Blog de Paul Jorion

Illustration par ChatGPT

Quand l’explicabilité rattrape la précision en chimie moléculaire

GENESIS n’a jamais été conçu comme une théorie de la chimie.

Il s’agit, à l’origine, d’un cadre général visant à comprendre comment des structures organisées émergent, se stabilisent et deviennent explicables – que l’on parle d’intelligence artificielle, de cognition humaine ou de systèmes naturels. C’est précisément pour cette raison que le résultat que je présente ici mérite d’être signalé publiquement.

En travaillant à partir de GENESIS, Jean-Baptiste Auxietre a développé un modèle analytique explicable permettant de prédire les angles de valence moléculaires avec une précision comparable aux méthodes lourdes de la chimie quantique, mais avec un coût de calcul négligeable et, surtout, une transparence complète des mécanismes invoqués.

Ce billet ne présente pas une “découverte fondamentale” : il rend visible un seuil méthodologique franchi.

L’état de la question aujourd’hui

La prédiction de la géométrie moléculaire occupe une place centrale en chimie depuis des décennies. Pourtant, la discipline vit avec une dissociation devenue presque invisible tant elle est intégrée dans les pratiques.

D’un côté, les règles qualitatives – VSEPR, règles de Bent, arguments d’hybridation – offrent une intuition structurale utile. Elles permettent de comprendre pourquoi une molécule adopte une forme donnée, mais leur précision numérique reste limitée, parfois grossièrement insuffisante.

De l’autre, les méthodes ab initio – DFT, MP2, CCSD(T) – atteignent une grande précision sur les angles et les énergies. Mais cette précision a un prix : un coût de calcul élevé et, surtout, une perte quasi totale d’intelligibilité. Le résultat est exact, mais le mécanisme reste enfoui dans le calcul.

Avec le temps, cette dissociation a fini par être acceptée comme inévitable :

• la précision serait du côté de la force brute de calcul,
• l’explication du côté de règles approximatives,
• et le lien entre les deux aurait disparu.

C’est ce compromis tacite que le travail présenté ici remet en question.

Une troisième voie là où l’on croyait le compromis inévitable

Le modèle développé à partir de GENESIS explore une voie différente : il s’agit d’une loi analytique explicite, formulée sous la forme d’une équation fermée, dans laquelle chaque terme correspond à un mécanisme identifiable : hybridation, électronégativité, répulsion d’échange, rôle des paires libres, effets de spin, corrélations électroniques, polarisabilité, etc.

Cette loi :

• s’appuie sur un noyau très restreint de constantes mathématiques non ajustées ;

• n’introduit qu’un nombre limité de paramètres, ajustés une fois pour toutes ;

• produit des prédictions en microsecondes ;

• et atteint une erreur moyenne d’environ 0,06° sur un ensemble standard de petites molécules.

Autrement dit, elle combine trois propriétés que l’on croyait difficilement compatibles :

• une lecture physique terme par terme,

• une précision comparable aux méthodes lourdes,

• et une extrême légèreté computationnelle.

Ce résultat suggère que la complexité calculatoire des approches ab initio ne correspond pas nécessairement à une complexité structurelle irréductible du phénomène étudié.

La géométrie moléculaire, du moins dans ce domaine bien circonscrit, semble beaucoup plus compressible que ce que l’on supposait.

Ce que ce travail apporte réellement

Il est important d’être précis sur la nature du progrès réalisé. Ce travail n’apporte pas une nouvelle loi fondamentale au sens fort. Il apporte un déplacement méthodologique net :

• il rétablit un continuum entre compréhension et précision, là où l’on croyait devoir choisir ;

• il montre qu’un modèle intégralement explicable peut rivaliser avec des méthodes réputées inaccessibles à l’interprétation ;

• il suggère que certaines constantes simples jouent un rôle organisateur global, sans qu’il soit nécessaire de mobiliser à chaque fois l’intégralité de l’outillage quantique.

À ce titre, son intérêt dépasse la chimie moléculaire stricto sensu : il concerne plus largement notre manière contemporaine de penser le rapport entre calcul, explication et connaissance scientifique.

À propos des constantes invoquées

Le modèle fait intervenir certaines constantes mathématiques simples — notamment le rapport

e / π²

– qui semblent jouer un rôle pivot dans la transition entre hybridation sp³ et dominance des orbitales p selon la période chimique.

Il serait prématuré, et incorrect, d’y voir immédiatement une nouvelle constante fondamentale de la nature. Ce que l’on peut dire plus modestement est ceci : lorsqu’on cherche à comprimer l’explication plutôt qu’à accumuler le calcul, des structures numériques simples tendent à émerger. Il s’agit d’un signal faible, mais d’un signal réel.

Ce que ce travail ne démontre pas

Il est essentiel de le dire explicitement.

Ce travail :

• ne dérive pas ses résultats à partir de l’Hamiltonien quantique complet ;

• ne prétend pas remplacer la chimie quantique ab initio ;

• ne généralise pas encore aux géométries complexes, aux cycles, aux métaux ou aux solides ;

• ne démontre pas le statut fondamental des constantes utilisées.

Il s’agit d’un résultat intermédiaire, exactement situé là où un programme de recherche commence à devenir intéressant.