage catalytique (Fluid Catalytic Cracking, FCC)3 et du Methanol-To-Olefins (MTO) a été évaluée en utilisant les codes CFD développés, en incluant les réactions chimiques et leur cinétique et effet thermique évidemment. Les outils numériques concernés impliquent des codes de calcul par éléments finis, volumes finis et dynamique moléculaire. La solution des équations de continuité se fait en général de façon numérique. Ceci implique des temps de calcul importants, en particulier pour des calculs en trois dimensions et/ou non-stationnaires. Optimisation des algorithmes de simulation et calcul en parallèle sur multiple processeurs s'imposent. Dans ce contexte, un appel constant est fait sur les services dus CISM.

1 Y. Bertholet, B. Olbrechts, B. Lejeune, J.P. Raskin, and T. Pardoen, "Molecular bonding aided by dissipative interlayers", Acta Materialia, 55, p. 473-479, 2007. 2 Vincent Minsier, Juray De Wilde, Joris Proost, "Simulation of the Effect of Viscosity on Jet Penetration into a Single Cavitating Bubble", Journal of Applied Physics, 106:(8), 084906, 10 pages, 2009. 3 Waldo Rosales Trujillo, Juray De Wilde, "Computational Fluid Dynamics Simulation of Fluid Catalytic Cracking in a Rotating Fluidized Bed in a Static Geometry", Ind. Eng. Chem. Res., 49:(11), p. 5288-5298, 2010 (DOI: 10.1021/ie901610f).

Pôle de recherche en thermodynamique et mécanique des fluides, Institute of Mechanics, Materials and Civil engineering (iMMC), UCL Yann BARTOCIEWICZ, Chargé de cours Philippe CHATELAIN, Chargé de cours Hervé JEANMART, Chargé de cours Miltiadis PAPALEXANDRIS, Professeur Grégoire WINCKELMANS, Professeur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 10 Ce document présente les activités en calcul intensif de l'iMMC, et qui couvrent la thermodynamique et la mécanique/dynamique des fluides, incluant la combustion. Les activités en dynamique des fluides concernent la simulation d'écoulements externes et internes, en trois dimensions et à haut nombre de Reynolds (donc souvent turbulents). Les domaines d'application incluent l'aérodynamique en aéronautique, l'étude d'écoulements tourbillonnaires comme les sillages d'avion ou d'éoliennes, l'étude d'écoulement en canaux en génie nucléaire et avec transfert de chaleur, l'étude d'écoulements multiphasiques (aussi granulaires)1, de détonations, et de flammes turbulentes. La simulation de tels écoulements implique la capture simultanée des petites structures, dans les couches limites et les fronts par exemple, et des grandes échelles; ce qui requiert des discrétisations numériques très fines et l'utilisation de calculateurs puissants. Ces travaux sont axés sur le développement de méthodes numériques efficaces, telles les méthodes euleriennes (pseudo-spectral, différences finies, volumes finis), les méthodes lagrangiennes de particules2, et la conception/validation de modèles de sous-maille multi-échelles3 pour la simulation aux grandes échelles (Large Eddy Simulation) d'écoulements turbulents. Les simulations requièrent le déploiement de ces approches dans des outils numériques efficaces et extensibles à des systèmes massivement parallèles4. Les travaux en thermodynamique concernent les écoulements et/ou la combustion dans des systèmes énergétiques complexes, tels que les éjecteurs supersoniques, les moteurs à combustion interne ou les générateurs de vapeur. Les efforts en combustion se focalisent sur l'étude détaillée de la cinétique chimique sous-jacente, ce qui implique la simulation de centaines de réactions et d'espèces chimiques. De ce fait, les défis numériques cités plus hauts sont multipliés ici par le nombre de variables et la capture des réactions à des échelles temporelles et spatiales très fines4. Enfin, une partie des nos travaux est consacrée à l'utilisation et au développement de modèles physiques dans des logiciels commerciaux (Fluent) et libres (OpenFOAM, Saturne)6 qui peuvent également exploiter une architecture parallèle.

1. C. Varsakelis, and M. V. Papalexandris, 2010. The equilibrium limit of a constitutive model for two-phase granular mixtures and its numerical approximation, Journal of Computational Physics 229, 4183-4207. 2. R. Cocle,, G. Winckelmans, and G. Daeninck, 2008. Combining the vortex-in-cell and parallel fast multipole methods for efficient domain decomposition simulations. Journal of Computational Physics 227, 9091-9120. 3. L. Bricteux, M. Duponcheel, and G. Winckelmans, 2009. A multiscale subgrid model for both free vortex flows and wall-bounded flows. Physics of Fluids 21, 105102. 4. P. Chatelain, A. Curioni, M. Bergdorf, D. Rossinelli, W. Andreoni, and P. Koumoutsakos, 2008. Billion vortex particle Direct Numerical Simulations of aircraft wakes. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 197, 1296­1304. 5. F. Contino, H. Jeanmart, T. Lucchini, and G. D'Errico, 2010. Coupling of in situ adaptive tabulation and dynamic adaptive chemistry: an effective method for solving combustion in engine simulations, Proceedings of the Combustion Institute (accepted). 6. Y. Bartosiewicz, J. Lavieville, and J. M. Seynhaeve, 2008. A first assessment of the NEPTUNE_CFD code: Instabilities in a stratified flow comparison between the VOF method and a two-field approach,

Pôle Molecules, Solids and Reactivity, Institute of Condensed Matter and Nanosciences (IMCN), UCL Daniel PEETERS, Professeur Ordinaire Tom LEYSSENS, Professeur Raphael ROBIETTE, Chercheur Qualifié FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 9 Les activités de recherche en Chimie Quantique menées à l'UCL ont pour objectif essentiel l'interprétation et la prévision de la réactivité et des propriétés des espèces chimiques. Elles se situent dans le domaine de la chimie physique moléculaire et relèvent donc à la fois de la Chimie théorique, de la chimie conceptuelle et de la chimie « computationnelle ». Les thèmes de recherches sont actuellement tournés vers divers domaines qui visent la compréhension de la réactivité chimique. La nature des effets de substituants sur les mécanismes de réaction ainsi que l'étude des réactions élémentaires qui se déroulent au sein des phénomènes de combustion sont un centre d'intérêt. L'étude d'associations d'atomes métalliques formant des « clusters » et de l'interaction d'atomes métalliques avec des sites réactionnels (catalyse homogène et hétérogène) constitue un autre thème de recherche que nous abordons tant du point de vue structural qu'électronique et énergétique. * Comment et pourquoi la géométrie d'une molécule se déforme-t-elle au cours d'une interaction, et par la suite d'une réaction, avec un coréactif ? * Comment les électrons se réorganisent-ils au cours de ce processus d'interaction et de réaction ? * Comment expliquer l'énergie de réaction (la thermodynamique) et la barrière d'activation (la cinétique). Telles sont les questions aux quelles les chercheurs du groupe tentent de répondre. A cet effet, ils recourent aux méthodes de la chimie quantique qui au travers de l'usage d'algorithmes encodés dans les programmes de calculs performants permettent de simuler le déroulement des processus chimiques élémentaires grâce aux accès à des moyens de calcul de haute performance (HPC) mis à leur disposition par les fonds de soutien à la recherche fondamentale. A titre d'exemples voici quelques travaux récents publiés : (1) Réactions catalytiques d'hydrosilylation des cétones en présence de complexes de cuivre (I). (2) Réactions élémentaires et synthèse du premier noyau aromatique au cours de la combustion (3) L'étude d'agrégats métalliques contenant du palladium et de l'or, pur et en présence de ligands. (4) ...

1 Thomas Gathy, Daniel Peeters, Tom Leyssens : Mechanism of ketone hydrosilylation by Cu(I) catalysts: A theoretical study Journal of Organometallic Chemistry 2009 694 3943­3950 doi:10.1016/j.jorganchem.2009.08.017 2 Xavier Lories, Jacques Vandooren, Daniel Peeters Cycle formation from acetylene addition on C4H3 radicals Physical Chemistry Chemical Physics ; PCPC 2010, 12, 3762­3771 DOI: 10.1039/b921563h 3 Giuseppe Zanti and Daniel Peeters DFT Study of Small Palladium Clusters Pdn and Their Interaction with a COLigand (n = 1­9) Eur. J. Inorg. Chem. 2009, 3904­3911 DOI: 10.1002/ejic.200900513 4 Jean-Christophe Monbaliu, Bernard Tinant, Daniel Peeters, Jacqueline Marchand-Brynaert Novel chiral 1-phosphono1,3-butadiene for asymmetric hetero Diels­Alder cycloadditions with nitroso and azodicarboxylate dienophiles Tetrahedron Letters 51 (2010) 1052­1055 doi:10.1016/j.tetlet.2009.12.063

Applied mechnics and mathematics (MEMA), Institute of Mechanics, Materials and Civil Engineering (iMMC), UCL Laurent DELANNAY, Chercheur qualifié FNRS Eric DELEERSNIJDER, Chercheur qualifié FNRS Issam DOGHRI, Professeur François DUPRET, Professeur Vincent LEGAT, Professeur Jean-François REMACLE, Professeur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 13 Les recherches menées en MEMA portent sur la modélisation mathématique et la simulation numérique des solides et des écoulements fluides. MEMA joue un rôle majeur dans le développement du Second-generation Louvain-la-Neuve Ice-ocean Model (SLIM, www.climate.be/slim). Il s'agit d'un outil de simulation multi-échelles -- et, dans une certaine mesure, multi-physiques -- des écoulements géophysiques et environnementaux. On y intègre progressivement des modules visant à simuler le devenir de plusieurs catégories de polluants. Des modèls écologiques élémentaires sont également en cours de développement et d'utilisation. Par ailleurs, on développe des modèles mathématiques visant à prédire le comportement mécanique d'alliages métalliques et de matériaux composites à base polymère en fonction de leurs propriétés microstructurales. Des lois constitutives nouvelles sont couplées à un code de calcul par éléments finis afin de prédire les champs de contrainte et déformation au travers des microstructures concernées.

Brassart L., L. Delannay and I. Doghri, 2010, Homogenization of elasto-plastic composites coupled with a nonlinear finite element analysis of the equivalent inclusion problem. International Journal of Solids and Structures, 47, 716-729 de Brye B., A. de Brauwere, O. Gourgue, T. Kärnä, J. Lambrechts, R. Comblen and E. Deleersnijder, 2010, A finiteelement, multi-scale model of the Scheldt tributaries, River, Estuary and ROFI. Coastal Engineering, 57, 850-863 Delannay L., M.A. Melchior, J.W. Signorelli, J.-F. Remacle and T. Kuwabara, 2009, Influence of grain shape on the planar anisotropy of rolled steel sheets - Evaluation of three models. Computational Mterials Science, 45, 739-743 Gourgue O., R. Comblen, J. Lambrechts, T. Kärnä, V. Legat and E. Deleersnijder, 2009, A flux-limiting wetting-drying method for finite-element shallow-water models, with applications to the Scheldt Estuary. Advances in Water Resources, 32, 1726-1739 Lambrechts J., E. Hanert, E. Deleersnijder, P.-E. Bernard, V. Legat, J.-F. Remacle and E. Wolanski, 2008, A multi-scale model of the hydrodynamics of the whole Great barrier Reef, Estuarine, Coastal and Shelf Science, 79, 143-151

Physique des systèmes complexes et mécanique statistique, Faculté des Sciences, ULB http://complex.ulb.ac.be/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB492.html Pierre GASPARD, professeur, Daniil KOSOV, chargé de cours, Thomas GILBERT, chercheur qualifié, Mohammad-Ali MALEK MANSOUR, chargé de cours, Nombre de chercheurs : 4 membres permanents, 11 post-doctorants, et 3 étudiants en thèse Les recherches menées au Centre for Nonlinear Phenomena and Complex Systems portent sur les systèmes complexes en physique, chimie et biologie. Ces systèmes ont pour caractéristiques d'être constitués d'un grand nombre d'entités en interaction. L'étude de ces systèmes nécessite de disposer de resources numériques pour la simulation des modèles dynamiques ou stochastiques de systèmes complexes. Parmi les thèmes de recherche actuellement menés au CENOLI on peut citer la nucléation et la cristallisation dans les fluides complexes comme les solutions de protéines, et la physique de la matière granulaire. Les méthodes de dynamique moléculaire et de MonteCarlo développées pour étudier des systèmes comprenant un grand nombres de particules (parfois plusieurs millions) requièrent d'importantes puissances de calcul et génèrent une grande quantité de données qui doivent pouvoir être stockées avant d'être exploitées ultérieurement. La physique statistique des petits systèmes est également un sujet d'étude. Ici, pour des raisons liées à la statistique, de longs temps de calcul sont nécessaires. Un autre sujet d'étude est le comportement d'objets chargés en relation avec des problèmes atmosphériques. La simulation numérique de systèmes chargés est certainement un des domaines les plus exigeants en terme de puissance de calcul en raison de la longue portée des interactions entre objets. Pour toutes ces raisons les méthodes numériques sont développées en tirant parti de l'architecture parallèle des ordinateurs actuels. Par ailleurs, nous étudions les comportements chaotiques dans les systèmes dynamiques déterministes et leurs propriétés de transport (diffusion, viscosité ou conduction de chaleur). Ces études requièrent également des puissances de calcul importantes pour des systèmes à grand nombre de degrés de liberté ou pour effectuer des statistiques sur de long intervalles de temps. Au CENOLI, nous effectuons aussi des simulations de dynamique moléculaire et des calculs de structure électronique par la méthode de fonctionnelle de densité pour étudier des problèmes qui relèvent tant de la science des surfaces, la catalyse hétérogènes et la biophysique. Pour cela nous utilisons aussi bien des codes numériques standards que nos propres codes fortran. Bien que nos codes aient été développés pour tourner sur Hydra nous pensons qu'il serait utile que des programmes standards de calculs numériques soient installés sur ces machines massivement parallèles. Nous pensons en particulier à LAMMPS (Largescale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator ), CPMD (Car-Parrinello Molecular Dynamics ), GROMACS (pour la dynamique moléculaire), NWCHEM (pour la chimie, et VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) (pour la structure électronique des solides cristallins).

