Introduction à la microscopie par Frithjof A. S. Sterrenburg

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1.
Introduction
2.
Historique
3.
Composants
4.
Bases
5.
Optique géométrique
6.
Optique physique
7.
Eclairage
8.
Techniques spécialess

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2.  UNE HISTOIRE BREVE


L'invention du microscope n'a pas été suffisamment documentée en son temps pour permettre une conclusion définitive concernant son auteur et sa date, mais la première illustration d'un microscope reconnaissable date de 1625 (Fig.4). Au 17ème siècle, les microscopes "composés", consistant en une combinaison de lentilles en deux groupes: objectif (près de l'objet) et oculaire (à travers quoi vous regardez) étaient utilisés par de nombreux observateurs mais la qualité de l'image était pauvre - comparable à la Fig.1, à gauche.

Il y avait une alternative: le microscope "simplex", consistant en une seul lentille, comme les loupes qui sont toujours utilisées mais avec une puissance beaucoup plus grande. C'était le type d'instrument utilisé par Antonie van Leeuwenhoek au alentours de 1700. Avec un même grossissement, ce type de microscope donnait une bien meilleure image que le microscope composé. La Fig.5 montre la qualité de l'image obtenue avec un microscope "simplex" (ou une loupe très puissante) fait par l'auteur de l'article original. Le désavantage de ce type de microscope est qu'il est pratiquement impossible de travailler avec: proche des instruments de van Leeuwenhoek, le magnifique instrument de van Musschenbroek (Fig.6) est tenu à la main, touche pratiquement l'oeil de l'utilisateur et ce dernier doit essayer de voir à travers une très petite lentille (env 2 mm de diamètre). C'est la principale raison pour laquelle l'étonnante variété des découvertes de van Leeuwenhoek - des stries du muscle aux bactéries, décrites dans plus de 560 lettres à la Société Royale de Grande-Bretagne - ne déboucha pas dans une introduction à large échelle du microscope "simplex" pour la recherche.


(Un microscope à une seule lentille est traditionnellement appellé microscope "simple". L'auteur a intentionnellement changé cette appellation en microscope "simplex" pour éviter une confusion avec les types les plus simples de microscopes modernes, comme par exemple un microscope d'étudiant)

Les défauts de qualité de l'image - spécialement la perte des fins détails due à la présence de franges colorés - sont aussi connue du télescope. A la fin du 18ème siècle, on a découvert qu'un objectif de télescope consistant en une combinaison de lentilles faites de différentes sortes de verre pouvait réduire fortement les franges colorées, conduisant ainsi à une révolution de l'optique. De telles lentilles sont appellées "achromatiques", c'est à dire sans couleur. Au début du 19ème siècle, ce principe a également été appliqué aux lentilles des objectifs des microscopes composés. Ensemble les études empiriques et théoriques de chercheurs comme Lister en Angleterre et Amici en Italie ont conduit à une amélioration continue. D'environ 1850 à 1870, les fabriquants d'instrument anglais comme Power & Lealand, Ross et Beck dominent le marché. Ces microscopes victoriens (Fig.7) avec une longueur de tube de 10 pouces sont vraiment des exemples monumentaux des fabriquants de l'époque. Les diatomistes voulant résoudre les plus fins détails créèrent une forte demande pour l'amélioration de l'optique et formèrent donc un important marché.


 

Sur le continent européen, un modèle plus petit et plus simple (longueur du tube d'environ 160 mm, Fig.8) est devenu le standard et dès 1870, les perfomances optiques des lentilles produites par les opticiens européens tels que Hartnack ont rattrappé les anglais. Le fabriquant allemand Carl Zeiss s'est ensuite allié avec un physicien, Ernst Abbe, qui a été le premier à créer une théorie de la formation des images complète pour le microscope. Combinant les travaux précédents avec ses propres études, Abbe a développé un traitement mathématique rigoureux de conception des lentilles. De concert avec le développement de nouveaux types de verre, cela a augmenté le pouvoir de résolution du microscope aux limites de ce qui est physiquement possible. Les travaux d'Abbe étaient du domaine public comme nous le dirions aujourd'hui, si bien que tous les concepteurs ont pu utiliser ses données pour perfectionner leur propres produits. Depuis environ 1890 les images sont devenues plus précises grâce au recouvrement (coating) et le champ de vision est devenu plus grand et mieux défini presque jusqu'au bord à l'aide le l'optique grand-champ, mais le pouvoir de résolution du microscope classique est resté inchangé. Pour de plus grands pouvoirs de résolution il faudra attendre le microscope électronique.

Un autre développement du 19ème siècle a été la production de masse de couvre-objet en verre parfaitement limpides et d'épaisseur uniforme (ou plutôt de finesse uniforme! ils mesuren en effet qu'environ 1/16ème de mm d'"épaisseur"). Au début de 1868, un fabriquant anglais seul a vendu 900000 pièces de couvre-objets, ce qui en dit long sur l'intérêt pour la microscopie à ses débuts!

Le statif du type "continental" (Fig.9) a été le standard pendant presqu'un demi-siècle. Au début des années trente, Zeiss a introduit un type révolutionnaire de microscope (Fig.10), qui était modulaire, permettant le choix d'un grand type de conposant différents. Une observation confortable était assurée non pas en inclinant tout l'appareil comme dans la Fig.9, mais à l'aide d'un tube incliné. Le modèle montré possède un tube binoculaire pour voir avec les deux yeux - actuellement un standard pour les instruments les plus grands. Les variations sur ce type de statif ont été le standard depuis. Le recouvrement a été introduit juste avant la seconde guerre mondiale et peu de temps après, deux techniques optiques importantes ont été introduites: le contraste de phase (dont l'inventeur, Zernike, a reçu le prix Nobel) et le contraste d'interférence. Les deux techniques rendent possible l'observation d'objets pratiquement transparents comme les cellules vivantes.


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September 2002
© Frithjof A. S. Sterrenburg