Vous êtes-vous déjà demandé à quoi ressemblent les plus petites choses de près ? Qu’il s’agisse d’un grain de sucre dans votre café, d’une mèche de cheveux ou des cellules de votre joue, vous ne pouvez pas voir ces choses et les examiner de près avec votre seul œil nu. Si ces éléments sont déjà difficiles à inspecter, qu’en est-il des plus petites parties d’un organisme et d’autres choses qui semblent presque invisibles ? C’est à cela que servent les microscopes.
Qu’est-ce qu’un microscope ?
Un microscope, du grec ancien mikrós ou « petit » et skopeîn ou « regarder ou voir », est un outil qui sert à visualiser des objets plus petits que l’œil humain peut voir. La microscopie est le domaine d’étude scientifique qui sert à étudier des structures et des objets minuscules à l’aide d’un microscope.
C’est au 16ème siècle que le premier microscope composé a été découvert par et crédité à Zacharias Janssen. En plaçant un objet à l’extrémité d’un tube, et en plaçant deux lentilles en haut et en bas du tube, Zacharias et son père Hans, se sont rendu compte que l’objet était agrandi. Grâce à cette découverte, d’autres percées et innovations ont été développées et ont conduit aux microscopes que nous utilisons aujourd’hui.
Comment fonctionnent les microscopes ?
Les microscopes les plus basiques utilisés dans diverses institutions aujourd’hui utilisent une série de lentilles qui collectent, reflètent et concentrent la lumière dans le spécimen, qui est l’objet inspecté. Sans la présence de lumière, les microscopes ne fonctionnent pas. Ce type de microscope est généralement utilisé dans les centres de recherche, les écoles et les hôpitaux.
L’utilisation de différentes lentilles de microscope favorise le grossissement sans altérer la qualité de l’image produite. En dehors du grossissement de l’objectif, il est également important d’identifier le champ de vision du microscope pour mesurer avec précision la taille de votre spécimen. De plus, la plupart des microscopes sont dotés d’objectifs binoculaires composés de deux lentilles et d’un prisme pour diviser l’image sur les deux oculaires où vous jetterez un coup d’œil.
À une autre extrémité du microscope se trouvent les lentilles d’objectif qui sont responsables de la collecte et de la concentration de la lumière dans le spécimen. Ces lentilles d’objectif ont des forces variables qui peuvent être utilisées une à la fois en ajustant le porte-nez rotatif.
Un instrument appelé oculaire grossit l’objet en modifiant la longueur d’onde de la lumière utilisée dans l’instrument pour le faire fonctionner. Il existe de nombreux types d’oculaires, chacun étant capable d’accomplir des tâches différentes. Les oculaires les plus courants sont ceux qui utilisent la technologie de déplacement de gaz pour fournir la lumière. L’oculaire le plus courant suivant est le modèle à correction de gaz. Le troisième oculaire commun est le modèle à cellule photoélectrique.
D’autres types d’oculaires existent et sont utilisés en fonction des besoins de l’expérience menée. En apprenant comment fonctionne un microscope, les chercheurs seront en mesure d’utiliser ces oculaires dans leurs expériences, offrant ainsi de meilleurs moyens d’étudier la nature et ses rouages.
Les microscopes sont généralement alimentés par des piles ou par des mécanismes mécaniques pour permettre l’observation d’objets jusqu’à 10 fois plus petits que leur taille originale. Si un spécimen microscopique n’est pas manipulé correctement ou de manière inappropriée, il peut déformer l’image et donner des résultats trompeurs. Par conséquent, il est important d’utiliser le bon type de microscope et de le manipuler correctement pour observer l’objet que vous avez choisi.
Voici cinq types de microscope, leurs qualités spécifiques et leurs utilisations :
- Microscope simple
Un microscope simple est simplement une grande loupe avec une distance focale plus courte qui possède un miroir convexe avec une petite zone focale. Les exemples les plus courants de ce type d’appareil sont la lentille portative et la lentille oculaire.
Lorsqu’un matériau est tenu à proximité de l’objectif du microscope, sa mise au point est créée, et l’objet original devient agrandi et plus droit. Ensuite, on fait la mise au point sur une partie du matériau en rapprochant les deux bords de l’objectif. Cela crée une image plus petite et plus focalisée du matériau que la zone plus grande.
Comme il ne s’agit que d’un microscope simple, il n’a qu’un seul niveau de grossissement en fonction de la lentille utilisée. Par conséquent, les microscopes simples ne sont utilisés que pour lire et grossir des éléments non complexes. Par exemple, vous pouvez utiliser une loupe pour zoomer sur les détails d’une carte.
- Microscope à lumière composée
Un microscope composé est le type le plus commun de microscope utilisé aujourd’hui, dont le mécanisme est expliqué précédemment. C’est essentiellement un microscope qui a une lentille ou une caméra sur elle qui a un milieu composé entre les deux. Ce milieu composé permet des grossissements à une échelle très fine.
Alors que le microscope simple ne nécessite que la lumière naturelle pour voir l’objet, un microscope à lumière composée a besoin d’un illuminateur pour voir le spécimen. Voici les spécifications de base d’un microscope composé :
- Grandissement : Cela concerne le fait de faire paraître le spécimen plus grand à travers le microscope grâce au zoom des lentilles. Le grossissement est une propriété quantifiée qui va de 40x, 100x, 400x, et jusqu’à 1000x.
- Résolution : Il s’agit de la qualité de l’image capturée par l’objectif du microscope composé. Une résolution plus élevée signifie que l’image sera plus claire et plus détaillée. En outre, il a une clarté visuelle améliorée car il a plus de couches de grossissements.