P. Gaspard and T. Gilbert, Heat conduction and Fourier's law in a class of many particle dispersing billiards, New Journal of Physics 10, 103004 (2008). P.Grosfils and J.Lutsko, Low-Density/High-Density liquid phase transition for model globular protein, Langmuir, 26, 8510 (2010). G. L. Cai, D. Fushman, and D. S. Kosov, Density fuctional calculations of chemical shielding of backbone 15N in helical residues of protein, Journal of Biomolecular NMR, 45, 245 (2009). Z. Li and D. S. Kosov, Nature of well-defined conductance of amine anchored molecular junctions: density functional calculations, Physical Review B, 2007, 76, 035415. J.-S. McEwen, P. Gaspard, F. Mittendorfer, T. Visart de Bocarmé and N. Kruse, Field-assisted oxidation of rhodium, Chemical Physics Letters 452, 133 (2008).

Physique statistique et plasmas, Faculté des Sciences, ULB http://plasma-mac6.ulb.ac.be/~dcf/twiki/bin/view/SPP/WebHome http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB106.html Daniele CARATI, directeur de recherches FRS-FNRS Bernard KNAEPEN, chargé de cours nombre de chercheurs: 4 permanents, 4 post-docs, et 7 étudiants en thèse Personnel académique et technique : 1 Nos recherches concernent principalement la caractérisation de phénomènes turbulents aussi bien dans les fluides classiques tels que les gaz et les liquides, que dans les fluides conducteurs d'électricité tels que les métaux liquides et les plasmas. Dans tous ces domaines, la description du fluide peut être abordée soit comme un milieu continu, soit comme un ensemble de particules. Dans la description « milieux continus », l'évolution du fluide est donnée par les équations de Navier-Stokes ou par les équations de la magnéto-hydrodynamique. Résoudre ces équations dans un régime turbulent impose l'utilisation des plus puissants supercalculateurs. Notre groupe a développé un code pseudo-spectral (TURBO3D) particulièrement rapide permettant de simuler ces équations dans des géométries simples. Nous participons aussi au développement d'un code utilisant des volumes finis (YALES2) adapté aux géométries complexes. Dans la description « ensemble de particules », l'évolution est régie par des équations cinétiques décrivant la distribution de probabilité des particules en fonction de leur position et de leur vitesse. Ces équations cinétiques sont encore plus difficiles à traiter numériquement. En collaboration avec un groupe de Garching (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik), nous développons un code destiné à décrire l'évolution d'un plasma soumis à des champs magnétiques intenses, situation que l'on rencontre plus particulièrement dans les réacteurs de fusion nucléaire.

B. Knaepen and R. Moreau, Magnetohydrodynamic Turbulence at Low Magnetic Reynolds Number, Annual Review of Fluid Mechanics, 40: 25-45 (2008). B. Teaca, M. K. Verma, B. Knaepen and D. Carati, Energy transfer in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence, Phys. Rev. E, 79, 046312 (2009)

Chimie quantique et Physique atomique, Service de Chimie quantique et Photophysique, Faculté des Sciences, ULB http://www.ulb.ac.be/cpm/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB165.html Michel GODEFROID, professeur ordinaire, Jacques LIEVIN, professeur, Nathalie VAECK, chargée de cours, Nombre de chercheurs : 6 membres permanents, 6 post-doctorants, et 11 étudiants en thèse, Personnel académique et technique : 5 Nous calculons des structures atomiques au sens large du terme : niveaux d'énergie, électroaffinités, probabilités de transitions radiatives et non radiatives, temps de vie d'états excités, paramètres de structures hyperfines, déplacements isotopiques, d'atomes neutres, ions multichargés et ions négatifs. La connaissance de ces données atomiques avec une précision élevée est indispensable au développement de nombreuses disciplines scientifiques connexes telles que l'astrophysique, la physique des plasmas et les recherches orientées vers la fusion thermonucléaire contrôlée ou l'étude des atmosphères terrestre et planétaires. Nous contribuons au développement de méthodes et logiciels de calcul de fonctions d'onde électroniques décrivant les états liés et non liés et de leurs propriétés, ciblant la corrélation électronique et l'inclusion des corrections relativistes. Nous réalisons des calculs ab initio de grande taille visant à prédire la structure, la réactivité et la spectroscopie de petites molécules, ions, radicaux et agrégats en phase gazeuse d'intérêt atmosphérique et astrophysique. Nos calculs prennent en compte à un haut niveau de théorie les interactions qui gèrent les processus réactifs étudiés : corrélation électronique, interactions non-liées, effets relativistes, couplages non-adiabatiques, anharmonicité vibrationnelle. Les surfaces d'énergie potentielle que nous calculons servent aussi à résoudre le problème rovibrationnel à l'aide de méthodes et codes informatiques que nous développons. Nous appliquons également l'approche ab initio à l'étude des étapes élémentaires de processus comme l'ionisation et le transfert de charge dans des biomolécules. En collaboration avec le groupe de dynamique moléculaire du laboratoire de chimie physique de l'Université de Paris-Sud, 11 (Orsay), nous développons une libraire de programme de dynamique moléculaire basée sur la propagation de paquets d'onde afin de calculer les sections efficaces de processus collisionnels. Nous utilisons cette approche pour le calcul des sections efficaces de transfert de charge lors de collisions ion-atome ainsi que pour l'obtention de sections efficaces de photodissociation ou de stabilisation radiative. Un des avantages de cette méthode est la possibilité d'inclure dans la dynamique le champ électromagnétique qui peut être utilisé pour manipuler les processus moléculaires au niveau atomique. Nous appliquons notamment la stratégie de contrôle local aux réactions ultra rapides telles que les processus de transfert de charge.

T. Carette, C. Drag, O. Scharf, C. Blondel, C. Delsart, C. Froese Fischer and M. Godefroid, 2010. Isotope shift in the sulfur electron affinity: Observation and theory. Physical Review A 81, 042522. P. Cassam-Chenaï, Y. Scribano and J. Liévin, 2009. Influence of kinetic coupling in rectilinear coordinates on the vibrational spectrum of fluoroform. Chem. Phys. Letters 466, 16. J. Loreau, P. Palmeri, P. Quinet, J. Liévin and N. Vaeck , 2010. Ab initio calculation of the 66 low-lying electronic states of HeH+: adiabatic and diabatic representations. Journal of Physics B: Atom. Mol. Opt. Phys. 43, 065101. K. Sodoga, J. Loreau, D. Lauvergnat, Y. Justum, N. Vaeck, and M. Desouter-Lecomte, 2009. Photodissociation of the HeH+ ion into excited fragments (n=2,3) by time-dependent methods. Physical Review A 80, 033417. S. Verdebout, P. Jönsson, G. Gaigalas, M. Godefroid and C. Froese Fischer, 2010. Exploring biorthonormal transformations of pair-correlation functions in atomic structure variational calculations. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 43, 074017.

Service des méthodes formelles et vérification, Faculté des Sciences, ULB http://www.ulb.ac.be/di/verif/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB512.html Gilles Geeraerts, premier assistant, Thierry Massart, professeur, Jean-François Raskin, professeur, Nombre de chercheurs: 3 membres permanents, 2 post-doctorants, et 4 étudiants en thèse Le service méthodes formelles et vérification fait partie du Département d'Informatique de la Faculté des Sciences de l'Université Libre de Bruxelles. Notre équipe consacre ses efforts de recherche et d'enseignement aux méthodes rigoureuses et automatiques qui permettent de concevoir des systèmes informatiques fiables. Ces méthodes trouvent des applications naturelles dans la conception de systèmes informatiques critiques, comme les systèmes de contrôle embarqués dans les moyens de transport (métros, avions, voiture), les systèmes de contrôle de production (dans un cadre industriel), etc. La mise en pratique des méthodes formelles de conception et de vérification que nous réalisons ou utilisons, peuvent être très coûteuses à la fois en temps d'exécution mais aussi en quantité de mémoire vive utilisée. Notre groupe jouit d'une expertise internationalement reconnue, comme en témoigne nos nombreuses collaborations, ainsi que les projets de recherche internationaux auxquels nous participons.

Gilles Geeraerts, Jean-François Raskin, Laurent Van Begin: On the Efficient Computation of the Minimal Coverability Set of Petri Nets. Int. J. Found. Comput. Sci. 21(2): 135-165 (2010) Dragan Bosnacki, Alastair Donaldson, Michael Leuschel, Thierry Massart: Efficient Approximate Verification of Promela Models via Symmetry Markers. ATVA 2007: 300-315 Jean-François Raskin, Krishnendu Chatterjee, Laurent Doyen, Thomas A. Henzinger,: Algorithms for OmegaRegular Games with Imperfect Information. Logical Methods in Computer Science 3(3): (2007) T Henzinger, R Majumdar, and JF Raskin. A Classification of Symbolic Transition Systems. In Transactions on Computational Logic, 6(1) :1-31, ACM, 2005. M De Wulf, L Doyen, and JF Raskin. Almost ASAP Semantics: from Timed Models to Timed Implementations. In Formal Aspect of Computing, 17(3):319-341, Springer, 2005.

Physique Nucléaire Théorique et Physique Mathématique, Faculté des Sciences ­ Physique, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB http://pntpm4.ulb.ac.be/pntpm/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB186.html Daniel BAYE, professeur Pierre DESCOUVEMONT, directeur de recherches FRS-FNRS Paul-Henri HEENEN, professeur Jean-Marc SPARENBERG, chargé de cours Nombre de chercheurs : 3 membres permanents, 1 post-doc et 4 étudiants en thèse. Personnel académique et technique : 2 Les activités de notre groupe s'orientent principalement dans trois directions : la spectroscopie nucléaire, atomique et moléculaire, les réactions nucléaires, et les méthodes mathématiques en physique. Nos recherches s'inscrivent dans le cadre de différentes collaborations nationales et internationales. En spectroscopie nucléaire, les méthodes utilisées sont essentiellement les méthodes de champ moyen, pour les noyaux lourds et superlourds, et les modèles microscopiques en amas, pour les noyaux légers. Une partie importante de nos recherches concerne les noyaux exotiques, et les noyaux à halo. Nous abordons également des applications dans le cadre atomique ou moléculaire du problème à trois corps, l'étude des effets de champs électriques ou magnétiques sur certains atomes, et l'interaction entre le noyau et son cortège électronique. Nos activités dans le domaine des réactions nucléaires recouvrent différents thèmes, tels que les réactions d'intérêt astrophysique, et les réactions de dissociation. Nous fournissons également un support théorique à différents groupes expérimentaux. Les méthodes mathématiques en Mécanique Quantique non-relativiste et relativiste concernent l'application en physique microscopique de la théorie des groupes et des algèbres de Lie. Elles concernent également l'utilisation de la supersymétrie dans le problème inverse des collisions. Par ailleurs, nous développons des méthodes numériques appliquées à la physique nucléaire et à la physique atomique. Ces différents thèmes de recherches nécessitent le développement de programmes numériques assez lourds.

D. Baye, P. Capel and G. Goldstein. Collisions of halo nuclei within a dynamical eikonal approximation, Phys. Rev. Lett., 2005, 95, 082502 S. Cwiok, P.H. Heenen and W. Nazarewicz. Shape coexitence and triaxiality in Superheavy Nuclei, Nature, F.I.: 26,8100, 2005, 433, 705 J-M Sparenberg, P. Capel, D. Baye. Influence of low-energy scattering on loosely bound states. Phys. Rev. C 81 (2010) 011601(R) P. Descouvemont, D. Baye. The R-matrix theory. Rep. Prog. Phys. 73 (2010) 036301

Institut d'Astronomie et d'Astrophysique (IAA), Faculté des Sciences, Département de physique, ULB http://www.astro.ulb.ac.be/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB105.html Marcel ARNOULD, professeur émérite, Alain JORISSEN, professeur, Nicolas CHAMEL, Stéphane GORIELY, Dimitri POURBAIX, Lionel SIESS, Sophie VAN ECK, chercheurs qualifiés FRS-FNRS, nombre de chercheurs: 6 permanents, 7 post-docs, et 3 étudiants en thèse, Personnel académique et technique : 1 Les recherches menées à l'IAA concernent la physique des étoiles simples et binaires, dont nous ne mentionnerons ici que les aspects qui nécessitent l'utilisation d'infrastructures de calcul intensif. Un premier thème de recherches concerne la synthèse des éléments chimiques (en particulier les éléments plus lourds que le fer) par les étoiles. Ce sujet impose le calcul de modèles de structure stellaire, dont certaines phases évolutives (telles que le flash de l'hélium) nécessitent le recours à des simulations hydrodynamiques. Au sein de ces modèles, des réseaux de réactions nucléaires dont les sections efficaces sont des ingrédients essentiels, permettent de prédire les abondances en surface, moyennant une description correcte des processus de mélange au sein de l'étoile. Enfin la détermination d'abondances présentes dans les atmosphères de différents types d'étoiles au moyen de méthodes spectroscopiques permet la confrontation aux abondances prédites par les modèles. Ces recherches ont reçu le soutien financier d'une Action de Recherche Concertée pour la période 2008-2013, intitulée Heavy elements in the universe: stellar evolution, nucleosynthesis and abundance determinations. Les réseaux de réactions nucléaires nécessaires pour la prédiction des abondances dans les intérieurs stellaires comportent parfois plusieurs milliers de réactions, impliquant des noyaux loin de la vallée de stabilité nucléaire. Pour l'ensemble de ces noyaux et réactions, il est nécessaire de disposer d'un ensemble homogène de données nucléaires (sections efficaces, masses, demi-vie pour la désintégration beta). C'est l'objet de la base de données BRUSLIB développée à l'IAA au fil des années, et mise à la disposition de la communauté. Le programme d'évolution stellaire STAREVOL est développé et utilisé à l'IAA pour décrire l'évolution structurelle et chimique d'étoiles de 0.1 à 60 fois la masse du Soleil, depuis la phase pré-séquence principale jusqu'à la fin de la combustion du Ne. Ce code fut récemment étendu afin de décrire simultanément l'évolution des deux composantes d'un système binaire, tenant compte des échanges de matière et de moment angulaire. Enfin, les déterminations d'abondance dans les atmosphères stellaires requièrent au préalable un modèle de la structure thermique de ces atmosphères. Dans le cas d'étoiles évoluées dont l'enveloppe est enrichie en élements lourds et en carbone, ces modèles d'atmosphère possèdent 5 paramètres libres (métallicité, gravité de surface, température effective, rapport C/O et abondances en éléments lourds). Une grille de pareils modèles, réalisée à l'IAA, nécessite le calcul de plusieurs milliers de modèles. Dans les mois à venir, un nouveau chercheur post-doctoral spécialisé dans le calcul de modèles à 3 dimensions rejoindra le groupe.

