Pour les chimistes, trouver la molécule la plus adaptée à une application particulière peut s'apparenter à rechercher une aiguille dans une botte de foin. Avec un choix de plusieurs millions de composés, les spécialistes doivent souvent recourir à l'intuition lorsqu'ils tentent de résoudre des problèmes inhérents aux processus faisant intervenir des réactions chimiques.

La multinationale américaine Dow Chemical travaillait avec un fabricant de pâte à papier pour améliorer l'efficacité de son procédé chimique, dans le but d'améliorer sa qualité grâce à un processus plus sûr. Mais pour atteindre cet objectif, Dow avait besoin d'une méthode plus rapide et plus holistique pour identifier les molécules candidates. Elle a donc initié une collaboration avec Chemical Abstracts Services (CAS), une division de l'American Chemistry Society, afin d'exploiter CAS SciFinder-n qui, contrairement aux moteurs de recherche génériques, est optimisé pour la recherche de molécules chimiques à partir d'un catalogue électronique de plus de 200 millions de composés.

Le projet qui en a résulté, SmartSearch, a valu à Dow de figurer sur la liste CIO 100 Awards, des trophées organisés par CIO Etats-Unis, en 2023. Récompensé pour le caractère innovant, le projet permet désormais à des milliers de chimistes de Dow de découvrir en quelques minutes les molécules dont ils ont besoin, alors qu'il leur fallait auparavant des semaines pour les identifier.

Filtrer rapidement des molécules candidates

« Le point de départ de ce projet réside dans notre volonté de trouver un moyen plus rapide de rechercher des molécules dans une base de données », explique Nathan Wilmot, directeur informatique des partenariats avec les clients pour les données au sein du groupe data et analytics de Dow. « Auparavant, les chimistes se fiaient beaucoup à leur intuition et à la consultation de catalogues pour identifier les molécules ».

Avec SmartSearch, les chimistes de Dow peuvent très rapidement filtrer « la disponibilité chimique, physique et commerciale, ainsi que les propriétés en matière d'impact sur la santé et de sécurité d'une molécule ou d'un ensemble de molécules susceptibles de convenir à une application donnée », détaille le directeur IT. Le tout en l'espace de quelques minutes.

Dans le cadre du projet pilote sur la pâte à papier, CAS SciFinder a, par exemple, aidé Dow à identifier un ensemble de 8 à 12 molécules plus sûres et plus durables comme candidats possibles pour remplacer le composé que le fabricant souhaitait remplacer. Dow a depuis réduit cette liste à deux ou quatre options moléculaires et prévoit de commercialiser l'une d'entre elles d'ici un an ou deux, indique Nathan Wilmot. « Cela élimine beaucoup de temps d'expérimentation... et accélère considérablement nos recherches ».

Les données du Chemical Abstracts Service et l'IA pour les exploiter

Le Chemical Abstracts Service a été fondé en 1903 en tant que ressource pour les chimistes du monde entier. Il est le 'gardien' d'un registre renfermant plus de 200 millions de substances indexées et conservées à partir de diverses sources, y compris des brevets et des notes de réunion, selon une porte-parole du CAS. SmartSearch pour Dow utilise la technologie de recherche propriétaire CAS SciFinder et y associée une plateforme renfermant un graphe de connaissances de plus de 2,5 milliards d'entités et plus de 20 milliards de relations chimiques, selon Venki Rao, CTO de CAS.

Un contenu exploité notamment par des technologies modernes de traitement du langage naturel (NLP) et des réseaux neuronaux, ajoute le CTO, pour qui l'union de la plateforme de CAS et de technologies modernes d'IA offre à Dow de nouvelles capacités pour alimenter sa R&D et atteindre ses futurs objectifs d'entreprise.

Le partenariat entre Dow et le Chemical Abstracts Service existe depuis de nombreuses années, mais l'entreprise l'a renforcé pour créer SmartSearch pour Dow, explique Nathan Wilmot, qui n'a pas voulu préciser dans quelles directions l'entreprise entend désormais étendre cette collaboration. Même si l'utilisation de l'IA dans la R&D semble de nature à transformer l'industrie chimique. Car il existe des millions de molécules et trouver celle qui a un usage unique en utilisant le numérique apparait comme un accélérateur de l'innovation dans le secteur. Le phénomène aura un impact profond sur les activités de Dow, assure en tout cas Nathan Wilmot. « Nous avons travaillé en étroite collaboration avec le CAS en tant que partenaire d'innovation spécifiquement dans ce domaine depuis 2019 et 2020, lorsque cet organisme a commencé à rafraîchir son modèle et à mettre en place une organisation axée vers les services », explique le directeur IT.

« Ne plus chercher une aiguille dans une botte de foin »

Les chimistes de Dow continuent de construire leur propre base de données de produits chimiques et l'enrichissent de l'expertise du CAS pour « prendre de meilleures décisions », résume Nathan Wilmot. SmartSearch for Dow est désormais utilisé dans le cadre d'un certain nombre de projets dans les secteurs des plastiques, des silicones et des polyuréthanes, ainsi que pour de nombreuses solutions industrielles, note le directeur IT. À tout moment, 10 à 12 collaborateurs du groupe travaillent sur cette solution collaborative.

« Au lieu d'une aiguille dans une botte de foin, SmartSearch nous permet de trouver la meilleure molécule en fonction des données dont nous disposons, reprend Nathan Wilmot. Nous pouvons transmettre ces données à tous les chercheurs pour qu'ils trouvent les meilleures cibles disponibles - les matériaux les plus durables, les plus rentables, les plus performants - le plus rapidement possible, ce qui nous confère un avantage concurrentiel. »