Simulation statistique de la nucléation homogène liquide-cristal de petites molécules
Abstract
Controlling the crystallization and polymorphism of drugs is of great interest for the pharmaceutical industry. The microscopic mechanisms governing nucleation which are difficult to investigate experimentally, are far from being well undestood. Recently, new molecular simulation techniques, based on a biased sampling of configurational space, have emerged. These techniques have successfully been used to investigate homogeneous nucleation in atomic liquids. In this thesis, we used these methods in order to simulate the nucleation of molecular nitrogen and carbon dioxide. We have shown that i) following Ostwald's step rule, the first crystalline nuclei formed in liquid nitrogen possess a metastable face centred cubic structure which later evolve to the stable hexagonal compact phase; ii) in the case of carbon dioxide, nucleation proceeds directly to the stable orientationally ordered face centred cubic phase.
La maîtrise de la cristallisation et du polymorphisme des médicaments revêt une grande importance pour l'industrie pharmaceutique. Les mécanismes microscopiques gouvernant la nucléation, difficiles à explorer expérimentalement, sont encore mal connus. Récemment, de nouvelles techniques de simulation moléculaire, basées sur des échantillonnages configurationnels biaisés, ont permis de simuler la nucléation homogène de fluides atomiques. Dans cette thèse, nous avons adapté et appliqué ces méthodes à la nucléation homogène de petites molécules : le diazote et le dioxyde de carbone. Nous avons ainsi montré que i) les premiers germes cristallins formés lors de la nucléation du diazote possèdent, en accord avec la règle d'Ostwald, un arrangement cubique faces centrées métastable, puis se réorganisent en une forme hexagonale compacte stable; ii) la nucléation du dioxyde de carbone conduit directement à la formation de la phase stable cubique faces centrées ordonnée orientationnellement.