C.L. Doherty, L. Siess, J. Lattanzio and P. Gil-Pons, 2010. Super asymptotic giant branch stars. I - Evolution code comparison. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 401, pp. 1453-1464. L. Siess, 2010. Evolution of massive AGB stars. III. the thermally pulsing super-AGB phase. Astronomy & Astrophysics 512, A10. M. Mocak, and E. Mueller, Rayleigh-Taylor finger instability mixing in hydrodynamic shell convection models, eprint arXiv: 1005.2295 S. Goriely, S. Hilaire and N. Chamel, 2009. Nuclear inputs for nucleosynthesis applications. Capture gamma-ray spectroscopy and related topics. AIP Conference Proceedings Vol. 1090, pp.33-40. T. Masseron, S. Van Eck, B. Famaey, S. Goriely, B. Plez, L. Siess, T.C. Beers, F. Primas and A. Jorissen, 2006. CS 30322-023: An ultra metal-poor TP-AGB star? Astronomy & Astrophysics 455, 1059-1072.

Unité de Chimie Physique Non Linéaire, Service Chimie Physique et Biologie Théorique, Faculté des Sciences, ULB http://www.ulb.ac.be//sciences/nlpc/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB491.html Yannick DE DECKER, professeur assistant Anne DE WIT, professeur Nombre de chercheurs : 4 membres permanents, 4 post-doctorants, et 4 étudiants en thèse Nos recherches sont centrées sur l'étude théorique et numérique d'instabilités et structures spatio-temporelles se développant dans les systèmes physico-chimiques par couplage entre réactions chimiques et phénomènes de transport tels que diffusion et convection. Nous essayons de prédire quels sont les types d'instabilités pouvant se produire lorsque des réactions chimiques se couplent à des phénomènes de diffusion dans des applications liées à la catalyse hétérogène, les piles à combustible ou les milieux poreux. Par ailleurs, nous analysons dans quelle mesure des réactions chimiques peuvent donner lieu à des mouvements convectifs en solution lorsque les réactions génèrent des gradients de densité, viscosité ou tension de surface à travers des interfaces réactives. Ceci implique d'étudier numériquement les solutions d'équations réaction-diffusion ou réaction-diffusion-convection. Cette intégration numérique d'équations différentielles couplées (PDE) peut rapidement s'avérer onéreuse. En effet, l'existence dans les équations d'évolution des concentrations d'un terme de transport laplacien ou convectif implique que chaque point du système est couplé à ses proches voisins voire à tous les autres points du système. Les codes numériques correspondant peuvent donc faire intervenir des matrices 2D ou 3D de taille prohibitive nécessitant des moyens de calcul numérique conséquents. De plus, l'obtention de dynamiques asymptotiques contrôlée par la diffusion implique des temps caractéristiques longs ce qui à nouveau requiert la nécessité d'accéder à des moyens de calcul numérique poussés.

J. B. Benziger, E.-S. Chia, Y. De Decker et I. G. Kevrekidis, Ignition and front electrolye membrane fuel cells, J. Phys. Chem. C 111, 2330-2334 (2007).

propagation in polymer

L. Rongy, P.M.J. Trevelyan et A. De Wit, Dynamics of A+B à C reaction fronts in the presence of buoyancydriven convection, Phys. Rev. Lett. 101, 084503 (2008).

Laboratoire d'apprentissage automatique (Machine Learning Group, MAP, Département d'Informatique, Faculté des Sciences), ULB) http://dev.ulb.ac.be/mlg/ Gianluca BONTEMPI, professeur Tom LENAERTS, professeur Nombre de chercheurs : 2 membres permanents, 2 post-doctorants, et 3 étudiants en thèse Le laboratoire d'apprentissage automatique (Machine Learning Group) de l'Université Libre de Bruxelles (MLG-ULB) a été fondé en 2004 par le professeur Gianluca Bontempi. Ce groupe est constitué de deux académiques (Pr. G. Bontempi et Pr. T. Lenaerts) et de jeunes chercheurs qui développent des méthodes et publient des travaux liés à l'apprentissage automatique. Les activités de recherche du groupe couvrent les domaines de la modélisation stochastique, de la statistique computationnelle et de la théorie de l'information, ainsi que leurs applications à des problèmes de data mining (fouille intelligente des données en français), de bioinformatique, de simulation, de contrôle adaptatif et de prédiction de séries temporelles. En particulier, les compétences en matière de recherche du MLG-ULB ont été reconnues au niveau international par l'obtention d'excellents classements dans deux compétitions internationales en analyse des données et prédiction de séries temporelles. Une caractéristique du MLG-ULB est la mise à disposition en open-source d'algorithmes numériques et statistiques, notamment par le biais de développement de packages pour Matlab et R. Les orientations de recherche théorique du MLG-ULB sont en majorité guidées par les problèmes auxquels sont confrontés ses chercheurs dans le cadre des divers projets dans lesquels ils sont impliqués. Ces problèmes constituent également d'importants défis pour la communauté du data mining : l'existence de rapports variables/échantillons extrêmement élevés, l'exploration de jeux de données de très grande taille, l'extraction de variables pertinentes ou latentes, ou encore le traitement de flux de données. Le MLG-ULB s'engage également de manière active à la diffusion des connaissances découlant des activités du groupe. Le nombre croissant de publications dans des journaux réputés et les participations à des conférences internationales de renom attestent de sa participation active en recherche au niveau international. Les membres du MLG-ULB participent également intensivement à diverses activités d'enseignement au sein de l'ULB (cours d'analyse numérique et de machine learning en bioinformatique, séminaires et supervisions de mémoires). Enfin, le laboratoire MLG-ULB entretient plusieurs relations avec des institutions académiques, notamment l'institut Dana-Farber (Harvard School of Public Health, US) ou encore le laboratoire Computer Science and Artificial Intelligence du MIT, US. Les activités de recherche du MLG demandent un équipement de calcul intensif de grande envergure, notamment en ce qui concerne le stockage (grandes bases de données), la mémoire vive et le parallélisme. Jusqu'ici, cet équipement a été constitué d'un cluster de 16 ordinateurs financé par le FNRS et plus récemment par l'accès payant à deux noeuds dédicacés du superordinateur Hydra (Centre de Calcul ULB).

Unité de Méthodes algorithmiques en probabilité, Département d'informatique, Faculté des Sciences, ULB http://www.ulb.ac.be/di/map/map_def.html http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB515.html Guy LATOUCHE, professeur ordinaire nombre de chercheurs: 1 permanent, 2 post-docs, et 2 étudiants en thèse On rencontre dans de nombreux domaines (files d'attente, théorie du risque, évolution de populations...) des systèmes qui se modélisent à l'aide de chaînes de Markov très structurées. La complexité de ces structures rend nécessaire la mise au point d'algorithmes efficaces pour accompagner les développements théoriques. Au cours des dernières années, des développements importants - et les algorithmes les plus performants jusqu'à présent - ont été obtenus grâce à une collaboration étroite entre chercheurs dont les compétences sont complémentaires : probabilité appliquée d'une part, analyse numérique et calcul matriciel de l'autre. C'est ainsi que des problèmes considérés comme intraitables dans le passé sont désormais résolus très facilement. Le nombre de problèmes qui se posent ne cesse de grandir avec l'apparition de nouveaux domaines d'application : d'une part, de nouvelles questions se posent dans des disciplines traditionnelles par la prise en compte des possibilités computationnelles actuelles ; d'autre part, l'utilisation grandissante d'internet et des applications distribuées à grande échelle font apparaître de tout nouveaux challenges. Nos recherches sont centrées sur la mise au point de méthodes théoriques et des algorithmes numériques associés. Nous sommes amenés à résoudre des équations matricielles (systèmes linéraires, équations de Riccati, équations polynomiales) et des systèmes d'équations différentielles de grande taille.

- Sophie Hautphenne, Guy Latouche, and Marie-Ange Remiche. Newton's iteration for the extinction probability of a Markovian binary tree. Linear Algebra Appl., 428 :2791­2804, 2008. - Nigel Bean and Guy Latouche. Approximations to QBDs with infinite blocks. J. Appl. Probab., 2010.

Laboratoire Ecologie des Systèmes Aquatiques, Faculté des Sciences, ULB http://www.ulb.ac.be/assoc/esa/index.htm http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB115.html Christiane Lancelot, professeur Nombre de chercheurs : 2 membres permanents, 6 post-doctorants, et 3 étudiants en thèse Personnel académique et technique : 2 Le Laboratoire Ecologie des Systèmes Aquatiques (ESA) est une unité de recherche multidisciplinaire de l'Université Libre de Bruxelles. Nos activités de recherche se concentrent sur l'étude et la modélisation de la structure et du fonctionnement des systèmes aquatiques et leur réponse aux changements naturels et anthropiques. Nos recherches impliquent et combinent des observations de terrain, des études de processus en laboratoire et l'expérimentation numérique (modélisation biogéochimique déterministe). Les principaux thèmes de recherche englobent les changements globaux, l'eutrophisation, les efflorescences algales indésirables (HAB) et la qualité microbienne des eaux. Les applications portent sur différents sous-systèmes du continuum aquatique (Océan Antarctique, eaux côtières marines, estuaires, rivières, eaux de distribution et eaux potables). Ces études visent à développer des modèles mathématiques capables de décrire et de comprendre l'évolution des écosystèmes aquatiques et de prédire leur évolution future en prenant en compte les changements climatiques et anthropiques ainsi que différentes options de remédiation Gypens, N., Borges, A.V., Lancelot, C. 2009. Effect of eutrophication on air-sea CO2 fluxes in the coastal Southern North Sea: a model study of the past 50 year. Global Change Biology, 15:1040-1056. Lancelot, C., de Montety, A., Goosse,H., Becquevort, S., Schoemann, V., Pasquer, B. , Vancoppenolle. M. 2009. Spatial distribution of the iron supply to phytoplankton in the Southern Ocean: a model study. Biogeosciences Discuss., 6, 1­44.

Transferts, Interfaces et Procédés (TIPs), Transferts, Interfaces and Processes, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB378.html Benoît HAUT, professeur, Pierre COLINET, chercheur qualifié FRS-FNRS, Frédéric DEBASTE, professeur, Nombre de chercheurs : 7 membres permanents, 8 post-doctorants, et 14 étudiants en thèse, Personnel académique et technique : 3 Au service Transferts, Interfaces et Procédés (TIPs) de l'ULB, nos recherches portent sur le développement de méthodes théoriques, numériques et expérimentales permettant de comprendre et de prédire le comportement de systèmes multiphasiques, et de concevoir ou d'optimiser des procédés industriels de transformation de la matière (minérale, organique, biologique) et de l'énergie. Ces recherches s'articulent essentiellement autour de six grands thèmes: le mélange, les transferts de matière gaz-liquide, la dynamique des interfaces fluides et leurs instabilités, les milieux poreux, le transfert de chaleur et la cristallisation. Les besoins en matière de grande puissance de calcul du service TIPs ont deux sources : la réalisation de simulations numériques et le post-traitement de données expérimentales. En effet, le développement de modèles mathématiques décrivant le comportement des systèmes multiphasiques sujets à des changements de phase mène à des systèmes d'équations aux dérivées partielles pour lesquels des solutions analytiques ne sont pas connues. Leur résolution par des méthodes numériques (mécanique des fluides numériques, méthodes de Galerkin, différences finies, éléments finis, Boltzmann sur réseau, ...) avec une précision satisfaisante requiert une puissance de calcul et une mémoire vive dépassant les capacités des stations de travail standard. A mesure que les recherches avancent, la tendance est à la résolution de systèmes d'équations toujours plus nombreux, sur des domaines toujours plus grands, avec une précision constante, voir meilleure. Les codes utilisés au service TIPs, qu'il s'agisse de codes commerciaux (Ansys Fluent, Comsol, Star-CCM+, Matlab, Mathematica, TransAT...) ou réalisés en interne (sur des compilateurs C, C++, Fortran, Python) sont en grande majorité capables de tirer parti d'une parallélisation importante des calculs. D'autre part les méthodes de mesures optiques disponibles au service TIPs (interféromètres de Mach-Zhender, dispositifs Schlieren, caméra infra-rouge) permettent de générer des volumes très importants de données expérimentales inédites et d'une grande précision. Pour ne pas devenir totalement prohibitif de par les temps de calcul impliqués, le traitement des images obtenues requiert des puissances de calcul et des capacités de lecture/écriture et de transfert sur le réseau significativement plus rapides que les méthodes disponibles par défaut.

Scheid B., Ruyer-Quil C. et Manneville P., 2006. Modelling and Three-dimensional waves. Journal of Fluid Mechanics, 562, 183-222. S. Dehaeck, C. Wylock and P. Colinet, Evaporating cocktails, Phys. Fluids 21, 091108 (2009). C. Herman, B. Haut et V. Halloin, 2008. Computational Fluid Dynamic analysis of the influence of mixing on a polymorphic drug crystallization process. Proceedings of the 17th International Symposium on Industrial Crystallization (ISIC ­ 17). F. Debaste et V. Halloin, 2010. Application of discrete modelling approach to fluidized bed yeast drying. Journal of food process engineering, 33, 2-22. P. Colinet, Interfacial patterns and waves in liquid layers and thin films, in Pattern Formation at Interfaces, Eds P. Colinet and A.A. Nepomnyashchy, CISM Courses and Lectures, vol. 513, Springer-Wien-NewYork, Udine (2010), ISBN 978-3-7091-0124-7.

