microscope. n.m., instrument qui grossit les objets à la vue. Est aujourd'hui regroupé sous le terme de microscope un ensemble d'instruments très divers, qui font appel non seulement à la lumière, mais également à diverses particules ou ondes afin d'obtenir des images à des échelles spatiales et dans des conditions expérimentales très variées. L'ancêtre commun à tous ces appareils, le microscope optique simple, constitué d'une unique lentille montée sur un support, fit son apparition au XVIIe siècle et permit les premières observations d'organismes microscopiques. Le microscope composé, qui associe un objectif, placé du côté de l'objet, et un oculaire, du côté de l'oeil de l'observateur, permet des agrandissements beaucoup plus forts. L'objectif forme une image réelle renversée et agrandie de l'objet, et cette image est observée à travers l'oculaire qui fonctionne comme une loupe. Le microscope polarisant est un microscope optique utilisant deux polariseurs, l'un à l'entrée, donnant une lumière polarisée, et l'autre à la sortie, ou analyseur. Les objets biréfringents examinés présentent des couleurs d'interférence caractéristiques et différentes de leur couleur naturelle ; les objets isotropes deviennent opaques. Ce microscope est très utilisé pour l'examen des lames minces de roches ou de minéraux. Le microscope optique a sans cesse été amélioré. Le grossissement total peut être de plusieurs centaines et est aujourd'hui proche de la limite théorique imposée par la diffraction : le pouvoir séparateur - distance minimale en deçà de laquelle deux détails de l'objet ne peuvent être séparés sur l'image -, qui est lié à la résolution spatiale de l'instrument, ne peut en effet être inférieur à la demi-longueur d'onde de la lumière utilisée pour former l'image, soit quelques centaines de nanomètres pour le microscope optique. L'invention du microscope électronique, en 1929, découle de cette limitation, ainsi que de l'émergence récente du concept, essentiel pour la mécanique quantique, de dualité onde-corpuscule. À toute particule est en effet associée une onde dont la longueur dépend de l'énergie. C'est ainsi que des électrons d'énergie égale à 100 keV (c'est-à-dire accélérés par une différence de potentiel de 100 000 volts) ont une longueur d'onde bien inférieure à 0,1 nanomètre. Le microscope électronique. Le principe du microscope électronique est analogue à celui d'un microscope optique composé. Les lentilles utilisées sont des systèmes électromagnétiques capables de focaliser le faisceau d'électrons. En raison de la très courte longueur d'onde des électrons, le grossissement peut atteindre plusieurs millions. Le pouvoir séparateur n'est pas le seul critère de performance d'un microscope ; le type d'interaction entre les ondes ou particules utilisées et la matière est essentiel. Par exemple, les longueurs de pénétration des électrons dans la matière sont faibles, ce qui oblige à travailler dans un vide assez poussé et sur des échantillons très minces. C'est également ainsi que le « microscope à ultrasons », d'apparition plus récente et qui utilise la propagation des ultrasons dans la matière, est intéressant non pas tant pour sa résolution (quelques centaines de nanomètres) que pour sa capacité à voir à l'intérieur des objets, même s'ils sont opaques à la lumière ou aux électrons. Ces microscopes fonctionnent tous sur le même principe : l'image est formée par un ensemble de lentilles. D'autres instruments sont fondés sur des principes différents. Le « microscope ionique de champ », ou « microscope à émission d'ions », permet de visualiser les atomes constituant l'extrémité d'une pointe métallique fine. Toute une famille de microscopes est apparue à la suite de l'invention du « microscope à effet tunnel » en 1982. Ce sont des microscopes à balayage, qui utilisent une sonde placée à proximité de la surface de l'échantillon dont on souhaite visualiser la surface. Divers types d'interaction entre la sonde et la surface peuvent être mis à profit pour former une image. L'une des particularités intéressantes de ces techniques est que, du fait de la proximité de la sonde et de l'échantillon, le critère qui limite la résolution des microscopes conventionnels ne tient plus. C'est ainsi qu'il existe aujourd'hui des microscopes optiques - dits « en champ proche » - dont la résolution est voisine de 10 nanomètres. Complétez votre recherche en consultant : Les livres microscope électronique à balayage, page 3194, volume 6 microscope - interface entre un cristal de silicium et une couche de silice, page 3194, volume 6 Les nouvelles microscopies. Toute une famille de microscopes est apparue récemment, à la suite de l'invention du « microscope à effet tunnel », en 1982. Ce microscope fait appel, pour former l'image, à une sonde placée à proximité de l'échantillon dont on souhaite visualiser la surface. Cette sonde est une fine pointe métallique. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée entre celle-ci et la surface, un courant électrique peut s'établir par effet tunnel à travers la barrière de vide séparant les deux électrodes. Ce courant tunnel, qui est une manifestation du caractère ondulatoire lié à la nature quantique des électrons, décroît exponentiellement avec la distance pointe-surface ; pour des métaux ordinaires, une augmentation de cette distance de 0,1 nanomètre conduit à diviser le courant par un facteur 10. Si, à l'aide de céramiques piézoélectriques, la pointe est déplacée au-dessus de la surface tout en maintenant ce courant constant, elle décrit une courbe qui est la réplique du profil de la surface. L'image est reconstituée à partir d'un ensemble de ces profils. La décroissance exponentielle du courant avec la distance fait que le courant tunnel est presque localisé à l'extrémité de la pointe, c'est-à-dire sur un ou quelques atomes, ce qui permet à la technique d'atteindre la résolution atomique. D'autres types d'interaction peuvent être mis à profit de la même façon pour cartographier une surface. Les forces au voisinage d'une surface peuvent être mesurées par la déflexion d'une petite lame souple sur laquelle est fixée une pointe. Les microscopes à force permettent de mettre en image une surface en utilisant les forces répulsives à courte portée qui s'exercent lorsque l'extrémité de la pointe est au contact de la surface, les forces de Van der Waals à plus longue portée, ou des forces électrostatiques ou magnétiques. Différents types de microscopes optiques fondés sur les mêmes principes sont également apparus récemment. Le flux lumineux capté par une fibre optique au voisinage d'un objet éclairé est ainsi utilisé pour former une image. La faisabilité de nombreux microscopes mettant en jeu d'autres types d'interactions a été établie, et la liste est loin d'être close. Chacun de ces microscopes fournit des informations spécifiques et complémentaires. L'une des particularités essentielles de ces techniques tient à ce que le critère qui limite la résolution des microscopes conventionnels à environ la demi-longueur d'onde de la lumière utilisée ne peut leur être appliqué. En effet, ce critère, qui exprime la limite théorique donnée par la diffraction, ne s'applique qu'au rayonnement loin de l'objet éclairé (champ lointain) et non, comme c'est le cas pour ces nouvelles microscopies, lorsque le rayonnement est capté à des distances de la surface de l'échantillon qui semblent petites au regard de la longueur d'onde (champ proche). C'est ainsi qu'il existe aujourd'hui des microscopes optiques en champ proche dont la résolution avoisine 10 nanomètres, ce qui est très inférieur à la longueur d'onde de la lumière utilisée. Un autre aspect particulièrement intéressant de ces techniques est qu'elles peuvent être utilisées non seulement dans le vide, mais également dans des gaz, voire dans des liquides. En effet, la distance entre la pointe et la surface est si faible que les particules qui s'échangent dans cet espace ne peuvent être absorbées par le milieu. Ces microscopes peuvent également être utilisés pour modifier à dessein une surface. Il est maintenant possible avec un microscope à effet tunnel de déplacer des atomes un à un, de manière par exemple à fabriquer une molécule. Ces nouvelles microscopies à sonde locale sont encore en plein développement. Leur contribution principale au niveau fondamental concerne la physique de surfaces. Elles suscitent de grands espoirs dans des domaines comme l'électrochimie et la biologie, où la possibilité d'étudier l'interface liquidesolide ouvre de nombreuses perspectives. Leurs potentialités sont très grandes et, pour une grande part, encore inexploitées. Il est évident qu'elles apporteront dans l'avenir une contribution dans un nombre grandissant de domaines. Complétez votre recherche en consultant : Les livres microscope - atomes de soufre, page 3194, volume 6 microscope - le microscope à effet tunnel, page 3194, volume 6 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats lentille - 2.OPTIQUE microtome objectif oculaire optique roches - L'étude des roches - Les différents niveaux de l'observation sciences (histoire des) - La vie - Naissance de la cellule techniques (histoire des) - La Renaissance et l'âge classique ultramicroscope Les livres microscope optique, page 3194, volume 6
