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1.1. Champs de force additifs de paire 7
de force dédiés à la modélisation de systèmes biologiques doivent prendre en compte les
effets de l’environnement sur la géométrie. Les paramètres doivent donc être optimisés
pour reproduire les géométries en phase condensée plutôt qu’en phase gazeuse [22]. Par
exemple, il est possible d’utiliser les données cristallographiques présentes dans la CSD
(Cambridge Crystal Database) [23]. Les paramètres géométriques sont alors optimisés à
partir d’un ensemble de structures représentatives. Suivant le même objectif, les calculs
de mécanique quantique peuvent être effectués en présence de molécules d’eau ou dans
un solvant implicite [24].
La détermination des paramètres pour les potentiels entre atomes non-liés est générale-
ment plus complexe car le nombre de données cibles est relativement restreint par
rapport au nombre de paramètres à optimiser. De ce fait, il n’existe pas de solution
unique limitant ainsi la mise en place d’algorithmes d’optimisation automatiques. La
contribution de van der Waals aux champs de force empiriques est souvent considérée
de moindre importance par rapport à la contribution électrostatique. Ce point de vue
est la plus part du temps erroné. Des études ont montré que la contribution de van
der Waals pouvait participer à plus de 50 % à l’énergie d’interaction moyenne dans le
N-méthylacétamide (NMA) liquide [25] ou bien encore dans des cristaux de base d’acide
nucléique [26]. Il apparaît donc clairement que l’optimisation des paramètres de van der
Waals est essentielle pour la qualité des champs de force pour l’étude de biomolécules en
phase condensée. Des avancées importantes dans l’optimisation des paramètres de van der
Waals ont été réalisées avec le développement du champ de force OPLS [27]. Dans cette
approche, les paramètres de van der Waals sont affinés pour reproduire des grandeurs
telles que les énergies de vaporisation et les volumes moléculaires déterminés à partir de
simulations Monte-Carlo. Des stratégies identiques ont également été appliquées pour
développer les champs de force tels que Charmm [16, 17] et Amber [18]. Des méthodes
alternatives basées seulement sur la mécanique quantique ont été proposées pour dériver
les paramètres de van der Waals. En pratique, les approches quantiques seules ne peuvent
rendre compte précisément des interactions de dispersion. De ce fait, les modèles obtenus
décrivent assez mal les propriétés de systèmes en phase condensée.
La mise au point de modèles pour traiter les interactions électrostatiques est au centre du
développement des champs de force. Pour les systèmes biologiques, la description est en
général limitée à l’utilisation de charges ponctuelles atomiques. De nombreuses approches