Institut de Recherches Interdisciplinaires et de Développements en Intelligence Artificielle (IRIDIA), Computer and Decision Engineering Department, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB, http://code.ulb.ac.be/code.home.php, http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB663.html Marco DORIGO, research director, F.R.S.-FNRS, Hugues BERSINI, professeur Mauro BIRATTARI, chercheur qualifié F.R.S.-FNRS, Thomas STÜTZLE, chercheur qualifié F.R.S.-FNRS, nombre de chercheurs: 4 permanents, 11 post-docs, et 19 étudiants en thèse, Personnel académique et technique : 1 IRIDIA's main research focus is in the area of computational intelligence. Prof. Dorigo heads the swarm intelligence and collective robotics unit and the metaheuristics unit, Prof. Bersini heads the unit on biological networks as well as the unit on business intelligence. The main research directions at IRIDIA focus on swarm intelligence and swarm robotics, the study of heuristic methods for computationally hard problems, data mining and bioinformatics. The research at IRIDIA is on strongly experimentally driven and therefore also very computation-intensive. IRIDIA has a long track of world-leading research contributions. It is also very sucessful in attracting significant funding through EU projects, receiving more than 6 million Euro over the last ten years. The most recent success is the ERC Advanced Grant to Prof. Marco Dorigo for his mainly experimentally driven research in swarm intelligence. The first research area is swarm robotics, an area in which IRIDIA is a world-leading research group. Swarm robotics is an area that tries to adapt certain behaviors found in social insects to allow swarms of relatively simple robots to solve complex tasks. Swarm robotics allows the exploration of alternative solutions to practical problems such as the collaborative retrieval and transport of objects in 2D and 3D environments. Other examples are the selforganization of the robot swarm to create structures that are able to adapt as a function of different situations faced by the robot swarm. The development of the robot controllers and the design of the interaction rules between robots strongly rely on computation-intensive simulation experiments. The current center of IRIDIA's research in swarm robotics is the EUfunded FET-open project Swarmanoid. The main scientific objective of this research project is the design, implementation and control of a novel, distributed robotic system. The system is made up of heterogeneous, dynamically connected, small autonomous robots. Collectively, these robots will form what is called a swarmanoid. A second, very computation-intensive research area is the experimental study and development of metaheuristic algorithms for the solution of computationally hard combinatorial and continuous optimization problems. In fact, the problems we tackle are typically NP-hard, that is, in the worst case the time it takes to solve these problems increases exponentially with instance size. One main focus is on problems that are stochastic, have multiple objectives and are time-varying. Another current main research focus is on the development and application of techniques for the automatic tuning and configuration of parameterized algorithms.

R. O'Grady, A. Christensen, and M. Dorigo. SWARMORPH: Multi-Robot Morphogenesis using Directional SelfAssembly. IEEE Transactions on Robotics, 25(3):738-743, 2009. S. Nouyan, R. Groß, M. Bonani, F. Mondada, and M. Dorigo. Teamwork in Self-Organized Robot Colonies. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 13(4):695-711, 2009. P. Balaprakash, M. Birattari, T. Stützle, and M. Dorigo. Estimation-based Metaheuristics for the Probabilistic Travelling Salesman Problem. Computers & Operations Research, 37(11)1939-1951, 2010. M. A. Montes de Oca, T. Stützle, M. Birattari, and M. Dorigo. Frankenstein's PSO: An Engineered Composite Particle Swarm Optimization Algorithm. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 13(5):1120-1132, 2009. C. Twomey, T. Stützle, M. Manfrin, M. Dorigo, and M. Birattari. An Analysis of Communication Policies for Homogeneous Multi-colony ACO Algorithms. Information Sciences, 180(12):2390-2404, 2010.

Service de Métrologie Nucléaire, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB http://www.ulb.ac.be/polytech/metronu/index.html, http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB371.html Alain Dubus, professeur, Pierre-Etienne Labeau, chargé de cours, Yvan Notay, directeur de recherches FNRS, nombre de chercheurs : 9 permanents, 2 post-docs, et 5 étudiants en thèse Le Service de Métrologie Nucléaire a une activité de développement d'algorithmes et de modélisation dans différents domaines de la physique appliquée et de l'ingénierie. Des calculs numériques intensifs (notamment des simulations de Monte Carlo) sont effectués dans ces différents domaines d'applications. Un premier domaine d'applications concerne l'interaction de rayonnements ionisants dans la matière. Divers aspects de ces interactions sont traités, à savoir le transport de neutrons pour les réacteurs nucléaires de génération IV, l'analyse de surface, la dosimétrie pour la radiothérapie (en particulier pour la protonthérapie, la surveillance environnementale en matière de rayonnements ionisants,... Pour ces différents aspects, des modèles d'interaction, des résolutions de l'équation de transport sont développés. Le Service de Métrologie Nucléaire comporte en son sein une unité de recherche en Analyse Numérique. Les recherches visent au développement d'algorithmes de résolution pour problèmes algébriques de très grande taille; par exemple: les systèmes linéaires et les problèmes aux valeurs propres résultant de la discrétisation d'équation aux dérivées partielles. La recherche en physique et en chimie, ainsi que els développements en ingénierie, se basent en effet de plus en plus souvent sur des simulations numériques, et le recours à des simulations de plus en plus fines induit une augmentation de la taille des problèmes algébriques à résoudre, ce qui nécessite le développement de méthodes spécifiques, en particulier sur ordinateurs parallèles. L'activité du Service de Métrologie Nucléaire couvre aussi bien l'analyse mathématique des méthodes, que le développement d'algorithmes novateurs, en ce compris leur mise à disposition d'un large public via des logiciels libres. Le Service de Métrologie Nucléaire a également des activités de recherche soutenues dans le domaine de la sûreté de fonctionnement des systèmes industriels. Elles sont focalisées sur deux thèmes principaux: la méthodologie des analyses probabilistes du risque d'une part, et la modélisation du vieillissement et de l'impact de la maintenance des équipements d'autre part. Pour le premier thème, une méthodologie intégrée a été développée, notamment en collaboration avec le Consejo de Seguridad Nuclear espagnol, pour les analyses probabilistes du risque des centrales nucléaires. L'approche tient compte de l'interaction entre les changements discrets de configuration d'une installation et la modification des lois qui régissent son évolution en régime transitoire, pour identifier les scénarios accidentels sollicitant la sûreté de la centrale et pour en quantifier la probabilité d'apparition. Cette même approche est aujourd'hui adaptée à la prévention des risques de blackout dans le réseau électrique de transport, tenant compte de l'incertitude due à la génération éolienne variable et des flux transfrontaliers fluctuants. Le deuxième thème couvre l'étude de la fiabilité de systèmes soumis au vieillissement et à l'usure, l'impact de maintenances préventives sur les performances des systèmes, les politiques de remplacement d'équipements sujets à obsolescence technologique. A. Dubus, A. Jablonski and S. Tougaard, Evaluation of Theoretical Models for Elastic Electron Backscattering

from Surfaces, Prog. Surf. Sci. 63 (2000) 135-175. F. Yubero, N. Pauly, A. Dubus and S. Tougaard, Test of validity of the V-type approach for electron trajectories in REELS, Phys. Rev. B. 77 (2008) 245405/1. M. Bollhoefer and Y. Notay. JADAMILU: a software code for computing elected eigenvalues of large sparse symmetric matrices. Computer Physics Communications, 177:951-964, 2007 Y. Notay. An aggregation-based algebraic multigrid method. Electronic Trans. Numer. Anal., 37:123-146, 2010 P.E. Labeau, J.M. Izquierdo. Modeling PSA problems. I. The stimulus-driven theory of probabilistic dynamics, Nuclear Science and Engineering, 150:2 (2005), 115-139.

Unité de Bioinformatique génomique et structurale, Service de BioSystèmes, BioModélisation et BioProcédés, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB http://babylone.ulb.ac.be/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB627.html Marianne ROOMAN, directeur de recherches Dimitri GILIS, premier assistant nombre de chercheurs: 2 permanents, 4 post-docs, et 3 étudiants en thèse Personnel académique et technique : 1 Nos recherches se situent dans le domaine de la bioinformatique structurale et de la biomodélisation. Au niveau moléculaire, nous étudions les relations qui existent entre la séquence, la structure, la stabilité et la fonction des protéines, ainsi que leurs interactions avec d'autres biomolécules. Au niveau cellulaire, nous analysons et modélisons les réseaux d'expression de gènes. Dans le cadre de nos recherches, nous utilisons et mettons au point des algorithmes numériques visant à simuler le repliement des protéines, à modéliser leur structure, à prédire les changements de stabilité de protéines lors de mutations, à détecter les régions protéiques fonctionnelles, et à analyser des données issues de puces à ADN.

Y. Dehouck, A. Grosfils, B. Folch, D. Gilis, Ph. Bogaerts et M. Rooman, Fast and accurate predictions of protein stability changes upon mutations using statistical potentials and neural networks: PoPMuSiC-2.0, Bioinformatics 25, 2537-2543 (2009). B. Folch, Y. Dehouck, M. Rooman, Thermo- and mesostabilizing protein interactions identified by temperaturedependent statistical potentials, Biophys. J. 98, 667-677 (2010).

Building, Architecture and Town appliquées/école polytechnique, ULB

Planning

(BATir),

Faculté

des

Sciences

http://www.ulb.ac.be/polytech/BATir/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB667.html Philippe Bouillard, professeur Guy Warzée, professeur Arnaud Deraemaeker, chercheur qualifié FRS-FNRS Thierry J. Massart, professeur assistant Nombre de chercheurs : 4 membres permanents, 5 post-doctorants, et 11 étudiants en thèse Les recherches menées au sein du département BATir sont multiples et comprennent la mécanique (non linéaire) des structures et des matériaux, le monitoring des structures, l'optimisation structurale et multidisciplinaire et la vibro-acoustique, ainsi que la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement des géomatériaux au sens large. Les recherches mentionnées ici ne représentent que la partie des activités utilisant actuellement les moyens de calcul intensifs disponibles à l'université. Parmi ces thèmes de recherches, les méthodes de simulation numérique qui sont développées et utilisées dans les travaux de l'unité de recherche `Structural and Material Computational Mechanics (SMC)' nécessitent des moyens de calcul intensifs. Les thèmes de recherches correspondants qui requièrent des équipements de calcul intensif sont 1. la modélisation de la rupture dans les matériaux et structures quasi-fragiles tels que les géomatériaux par des calculs multi-échelles parallèles (édifices anciens, sols, ...), 2. la modélisation du comportement plastique des matériaux métalliques aux échelles submicroniques (effets de taille, propriétés des surfaces), 3. l'optimisation de structures (optimisation multicritère avec prise en compte des incertitudes, optimisation topologique et form-finding, optimisation multidisciplinaire et multiphysique), 4. les méthodes de monitoring de structures, pour lesquelles les simulations de la réponse vibratoire des structures endommagées permettent d'optimiser les processus de décision, 5. les méthodes de simulation en acoustique et vibro-acoustique (contrôle de la qualité des simulations, méthodes sans maillage, design vibro-acoustique de moteurs et de barrières anti-bruit, ...). Ces travaux de recherches ont conduit à la défense de 10 thèses de doctorat au cours des 7 dernières années. Ces recherches sont financées des programmes variés tels que le FNRS, les pouvoirs régionaux (Régions Bruxelloise et Wallonne), la Communauté Française (CFWB) et les programmes Européens.

T.J. Massart, R.H.J. Peerlings, M.G.D. Geers, 2007. `An enhanced multi-scale approach for masonry walls computations with localization of damage', Int. J. Num. Meth. Engng., 69(5), 1022-1059. L. Mazzoni-Leduc, T. Pardoen, T.J. Massart, 2008. `Strain gradient plasticity analysis of transformation induced plasticity in multi-phase steels', Int. J. Sol. Struct., 45, 5397-5418. R. Filomeno Coelho, P. Breitkopf, C. Knopf-Lenoir, P. Villon, 2009. Bi-level model reduction for coupled problems ­ Application to a 3D wing, Struct. Multidisc. Optim., 39, 401-418. A. Deraemaeker, E. Reynders, G. De Roeck, and J. Kullaa, 2008. Vibration-based structural health monitoring using output-only measurements under changing environment. Mech. Syst. Signal Proc., 22, 34­56. V. Lacroix, Ph. Bouillard, 2002. A parallel Element Free Galerkin formulation for acoustic analyses: rationale and strategy, Eur. J. Mech. Env. Engng., 47(1), 3-10.

Unité de Mécanique des fluides, Service Aéro-Thermo-Mécanique, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB352.html Gérard DEGREZ, professeur ordinaire Alessandro PARENTE, chargé de cours (à partir du 1er octobre 2010) Nombre de chercheurs : 2 membres permanents, et 4 étudiants en thèse Nos recherches portent sur la simulation numérique d'écoulements fluides et se concentrent en particulier sur deux thématiques, à savoir la simulation numérique des écoulements turbulents et la simulation numérique des écoulements réactifs (combustion/plasmas). Dans la première thématique, nous avons développé un solveur parallèle hybride Spectral/Éléments finis pour la simulation directe et la simulation des grandes échelles d'écoulements incompressibles turbulents. Nous avons en particulier étudié en détail les propriétés dissipatives des méthodes numériques employées ainsi que les performances des modèles variationnels multi-échelles pour les tensions de sous-maille, non seulement pour des cas-tests classiques, mais également pour l'écoulement autour de capsules de rentrée atomsphérique. On compte prochainement aborder l'étude d'écoulements magnétohydrodynamiques. Dans la seconde thématique, on développe actuellement un solveur parallèle par éléments finis stabilisés pour divers types de plasmas (arcs, RF inductifs,microondes). Dans le domaine de la combustion, on étudie en particulier le mélange produit par un jet pulsé en écoulement transversal pour application aux micro-chambres de combustion par simulation des grandes échelles. On développe également un nouveau solveur parallèle pour la simulation directe de la combustion en collaboration avec le laboratoire EM2C de l'École Centrale de Paris. On étudie en particulier l'applicabilité d'un modèle d'équilibre thermodynamique local pour certains types de brûleurs.

