IA & Applications en Chimie
Initiation à l’intelligence artificielle pour les chimistes : des réseaux de neurones à la prédiction de toxicité moléculaire, en passant par les objets connectés et les assistants IA pédagogiques.
Formation conçue et dispensée dans le cadre de la L3 ICPAC — Université Côte d’Azur — Disponible via webprofs.fr
L’approche
Cette formation progressive fait le pont entre chimie et intelligence artificielle. Les étudiants partent d’un seul neurone modélisant la loi de Beer-Lambert, et arrivent jusqu’aux Graph Neural Networks capables de prédire la toxicité de milliers de molécules sur 12 cibles biologiques simultanément.
Parcours pédagogique
7 modules progressifs, des bases de l’IA jusqu’aux GNN, avec exercices pratiques sur données réelles à chaque étape.
Introduction IA & LLM Historique, Transformers, attention
Réseaux de neurones Neurone formel, rétropropagation
Agents IA & IoT Arduino, MQTT, capteurs connectés
IA en Chimie Beer-Lambert → GNN → Toxicité
De la loi de Beer-Lambert aux GNN
Le parcours illustre comment un même outil — le réseau de neurones — s’enrichit progressivement pour répondre aux enjeux de la chimie.
1 neurone = Loi de Beer-Lambert
Un seul neurone à activation linéaire modélise A = ε × l × C. Le poids appris correspond au coefficient d’extinction molaire, le biais à l’absorbance résiduelle. Dosage réel de sulfate de cuivre.
Régression · Beer-Lambert · 1 neuroneClassification binaire
Passage à la classification avec fonction sigmoïde : séparation de données en 2 classes, visualisation des frontières de décision, extension à 3 classes avec Softmax.
Sigmoïde · Softmax · FrontièresToxicité moléculaire (MLP)
Réseau dense (Keras) + empreintes de Morgan (2048 bits) pour prédire la toxicité sur la base ClinTox (1 480 molécules). Limite : perte de l’information structurelle.
Morgan Fingerprints · Keras · ClinToxGraph Neural Networks (GNN)
La molécule est un graphe : atomes = nœuds, liaisons = arêtes. Le GNN conserve la géométrie 3D. Prédiction multi-tâches sur 12 cibles biologiques (Tox21, 8 000+ molécules, score ROC-AUC).
DeepChem · Tox21 · Message PassingLe problème des réseaux classiques en chimie
Pourquoi les GNN surpassent les approches classiques : un réseau de neurones standard ne peut pas traiter directement la structure géométrique d’une molécule.
Comment fonctionne un GNN ?
À partir d’une base de molécules connues, le réseau apprend en 4 étapes itératives :
Observation locale Chaque atome examine ses voisins
Propagation Message Passing de proche en proche
Empreinte apprise Embedding moléculaire (Global Pooling)
Prédiction Probabilité de toxicité
Outils pédagogiques interactifs
Trois programmes Python développés pour visualiser et comprendre les réseaux de neurones en temps réel.
mlp_pedagogique.py
Tableau de bord interactif (Matplotlib) pour visualiser en temps réel l’entraînement d’un MLP : hyperparamètres, fonctions d’activation, ajustement des poids.
MLP · Matplotlib · Interactifgnn_architecture.py
Visualisation graphique (NetworkX) de l’architecture interne d’un GNN : caractéristiques atomiques, Message Passing, Global Pooling, dimensions des matrices.
GNN · NetworkX · Architecturegnn_pedagogique.py
Tableau de bord dynamique : entraînement en direct sur des molécules (Hexane, Benzène, Phénol, Éthanol), projection dans l’espace latent 2D, courbe de Loss.
Espace latent · Molécules · Temps réelAgents IA & objets connectés
L’IA comme accélérateur de projets scientifiques : les étudiants en chimie utilisent des agents IA pour concevoir rapidement des objets connectés et leurs interfaces web.
Assistant IA intégré à Moodle
Un tuteur virtuel interactif basé sur LangFlow, directement intégré à la plateforme Moodle, spécialisé en IA, réseaux de neurones et Python.
Ressources & code source
IA_reseau_1neurone_TP_Chimie.ipynb · IA_reseau_2classes.ipynb · Toxicite_Keras_2.ipynb · Toxicite_GNN_DeepChem.ipynb · Toxicite_GNN_Tox21.ipynb · GNN_Toxicite_Ameliore.ipynb
mlp_pedagogique.py · gnn_architecture.py · gnn_pedagogique.py
Python · Keras · DeepChem · NetworkX · Matplotlib · RDKit · Morgan Fingerprints · Arduino · MQTT · LangFlow · Moodle
ClinTox (1 480 molécules) · Tox21 (8 000+ molécules, 12 cibles biologiques)
Voir le code sur GitHub →
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