Note ABES First-principles and machine learning atomistic modeling of disordered systems for energy applications Modélisation à l'échelle atomique de premiers principes et d'apprentissage automatique des systèmes désordonnés pour les applications énergétiques Verres Vitrocéramiques NVP Chalcogénures CMD FPMD MLIP Glass Glass-ceramic NVP Chalcogenides CMD BOMD MLIP 620.1 541.37 530.4 Vitrocéramique Propriétés physico-chimiques Dynamique moléculaire Méthodes de simulation Ordre et désordre (physique) Cette thèse est consacrée à la modélisation atomique des verres et vitrocéramiques polyanioniques sodium-vanadium-phosphate (NVP), matériaux prometteurs en tant que cathodes pour les batteries rechargeables de seconde génération. Les propriétés structurelles, magnétiques, électroniques et dynamiques de cette famille complexe de matériaux sont explorées à l’aide de simulations de dynamique moléculaire classique (CMD) et de dynamique moléculaire ab initio (FPMD). Dans un premier temps, la performance des champs de force empiriques est évaluée par comparaison avec les données expérimentales. Une approche hybride, peu coûteuse en ressources de calcul, est ensuite proposée. Elle combine la CMD suivie d’un raffinement par FPMD, permettant une description structurelle et électronique plus précise pour différentes compositions de verres binaires VP et ternaires NVP. Pour valider cette méthodologie, des simulations FPMD sont réalisées sur plusieurs compositions de verres NVP, et les résultats sont comparés à ceux obtenus via l’approche hybride. Afin de réduire davantage le coût computationnel sans compromettre la précision des simulations ab initio, un potentiel interatomique basé sur l’apprentissage automatique (MLIP) est développé à partir de données issues de calculs DFT/FPMD. Cette approche par apprentissage automatique est d’abord testée puis validée sur d’autres systèmes modèles, notamment l’oxyde Na₃OCl et le chalcogénure GeSe₂. Enfin le ML est appliqué aux verres VP et NVP, permettant la prédiction fiable de leurs propriétés structurales et dynamiques, ainsi que la modélisation de l’interface verre/cristal. This thesis focuses on the atomic-scale modeling of polyanionic sodium-vanadium-phosphate (NVP) glasses and glass-ceramics, which are promising cathode materials for next-generation rechargeable batteries. The structural, magnetic, electronic, and dynamic properties of this complex family of materials are investigated using both classical molecular dynamics (CMD) and ab initio molecular dynamics (FPMD) simulations. First, the accuracy of empirical force fields is assessed by comparison with experimental data. Based on this evaluation, a low-cost hybrid approach is proposed, combining CMD with subsequent refinement via FPMD. This method offers improved structural and electronic descriptions across a range of binary VP and ternary NVP glass compositions. To validate this approach, FPMD simulations are conducted on various NVP glass compositions, and the results are benchmarked against those obtained with the hybrid method. In order to further reduce computational costs while maintaining the accuracy of FPMD simulations, a machine-learning interatomic potential (MLIP) is developed using data derived from DFT/FPMD calculations. This ML-based approach is first tested and validated on other oxide (Na₃OCl) and chalcogenide (GeSe₂) systems and then applied to VP and NVP glasses, enabling accurate prediction of their complex properties and facilitating the modeling of the glass/crystal interface. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 25699653 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2024/WANSI_Steve_2024_ED182.pdf http://www.theses.fr/2024STRAE056/abes https://theses.hal.science/tel-05154011 https://theses.hal.science/tel-05154011 https://theses.hal.science/tel-05154011 https://theses.hal.science/tel-05154011 Wansi Wendji Steve Dave 1991-07-22 FR 286024039 0EFB1V04CP3 22021685 4200002 https://theses.fr/2024STRAE056 2024STRAE056 https://doi.org/10.70675/f8ade091za8eaz4efbza65dz0193a85a4932 2024-09-20 Chimie physique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Massobrio Carlo MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 069748268 Ori Guido MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 225671883 Martin Evelyne MADS_PRESIDENT_DU_JURY 119721112 Hemeryck Anne MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 139714030 Coulet Marie-Vanessa MADS_RAPPORTEUR_1 179479520 Cleri Fabrizio MADS_RAPPORTEUR_2 168047853 École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 182 156500019 Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 151842973 93794 ddc:620 ddc:540 ddc:530 Massobrio Carlo Ori Guido Martin Evelyne Hemeryck Anne Coulet Marie-Vanessa Cleri Fabrizio École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) PDF 25699653