Créé durant les XVIe et XVIIe siècles, le microscope est devenu un outil scientifique indispensable pour l’observation d’objets invisibles à l’œil nu. Il est utilisé dans divers domaines comme l’enseignement, l’industrie, la médecine et la biologie pour améliorer notre capacité à explorer et à comprendre le monde microscopique. Mais quels sont les types de microscopes disponibles aujourd’hui ? Voici un tour d’horizon complet de ces instruments de grossissement.
Le microscope optique : simple à utiliser et performant
Le premier appareil de ce genre était le microscope optique, qui se composait d’un système de lentilles superposées.
Principe de fonctionnement
Le microscope optique, aussi appelé microscope photonique, est un appareil d’optique permettant de grossir considérablement l’image d’un échantillon. Il est équipé d’un ou plusieurs objectifs, ainsi que d’oculaires à travers lesquels l’utilisateur regarde. Cet instrument comprend également un condenseur, une platine porte-échantillon, des molettes de mise au point (fine et grossière), et un système d’éclairage.
Le microscope optique fonctionne en utilisant la lumière. L’objectif crée une image intermédiaire agrandie et inversée que l’oculaire agrandit davantage pour fournir une vue redressée à l’utilisateur. Il peut offrir un pouvoir de grossissement allant jusqu’à 2 500 fois. Ne le confondez pas avec la loupe binoculaire (ou stéréomicroscope), conçue pour les observations à faible grossissement comme les insectes, les plantes et les monnaies.
Les différents types de microscopes optiques
Aujourd’hui, le marché propose trois principaux types de microscopes : le microscope optique classique, le microscope optique numérique et le microscope optique à fluorescence.
Microscope optique simple
Le microscope optique classique permet une utilisation en transmission ou en réflexion. En mode transmission, la lumière traverse l’échantillon étudié par le dessous. En mode réflexion, la lumière éclaire l’échantillon du même côté que l’objectif, se réfléchit à sa surface et produit une image grâce à un système de miroirs. Cette technique est idéale pour observer des échantillons épais ou opaques.
Microscope optique à fluorescence
Le microscope optique à fluorescence est un outil précieux pour étudier des spécimens naturellement fluorescents, tels que la chlorophylle et le quartz. Il est également utilisé pour examiner des molécules ou des structures qui deviennent fluorescentes après excitation par une source lumineuse spécifique. Cette technique produit une image à partir de la lumière émise par l’échantillon, offrant une vue détaillée et informative de ses propriétés fluorescentes.
Microscope optique numérique
Le microscope optique numérique fonctionne de manière similaire au microscope optique traditionnel, mais l’oculaire est remplacé par une caméra optique puissante. Cet appareil se connecte à un ordinateur ou est équipé d’un écran couleur intégré, permettant de visualiser les images en temps réel. Cette configuration facilite l’observation, l’analyse et le partage des données, tout en offrant des possibilités avancées de documentation et de manipulation des images.
Ce type de microscope est idéal pour les observateurs exigeants. Il offre de nombreux avantages, notamment un confort visuel accru, des images de qualité supérieure, un puissant grossissement pouvant atteindre jusqu’à 5 000 fois pour les modèles les plus performants, ainsi que la possibilité d’enregistrer les images obtenues.
Le microscope électronique
Le premier microscope électronique a été inventé en 1931 par deux scientifiques allemands : Max Knoll et Ernst Ruska, tous deux lauréats du prix Nobel de physique en 1986. Cette avancée technique a marqué une révolution dans le domaine de la microscopie, permettant désormais l’étude de la matière à l’échelle atomique.
Principe de fonctionnement
Tout comme le microscope optique, le microscope électronique utilise un système de lentilles et de faisceaux. Cependant, la différence essentielle réside dans le fait que cet instrument utilise des électrons plutôt que de la lumière pour l’observation de l’échantillon. De plus, il est équipé de lentilles électromagnétiques, des électro-aimants qui dirigent et focalisent les électrons, en remplacement des lentilles en verre traditionnelles.
Les électrons ayant une longueur d’onde beaucoup plus courte, ce type de microscope bénéficie d’une résolution considérablement accrue et d’une capacité de grossissement pouvant atteindre jusqu’à 2 millions de fois !
