Algorithmes pour la dynamique moléculaire restreinte de manière adaptative

Les methodes de dynamique moleculaire (MD pour Molecular Dynamics en anglais) sont utilisees pour simuler des systemes volumineux et complexes. Cependant, la simulation de ce type de systemes sur de longues echelles temporelles demeure un probleme couteux en temps de calcul. L'etape la plus couteuse des methodes de MD etant la mise a jour des forces entre les particules. La simulation de particules restreintes de facon adaptative (ARMD pour Adaptively Restrained Molecular Dynamics en anglais) est une nouvelle approche permettant d'accelerer le processus de simulation en reduisant le nombre de calculs de forces effectues a chaque pas de temps. La methode ARMD fait varier l'etat des degres de liberte en position en les activants ou en les desactivants de facon adaptative au cours de la simulation. Du fait, que le calcul des forces depend majoritairement de la distance entre les atomes, ce calcul peut etre evite entre deux particules dont les degres de liberte en position sont desactives. En revanche, le calcul des forces pour les particules actives (i.e. celles dont les degres de liberte en position sont actifs) est effectue. Afin d'exploiter au mieux l'adaptabilite de la methode ARMD, nous avons concu de nouveaux algorithmes permettant de calculer et de mettre a jour les forces de facon plus efficace. Nous avons developpe des algorithmes permettant de construire et de mettre a jour des listes de voisinage de maniere incrementale. En particulier, nous avons travaille sur un algorithme de mise a jour incrementale des forces en un seul passage deux fois plus rapide que l'ancien algorithme egalement incremental mais qui necessitait deux passages. Les methodes proposees ont ete implementees et validees dans le simulateur de MD appele LAMMPS, mais elles peuvent s'appliquer a n'importe quel autre simulateur de MD. Nous avons valide nos algorithmes pour differents exemples sur les ensembles NVE et NVT. Dans l'ensemble NVE, la methode ARMD permet a l'utilisateur de jouer sur le precision pour accelerer la vitesse de la simulation. Dans l'ensemble NVT, elle permet de mesurer des grandeurs statistiques plus rapidement. Finalement, nous presentons des algorithmes paralleles pour la mise a jour incrementale en un seul passage permettant d'utiliser la methode ARMD avec le standard Message Passage Interface (MPI).