Les microscopes sont des appareils omniprésents qui permettent de scruter le monde des très petits objets, détails ou organismes. Ces pièces d'équipement délicates sont essentielles dans plusieurs types de contextes analytiques - des laboratoires cliniques aux unités d'enquête médico-légale. À cet égard, les microscopes optiques et électroniques sont parmi les variantes les plus courantes que l'on peut rencontrer dans un laboratoire.
Quelle est la différence entre un microscope optique et un microscope électronique ?
La principale différence entre les microscopes optiques et les microscopes électroniques concerne leur mécanisme d'agrandissement des objets sous la lentille : les microscopes optiques utilisent la lumière visible réfractée et focalisée par leur lentille en verre pour zoomer sur un objet, tandis que les microscopes électroniques tirent un faisceau d'électrons pour fournir une image à très haute résolution de leur spécimen.
Qu'est-ce qu'un Microscope Optique ?
Les microscopes optiques agrandissent un objet à l'aide de la lumière visible. La façon dont le spécimen absorbe, diffuse ou reflète cette lumière permet d'obtenir une vue plus détaillée de ses caractéristiques - en fait, son image est agrandie lorsqu'elle est vue par le bon type de lentille.
Un microscope optique moderne fonctionne lorsqu'une source d'éclairage (généralement une ampoule ou une lampe LED à la base) projette de la lumière qui passe à travers un spécimen et dans le système d'imagerie, composé de l'objectif qui grossit l'objet.
Les variantes simples n'utilisent qu'une seule lentille, tandis que les microscopes optiques composés fournissent un grossissement total plus élevé en utilisant une lentille oculaire alignée avec une lentille d'objectif.
Les spécimens doivent être minuscules et de préférence transparents pour que la lumière puisse passer à travers la lentille. Les sujets courants sont les frottis de sang ou de tissus, les cellules bactériennes et autres microbes.
Qu'est-ce qu'un Microscope Électronique ?
Au lieu d'un rayonnement visible, les microscopes électroniques utilisent des faisceaux concentrés d'électrons pour éclairer leurs spécimens. La longueur d'onde d'un faisceau d'électrons est plus courte que celle de la lumière visible, ce qui permet d'obtenir une résolution beaucoup plus élevée - généralement une multiplication par 1000 des détails.
Un microscope électronique peut appartenir à l'une des deux catégories principales suivantes :
- Le SEM ou MEB en français (microscope électronique à balayage). Un MEB permet d'observer à très haute résolution les surfaces des tissus, des microbes ou d'autres cellules. Le faisceau d'électrons très étroit ne traverse pas le spécimen, mais crée une vue tridimensionnelle du sujet.
- TEM par transmission. Un TEM possède des lentilles électromagnétiques qui concentrent son faisceau d'électrons sur un spécimen, produisant des images à très haute résolution (jusqu'à 100 000 fois) avec des zones plus blanches (transparentes aux électrons) ou plus noires (denses en électrons).
Différences entre un Microscope Optique et un Microscope Électronique
Source d'éclairage
D'un point de vue mécanique, c'est le point de différence le plus important entre les microscopes optiques et électroniques.
La microscopie optique utilise la lumière dans le spectre visible. La source est souvent une lampe fixée à la base ; le type de lampe le plus populaire utilise une ampoule incandescente tungstène-halogène, tandis que les ampoules LED sont plus courantes dans les microscopes à fluorescence.
La microscopie électronique, quant à elle, utilise un faisceau d'électrons concentré émis par un canon à électrons. Ce procédé tire parti du fait que les électrons se comportent de la même manière que les photons (particules de lumière) lorsqu'ils se trouvent dans le vide.
Système d'imagerie
Dans un microscope optique, la lumière visible frappe un spécimen, produisant une image, avant de passer à travers la lentille convexe qui permet de visualiser l'image.
En raison du grossissement accru fourni par l'oculaire et la lentille de l'objectif, les microscopes composés permettent d'observer un sujet plus clairement et plus précisément qu'un microscope simple à une lentille.
En outre, les lentilles de microscopie optique ont un foyer fixe, tandis que la distance entre un objectif et l'échantillon est variable.