M. Rasquin, Numerical tools for the large eddy simulation of incompressible turbulent flows and application to flows over re-entry capsules, Thèse de doctorat (2010). A. Coussement, O. Gicquel, T. Schuller, G.Degrez, Large Eddy Simulation of a Pulsed Jet in Crossflow, AIAA Paper 2010-561, 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando (Fa), Jan. 4-7, 2010

Chimie-physique E.P.- Microgravity Research Center, Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique, ULB http://www.ulb.ac.be/polytech/mrc/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB365.html Frank DUBOIS , professeur, Valentina SHEVTSOVA, professeur, Stefan VAN VAERENBERGH, professeur, Oleg KABOV, professeur, Nombre de chercheurs : 33, Personnel académique et technique : 3 Presently in MRC (ULB365) group led by Shevtsova has successfully performed an experiment IVIDIL on the ISS and is involved in a preparation of the two future experiments. For this reasons we need comprehensive 3D numerical simulations. Three persons actively use available computer facility: Dr. D. Melnikov, Dr. Yu. Gaponenko and Dr. V. Shevtsova. The unity has cluster with 24 processors but it is not enough for performing 3D simulations within the reasonable CPU time. The problems, required powerful machine, are described below. First project ­ IVIDIL (Influence VIbration on DIffusion in Liquids). The governing equations are: Navier-Stokes, continuity, energy and mass transfer equations in Cartesian coordinate system. Because several very different time scales are involved in the process, the complexity of simulations can be underestimated. The problem includes heat, mass transfer, diffusion and vibrations. The viscous time, which is taken into account in the gravity conditions, is rather short, tvis»70s. Thermal equilibrium will be established on a characteristic time tth» 770s. However, mass transport (diffusion in liquids) is significantly slower than the thermal process; its characteristic time is usually two orders of magnitude larger than the thermal time tD» 115 × 103s. Applied external vibrations will introduce an additional characteristic time - a period of oscillations that varies in wide range toscil» 0.3-2s. To properly resolve the transport phenomena one should perform calculations with a time step smaller then any of the characteristic physical times, i.e. Dt < 0.3-2s. Nevertheless the calculations should cover a long period of physical time, at least by the order of magnitude the final time should comparable with diffusion time, tD» 115 × 103s»32h. Thus to obtain correct results in a reasonable CPU time a powerful computers are necessary. Second Project ­ JEREMI (Japanese-European experiment on Marangoni instability). The problem includes numerical study of two-phase flows (liquid/gas) in annulus. The geometry corresponds to a cylindrical liquid column co-axially placed into an outer cylinder with solid walls. Gas flow interacts with liquid on the interface via shear- and thermocapillary stresses and enable control of convective motion, flow pattern, surface deformation that are in focus of our investigations. The governing equations are: NavierStokes, continuity, energy and mass transfer equations in cylindrical coordinate system with balance of stresses between two phases. To calculate dynamic deformation of the interface is very difficult problem. A numerical code Thetis, developed by the ten French teams, is used. Our unity (MRC34) is allowed to use this code free of charge in the frame of the collaboration. This code is running under LINUX and demand powerful machine for performing 3D time-dependent calculations in complex geometry. Recently, since two weeks, two other projects have been accepted by ESA/BELSPO: DCMIX and VIPIL. The calculations for them will be similar to the described above project IVIDL.

ECARES, Institut d'études européennes, Faculté des Sciences sociales, politiques et économiques/Solvay business school, ULB http://www.ecares.org/ http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB091.html nombre de chercheurs et utilisateurs de calcul intensif: 8 Personnel académique et technique : 3 · Macroeconomics group at ECARES

Christine DE MOL, professeur Domenico GIANNONE, chargé de cours Robert KOLLMANN, professeur Nous étudions des problèmes relatifs à l'exploitation de grands ensembles de données en économétrie et en finance et nous développons des méthodes d'estimation et de prévision ainsi que des algorithmes performants pour des modèles de séries temporelles de grande dimension transverse. Ces méthodes ont un large spectre d'applications empiriques comme la prévision de séries macroéconomiques avec un grand nombre de prédicteurs, la valorisation des actifs financiers (asset pricing) et la gestion de portefeuilles de grande dimension. Par ailleurs, nous nous intéressons également à des problèmes d'imagerie inverse à trois dimensions d'espace en physique et à des méthodes de régularisation qui favorisent la reconstruction de solutions parcimonieuses. Ce type de problèmes nécessite le développement d'algorithmes rapides et efficaces et pose aussi de véritables défis en termes de calcul numérique.

Banbura, M., D. Giannone and L. Reichlin (2010). Large Bayesian VARs. Journal of Applied Econometrics, vol. 25(1), pages 71-92. Brodie, J., C. De Mol, I. Daubechies, D. Giannone and I. Loris (2009). Sparse and Stable Markowitz Portfolios, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Vol. 106, No. 30, Pages 12267-12272. De Mol, C.,D. Giannone and L. Reichlin (2008) ,,Forecasting using a large number of predictors: is Bayesian shrinkage a valid alternative to principal components?, Journal of Econometrics, Vol. 146, No. 2, Pages 318328. Loris, I., M. Bertero, C. De Mol, R. Zanella and L. Zanni (2009). Accelerating gradient projection methods for L1-constrained signal recovery by steplength selection rules, Applied Computational and Harmonic Analysis Vol. 27, Pages 247-254

· Statistics group at ECARES http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB091.html Catherine DEHON, professeur Marc HALLIN, professeur de l'Université Guy MELARD, professeur de l'Université Davy PAINDAVEINE, professeur Notre recherche relève de la statistique mathématique et de ses applications à divers domaines tels que l'économétrie, la statistique informatique, et les procédures de ranking. Notre expertise se situe essentiellement dans les domaines de la théorie asymptotique des expériences statistiques, de l'inférence non- et semi-paramétrique, des méthodes fondées sur les rangs, des séries temporelles et spatiales, des données de panels, des données fonctionnelles, de l'inférence robuste, et de l'analyse multivariée. La plupart de nos publications comprennent d'importantes validations empiriques assistées par ordinateur ou "simulations", dont certaines peuvent demander des temps de calcul très grands. Mais pour divers travaux récents, c'est l'application quotidienne même de nos méthodes statistiques, et non leur validation au stade de la publication, qui nécessite le recours à des infrastructures

modernes de calcul intensif. Parmi les travaux de cette nature, on mettra particulièrement en évidence (i) nos contributions dans le domaine des quantiles multivariés et de la profondeur statistique de Tukey. Notre équipe a récemment introduit un nouveau concept de quantile multivarié qui entretient des liens étroits avec la profondeur de Tukey et qui permet d'étendre la célèbre méthode de régression quantile de Koenker et Bassett au cas de la régression à réponses multivariées, ce qui a des applications importantes notamment en économie. Si notre construction rend les méthodes fondées sur la profondeur statistique faisables d'un point de vue computationnel, leur implémentation requiert malgré tout encore des moyens de calcul importants, notamment en grande dimension et/ou pour des jeux de données volumineux. (ii) nos travaux liés à la "séparation aveugle de sources", qui est un problème dans lequel il s'agit de séparer des signaux indépendants (comme des conversations indépendantes se déroulant dans une pièce) sur la base de divers signaux obtenus par mélanges de ces signaux indépendants originaux. Dans ce domaine, notre collaboration avec l'équipe du Professeur Hannu Oja (université de Tampere, Finlande) a livré des résultats très prometteurs, qui nécessitent cependant l'évaluation de matrice de scatter robustes sur des échantillons de taille généralement gigantesque. Il va sans dire que la validation de telles méthodes reste un problème ouvert, qui ne peut être résolu au moyen d'un simple ordinateur personnel, mais nécessite une puissance de calcul beaucoup plus importante.

M. Hallin, D. Paindaveine, et M. Siman, Multivariate quantiles and multiple-output regression quantiles: from L_1 optimization to halfspace depth (with discussion), Ann. Statist. 38, 635-669 (2010). H. Oja, K. Nordhausen, et D. Paindaveine et M. Siman, Signed-rank tests for location in the symmetric independent component model, J. Multivariate Anal. 100, 821-834 (2009). D. Paindaveine et M. Siman, On directional multiple-output quantile regression, conditionnally accepted in J. Multivariate Anal. (2010). D. Paindaveine et M. Siman, Computing directional multiple-output regression quantile contours, conditionnally accepted in Comput. Statist. Data Anal. (2010).

Hôpital Erasme, Service de Médecine Nucléaire, Faculté de Médecine, ULB Gaëtan Van SIMAEYS, ingénieur Benoit COLLETTE, ingénieur Nombre de chercheurs: 3 La partie de nos recherches concernée par l'utilisation d'infrastructures de calcul intensif est centrée sur la conception, le développement et la validation d'algorithmes de reconstruction d'images de tomographie par émission de positons, et les simulations MonteCarlo correspondantes. Ces images mesurent la distribution spatiale d'un radiotraceur émetteur de positons. Chacun d'eux se désintègre en émettant une paire de photons, définissant ainsi une ligne de réponse, mesurée par les détecteurs du scanner. L'ensemble de ces lignes est ensuite traité par un algorithme de reconstruction. Deux axes de recherche sont actuellement explorés : d'une part l'amélioration des images par la modélisation de la réponse impulsionnelle du scanner, et l'inclusion de cette réponse dans la reconstruction, et d'autre part l'amélioration de la quantification d' images cardiaques dynamiques en tenant compte des informations temporelles contenues dans les données (fichiers liste). Dans ce cadre, nous utilisons des ressources de calcul intensif (serveur Hydra de l'ULB, Begrid et EGEE) pour simuler des données (logiciel GATE, basé sur le code GEANT4), et pour exécuter nos algorithmes de reconstruction itérative sur plusieurs jeux de données en parallèle. Ces algorithmes sont typiquement parallélisés sur 4 coeurs au moyen d'OpenMP. Le temps de calcul s'élève à 10 heures par itération, pour un total de 20 à 100 itérations. La taille de chaque jeu de données est de 5 Gb et chaque reconstruction produit environ 1 Gb de résultats.

C. Cloquet, F. Sureau, M. Defrise, G. Van Simaeys, N. Trotta, S. Goldman, Non-Gaussian space-variant resolution modelling for list-mode reconstruction, Phys. Med. Biol., submitted (2010).

Unité de Physique des Matériaux et Nanostructures, Département de Physique, ULg Matthieu VERSTRAETE, Chargé de cours Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 2 L'unité nanomat emploie des outils de calcul théoriques de la structure électronique des matériaux, pour prédire et expliquer les propriétés (optiques, électriques, mécaniques, vibrationnelles, etc...) des solides, surfaces, ou nanostructures. Les développements se font en parallèle 1) pour créer de nouvelles théories et implémenter de nouveaux outils de simulation (programmes ABINIT et OCTOPUS à licence GPL), et 2) pour appliquer ces outils à des cas concret, en collaboration étroite avec des groupes expérimentaux à travers le monde (Espagne, France, Allemagne, Mexique). Les problématiques centrales qui sont développées sont l'étude des transitions de phase dans les solides, celle des états excités (spectroscopie électronique et/ou vibrationnelle), et celle des propriétés de transport, spécifiquement pour les matériaux thermoélectriques (PbTe, Bi2Te3, etc...). Ces techniques apportent des réponses cruciales à des problématiques expérimentales ou industrielles, en simulant des matériaux encore inexistants, ou en accédant à des conditions (pression, température, taille nanométrique, géométrie, dopage...) difficiles à rejoindre expérimentalement. L'utilisation du calcul intensif est systématique dans le domaine de la physique des matériaux théorique ­ les calculs réalistes de propriétés complexes d'un système de plus de 10-20 atomes implique l'utilisation d'ordinateurs massivement parallèles (de 8, 16 à plusieurs milliers de coeurs), en général à l'étranger (BSC, CINES, JülichSC). Le développement de ressources de calcul en Belgique est indispensable pour maintenir la science en Belgique à un niveau internationalement compétitif.

Gonze, X. et al. (2002) First-principles computation of material properties: the ABINIT software project, Comp. Mat. Sci., 25 478. Verstraete, Matthieu J. (2010) Phases of Polonium via Density Functional Theory, Phys Rev Lett, 104, 035501. Corso, M., Verstraete, Matthieu J. et al. (2010) Rare-earth surface alloying: a new phase for GdAu2 Phys Rev Lett, 105, 016101.

Service de Physique Théorique des Matériaux, ULG Philippe GHOSEZ, Professeur ordinaire Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 9 Nos recherches concernent la théorie et la modélisation des propriétés des matériaux à l'échelle atomique, au départ de techniques dites « ab initio » basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Au niveau des matériaux, nous nous intéressons à différentes classes de composés fonctionnels et multifonctionnels tels que les ferroélectriques, piézoélectriques, muliferroïques et thermoélectriques. Actuellement, l'activité de recherche principale du laboratoire concerne l'apparition de propriétés nouvelles aux interfaces dans les nanostructures d'oxydes (couplage d'instabilités structurales, apparition d'un gaz d'électrons bi-dimensionnel, écrantage, alignement des bandes d'énergie, effet tunnel ...). D'autres centres d'intérêt concernent la compréhension de la ferroélectricité dans les polymères, tels que le PVDF, et l'étude des propriétés thermoélectriques de composés de type Heusler, tels que Fe2VAl. Au niveau des simulations, nous utilisons différents logiciels (ABINIT, SIESTA, VASP, WIEN2k, CRYSTAL, PWSCF). Nous participons également au développement du logiciel ABINIT (www.abinit.org), principalement au niveau de la modélisation des propriétés vibrationnelles (linéaires et non-linéaires).

E. Bousquet, M. Dawber, N. Stucki, C. Lichtensteiger, P. Hermet, S. Gariglio, J.-M. Triscone and Ph. Ghosez (2008) Improper ferroelectricity in perovskite oxide artificial superlattices, Nature (London) 452, 732. E. Bousquet, N. Spaldin et Ph. Ghosez (2010) Strain-induced ferroelectricity in simple rocksalt binary oxides, Phys. Rev. Lett., 104, 037601.

Equipe de Geomécanique ­ GEO3, Département ArGEnCo, ULg Robert CHARLIER, Professeur Ordinaire Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 3 Nos recherches se concentrent sur le développement d'un code de calcul non linéaire pour des applications principalement liées à la problématique du stockage souterrain de déchets nucléaires. Dans ce cadre, nos travaux portent essentiellement sur les aspects géomécaniques, à savoir le comportement mécanique des roches hôtes ainsi que des géomatériaux ouvragés d'une part et des écoulements en phase liquide, gazeuse et des transferts de chaleur d'autre part. L'ensemble de ces phénomènes sont non-linéaires par nature et nous nous intéressons plus particulièrement aux couplages existant entre ces différents phénomènes physiques. Enfin, les géométries des problèmes traités sont généralement tridimensionnelles. Cela signifie donc un nombre de degrés de liberté important nécessitant des équipements de calculs intensifs. Ces études visent actuellement à mieux évaluer l'impact de la production de gaz par les déchets sur le système d'étanchéité et à modéliser de manière objective le comportement postrupture par l'utilisation de milieux enrichis.

Levasseur S., Charlier R., Frieg B., Collin F. (2010) Hydro-mechanical modelling of the Excavation Damaged Zone around an underground excavation at Mont Terri Rock Laboratory, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47, pp. 414-425. Collin F., Caillerie D., Chambon R. (2009) Analytical solutions for the thick wall cylinder problem modelled with an isotropic elastic second gradient constitutive equation, International Journal of Solids and Structures, 46(22-23), pp. 3927-3937.

