La simulation numérique dans la lutte contre la maladie d'Alzheimer

La biochimie n'est pas, stricto sensu, une science de l'ingénieur ! ça n'est pas une raison pour ne pas observer ce qui s'y passe surtout concernant une maladie qui nous concerne et nous concernera.

Des chercheurs français en biochimie du laboratoire LCPQ (Chimie et Physique Quantiques de Toulouse) simulent le comportement des protéines présentes dans le cerveau afin de comprendre les mécanismes de la maladie d'Alzheimer. Cela peut s'étendre à toutes les maladies neuro-dégénératives (maladie de Parkinson, la maladie de Huntington, l'atrophie corticale postérieure, la sclérose latérale amyotrophique...)

Ce laboratoire est l’un des premiers utilisateurs de Curie (du Très Grand Centre de Calcul du CEA), le puissant supercalculateur français inauguré en 2012 sur la Technopole Teratec (à l'époque le 9e du TOP500). Ces recherches ont saturé 76 800 processeurs du supercalculateur Curie pendant deux nuits, soit une puissance consommée continue de 960 téraflops (1 avec 12 zéros) par seconde.

Il travaille sur une nouvelle méthode de résolution de l’équation de Schrödinger. Les chercheurs de ce laboratoire proposent une alternative à la méthode dite DFT (Density Functional Theory), la méthode de Monte-Carlo quantique : la trajectoire des électrons d’une molécule est établie via des tirages aléatoires. Ils cherchent à obtenir ainsi une précision au moins égale à celle de la DFT au prix d'un très grand nombre d'échantillon mais avec l'avantage d'un processus totalement parallélisable. Son algorithme peut ainsi utiliser des milliers de processeurs en parallèle afin de générer les nombres aléatoires nécessaires à la modélisation des trajectoires des électrons. Avec les algorithmes développés de cette manière dans le code QMC-Chem, on peut calculer le mouvement des électrons d’une molécule entière et donc simuler, visualiser et comprendre son comportement face à une autre molécule (métal, médicament…)

Michel Caffarel (équipe GMO) : Cela nécessite une puissance de calcul phénoménale. On parle de 2 millions de milliards d’opérations par seconde, nécessaires pour arriver à la précision qu’il faut pour comprendre. Nous simulons la dynamique des électrons sur Curie. Avec 2 000 électrons qui se baladent et avec un atome de cuivre, nous voyons si la molécule bouge, se replie, échange des électrons, s’agrège ou pas. Ce comportement est simulé en tirant des nombres aléatoires. Cela nous permet de déplacer les électrons. Pour la simulation ultime, nous tirons environ 100 000 milliards de nombres aléatoires. On voit ainsi la puissance de calcul dont on a besoin. Nous avons atteint une puissance soutenue de l'ordre d'un petaflop (1 avec 15 zéros derrière = 1 million de milliards).