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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.

Mis à jour le 3 min de lecture

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

DateÉtape
vers 1590premiers microscopes composés (deux lentilles) aux Pays-Bas, attribués aux lunetiers Janssen, sans certitude
1625le mot « microscope » est forgé au sein de l’Académie des Lynx, à Rome
1665Robert Hooke publie Micrographia et nomme « cellules » les loges observées dans le liège
1670-1680Antoni van Leeuwenhoek observe protozoaires, spermatozoïdes et bactéries avec des microscopes à une seule lentille
années 1830objectifs achromatiques ; Schleiden et Schwann formulent la théorie cellulaire (1838-1839)
1873Ernst Abbe établit la limite de résolution du microscope optique
1931Max Knoll et Ernst Ruska construisent le premier microscope électronique
1981Gerd Binnig et Heinrich Rohrer inventent le microscope à effet tunnel
2014prix Nobel de chimie pour la microscopie de fluorescence à super-résolution
2017prix 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 :

  1. l'objectif, tout près de l’échantillon, en donne une image agrandie ;
  2. 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

TypePrincipeRésolution typiqueUsage
optique (photonique)lumière visible et lentilles de verreenviron 200 nmbiologie, médecine, enseignement
à fluorescence et confocalmolécules fluorescentes excitées par laserenviron 200 nm, quelques dizaines de nm en super-résolutioncellules vivantes, protéines marquées
électronique en transmissionfaisceau d’électrons traversant un échantillon très minceinférieure au nanomètrevirus, structure des cellules et des matériaux
électronique à balayageélectrons balayant la surfacequelques nanomètresimages en relief de surfaces
à effet tunnel, à force atomiquepointe très fine sondant la surfaceéchelle atomiquephysique 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.

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