Microscope optique

Le microscope optique est sans doute un des appareils d'observation scientifiques les plus connus du grand public. Avec la blouse blanche, il fait partie de l'image stéréotypée du chercheur...

C'est un appareil optique muni de lentilles qui permet de grossir l'image et donc de voir de petits détails. Il est surtout utilisé en biologie, pour observer les cellules, les tissus, mais aussi en géochimie, pour reconnaître les roches, et en métallurgie (métallographie) pour déterminer la structure d'un métal ou d'un alliage.

Le premier microscope fut sans doute fabriqué par Hans et Zacharias Janssen, deux fabriquants de lentilles néerlandais, en 1590, mais ce point est contesté. Le modèle final fut inventé par Antoine van Leeuwenhoek en 1664, puis fut amélioré par Christiaan Huygens.

Constitution du microscope

De bas en haut :

miroir : sert à réfléchir la lumière ambiante pour éclairer l'échantillon par en dessous, dans le cas d'un échantillon transparent (par exemple une lame mince en biologie ou en géologie, ou un liquide) ; on peut aussi mettre une lampe, éventuellement en lumière polarisée ou ultraviolet, pour faire ressortir certaines propriétés chimiques de la matière ; on peut aussi éclairer l'échantillon par-dessus (notamment en métallurgie) ;
diaphragme : ouverture de diamètre variable, permettant de restreindre la partie de l'échantillon qui est eclairée ;
platine porte-échantillon : où l'on pose l'échantillon ; les pinces servent à tenir l'échantillon lorsque celui-ci est mince (par exemple une lame de verre) ; la platine peut être mobile (gauche-droite et avant-arrière), ce qui permet de balayer l'échantillon et de sélectionner la partie observée ;
objectifs : lentille ou ensemble de lentilles réalisant le grossissement ; il y a plusieurs objectifs, correspondant à plusieurs grossissements, montés sur une tourelle ;
mise au point grossière et fine ; pour que l'image soit nette, il faut que l'objet soit dans le plan focal de l'objectif ; ces molettes font monter et descendre l'ensemble objectif-oculaire avec un système de crémaillère, afin d'amener le plan focal sur la zone de l'échantillon à observer ;
oculaire : lentille ou ensemble de lentilles formant l'image d'une manière reposante pour l'œil ; les rayons arrivent parallèles, comme s'ils venaient de très loin, ce qui permet un relâchement des muscles contrôlant le cristallin ; on peut avoir un ou deux oculaires (microscope binoculaire).

On peut remplacer l'oculaire par un appareil photographique, une caméra vidéo ou une caméra CCD pour faire une acquisition numérique. Ceci permet de faire l'observation sur un moniteur (écran de type télévision), et de faciliter l'utilisation et le traitement des images (impression, traitement informatique).

Il existe des optiques inversées, où l'échantillon se trouve au-dessus et l'objectif en dessous, pour les pièces massives. L'image est alors réfléchie par un miroir, l'oculaire se trouve sur le côté du microscope.

Principe du microscope optique

Le microscope optique se base sur les lentilles pour obtenir une image agrandie de l'échantillon à observer. Généralement, on dispose deux lentilles convergentes de façon à ce qu'elles soient alignées, il s'agit d'un doublet.

Voici un schéma simplifié d'un microscope optique. (Pour le comprendre, lisez Construction géométrique d'une image par une lentille convergente)

L'objet à observer est représenter par le vecteur AB. La lentille la plus proche de l'objet à observer est appelée objectif, elle va donner une première image agrandie de l'objet. Ensuite, une seconde lentille va agrandire une deuxième fois l'image mais celle-ci sera virtuelle, c'est-à-dire qu'elle ne pourra être vue qu'à travers la lentille, c'est pourquoi cette lentille se nomme l' oculaire car il faut regarder à travers avec son oeil pour voir l'image agrandie.

Limites du microscope optique

Due au fait que le microscope optique utilise la lumière pour obtenir une image agrandie d'un objet fait qu'il devient inefficace à partir d'une certaine échelle. En effet, la lumière est un ensemble de couleur ayant chacune une longueur d'onde spécifique. La plus petite longueur d'onde des couleurs visibles est celle du violet qui est de 400 nm.

Pour pouvoir distingueur deux points, il faut que la lumière puisse passer entre ces deux points, c'est-à-dire que ces deux points soient aux moins espacés de la longueur d'onde de la lumière. Vu que la plus petite des longueurs d'onde de la lumière est de 400 nm, un microscope optique ne pourra pas distinguer deux points distants de moins de 400 nm.

Cette limite s'appelle le pouvoir de résolution. On dit alors que le microscope optique a un pouvoir de résolution de 400 nm.

Pour obtenir une meilleure résolution, il faut que l'on remplace la lumière par un élément ayant une longueur d'onde plus courte, c'est le cas du microscope électronique qui utilise des électrons qui ont une très faible longueur d'onde

Voir aussi

Liens externes

http://www.microscopies.com/ Microscopie amateur avec Magazine en français
http://forum.mikroscopia.com/ Un Forum sur la microscopie en français

Le microscope, travaux pratiques de découverte
Observer avec un microscope

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