Le professeur Alexandre Tkatchenko, responsable du Département de Physique et Sciences des Matériaux et professeur de physique chimique théorique à l’Université du Luxembourg, a reçu une Advanced Grant (AdG), la plus prestigieuse bourse pour un chercheur individuel décernée par le Conseil européen de la recherche (CER). Le projet est lié au domaine plus large des matériaux quantiques en physique, chimie et biologie, qui présentent des propriétés déroutantes et utiles qui ne peuvent être expliquées que par la mécanique quantique.
La bourse du professeur Tkatchenko représente un financement de 2,5 millions d’euros sur cinq ans pour son projet de recherche multidisciplinaire intitulé “Field-Theory Approach to Molecular Interactions” (FITMOL), qui recoupe les domaines de la mécanique quantique, du machine learning, des matériaux complexes et du calcul haute performance (HPC). Le projet FITMOL a pour but de faire émerger un changement de paradigme dans notre capacité à modéliser et à comprendre avec précision les interactions intra et intermoléculaires dans des systèmes moléculaires complexes et de grande taille, ce qui présente un intérêt direct pour des applications chimiques et biomédicales. Le projet aura un impact direct sur la recherche depuis les monomolécules jusqu’aux complexes biomoléculaires réalistes, couvrant un large éventail de systèmes biologiques fonctionnels (par exemple les complexes protéine/protéine et les complexes enzyme ADN).
Au cours de la dernière décennie, le professeur Tkatchenko et son équipe de recherche ont créé des méthodes prédictives et de nouveaux outils conceptuels basés sur la mécanique quantique et les méthodes statistiques pour permettre et comprendre les simulations de molécules et de matériaux complexes composés des milliers d’atomes. « Nous y sommes parvenus en développant des méthodes avancées de mécanique quantique et de nouvelles approches de machine learning utilisées par des milliers de chercheurs dans le monde entier », explique le professeur Tkatchenko. « Je pense que révéler les mécanismes fonctionnels des (bio)molécules composées des millions d’atomes nécessitera un niveau conceptuel nouveau de méthodes de modélisation des interactions moléculaires fondées sur la théorie des champs (quantiques). Atteindre cet objectif sera la principale avancée du projet FITMOL. »
« Le projet du professeur Alexandre Tkatchenko est très ambitieux », a déclaré le professeur Jean-Marc Schlenker, doyen de la Faculté des Sciences, des Technologies et de Médecine. « En modélisant la dynamique de grands complexes moléculaires directement au niveau de la théorie quantique des champs – un exploit rendu possible uniquement par la puissance de calcul massive disponible aujourd’hui – il promet de faire progresser à la fois notre compréhension fondamentale des interactions moléculaires et des applications telles que la découverte de médicaments, où la dynamique moléculaire joue un rôle clé. Cette bourse du CER, la 11ème obtenue par des membres de la Faculté des Sciences, des Technologies et de Médecine, souligne une fois de plus le rôle central joué par la Faculté dans la recherche à haute visibilité au Luxembourg. »
« Cette bourse avancée du CER est une nouvelle reconnaissance internationale de l’excellence de la recherche du professeur Tkatchenko et un témoignage supplémentaire du positionnement fort de notre Université dans la recherche et la technologie quantiques », a déclaré le professeur Jens Kreisel, vice-recteur à la recherche. « Outre les projets en cours dans les domaines de la science quantique, de l’informatique quantique et de la communication quantique, cette bourse du CER est prometteuse pour la connaissance fondamentale des systèmes biologiques. Le projet nécessite d’importantes ressources de calcul à haute performance (HPC), qui seront fournies par l’infrastructure HPC de l’Université et le nouveau supercalculateur luxembourgeois MeluXina. »
Le Luxembourg : un terreau fertile pour une recherche interdisciplinaire d’excellence à impact direct
Depuis l’arrivée du professeur Tkatchenko au Luxembourg en 2015, son équipe a attiré plus de 10 millions d’euros de fonds compétitifs du Fonds National de la Recherche du Luxembourg, de la Commission européenne et de l’Institute for Advanced Studies de l’Université du Luxembourg, ainsi que des projets de collaboration avec des partenaires industriels, tels que Google et Janssen Pharmaceuticals.
Un solide réseau d’experts internationaux, ainsi que des collaborations étroites avec des scientifiques du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine, du Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) et d’autres institutions nationales, seront mis à profit pour mener à bien le projet multidisciplinaire FITMOL et les applications envisagées pour prédire de nouvelles fonctionnalités dans les matériaux à l’échelle nanométrique et les systèmes biologiques.
Au total, le CER a accordé aujourd’hui des bourses avancées à hauteur de 624 millions d’euros à 253 chercheurs de premier plan dans 21 pays européens. Leurs travaux devraient générer de nouvelles connaissances dans de nombreux domaines, comme l’utilisation des mathématiques pour trouver de meilleures façons d’utiliser les antibiotiques et la chimiothérapie, la protection de la biodiversité des îles, l’exploration de l’Aube cosmique et la compréhension de l’évolution des sons du langage au fil du temps. Les subventions avancées du CER sont conçues pour soutenir scientifiques et universitaires excellents dans tous les domaines, au stade de leur carrière où ils sont déjà des chefs de file reconnus de la recherche, avec un palmarès reconnu.
Il s’agit de la quatrième subvention avancée du CER accordée à l’Université du Luxembourg et représente la quatrième bourse phare accordée au professeur Tkatchenko par le Conseil européen de la recherche. Ses contributions exceptionnelles pour repousser les limites de la connaissance dans la modélisation moléculaire ont été précédemment reconnues lorsqu’il a obtenu une Starting Grant en 2011, une Consolidator Grant en 2017 et une Proof-of-Concept Grant en 2020. Au total, les chercheurs de l’Université du Luxembourg ont obtenu 19 subventions du CER.