Les différents types de microscopes électroniques
Actuellement, les deux principaux types de microscopes électroniques sont le microscope électronique en transmission (MET) et le microscope électronique à balayage (MEB). Ces instruments sont principalement utilisés par des professionnels dans divers domaines scientifiques.
Microscope électronique à balayage
Le microscope électronique à balayage ou MEB est conçu spécifiquement pour l’observation détaillée de surfaces tridimensionnelles d’objets. Il utilise un canon à électrons et des lentilles électromagnétiques pour diffuser et focaliser un faisceau d’électrons sur chaque point de l’échantillon.
Les électrons balayent l’intégralité du spécimen étudié, créant ainsi une image en relief. Cet instrument est particulièrement adapté pour examiner la surface de matériaux, d’objets et de bactéries, offrant une résolution pouvant atteindre un nanomètre.
Microscope électronique en transmission
Un microscope électronique en transmission, abrégé MET, est un instrument d’optique sophistiqué comprenant un canon à électrons, plusieurs lentilles électromagnétiques, un dispositif de détection et deux oculaires.
Un microscope électronique en transmission (MET) utilise un faisceau d’électrons à haute tension qui traverse une préparation microscopique très fine. Les interactions entre ces électrons et l’échantillon génèrent une image avec une résolution qui peut atteindre jusqu’à 0,08 nanomètre voire même 0,04 nanomètre. Cela permet l’observation détaillée de virus, cristaux, mitochondries (organites cellulaires impliqués dans la respiration), et autres éléments microscopiques.
Le microscope à sonde locale
Le microscope à sonde locale a été développé dans les années 1980 par Gerd Binning et Heinrich Rohrer, chercheurs chez IBM. Leur invention du premier microscope à effet tunnel leur a valu le prix Nobel en 1986. Ce nouvel instrument d’optique offre une résolution permettant d’observer des structures atomiques.
La microscopie de champ proche ou à sonde locale est basée sur le principe de la cartographie par balayage. Les appareils utilisant cette technique sont équipés d’une fine pointe en forme de cône qui explore la surface de l’échantillon. L’interaction entre le spécimen analysé et la sonde est enregistrée et transmise à l’observateur sous forme d’image à l’échelle atomique. Ils nécessitent l’utilisation d’un ordinateur pour contrôler le déplacement de la sonde et visualiser les résultats obtenus.
Les différents types de microscopes en champ proche
Trois principaux types de microscopes à sonde locale sont couramment utilisés : et le microscope optique en champ proche, le microscope à force atomique et le microscope à effet tunnel.
Microscope à effet tunnel
Le microscope à effet tunnel (STM), inventé en 1981 par les chercheurs Gerd Binning et Heinrich Rohrer, exploite le phénomène quantique de l’effet tunnel pour produire des images à l’échelle atomique. Il fonctionne en mesurant l’intensité du courant électrique qui passe entre la sonde et la surface de l’échantillon scanné. L’utilisateur ajuste la hauteur de la pointe de la sonde à l’aide d’un ordinateur pour maintenir un courant constant, ce qui permet d’obtenir une résolution extrêmement fine, jusqu’à 1/100 d’atome.
Microscope à force atomique
Le microscope à force atomique (MFA ou AFM pour Atomic Force Microscope), dérivé de son prédécesseur, le microscope à effet tunnel, a été inventé en 1985. Ce dispositif permet de cartographier en trois dimensions les détails d’un objet à l’échelle atomique. Il enregistre les variations des forces interatomiques entre l’extrémité de la sonde et la surface de l’échantillon étudié pour créer une image détaillée et précise.
Microscope optique en champ proche
Le microscope optique en champ proche (MOCP ou SNOM pour Scanning Near-Field Optical Microscope) est un dispositif qui utilise une sonde à fibre optique pour détecter le champ électromagnétique à la surface d’un échantillon. Il peut être utilisé en transmission (où la lumière traverse l’échantillon). Il peut être utilisé aussi en réflexion (où la lumière est réfléchie par l’échantillon). Les images obtenues peuvent atteindre une résolution spatiale de 10 nanomètres.
Maintenant, vous avez une bonne compréhension des différents types de microscopes, de leurs caractéristiques et de leurs divers champs d’application. Ces instruments de grossissement sont regroupés en trois grandes catégories : les microscopes optiques, les microscopes électroniques et les microscopes à sonde locale.
