microscope.
Publié le 08/12/2021
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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
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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
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.
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microscope - atomes de soufre, page 3194, volume 6
microscope - le microscope à effet tunnel, page 3194, volume 6
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Les corrélats
lentille - 2.OPTIQUE
microtome
objectif
oculaire
optique
roches - L'étude des roches - Les différents niveaux de l'observation
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ultramicroscope
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microscope optique, page 3194, volume 6
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