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MICROSCOPIE

Microscopie électronique

Parmi les microscopes à radiations corpusculaires, seuls les microscopes électroniques sont très largement employés. Ils utilisent les propriétés ondulatoires des électrons accélérés auxquels peut être associée une longueur d'onde selon la relation de Louis de Broglie entre la longueur d'onde λ et la quantité de mouvement mv :

où h est la constante universelle de Planck égale à 6,62 × 10−34 Js.

La longueur d'onde est d'autant plus courte que la vitesse des électrons, ou la tension sous laquelle ils sont accélérés, est plus grande. Pratiquement pour V0= 200 kV, v = 0,695 c (où c est la vitesse de la lumière dans le vide) et λ = 2,5 pm (1 picomètre [pm] = 10−12 m), soit environ 100 fois plus faible qu'une distance moyenne interatomique dans un solide.

Le fait d'utiliser des électrons au lieu de photons impose cependant un certain nombre de contraintes, même s'ils sont relativement faciles à obtenir et à accélérer par un champ électrostatique. En raison de leur fort pouvoir d'interaction avec la matière, ils ne se propagent librement que dans une enceinte à vide. Pour les dévier ou les focaliser, l'optique adaptée fait appel à des lentilles électroniques où des champs électriques ou magnétiques de révolution modifient leurs trajectoires.

Pratiquement, ce sont les travaux d'une équipe de pionniers à Berlin (Gabor, Ruska, Busch, Knoll, von Borries), à la fin des années 1920, qui ont conduit à l'obtention des premières images de microscopie électronique à transmission par Ernst Ruska en 1931. Ce premier instrument présentait une architecture très semblable au microscope photonique avec une source de rayonnement, une optique d'éclairement, l'échantillon préparé sous forme d'une lame mince de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, une optique de formation de l'image sur un écran d'observation fluorescent sous l'impact des électrons (ou sur une émulsion photographique destinée à son enregistrement). L'élément optique le plus important est alors la lentille objectif située juste après l'échantillon et qui en donne une première image dont les lentilles qui suivent fournissent un agrandissement sur le détecteur.

Cette conception générale du microscope électronique s'est maintenue jusqu'à aujourd'hui à travers plusieurs générations d'instruments commerciaux (Philips, Zeiss, JEOL, Hitachi, Topcon) aux performances régulièrement améliorées, qui permettent d'obtenir des images par transmission de la structure atomique d'échantillons solides minces avec une résolution à l'échelle atomique.

En 1939, Manfred von Ardenne introduisait le premier microscope électronique à balayage dans lequel l'image est construite point par point par déplacement d'une très fine sonde d'électrons sur la surface de l'échantillon et par visualisation sur un tube cathodique d'un spot dont l'intensité est modulée par la grandeur d'un signal résultant de l'interaction entre la sonde et l'échantillon. Par comparaison avec la famille de microscopes conventionnels décrits ci-dessus, l'élément important d'optique électronique dans un microscope à balayage réside dans la lentille située avant l'échantillon, chargée d'assurer la focalisation du faisceau primaire en un spot très étroit dont la taille gouverne en grande partie le pouvoir de résolution. En outre, il n'existe pas dans ce type de microscopes de lentilles grandissantes après l'échantillon. L'image est tout à fait équivalente à une image de télévision, le grandissement entre l'information perçue sur l'écran d'observation étant reliée aux dimensions explorées sur l'échantillon par le rapport des amplitudes de déplacement de la sonde sur l'échantillon et du spot sur le moniteur TV. Mais ce n'est qu'après les travaux de Cosslett[...]

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Écrit par

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., responsable du groupe microscopie électronique, analytique et quantitative du laboratoire de physique des solides, Orsay
  • : directeur de recherche deuxième classe au C.N.R.S., responsable de l'équipe transport membranaire et fonctions lymphocytaires
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., responsable du laboratoire de microscopie cellulaire et moléculaire de l'Institut Gustave-Roussy, Villejuif
  • : directeur honoraire de l'Institut d'optique théorique et appliquée de Paris, professeur honoraire au Conservatoire national des arts et métiers
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., Institut d'optique d'Orsay, professeur à l'Institut d'optique, responsable du laboratoire de microscopie, université de Paris-XI, Orsay.
  • : professeur à la faculté des sciences de Luminy, université d'Aix-Marseille, directeur du laboratoire de physique des états condensés
  • : maître de recherche au C.N.R.S.

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Classification

Pour citer cet article

Christian COLLIEX, Jean DAVOUST, Étienne DELAIN, Pierre FLEURY, Georges NOMARSKI, Frank SALVAN et Jean-Paul THIÉRY. MICROSCOPIE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

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Microscope visuel

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Autres références

  • MICROSCOPE, en bref

    • Écrit par Danielle FAUQUE
    • 264 mots

    Il est difficile de dater avec précision la naissance du microscope. En 1615, Galilée (1564-1642) utilise un instrument à deux lentilles pour observer de petits objets et, en 1625, l'Accademia dei Lincei, à Rome, propose le mot microscopium. Les premiers microscopes présentent de graves...

  • MICROSCOPIE DU VIVANT

    • Écrit par Didier LAVERGNE
    • 190 mots
    • 1 média

    L'essor de l'anatomie microscopique à partir du xviie siècle a suivi l'invention d'instruments d'optique comportant des lentilles de verre qui permettent d'obtenir des images très agrandies en observant, à travers elles, de petits objets.

    Les premiers naturalistes...

  • BACTÉRIOLOGIE

    • Écrit par Jean-Michel ALONSO, Jacques BEJOT, Michel DESMAZEAUD, Didier LAVERGNE, Daniel MAZIGH
    • 18 329 mots
    • 11 médias
    C'est alors qu'apparaissent les premiers microscopes ; grossissant très peu au début, formés d'une seule lentille, ce sont plutôt de fortes loupes ; peu à peu ils se perfectionnent, et aboutissent au dispositif actuellement utilisé qui combine plusieurs lentilles.

  • BINNIG GERD KARL (1947- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 230 mots

    Né le 20 juillet 1947 à Francfort-sur-le-Main (Allemagne),Gerd Karl Binnig y fit ses études à l'université Goethe et obtint son doctorat en 1978. Immédiatement engagé par le laboratoire de recherche I.B.M. de Roschliken, près de Zurich, il travailla avec Heinrich Rohrer à la mise...

  • CANCER - Immunothérapie

    • Écrit par Emmanuel DONNADIEU
    • 5 131 mots
    • 5 médias
    ...lymphocytes T sont des cellules très mobiles dans les tissus date d’une dizaine d’années seulement. C’est grâce à l’utilisation d’une nouvelle technique de microscopie, la microscopie biphotonique, que trois équipes américaines sont parvenues en 2002 à visualiser le comportement dynamique des lymphocytes T...

  • CHARBON - Géologie

    • Écrit par Robert FEYS
    • 2 750 mots
    • 3 médias
    Mais la structure intime du charbon est restée longtemps mystérieuse ; c'est qu'on ne pouvait l'étudier au microscope suivant les techniques habituelles de la science des roches, une lame mince de houille restant opaque quelle que soit sa finesse. L'idée d'observer, par réflexion, au microscope métallographique,...
  • Afficher les 22 références

Voir aussi

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