Les microscopes électroniques, en revanche, utilisent des lentilles électromagnétiques à focalisation variable, dont la distance par rapport à l'échantillon est fixe. Plutôt que d'être un matériau solide comme le verre à travers lequel passe le faisceau d'électrons, ce type de lentille crée un champ magnétique focalisé pour courber le faisceau.
Couleur
Il existe de nombreux types de microscopes optiques - des variantes à fond clair, à fluorescence, à polarisation et à contraste de phase sont disponibles. Bien que les images produites par chaque appareil diffèrent en apparence, il s'agit invariablement d'images réelles ; les utilisateurs voient la couleur réelle de ces images.
La lumière visible - qui donne de la couleur aux images - a une longueur d'onde beaucoup plus grande que les faisceaux d'électrons utilisés par l'EM. Par conséquent, les images EM sont en noir et blanc, et utilisent de fausses couleurs pour mieux mettre en évidence les détails importants d'un spécimen.
Des efforts sont faits pour fournir une imagerie en couleurs réelles à la microscopie électronique.
Grossissement
Les microscopes électroniques ont une capacité de grossissement supérieure ; les appareils peuvent grossir des objets minuscules de 1 à 50 millions de fois.
Avec un objectif à immersion dans l'huile de 100x et une lentille oculaire de 10x, les microscopes optiques ont souvent un grossissement total de 1000x, bien qu'il existe des appareils plus puissants.
Résolution
Dans le contexte des microscopes, la résolution fait référence à la capacité de l'appareil à afficher des cellules, des particules ou d'autres objets comme des choses distinctes, plutôt que comme une seule unité floue. La résolution est mesurée par la distance la plus courte entre deux objets pour qu'ils puissent être distingués l'un de l'autre.
Les microscopes optiques ont une résolution d'environ 200 nanomètres.
Naturellement, les microscopes électroniques offrent une résolution beaucoup plus élevée que les microscopes optiques. La résolution de la plupart des appareils de MEB peut être environ 100 fois supérieure à celle d'une variante optique, ce qui se traduit par 0,2 nm.
Echantillon
Les spécimens de MEB doivent être extrêmement fins (moins de 0,1 micromètre). Seuls les spécimens morts ou déshydratés sont utilisés. Les scientifiques enduisent un spécimen de très fines particules de métal conducteur afin de le rendre plus facile à observer et à analyser.
Les spécimens de microscope optique peuvent être beaucoup plus épais, mais leur épaisseur idéale est de 0,5 micromètre. Pour faciliter l'identification des détails importants, les scientifiques lavent souvent leurs spécimens avec des colorants, des teintures et d'autres réactifs.
Taille
Les microscopes optiques sont beaucoup plus petits que les appareils EM. Ils ont également l'avantage d'être très portables.
Le microscope optique moyen est suffisamment petit pour être porté à deux mains. La manière la plus sûre de le tenir est d'avoir une main sur son "bras" et une autre soutenant sa base par en dessous.
En revanche, les microscopes électroniques sont suffisamment grands pour nécessiter des pièces spécialisées afin de les garder en sécurité et à l'abri des interférences magnétiques. Ils peuvent mesurer environ un mètre de haut ou plus.
Coût
Les microscopes électroniques sont évidemment plus coûteux à fabriquer, à utiliser et à entretenir. Les appareils sont grands et encombrants, contiennent de nombreuses pièces spécialisées et nécessitent un entretien attentif.
Les MEB sont moins chers que les TEM, bien que même un microscope électronique à balayage puisse coûter environ 70 000€ au bas de l'échelle, tandis que les modèles avancés peuvent coûter environ 1 000 000€.
Si les microscopes optiques sont encore coûteux, ils sont beaucoup moins chers en termes relatifs ; les variantes optiques composées peuvent être achetées pour environ 900 - 1 200€.
Types
La majorité des microscopes électroniques sont soit des MEB, soit des TEM. Il existe également des microscopes électroniques à réflexion (REM), qui utilisent des électrons diffusés élastiquement pour leur faisceau électronique.
La microscopie à lumière composée comprend plusieurs variantes, comme le champ clair et le champ sombre, le contraste de phase, la polarisation, la stéréoscopie et la confocale.
Utilisations courantes
Les deux types de microscopes sont largement utilisés dans le domaine de la biologie microbienne.
