Quand le sucre tombe dans le thé, il se dissout. Mais pourquoi ne retombe-t-il pas au fond ? Tout est une question de potentiel chimique — une grandeur qui indique à quel point il est « avantageux » pour une substance de se trouver à un endroit et dans un état donnés. Pour une substance pure, c'est facile à calculer, mais pour un mélange de plusieurs composants, c'est un vrai casse-tête.
Le potentiel chimique peut être mesuré en observant comment les particules se déplacent aléatoirement dans un liquide. Si à un endroit donné le nombre de particules augmente puis diminue, cela laisse une trace dans les fluctuations de leur nombre. Les auteurs de l'étude ont repris ce principe et l'ont étendu à des mélanges avec un nombre quelconque de composants. Ils ont utilisé l'apprentissage profond pour choisir intelligemment quelles compositions de mélange étudier et lesquelles peuvent être ignorées — comme un dégustateur expérimenté qui ne goûte pas tous les plats, mais seulement les plus importants.
La méthode a été testée sur deux problèmes. D'abord, ils ont calculé l'énergie libre de mélange d'un alliage métallique fondu — ce qui est important pour la métallurgie. Ensuite, ils ont calculé la solubilité de deux formes de paracétamol dans un mélange d'eau et d'éthanol — cela relève de la pharmacie. Ces deux problèmes exigeaient auparavant d'énormes ressources de calcul, mais sont désormais résolus en un temps raisonnable.
Cette approche ouvre la voie à la prédiction rapide des propriétés de mélanges complexes — des nouveaux médicaments aux matériaux pour batteries.
Le potentiel chimique, c'est comme une « pression » pour les particules : il indique où les particules vont se déplacer pour que le système soit plus confortable. Par exemple, c'est à cause de la différence de potentiel chimique que le sel se répartit uniformément dans la soupe, au lieu de se rassembler dans un coin.