La cuisinière à gaz domestique brûle avec une flamme bleue, mais si l'on chauffe le méthane plus fort et sans accès à l'air, il se décompose en hydrogène et en une poudre noire – cette même suie qui sert à fabriquer les pneus et le toner des imprimantes. En laboratoire, on utilise un tube à choc : l'onde de compression élève la température à 1850–2450 kelvins en quelques fractions de milliseconde, et les molécules de méthane se brisent.
Les faisceaux laser traversent le gaz chaud et révèlent combien de méthane reste et combien de molécules intermédiaires – éthylène et acétylène – sont apparues. Simultanément, deux faisceaux de longueurs d'onde différentes (633 et 1064 nanomètres) suivent la naissance des particules solides : plus il y a de suie, plus la lumière est atténuée. On peut ainsi observer la vitesse à laquelle les premiers germes apparaissent et comment ils croissent.
Après l'expérience, la suie est récupérée sur les parois du tube et examinée au microscope électronique. Un programme informatique identifie automatiquement des milliers de particules sur les images et mesure leur diamètre. Il s'avère qu'à haute température, les particules s'agrègent à peine, restant ainsi petites, mais leur ordre interne est plus élevé. C'est important pour les usines : la taille et la structure de la suie déterminent la résistance du caoutchouc ou la noirceur du toner.
Les modèles qui prédisent le comportement du gaz fonctionnent bien pour les molécules simples, mais divergent dans l'estimation de la quantité de grands composés aromatiques – les précurseurs de la suie. En reliant la chimie gazeuse à la croissance des particules, les chercheurs ont obtenu des données de référence pour valider les programmes. Les ingénieurs pourront désormais calculer plus précisément les réacteurs où le méthane se transforme en hydrogène et en suie sans émission de dioxyde de carbone.
Dans un tube à choc, le gaz est chauffé à 2450 kelvins – c'est plus chaud que la surface de nombreuses étoiles, mais ce chauffage dure moins d'une milliseconde.