Centre d'ingénierie des protéines, cellule de chimie quantique appliquée et modélisation moléculaire, ULg Georges Dive, chercheur qualifié du FRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 3 Les recherches sont principalement développées dans le cadre de la réactivité chimique en particulier au sein de sites catalytiques d'enzymes. Elles ont pour but d'étudier les surfaces d'énergie potentielle conditionnées par un ensemble de chaînes latérales d'acides aminés qui participent en synergie à la rupture et la formation de liens covalents. La localisation des points stationnaires ­ complexe réactif, état de transition, produit ­ constitue la première étape permettant de comprendre l'influence de facteurs structuraux sur la faisabilité de la réaction. Un travail en collaboration est développé parallèlement au laboratoire de chimie organique et médicinale du professeur Jacqueline Marchand à Louvain-la-Neuve. Les molécules synthétisées ont pour cibles des enzymes à sérine nucléophile. Elles présentent la caractéristique commune d'enfermer un lien amide dans un cycle à 4 ou 5 pièces lui-même ponté. Des résultats d'activité biologique significatifs ont été obtenus pour divers classes d'enzymes regroupant des élastases, des D-alanyl-Dalanyl-peptidases et des -lactamases. Des travaux ont été réalisés pour d'autres familles de molécules à propriétés pharmacologiques comme des alcaloïdes et des dérivés impliqués dans les intégrines.

A. Urbach, G. Dive, Bernard Tinant, Valérie Duval et Jacqueline Marchand-Brynaert (2009) Large ring 1,3bridged 2-azetidinones: Experimental and theoretical studies, Eur. J. Med. Chem., 44, 2071-2080. V. Rerat, G. Dive, A. Cordi, G.Tucker, R. Bareille,J. Amédée, L. Bordenave et J. Marchand-Brynaert (2009) v 3 Integrin-Targeting Arg-Gly-Asp (RGD) Peptidomimetics Containing Oligoethylene Glycol(OEG) Spacer, J. Med. Chem., 52, 7029-7043.

Département de Géographie, Laboratoire de Climatologie, ULg Michel Erpicum, Chargé de cours et Xavier Fettweis, chargé de recherches FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 2 Nos recherches sont centrées sur la calotte glacière du Groenland et plus particulièrement, sur l'impact du réchauffement climatique sur la fonte en surface de la calotte. La fonte actuelle de l'inlandsis du Groenland devrait se poursuivre et s'intensifier dans les décennies à venir; ce qui entrainera une élévation du niveau des mers et aura des conséquences sur la circulation thermohaline en Atlantique Nord et donc sur le climat en Europe. Pour étudier l'impact des activités humaines sur le climat du Groenland, nous utilisons notamment un modèle régional du climat couplé à un modèle de neige que nous faisons tourner sur NIC3. Ce modèle (non encore parallélisé) tourne à une résolution de 25km et prend environ 1 semaine CPU pour simuler 1 an du climat du Groenland. Dans le cadre du projet européen ICE2SEA du 7ième programme-cadre, nous devons réaliser avec le modèle MAR plusieurs projections climatiques futures pour la période 2000-2200. D'où l'intérêt de bénéficier d'un cluster de plusieurs centaines de CPUs pour pouvoir lancer en parallèle plusieurs simulations d'une année. Nous utilisons aussi une classification automatique des types de circulations atmosphériques pour étudier les changements de la circulation générale au-dessus du Groenland que l'on prévoit pour la fin de ce siècle, car la circulation atmosphérique conditionne énormément les conditions de fonte à la surface de la calotte. Ce code, parallélisé en openMP, est aussi très gourmand en CPU.

Fettweis X., Mabille G., Erpicum M., Nicolay S. and van den Broeke M. (2010) The 1958-2009 Greenland ice sheet surface melt and the mid-tropospheric atmospheric circulation, Climate Dynamics, doi: 10.1007/s00382010-0772-8.

Chimie Physique Théorique, Département de Chimie, ULg Françoise Remacle, Directeur de Recherches, FRS-FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 7 Nos recherches sont centrées sur l'étude théorique des mécanismes de réponses de systèmes moléculaires adressés optiquement, électriquement ou par spectroscopie de force atomique en vue du contrôle de la réactivité chimique et de la mise au point d'opérations logiques au niveau moléculaire. Nos travaux sont centrés sur (i) L'attochimie : L'étude théorique au niveau quantique de la dynamique de réponse moléculaire à des impulsions optiques ultra courtes (0.2-5 fs, 1 fs=10-15 s) et intense en vue du contrôle de la formation des liaisons chimiques par manipulation ultra-rapide de la densité électronique. (ii) Etude électronique, structurale et dynamique de la réponse de quantum dots fonctionnalisés par des ligands optiquement et/ou rédox actifs et de complexes supra-moléculaires en vue de la mise au point de machines logiques moléculaires. (iii) Etude de la dynamique du transfert de charge et des propriétés de conduction électrique d'architectures d'atomes dopants enchâssées dans des transistors en vue de la mise au point de machines logiques.

G. Periyasamy and F. Remacle (2009) Ligand and solvation effects on the Electronic Properties of Au55 clusters: a DFT study, NanoLett. 9: 3007-3011. F. Remacle, M. Nest, and R. D. Levine (2007) Laser steered ultrafast quantum dynamics of electrons in LiH, Phys. Rev. Lett. 99: 183902-183904.

Unité de Zootechnie, Groupe de Génétique et Amélioration Animales, Université de Liège, Gembloux Agro-Bio Tech. Nicolas GENGLER, Chercheur Qualifié FNRS / Chargé de cours Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 12 chercheurs à temps plein (5 avec Doctorat et 7 doctorants) et 1-2 étudiants dans le cadre du travail de fin d'étude Master Bioingénieur. Nos recherches sont centrées sur la mise au point de méthodes théoriques et des algorithmes numériques associés à l'analyse et l'interprétation de données phénotypiques, généalogique et génomique d'animaux domestiques d'élevage (p. ex. Gengler et al., 2008). Ces recherches permettent la mise au point d'outils de type numérique dans les domaines de la sélection et amélioration animales au sens stricte, de la biodiversité des animaux domestiques, de la gestion technique des troupeaux, y compris concernant les défis de préservation de l'environnement, et de la qualité des produits. Les modèles utilisés sont généralement de type modèle linéaire, potentiellement non-linéaires, mixtes associés à des structures de covariance complexes à cause la nature souvent longitudinale des nombreuses données (souvent des dizaines de millions d'observations) et les relations de parenté entre de grand nombre d'individus (souvent plusieurs millions) évalués conjointement. En outre le nombre de caractères observés peut être très élevé, par exemple plus que 1000 absorbances à différentes longueurs d'ondes par échantillon de lait analysé (Soyeurt et al., 2010). Ceci mène à des modèles massivement multi-variées nécessitant des ressources de calcul adaptées.

N. Gengler, S. Abras, C. Verkenne, S. Vanderick, M. Szydlowski et R. Renaville, Accuracy of prediction of gene content in large animal populations and its use for candidate gene detection and genetic evaluation, J. Dairy Sci. 91, 1652-1659 (2008). H. Soyeurt, I. Misztal et N. Gengler, Genetic variability of milk components based on mid-infrared spectral data, J. Dairy. Sci. 93, 1722-1728 (2010).

Imagerie médicale expérimentale (Département de Physique), ULg Alain SERET, Chargé de cours Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 1 A travers un travail de doctorat, le laboratoire s'est tourné vers la simulation Monte Carlo des deux instruments d'imagerie de la médecine nucléaire moderne, la gamma-caméra et le tomographe à émission de positon. Un logiciel tel que GATE, qui est basé sur le code Monte Carlo GEANT4 développé par le CERN, permet de simuler l'ensemble des processus physiques, depuis ceux qui se déroulent lors de la désintégration du noyau radioactif présent au sein du radiotraceur qui a été administré au patient, jusqu'à ceux dont est le siège le détecteur de photons. Il est ainsi possible d'étudier l'influence des divers processus sur la qualité d'image et d'optimiser les paramètres d'acquisition de celles-ci ou les détecteurs. Il est également possible d'évaluer la qualité des images procurées par les diverses méthodes de reconstruction tomographique et les corrections logicielles qui sont apportées pour compenser l'atténuation et la diffusion des photons, puisque l'objet simulé est entièrement connu et que la simulation fournit les valeurs exactes de photons atténués ou diffusés. Historiquement, tous ces travaux ne pouvaient se faire qu'en réalisant avec les instruments des images d'objets de forme et de contenu connus appelés fantômes. Toutefois, ces fantômes ne pouvaient rester que très simples par rapport à l'objet extrêmement complexe qu'est le corps humain. Les simulations, quant à elles, peuvent aussi bien se faire sur la version numérique de ces fantômes simples que sur des fantômes anthropomorphiques nettement plus représentatifs du corps humain. Les avantages des simulations Monte Carlo sont donc très nombreux. Toutefois, elles imposent de disposer d'une grande puissance de calcul.

Physique de la Matière Condensée, Physique des Matériaux, ULG Jean-Yves Raty, Chercheur Qualifié FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 5 Nos études portent sur l'étude de la structure et des propriétés de la matière condensée sous ses multiples formes. En particulier, le calcul intensif est utilisé pour étudier l'état de la matière sous conditions extrêmes de température et/ou de pression, révélant ainsi, entre autres, l'existence de transitions structurales directement causées par des instabilités électroniques à l'échelle de l'environnement local 1. La dynamique moléculaire ab initio est également utilisée pour générer des modèles de structures non cristallines (amorphes), notamment pour des matériaux dits `à changement de phase' dont l'intérêt technologique réside dans le contraste optique et électrique important entre le cristal et l'amorphe et dans la facilité de commutation d'un état à l'autre. Le calcul permet d'obtenir des spectres optiques, des propriétés de transport ou vibrationnelles, mais également des signatures dans les spectres de rayons X, et de les confronter à l'expérience 2. Enfin, nos recherches portent sur la relation entre la structure et les propriétés de différents nanomatériaux, nanofils et nanoparticules, qu'ils soient semiconducteurs ou métalliques, avec un accent porté sur la compréhension des effets de surface, ligands, solvants, sur les propriétés intrinsèques des nanomatériaux.

1

. J.Y. Raty, E. Schwegler and S. Bonev (2007) Electronic and structural transitions in dense liquid sodium, Nature, 449, 448.

2

. C. Otjacques, J.Y. Raty, M.V. Coulet, M. Johnson, H. Schober, C. Bichara, et J.P. Gaspard (2009) Dynamics of the Negative Thermal Expansion in Tellurium Based Liquid Alloys, Physical Review Letters, 103 , 245901.

Hydrogéologie et Géologie de l'Environnement, Faculté des Sciences Appliquées, ULg Alain DASSARGUES, Professeur Ordinaire Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 6 Une part importante de nos travaux de recherche concerne la modélisation des écoulements et le transport de soluté dans les aquifères. Ces travaux impliquent plusieurs grands thèmes de recherche et problématiques liés, par exemple, à la modélisation des écoulements en milieu partiellement saturé, à la modélisation intégrée des écoulements souterrains et de surface à l'échelle des bassins (Goderniaux, et al., 2009), à la modélisation des écoulements en contexte minier (Wildemeersch et al., 2010), au transport de soluté en milieu à densité variable ou encore à la géothermie. Ces différents modèles sont régulièrement utilisés dans des études stochastiques afin d'estimer l'incertitude inhérente au modèle numérique (calibration imparfaite) ou aux sollicitations appliquées comme entrées du modèle (par exemple des données climatiques incertaines dans le contexte de changements climatiques). Enfin, ces modèles sont de plus en plus couplés à des outils de modélisation inverse (UCODE_2005, PEST) permettant d'effectuer une calibration automatique en minimisation une fonction objectif comparant des valeurs observées et simulées (hauteurs d'eau, flux, concentrations). Ces modèles et simulations numériques impliquent la résolution de processus nonlinéaires qui requièrent des temps de calcul très importants, surtout lorsque ceux-ci sont couplés à des problèmes de modélisation à grande échelle et à long terme. De plus, la plupart des codes de calcul utilisés en hydrogéologie permettent de réaliser des simulations en parallèle sur plusieurs processeurs afin de diminuer les temps de calcul. De manière similaire, les applications stochastiques et la calibration automatique requièrent d'effectuer un très grand nombre de simulations différentes, qui peuvent également être lancées en parallèle. Ces différents travaux nécessitent des stations de calcul de plus en plus performantes, équipées d'un nombre de processeurs très important, et ce afin de réaliser toutes ces simulations dans des temps raisonnables.

Goderniaux P, Brouyère S, Fowler HJ, Blenkinsop S, Therrien R, Orban Ph, Dassargues A (2009) Large scale surface - subsurface hydrological model to assess climate change impacts on groundwater reserves, Journal of Hydrology, 373: 122-138. Wildemeersch S, Brouyère S, Orban Ph, Couturier J, Dingelstadt C, Veschkens M, Dassargues A (2010) Application of the Hybrid Finite Element Mixing Cell method to an abandoned coalfield in Belgium, Journal of Hydrology, In Press.

Unité EMMI (Electronics,Microsystems,Measurements,andInstrumentation) Départementd'électricité,électroniqueetinformatique FacultédesSciencesAppliquéesdel'UniversitédeLiège. Benoît VANDERHEYDEN, Professeur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 2 Nos recherches sont consacrées à la modélisation des propriétés magnétiques, électriques et thermiques de supraconducteurs massifs à haute température critique (HTS), et par extension, des propriétés associées des matériaux électrocéramiques. La modélisation numérique des propriétés physiques de ces matériaux est primordiale pour une interprétation correcte des données expérimentales et est extrêmement utile pour la prédiction des performances des dispositifs HTS dans les conditions réelles d'application. La modélisation numérique de ces dispositifs constitue un challenge. Les lois constitutives des matériaux HTS ne sont, à l'heure actuelle, pas encore complètement connues et de nombreux modèles sont discutés dans la littérature. Ces modèles ont en commun des lois de comportement fortement non-linéaires, ce qui rend leur modélisation numérique difficile et nécessite le développement de techniques numériques appropriées. A cet effet, l'environnement offert par les machines de calcul intensif permet de considérer des problèmes de relativement grande taille (maillage raffiné, problèmes 3D), et d'effectuer le nombre requis d'itérations non linéaires en un temps raisonnable. Nos activités visent à développer et calculer différents modèles théoriques, afin, par confrontation aux données expérimentales, d'identifier leur domaine d'application, et également de mieux comprendre les effets isolés des différents paramètres physiques (qualités intrinsèques et microstructure des matériaux, géométrie, phénomènes de relaxation magnétique). Les simulations effectuées au sein de notre unité ont porté sur des aimants massifs artificiellement troués, des blindages magnétiques basse fréquence, ainsi que la réponse de matériaux aimantés soumis à des champs tournants ou croisés, en vue de leur utilisation comme paliers magnétiques ou aimants de moteurs électriques.