Les microscopes optiques, en raison de leur grande variété, trouvent leur place dans les laboratoires de biotechnologie, de pharmacie, de botanique, de microélectronique ou de minéralogie.
Les microscopes électroniques interviennent dans les mêmes domaines, mais ils sont particulièrement utiles en médecine légale, en virologie, en géologie et dans la production de puces électroniques.
Tableau Comparatif : Microscopes Optiques Vs Électroniques
| Caractéristiques | Microscope optique | Microscope électronique |
| Source d'éclairage | Lampes à lumière visible | Canon à électrons |
| Système d'imagerie | Objectif à focale fixe et à distance variable | Objectif à focale variable et à distance fixe |
| Couleur | Vrai | Faux ou noir et blanc |
| Grossissement | 10-1 500 fois | 1-5 millions de fois |
| Résolution | 200 nanomètres | 0.2 nm |
| Spécimen | Plus épais, peut être mort ou vivant | Très fin ; mort ou déshydraté |
| Taille | Peut être porté à la main | Grand et encombrant |
| Coût | 900 - 1 200 € | 70 000 - 1 000 000 € |
| Types | Simple, composé (fond clair, contraste de phase, polarisation, etc.) | A balayage (SEM ou MEB), à transmission (TEM), à réflexion (REM) |
En quoi les Microscopes Optiques et Électroniques sont-ils Similaires ?
D'un point de vue fonctionnel, les microscopes optiques et électroniques sont similaires car leur objectif principal est de zoomer sur un spécimen, afin de pouvoir en observer les détails à un grossissement et une résolution nettement supérieurs.
Les deux microscopes ont également besoin d'un rayonnement électromagnétique pour fonctionner - un rayonnement visible (lumière) pour les microscopes optiques, et un rayonnement ionisant (faisceau d'électrons) pour les microscopes électroniques.
En outre, les microscopes optiques et électroniques contiennent de nombreuses pièces délicates qui les rendent très sensibles au travail et coûteux à acquérir et à entretenir.
FAQ
Quelles sont les parties d'un microscope optique ?
Les élèves utilisent généralement un microscope optique composé lors des activités de laboratoire. Un tel appareil se compose d'un bras robuste (poignée de transport) fixé à une base plate. Les composants spécifiques sont les suivants :
- Tête
- Oculaire ou lentille oculaire (peut être monoculaire ou binoculaire)
- Embout ou tourelle rotative
- Lentilles d'objectif
- Platine mécanique, pinces de platine et ouverture
- Boutons de réglage grossier et fin
- Commandes de platine
- Diaphragme, condenseur, illuminateur, bouton ou cadran de réglage de la luminosité et interrupteur de lumière
Qui a inventé le microscope électronique ?
Les ingénieurs électriciens allemands Ernst Ruska et son professeur Max Knoll ont créé le prototype du microscope électronique en 1931 à la Technische Hochschule de Berlin.
Plus tard, en 1937, Ladislaus Marton a conçu le premier microscope électronique à balayage et à transmission, tandis que Cecil Hall, James Hillier et Albert Prebus ont réalisé le modèle préliminaire de ce qui allait devenir le premier microscope électronique commercialisé en Amérique.
Grâce aux travaux préparatoires qu'ils ont effectués, les microscopes électroniques pouvaient, en 1944, offrir des résolutions aussi fines que 2 nanomètres.
Conclusion
Les microscopes sont des merveilles délicates mais puissantes de l'ingénierie moderne, et sont des outils indispensables dans les laboratoires.
Les principales différences entre les microscopes optiques et électroniques résident dans la source et la nature de leur éclairage, dans la couleur, le grossissement et la résolution de l'image qu'ils produisent, ainsi que dans les spécimens dont ils ont besoin.
Les microscopes optiques utilisent la lumière du spectre visible, qui est projetée par une ampoule halogène, puis condensée et focalisée sur un spécimen vivant ou mort sur une lame de verre, tandis que les microscopes électroniques utilisent un faisceau d'électrons concentré tiré par un canon à électrons sur un spécimen mort et déshydraté.
Les images d'un microscope électronique sont en fausses couleurs ou en noir et blanc, mais sont très supérieures en termes de grossissement et de résolution.
En outre, les MEB ou les TEM peuvent grever le budget d'un laboratoire bien plus qu'un microscope à lumière composée.