- Contraste : Comme en photographie, l’obscurité de l’arrière-plan par rapport au foyer ou au spécimen est appelée contraste. Un excellent contraste est généralement obtenu en colorant le spécimen afin que ses couleurs ressortent lorsqu’il est observé au microscope.
Les microscopes composés sont extrêmement utiles pour la recherche sur différents domaines. Il a fait un grand impact sur la science et la technologie en général. Certaines de ses utilisations populaires sont lors de la visualisation d’un spécimen scientifique à des fins éducatives et de recherche. Si vous envisagez de faire des études de médecine, vous rencontrerez souvent ce type de microscope dans vos cours.
- Stéro-microscope
Le stéréomicroscope, microscope à dissection ou stéréoscopique, est une version de microscopie optique conçue spécifiquement pour l’imagerie à faible grossissement d’un spécimen biologique. Il fonctionne par réflexion de la lumière sur la surface du spécimen plutôt que par transmission à travers son milieu.
Ce type de microscope est souvent utilisé dans les laboratoires de chimie où des images tridimensionnelles plus détaillées sont nécessaires, ce qui serait possible avec un microscope électronique ou un autre microscope de forte puissance. Bien que la technologie de la stéréomicroscopie existe depuis plus de 100 ans, les stéréomicroscopes ne sont apparus que récemment dans les laboratoires et peuvent produire des images de meilleure qualité que jamais auparavant.
Beaucoup de gens choisissent les stéréoscopes plutôt que d’autres modèles de microscopes parce qu’ils peuvent produire des images de meilleure qualité selon les besoins de chacun. En outre, ces modèles de microscope nécessitent moins d’entretien et sont peu coûteux. Les applications du stéréomicroscope impliquent des exigences microscopiques moins approfondies, telles que la visualisation de matériaux de fabrication, le travail sur des circuits imprimés, la dissection et l’inspection.
- Microscope électronique à balayage (SEM)
Un microscope électronique à balayage est un type très populaire de microscopes électroniques à balayage, qui produit des images d’un matériau en balayant l’échantillon avec un faisceau d’électrons à haute puissance. Les électrons qui interagissent avec les atomes de l’échantillon créent différents signaux qui contiennent des données sur la structure et la topographie du matériau. Les images qui sont produites à l’aide de ces instruments de microscopie sont très précises, de même qu’elles peuvent être visualisées en haute résolution à l’aide d’un oculaire de microscope ou d’une loupe.
Pour obtenir des résultats appropriés à partir d’un SEM, l’échantillon ou le spécimen doit avoir une conduction électrique pour que les électrons rebondissent sur sa surface, produisant ainsi une image claire. Pour que l’échantillon devienne suffisamment conducteur d’électricité, on le recouvre d’une fine couche de métaux comme l’or.
Plusieurs techniques peuvent être employées pour améliorer la qualité d’image du MEB, telles que : l’imagerie par fluorescence, la microscopie électronique à pointe, le balayage multi-faisceaux et l’utilisation de cristaux colloïdaux.
En outre, il est important d’utiliser le microscope en bon état de fonctionnement, car cela réduira la qualité des images que vous recevrez. Avec tous ces éléments, vous pouvez disposer d’un excellent instrument qui vous permettra de visualiser et d’examiner le plus petit échantillon possible.
La liste ci-dessous présente les meilleures applications et utilisations d’un microscope électronique à balayage :
- Inspection des semi-conducteurs
- Science des matériaux
- Science médicale
- Enquête médico-légale
- Échantillonnage des sols et des roches
- Nanofils pour la détection des gaz
- Art
- Transmission. Microscope électronique (TEM)
La microscopie électronique à transmission est une méthode de microscopie optique dans laquelle un faisceau électrique d’électrons est transmis à travers un échantillon non coloré pour créer une image optique de l’échantillon. Au lieu d’envoyer des électrons pour balayer et rebondir sur l’échantillon comme le font les MEB, les MET permettent aux électrons de traverser l’échantillon mince. L’échantillon est généralement une tranche ultrafine de moins de 50 micromètres d’épaisseur ou une suspension d’électrolyte suspendue sur une grille de plaques en forme de grille.
Contrairement aux microscopes composés ordinaires, les TEM ont un grossissement étonnant qui est peut-être 10 000 fois supérieur à ce que font les microscopes optiques, ce qui permet aux chercheurs de voir des spécimens exceptionnellement petits. Il peut même illustrer l’arrangement des atomes au sein d’un échantillon.
En raison de la sophistication des TEM, ils sont extrêmement techniques et coûteux. Les étudiants n’ont généralement pas accès à ce type de microscope, car ils sont destinés aux scientifiques effectuant des travaux exigeants impliquant le domaine de la nanotechnologie, la recherche médicale, les sciences de la vie, la recherche biologique, la recherche sur les matériaux, la gemmologie et la métallurgie.
Cependant, les échantillons nécessitent une préparation détaillée où il faut les placer dans une chambre à vide. Ainsi, les échantillons vivants tels que les protozoaires ne peuvent pas être examinés sous TEM. Bien que les échantillons puissent être colorés ou recouverts de produits chimiques pour protéger leur structure, il y a plus de chances que le microscope détruise quand même l’échantillon. Malgré ces inconvénients, les contributions des microscopes électroniques à transmission sont inégalées.
D’innombrables façons possibles, les microscopes ont tant à offrir à la science. Grâce aux microscopes, les études et les apprentissages nécessitant un grossissement des objets peuvent être exécutés correctement. Les microscopes jettent également les bases d’autres développements scientifiques à venir. Au fur et à mesure que la compréhension du monde en matière de technologie augmente, il se pourrait que cela ne prenne qu’un certain temps avant que les microscopes se transforment en de nouveaux types avec encore plus de potentiel que ce qui est présent aujourd’hui.