Sciences · Inventions et découvertes
Le microscope
Le microscope grossit les objets trop petits pour l’œil nu. Né aux Pays-Bas vers 1590, il a révélé la cellule et les microbes ; les microscopes électroniques distinguent aujourd’hui les atomes.
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L’œil humain ne distingue pas deux points séparés de moins d’un dixième de millimètre environ. Le microscope a ouvert un monde invisible : celui des cellules, des bactéries, puis des virus et des molécules. Il est à la biologie et à la médecine ce que le télescope est à l’astronomie.
Une histoire en dates
| Date | Étape |
|---|---|
| vers 1590 | premiers microscopes composés (deux lentilles) aux Pays-Bas, attribués aux lunetiers Janssen, sans certitude |
| 1625 | le mot « microscope » est forgé au sein de l’Académie des Lynx, à Rome |
| 1665 | Robert Hooke publie Micrographia et nomme « cellules » les loges observées dans le liège |
| 1670-1680 | Antoni van Leeuwenhoek observe protozoaires, spermatozoïdes et bactéries avec des microscopes à une seule lentille |
| années 1830 | objectifs achromatiques ; Schleiden et Schwann formulent la théorie cellulaire (1838-1839) |
| 1873 | Ernst Abbe établit la limite de résolution du microscope optique |
| 1931 | Max Knoll et Ernst Ruska construisent le premier microscope électronique |
| 1981 | Gerd Binnig et Heinrich Rohrer inventent le microscope à effet tunnel |
| 2014 | prix Nobel de chimie pour la microscopie de fluorescence à super-résolution |
| 2017 | prix Nobel de chimie pour la cryomicroscopie électronique |
Leeuwenhoek, drapier de Delft sans formation scientifique, taillait de minuscules lentilles presque sphériques qui grossissaient jusqu’à environ 270 fois. Ses lettres à la Royal Society de Londres décrivent pour la première fois les « animalcules » : le monde microbien. Il faudra pourtant attendre Pasteur et Koch, au XIXe siècle, pour comprendre le rôle des microbes dans les maladies (voir virus et bactéries).
Comment fonctionne un microscope optique ?
Le microscope composé associe deux systèmes de lentilles convergentes :
- l'objectif, tout près de l’échantillon, en donne une image agrandie ;
- l'oculaire, contre l’œil, agrandit cette image comme une loupe.
Le grossissement total est le produit des deux : un objectif ×40 et un oculaire ×10 donnent ×400. Un éclairage (miroir puis lampe) traverse l’échantillon, préparé en lame mince et souvent coloré.
Pour la lumière visible, Abbe a montré que la résolution ne peut descendre sous environ 200 nanomètres, à peu près la moitié de la longueur d’onde. On voit donc les bactéries (1 à quelques µm), mais pas la plupart des virus (20 à 300 nm).
Les grands types de microscopes
| Type | Principe | Résolution typique | Usage |
|---|---|---|---|
| optique (photonique) | lumière visible et lentilles de verre | environ 200 nm | biologie, médecine, enseignement |
| à fluorescence et confocal | molécules fluorescentes excitées par laser | environ 200 nm, quelques dizaines de nm en super-résolution | cellules vivantes, protéines marquées |
| électronique en transmission | faisceau d’électrons traversant un échantillon très mince | inférieure au nanomètre | virus, structure des cellules et des matériaux |
| électronique à balayage | électrons balayant la surface | quelques nanomètres | images en relief de surfaces |
| à effet tunnel, à force atomique | pointe très fine sondant la surface | échelle atomique | physique des surfaces, nanotechnologies |
Le microscope électronique utilise des électrons, dont la longueur d’onde associée est des milliers de fois plus courte que celle de la lumière (voir mécanique quantique). Il fonctionne sous vide et ne permet pas, en général, d’observer des cellules vivantes. Ernst Ruska a reçu le prix Nobel de physique en 1986, partagé avec Binnig et Rohrer.
À quoi sert le microscope ?
- Médecine : diagnostic des infections, analyse des tissus (anatomopathologie) pour le diagnostic des cancers, numération sanguine.
- Biologie : division cellulaire, développement embryonnaire, structure des protéines par cryomicroscopie.
- Matériaux : contrôle des métaux, des puces électroniques, des fibres.
- Police scientifique : fibres, pollens, traces de poudre.
Questions fréquentes
Qui a inventé le microscope ?
Le microscope composé apparaît aux Pays-Bas vers 1590, probablement chez des fabricants de lunettes ; l’attribution à Hans et Zacharias Janssen reste incertaine. Leeuwenhoek n’en est pas l’inventeur, mais le premier grand observateur du monde microbien.
Peut-on voir un virus au microscope optique ?
En général non : la plupart des virus sont plus petits que la limite de résolution de la lumière visible. On les observe au microscope électronique ; quelques virus géants font exception.
Peut-on voir les atomes ?
Oui, indirectement : les microscopes à effet tunnel et certains microscopes électroniques modernes produisent des images où l’on distingue les atomes individuels d’une surface ou d’un cristal.