Gregory P. Lousberg, Jean-Francois Fagnard, Marcel Ausloos, Philippe Vanderbemden, and Benoît Vanderheyden (2009) Numerical study of the shielding properties of macroscopic hybrid ferromagnetic/superconductor hollow cylinders, IEEE Transactions on superconductivity, 20, 33-41. Gregory P. Lousberg, Marcel Ausloos, Christophe Geuzaine, Patrick Dular, Philippe Vanderbemden, and Benoît Vanderheyden (2009) Numerical simulation of the magnetization of high-temperature superconductors: 3D finite element method using a single time-step iteration, Supercond. Sci. Technol., 22, 055005.

AQUAPÔLE, Unité de Recherche / Développement, ULG Jean-François DELIEGE, Directeur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 5 Un des buts principaux de l'Aquapôle est de développer des modèles qui permettent de représenter de manière cohérente les systèmes environnementaux et ainsi d'évaluer de manière prédictive les effets de toute action d'aménagement. Ces activités sont actuellement recentrées essentiellement sur la modélisation de la qualité des eaux de surface (modèle PEGASE, ...). La modélisation des eaux de surface ne peut naturellement pas se faire indépendamment des autres compartiments de l'environnement (sols, eaux souterraines, atmosphère, ...). Aussi, afin de prendre au mieux en compte ces autres compartiments, l'unité R/D de l'Aquapôle a développé depuis une quinzaine d'années une expertise dans la modélisation intégrée. Le principe de ces modélisations intégrées est le suivant : chaque compartiment de l'environnement est simulé par un sous-modèle spécifique, développé et géré par des équipes scientifiques spécialistes du compartiment ; un module spécifique (« superviseur ») est créé afin d'assurer le couplage des différents compartiments et la synchronisation des communications entre les différents modèles. De tels modèles intégrés demandent naturellement des capacités de calculs très importantes (chaque modèle devant tourner en même temps), mais se prêtent particulièrement bien à l'utilisation de machines de calcul intensif de type multiprocesseurs telles celles disponibles à l'ULG (chaque modèle pouvant tourner sur un processeur différent).

J.F. Deliège, E. Everbecq, E, P. Magermans,A. Grard, T. Bourouag, C. Blockx (2009) Pegase, a software dedicated to Surface Water Quality Assessment and to European Database Reporting, Proceedings of the European conference TOWARDS eENVIRONMENT, Opportunities of SEIS and SIZE: Integrating Environmental Knowledge in Europe. Masaryk University, Brno, Czech Republic, March 2009, pp 24-32. AQUAPOLE (2009) Etude et modélisation des impacts hydrologiques de pluies exceptionnelles dans un environnement valloné et boisé, Projet de recherche d'intérêt général Communauté française D.O.45-P.A.20A.B.31.01, Rapport final, Septembre 2009, 110pp.

Chimie physique, laboratoire de spectrométrie de masse, ULG Edwin De Pauw Professeur ordinaire Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 3 (F. Rosu, V. Gabelica, D. Morsa) La spectrométrie de masse permet de séparer des mélanges complexes. Cependant la mesure de masse seule ne permet pas une caractérisation structurale. Pour atteindre cet objectif, nous explorons les possibilités offertes par la spectrométrie de mobilité ionique et par la spectroscopie des ions piégés dans un spectromètre de masse. L'expérience consiste à sélectionner les ions, les irradier par un laser (UV, Vis, IR), et mesurer le spectre obtenu en fonction de la longueur d'onde du laser. Dans les spectres infrarouge, enregistrés à la facilité grands instruments CLIO-ELYSE à Orsay (France), nous avons observé que la formation de liaisons hydrogène entre les bases d'ADN provoque un déplacement des bandes C=O et NH2.1 La comparaison de différentes structures d'ADN (simple brin, double hélices, i-motif et quadruple hélices) est pour l'instant en cours. L'interprétation des spectres expérimentaux se base sur le calcul des spectres théoriques de ces structures comprenant plus de 200 atomes. Nous étudions également le phénomène de détachement d'électrons consécutif à l'excitation électronique UV et VUV des anions ADN.2 Les calculs de recherche conformationelle ainsi que celui des spectres électroniques sont nécessaire à la meilleure compréhension du phénomène.

Gabelica, V.; Rosu, F.; De Pauw, E.; Lemaire, J.; Gillet, J. C.; Poully, J. C.; Lecomte, F.; Gregoire, G.; Schermann, J. P.; Desfrancois, C. (2008) Infrared Signature of DNA G-quadruplexes in the Gas Phase, J. Am. Chem. Soc., 130, 1810. Gabelica, V.; Rosu, F.; Tabarin, T.; Kinet, C.; Antoine, R.; Broyer, M.; De Pauw, E.; Dugourd, P. (2007) BaseDependent Electron Photodetachment from Negatively Charged DNA Strands upon 260-nm Laser Irradiation, J. Am. Chem. Soc., 129, 4706.

Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire, ULg Jean-Claude GERARD, Professeur extraordinaire de l'ULg et Directeur de recherches du FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 2 Nos recherches s'inscrivent dans le contexte général de compréhension des climats passés et de prévision du climat futur. Elles se focalisent sur les cycles biogéochimiques dans l'océan et plus particulièrement sur celui du carbone. A cette fin nous avons développé un modèle océanique du cycle du carbone (OCCM). Les processus biologiques (production primaire),chimiques (spéciation du carbone) et physiques (solubilité) sont pris en compte. De plus l'implémentation de différents isotopes et de leurs termes de fractionnement permet une comparaison directe avec les données paléo-océanographiques. Cet OCCM est couplé à un modèle de complexité intermédiaire du « système Terre » comprenant un modèle atmosphérique, un modèle de végétation continentale ainsi qu'un modèle de circulation océanique et de glace marine. A l'aide de cet outil nous effectuons des ensembles d'expériences numériques afin d'examiner la réponse du système climatique à différentes perturbations ainsi que les rétroactions entre climat et cycles biogéochimiques. Nos travaux ont également pour objet l'utilisation de traceurs et le potentiel qu'ils offrent pour l'interprétation des propriétés de la ventilation océanique, un processus essentiel dans le contrôle du climat et de la teneur atmosphérique en gaz à effet de serre.

Y. Okazaki, A. Timmermann, L. Menviel, N. Harada, A. Abe-Ouchi, M.O. Chikamoto, A. Mouchet et H. Asahi (2010) Deep Water Formation in the North Pacific during the Last Glacial Termination, Science 329, 200-204, doi: 10.1126/science.1190612. A. Mouchet et E. Deleersnijder (2008) The leaky funnel model, a metaphor of the ventilation of the World Ocean as simulated in an OGCM, Tellus 60A, 761-774, doi:10.1111/j.1600-0870.2008.00322.x.

Université de Liège, Gembloux Agro-Bio Tech, Unité d'Hydrologie et Hydraulique agricole Aurore DEGRE, 1ere assistante Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 4 Nos recherches portent sur la modélisation hydrologique, le transfert de solutés et la représentation mathématique de l'érosion et du dépôt de sédiments dans les bassins versants. Nous travaillons à différentes échelles de représentation du territoire. A l'échelle régionale, nous utilisons un modèle distribué de plus de 17000 mailles, pour une simulation journalière durant plus d'un siècle (études à l'horizon 2100 sous différents scénarios de changements climatiques) des flux hydriques et des flux de solutés ou matières actives associés. A l'échelle microscopique, nous reconstituons en 3D le réseau poral du sol pour comprendre son hydrodynamique et les effets structuraux des itinéraires techniques différenciés dans l'objectif d'améliorer les performances de fonctions de pédotransfert et in fine, améliorer la représentativité des modèles hydrologiques physiques. Nous étudions la sensibilité des modèles hydrologiques aux données d'entrée, telles que les précipitations, en comparant différents algorithmes de spatialisation dynamique. Nous générons des cartographies des risques de pollution diffuse d'origine agricole, des risques d'érosion et de différentes variables hydrologiques d'intérêt dans la gestion et la planification de l'aménagement du territoire.

Sohier C, Degré A. (2010, in press) Modelling the effects of the current policy measures in agriculture: an unique model from field to regional scale in Walloon region of Belgium in Environmental Science & Policy. Ly S, Sohier C., Charles C., Degré A. (2010) Spatial interpolation of daily rainfall in Ourthe and Ambleve Basins, Belgium, Geophysical Research Abstracts 2010 ­ 3164.

Mathématiques Générales ­ LTAS Mathematical Methods & Modeling, ULg Eric JM DELHEZ, Professeur Ordinaire Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 4 Les recherches du groupe portent sur la modélisation mathématique et numérique de l'environnement marin avec une attention toute particulière portée aux mers continentales et aux zones côtières. Le point de départ des recherches est constitué par la mise au point de modèles numériques capables de décrire l'hydrodynamique marine, particulièrement des zones soumises à l'action de la marée. Des méthodes numériques appropriées sont développées. Les modèles hydrodynamiques sont couplés avec des modèles sédimentaires et des modèles bio-géo-chimiques pour décrire le transport des polluants et des nutriments depuis le basin versant jusqu'au large, pour prévoir l'effet de ces nutriments sur les écosystèmes et pour suggérer des mesures de mitigation permettant d'en limiter l'influence. L'un des aspects importants de ces études est également la mise au point de méthodes diagnostiques permettant de quantifier les temps caractéristiques de la dynamique des systèmes et leur vulnérabilité aux sollicitations anthropiques et naturelles et aux variations climatiques.

Mercier Ch. And Delhez EJM (2010) Really TVD advection schemes for the depth-integrated transport equation, Ocean Modelling, 33 (1-2), 10-19. doi:10.1016/j.ocemod.2009.11.004. Delhez EJM and Deleersnijder E. (2010) Residence time and exposure time of sinking phytoplankton in the euphotic layer, Journal of Theoretical Biology, 262(3), 505-516. doi: 10.1016/j.jtbi.2009.10.004.

Unité de Génomique Animale, GIGA - Faculté de Médecine Vétérinaire, ULg Tom DRUET, Chercheur qualifié - FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 4 Nos recherches sont centrées sur l'étude des génomes: leur structure et leur association avec les phénotypes observés. Nous disposons de données de génotypages ou de séquençages. Les premières données sont des marqueurs bialléliques (SNP) à des positions précises du génome. Ces marqueurs sont réunis par milliers (de 50,000 à plus d'un million) sur des puces de génotypages. Pour chaque individu génotypé, nous connaissons donc les allèles à des dizaines de milliers de marqueurs. Les données de séquençage sont plus récentes. Pour chaque individu, des milliards de paires de base sont séquencées parfois plusieurs fois. A partir de ces données, nous étudions la structure du génome et si des régions du génome sont associées à des maladies ou des caractères d'intérêts agronomiques (tels que la production laitière, de viande, etc). En ce qui concerne la structure du génome, nous étudions les associations entre marqueurs (le déséquilibre de liaison), le phénomène de recombinaison le long du génome, les taux de mutation. Cela permet d'étudier la génétique des populations et la variabilité génétique. Les associations entre les régions du génome et les phénotypes d'intérêts permettent de mieux comprendre ces derniers ainsi que de prédire les risques génétiques ou les valeurs de reproducteurs (en sélection animale). Etant donné la quantité de données impliquées (des milliers d'individus génotypés pour des dizaines de milliers de marqueurs), toutes ces études nécessitent d'importantes ressources de calcul numérique.

T. Druet et M. Georges (2010) A hidden Markov model combining linkage and linkage disequilibrium information for haplotype reconstruction and quantitative trait loci fine mapping, Genetics. 184, 789-798. T. Druet, C. Schrooten et A.P.W. de Roos (2010) Imputation of genotypes from different single nucleotide polymorphism genotyping panels in dairy cattle, J. Dairy Sci. accepted.

Unité de recherche en Systèmes et Modélisation, Institut Montefiore, ULg Unité de Bioinformatique et Modélisation, GIGA-R, ULg Contacts : Louis Wehenkel, Professeur, Pierre Geurts, Chercheur qualifié du FNRS Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 20 Nos recherches sont centrées sur la mise au point de méthodes théoriques et d'algorithmes d'apprentissage automatique, de simulation de Monte-Carlo, et d'optimisation pour traiter des problèmes de modélisation et de conception à grande et très grande échelle (de dizaines de milliers jusqu'au milliard de variables). Les domaines d'application que nous ciblons concernent la biologie computationnelle (génomique, protéomique, biologie systémique, ...), le diagnostic médical (recherche de biomarqueurs, analyse de tissus et de cellules, exploitation de données cliniques, ...), et les grandes infrastructures techniques (grands réseaux électriques, réseaux informatiques, systèmes d'information distribués, ...). Ces applications engendrent de nombreux problèmes qui ne peuvent être résolus en un temps raisonnable que par des approches hautement parallélisées et/ou distribuées, telles que la classification d'images, l'identification de gènes en relation avec des maladies, le diagnostic de panne et le contrôle en mode d'urgence dans les systèmes en réseau. Les systèmes de calcul intensif sont également devenus essentiels pour accélérer le cycle de développement et de validation de nos algorithmes et hypothèses théoriques.

Marée, R., Denis, P., Wehenkel, L., and Geurts, P. (2010) Incremental indexing and distributed image search using shared randomized vocabularies. In Proceedings of the international Conference on Multimedia information Retrieval (Philadelphia, Pennsylvania, USA, March 29 - 31, 2010). MIR '10. ACM, New York, NY, 91-100. Geurts, P., Ernst, D., and Wehenkel, L. (2006) Extremely randomized trees, Mach. Learn, 63, 1 (Apr. 2006), 342. L. Busoniu, R. Babuska, B. De Schutter and D. Ernst (2010) Reinforcement Learning and Dynamic Programming using Function Approximators. Taylor & Francis CRC Press. Cattaert T, Urrea V, Naj AC, De Lobel L, De Wit V, et al. (2010) FAM-MDR: A Flexible Family-Based Multifactor Dimensionality Reduction Technique to Detect Epistasis Using Related Individuals, PLoS ONE, 5(4): e10304. D. Fey, R. Findeisen, and E. Bullinger (2009) Identification of biochemical reaction networks using a parameter-free coordinate system. In P. A. Iglesias and B. Ingalls, editors, Control-Theoretic Approaches in Systems Biology, pages 293­310. MIT Press.

