Dans un atelier de joaillerie, on ne mélange pas l'or avec le ruthénium : l'un est mou et brillant, l'autre réfractaire et fragile. Mais à l'échelle nanométrique, ces métaux se fondent en un alliage unique qui, lorsqu'on le chauffe, commence à se séparer, comme l'huile et l'eau dans un bouillon qui refroidit. C'est précisément ce comportement que des chercheurs ont filmé en étudiant des particules plus petites qu'un centième de l'épaisseur d'un cheveu.

Au départ, les nanoparticules sont un mélange homogène d'or et de ruthénium avec un empilement cubique d'atomes. Lorsqu'on les chauffe au-dessus de 350 degrés Celsius, des zones distinctes se forment à l'intérieur de chaque particule : riches en or (avec un réseau cubique) et riches en ruthénium (avec un réseau hexagonal). Cela ressemble à la façon dont, dans une cire qui fige, se rassemblent des cristallites de formes différentes. Mais le plus intéressant se produit lorsque les particules sont placées dans un mélange d'hydrogène et d'azote sous pression atmosphérique, comme dans les réacteurs industriels de synthèse de l'ammoniac.

Ces vides et les facettes nettes à la surface des particules n'apparaissent que sous haute pression de gaz. Les calculs ont montré que l'hydrogène accentue la différence de mobilité entre les atomes d'or et de ruthénium, poussant le premier à partir plus vite et à laisser des lacunes – des « trous » laissés par les atomes partis. Ce mécanisme est connu sous le nom d'effet Kirkendall : si deux métaux diffusent à des vitesses différentes, des pores se forment à l'interface.

Comprendre ces réorganisations aidera à créer des catalyseurs qui ne se dégradent pas en fonctionnement. Car l'ammoniac est nécessaire pour les engrais, et sa production consomme aujourd'hui environ 2 % de l'énergie mondiale. Si les particules sont plus stables, le processus deviendra moins cher et plus écologique.