Génération aléatoire de
structures 3D :
Application à la chimie de l’environnement
Alain Porquet and Jacques Buffle
CABE – Université de Genève, 30,quai E. Ansermet
1211 Genève 4, Switzerland
Les substances humiques (acides fulviques et humiques)
constituent la majeure partie de la matière organique dissoute dans les eaux
naturelles. Il s’agit de polymères naturels qui jouent un rôle important en
tant que complexant. Les substances humiques sont formés par transformation de
la matière organique biogène, et constituent un mélange complexe de molécules.
Par conséquent, leurs structures ne peuvent pas être définies par une formulation
ordinaire. On distingue les acides humiques des acides fulviques par leurs
conditions d’extraction. Les acides fulviques, plus solubles, constituent la
fraction qui ne précipite pas à pH < 1. Les poids moléculaires, sont compris
entre 500 et 2000 g·mol-1 pour les acides
fulviques et entre 2000 et 5000 g·mol-1 pour les acides humiques.
Leurs structures varient en fonction de leur origine géologique : eaux de
surface, eaux souterraines, eaux de mer, etc… mais aussi géographique et
saisonnière. La composition d’un échantillon prélevé dans une même rivière peut
fluctuer au cours de l’année.
Diverses
méthodes analytiques ont permis d’établir la nature et la quantité de
groupements fonctionnels les composant. Leurs propriétés acido-basiques
proviennent principalement des fonctions carboxyliques et phénoliques. Les
substances humiques se comportent comme un mélange d’acides faibles avec
différents pK. Leurs propriétés de complexation ont aussi fait l’objet de
nombreuses études établissant ainsi leur affinité pour un grand nombre de
métaux. Toutefois la connaissance exacte des différents ligands présents n’est
pas encore entièrement établie. En dépit de leur complexité structurale, les
substances humiques présentent donc des propriétés physico-chimiques communes.
Pour comprendre à l’échelle microscopique les mécanismes des processus
telles que la complexation des métaux lourds par les substances humiques, leur
adsorption sur les colloïdes organiques ou inorganiques (micelles de
phospholipide ou particules d’hématite), la coagulation ou la formation de
flocs avec des bio-polymères (polysaccharides), nous développons un programme
FULVITOR écrit en C qui permet de générer aléatoirement des structures
tridimensionnelles. La nature chimique des molécules générées est calquée au
mieux en reliant entre eux, par une liaison simple, des fragments
judicieusement choisis. Le processus de connexion s’arrête naturellement
lorsque qu’il n’y a plus de possibilité de connecter un nouveau fragment.
Finalement, on peut générer ainsi une série poly-disperse de structures formant
un ensemble statistique simulant un échantillon d’acides fulviques.
Une base de
fragments a été constituée à partir des résultats d’analyses sur les acides
fulviques de la rivière Suwannee. L’étude de 5000 structures générées par
FULVITOR montre que cette démarche permet déjà de reproduire de manière
satisfaisante l’analyse élémentaire et la distribution en masse expérimentales.
Ces premiers
résultats nous conduisent à développer des outils d’analyse permettant de
comparer les propriétés acido-basiques et de complexation des structures
générées à celles des molécules naturelles.