Méthodes quantitatives en sciences sociales, Institut des sciences humaines et sociales, ULg Philippe LAMBERT, Professeur Nombre d'utilisateurs occasionnels du calcul intensif : 2 Nous travaillons sur la mise au point d'outils statistiques permettant l'analyse de données censurées par intervalles. De telles données sont fréquemment générées lors d'enquêtes en sciences humaines lorsque des variables continues comme le salaire, le temps passé à exercer certaines activités, etc. sont mesurées imprécisément sous forme d'intervalles, manifestant ainsi un désir de discrétion du répondant (ex : le salaire) ou une difficulté à quantifier précisément la valeur demandée. Ce genre de données est également rencontré dans d'autres disciplines, comme par exemple en médecine lors d'essais cliniques (survenue d'une pathologie entre deux rendez-vous médicaux) ou en sciences de l'environnement (concentration chimique inférieure au seuil de détection), etc. Afin d'étudier les propriétés et mérites des techniques développées, nous faisons appel à des études par simulation qui exigent de long temps de calcul. Elles nous permettent de quantifier les performances de ces approches novatrices et d'identifier dans quelles situations elles génèrent des résultats fiables.

Cetinyurek, A. and Lambert, P. (2010) Smooth estimation of survival functions and hazard ratios from interval censored data using Bayesian penalized B-splines, Statistics in Medicine (in press). Lambert, P. and Eilers, P.H.C. (2009) Bayesian density estimation from grouped continuous data. Computational Statistics and Data Analysis, 53: 1388-1399.

GeoHydrodynamics and Environment Research (GHER), Département AstrophysiqueGeophysique-Océanographie (AGO), ULg Jean-Marie BECKERS, Professeur ordinaire Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 9 Le GHER développe des modèles hydrodynamiques des océans avec des applications surtout en Mer Méditerranéenne et Mer Noire. Les modèles eux-mêmes sont déjà demandeurs de ressources de calcul car les grilles sur lesquels les solutions numériques sont calculées sont de plus en plus fines, une tendance qui se retrouve dans tous les projets de modélisation océanique. Avec 10^7 inconnues qui évoluent dans le temps, les modèles font déjà appel à la parallélisation pour rester opérationnels. Les modèles, basées sur une résolution numérique des équations primitives de quantité de mouvement, d'énergie, de salinité complétés par des modèles de turbulence ne sont pas parfaits et une correction des modèles par assimilation de données est souvent nécessaire pour avoir une vue cohérente du fonctionnement de océans. Ici le GHER développe des outils d'assimilation stochastiques, nécessitant le lancement de quelques centaines de simulations, chaque simulation étant une version perturbée d'une simulation de référence. Il va de soi que ces calculs sont gourmands en temps de calcul, avec l'avantage d'une parallélisation évidente et efficace. .

Vandenbulcke, L., Rixen, M., Alvera, A., Barth, A. and Beckers, J.-M. (2008) An analysis of the error space of a high-resolution implementation of the GHER hydrodynamic model in the Mediterranean Sea, Ocean Modelling, 28 (1-4), 46-64. Barth, A., Alvera, A., Beckers, J.-M., Rixen, M. and Vandenbulcke, L. (2007) Multigrid state vector for data assimilation in a two-way nested model of the Ligurian Sea. Journal of Marine Systems, 65(1-4), 41-59. Beckers, J.-M., Brasseur, P. and Nihoul, J.C.J. (1997) Circulation of the western Mediterranean: From global to regional scales, Deep-Sea Research Part II, Topical Studies in Oceanography, 44(3-4), 531-549.

Centre de Biophysique Moléculaire Numérique CBMN, Université de Liège-Gembloux Agro Bio Tech Dr Laurence Lins, Maître de recherches FNRS Thématique de recherches Le CBMN est un laboratoire de bioinformatique et de modélisation moléculaire qui s'attache plus particulièrement à la modélisation de la structure 3D et du folding des molécules biologiques, et notamment des protéines. Depuis peu, le CBMN utilise le logiciel de dynamique moléculaire GROMACS (D. Van Der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G Groenhof, A. E. Mark, et al. 2005. GROMACS: Fast, flexible, and free. J. Comput. Chem. 26:1701-1718) afin d'étudier la structure 3D des protéines. En particulier, nous nous intéressons à I'interaction de ces dernières avec la membrane biologique. Ces prédictions demandent une grande puissance de calcul. Dans ce cadre, nous voulons faire appel au calcul intensif. Deux sujets de recherche sont actuellement étudiés. Le premier porte sur I'interaction entre des complexes peptides /siRNA et la membrane lipidique. Le mécanisme par lequel certains peptides, appelés Cell Penetrating Peptides (CPP), permettent le passage d'un ARN au travers de la barrière cellulaire est difficile a étudier expérimentalement et l'étude de ces systèmes par dynamique moléculaire en présence d'une membrane permettra d'apporter des éléments de réponses et de tester les modèles proposé actuellement. Ces systèmes multimoléculaires (protéine/RNA/lipides), qui sont encore peu étudiés en dynamique moléculaire, sont très gourmands en termes de puissance et de temps de calcul. Les simulations doivent idéalement représenter au moins 100ns, ce qui correspond à plusieurs milliers d'heures de calculs (monoprocesseur). Concernant l'autre sujet, nous voulons intégrer notre propre champ de force empirique permettant de simuler implicitement les propriétés de la membrane et qui a été développé dans le cadre du logiciel IMPALA (Ducarme et al. 1998, Proteins). Dans ce cadre, le calcul intensif nous sera également nécessaire.

Crowet JM, Santini S, Thomas A, Paquot M, Vandenbol M, Thonart P, Wathelet JP, Blecker C, Lognay G, Brasseur R, Lins L, and Charloteaux B. (2009) Study of Thermomyces lanuginosa lipase in presence of tributyrylglycerol and water, Biophysical J., 2009 June 17, 96(12):4814-4825. Thomas A., Crowet J.M., Divita G., Brasseur R. Modelling evaluation of siRNA-CADY complexes (En preparation) Crowet J.M., Dehayes S., Divita G., Thomas A., Brasseur R., Lins L. Molecular modeling study of complexes formed between a cell penetrating peptide and siRNA. (En preparation)

Unité Applied & Computational Electromagnetics (ACE), Institut Montefiore, ULg Christophe GEUZAINE, Professeur Nombre d'utilisateurs réguliers du calcul intensif : 8 ACE développe des outils de simulation numérique des phénomènes électromagnétiques dans un large spectre fréquentiel, de problèmes statiques et quasi-statiques à la diffraction d'ondes et l'optique, ainsi qu'une grande variété de problèmes multiphysiques, où les phénomènes électromagnétiques sont couplés à la mécanique du solide, la mécanique des fluides et la thermique. Un nombre grandissant de ces problèmes nécessite des simulations en trois dimensions avec un nombre d'inconnues tel (plusieurs dizaines de millions) qu'il est impossible de les résoudre sur une station de travail. ACE développe d'une part des modèles et des algorithmes permettant de réduire ce nombre d'inconnues en tirant parti des propriétés mathématiques et physiques fondamentales de ces problèmes, et, d'autre part, des algorithmes efficaces permettant de résoudre ces problèmes en parallèle, en combinant MPI et OpenMP, sur un grand nombre de processeurs.

X. Antoine, C. Geuzaine, and K. Ramdani (2010) Wave Propagation in Periodic Media - Analysis, Numerical Techniques and practical Applications, volume 1 in the series Progress in Computational Physics (PiCP), chapter Computational Methods for Multiple Scattering at High Frequency with Applications to Periodic Structure Calculations, Bentham. C. Geuzaine and J.-F. Remacle (2009) Gmsh: a three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities, Int. J. Numer. Meth. Eng., 79(11):1309-1331.

Service d'Informatique (INFO), Faculté Polytechnique, UMONS Gaëtan LIBERT, Professeur Ordinaire, Pierre MANNEBACK, Professeur, Mohammed BENJELLOUN, Chef de Travaux, Chargé de Cours à Temps Partiel, Saïd MAHMOUDI, Premier Assistant, 1 Post-Doc, 3 chercheurs (2 docteurs et 1 Ingénieur), 2 Assistants Doctorants, 1 boursier doctorant, 1 assistante pédagogique, 1 technicien. INFO est une des 5 unités composant le Pôle de recherche en Technologies de l'Information de la Faculté Polytechnique de l'UMONS. Cette unité de 13 personnes est active en informatique distribuée et calcul intensif, en logiciel de planification de ressources et en algorithmique de traitement d'images médicales. Elle a récemment collaboré ou collabore à des réseaux et projets européens ou régionaux, notamment sur le placement de tâches sur Grid, l'optimisation de calculs sur GPU ou les algorithmes de détection ou suivi de mouvements. Elle a acquis des compétences solides en parallélisation de codes, que ce soit en environnement à mémoire partagée (openMP) ou distribué (MPI), et en répartition de charge sur systèmes hétérogènes (multi-CPU/multi-GPU).

F. Lecron, P. Manneback, D. Tuyttens, Exploiting Grid Computation for Solving the Vehicle Routing Problem. In: 8th ACS/IEEE International Conference on Computer Systems and Applications (AICCSA0,) Hammamet, Tunisia (2010). S. Noël, P. Manneback, G. Silaghi, Response Deadline Evaluation in Point-to-Point Negotiation on Grids, In: Grid Economics and Business Models, Springer, vol. 5745, (2009).

Département de Physique des Matériaux, Laboratoire de Physique des surfaces et des interfaces, UMons Prof. J. De Coninck, Prof. M. Voué, Prof. B. Maes, 8 postdocs, 4 doctorants, 1 secrétaire, 3 techniciens. Nos travaux de recherche s'inscrivent dans l'étude du mouillage des surfaces solides. En particulier, l'avènement des bio et des nanotechnologies a généré de nombreux challenges en termes de contrôle d'étalement de liquides à ces échelles. Dans ce contexte, il s'avère crucial de pouvoir prédire la dynamique d'étalement des liquides. Essentiellement deux grandes approches existent pour décrire l'étalement des liquides: l'hydrodynamique due à Tanner, Voinov, de Gennes ... et la théorie cinétique moléculaire due à Blake et Haynes . Puisque le liquide voit sa forme se modifier lors de son étalement, il faut bien évidemment qu'il y ait dissipation d'énergie lors du phénomène. C'est dans la description du mécanisme de dissipation que ces deux approches diffèrent fondamentalement.. Par des simulations numériques de dynamique moléculaire pour de très grands systèmes ( plusieurs millions d'atomes), nous sommes parvenus à montrer la validité, jusqu'à l'échelle moléculaire, de cette théorie cinétique. Ce succès ouvre maintenant la porte sur la combinaison de plusieurs mécanismes de dissipation en fonction de la mouillabilité de la surface. Cela touche de nombreux domaines connexes comme le démouillage, le glissement, ...

M.J. de Ruijter, T.D. Blake et J. De Coninck, "Dynamic wetting studied by molecular modeling simulations of droplet spreading", Langmuir 1999, 15: 7836-7847. J. De Coninck et T.D. Blake, "Wetting and molecular dynamics simulation of simple liquids", Annu. Rev. Mater. Res., 2008, 38:15.1­15.22.

Service de Chimie des Matériaux Nouveaux, Université de Mons Roberto Lazzaroni (professeur ordinaire), David Beljonne (directeur de recherches FNRS), Jérôme Cornil (maître de recherches FNRS), Philippe Leclère (chercheur qualifié FNRS), Mathieu Surin (chercheur qualifié FNRS), Patrick Brocorens (premier assistant UMONS), trois chercheurs seniors, 15 post-docs, 11 doctorants, 4 personnes pour le support technique et administratif Les activités de recherche du Service de Chimie des Matériaux Nouveaux de l'Université de Mons ont pour objectifs de: (i) étudier les propriétés optiques, électronique et de transport des semiconducteurs organiques en films minces; (ii) déterminer la nature chimique, la structure et les propriétés électroniques des interfaces organique/organique et organique/inorganique qui interviennent dans les dispositifs de l'électronique organique ; et (iii) comprendre l'autoassemblage de macro(molécules) fonctionnelles sur des surfaces. Ces activités de recherche reposent sur une approche conjointe théorique-expérimentale comprenant la modélisation des matériaux et des processus physico-chimiques, la caractérisation des films minces et la fabrication de ces dispositifs. Ces travaux sont menés en collaboration étroite avec des groupes de chimistes organiciens, de polyméristes, de spectroscopistes et de physiciens et chimistes des surfaces, en Belgique, en Europe et aux Etats-Unis. Parmi les sujets qui requièrent du calcul intensif, citons : · La modélisation des matériaux et des dispositifs pour l'électronique organique. Il s'agit d'une part de déterminer de manière précise les propriétés optiques et électroniques de matériaux moléculaires et polymères, et ce à l'échelle supramoléculaire, et d'autre part de modéliser les processus physico-chimiques (transfert d'énergie, création, injection et transport de charges) qui régissent les performances des diodes électroluminescentes, des transistors, des cellules photovoltaïques et des (bio) senseurs. · La modélisation multi échelle de la structure et des propriétés de nano composites polymères, pour lesquels une compréhension fine des interactions entre les constituants et de leur organisation à l'échelle mésoscopique est essentielle.

S. Coropceanu, J. Cornil, D.A. da Silva Filho, Y. Olivier, R. Silbey, J.L. Brédas, `Charge Transport in Organic Semiconductors', Chemical Reviews 107 (2007) 926-952. P. Brocorens, A. Van Vooren, M. Chabinyc, M. Toney, M. Shkunov, M. Heeney, I. McCulloch, J. Cornil, R. Lazzaroni, `Solid-State Supramolecular Organization of Polythiophene Chains Containing Thienothiophene Units', Advanced Materials 21 (2009) 1193-1198. I. Avilov, V. Geskin, J. Cornil, `A Quantum-Chemical Characterization of the Origin of Dipole Formation at Molecular Organic/Organic Interfaces', Advanced Functional Materials 19 (2009) 624-633. M. Linares, A. Minoia, P. Brocorens, D. Beljonne, R. Lazzaroni, `Expression of Chirality in Molecular Layers at Surfaces: Insights from Modelling', Chemical Society Reviews 38 (2009) 806-816. E.V. Emelianova, S. Athanasopoulos, R.J. Silbey, D. Beljonne, `2D Excitons as Primary Energy Carriers in Organic Crystals: The Case of Oligoacenes', Physical Review Letters 104 (2010) 206405.

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