Nous traiterons ici du microscope optique ou photonique. Le lecteur ne trouvera donc pas de documentation sur le microscope électronique. Nous aborderons dans ce document les parties suivantes :
- l’aspect historique de la microscopie
- le principe du microscope
- les caractéristiques
- la méthode d’utilisation

2°)- Un peu d’histoire :

Si l’on considère qu’un microscope est un instrument optique qui permet l’observation d’objets trop petits pour être vus à l’œil nu, alors il ne présente aucune distinction de principe avec la loupe et donc la lentille convergente. Dans ces conditions son histoire remonte à la plus haute antiquité.
En effet, une lentille de cristal de roche a été retrouvée dans les ruines de Ninive. Il semble établi que Néron, qui était myope, regardait les combats des gladiateurs à travers une émeraude polie taillée en lentille concave
Citons encore ; Aristophane, Sénèque, Pline et bien d’autres faisant état dans de nombreuses expériences d’utilisation de lentilles constituées à partir de cristal de roche, d’émeraude et de verre.
Puis une très longue période de plus de 1000 ans s’écoule sans que cette optique naissante fasse le moindre progrès. Les premières informations certaines sur le pouvoir grossissant des loupes remontent au début du XII° siècle vers 1100.
Il faut encore attendre près de deux siècles pour que le moine anglais Roger Bacon, enseignant à l’université d’Oxford, préconise l’utilisation de lentilles pour corriger les défauts del’œil. Ainsi les lunettes sont inventées ; par la suite l’usage des lunettes pour corriger la vue se répand.
Au XVI° siècle les premières utilisations scientifiques concrètes apparaissent, ainsi sont publiées des descriptions fines portant surtout sur les petits insectes ; ces descriptions sont réalisées à l’aide de lentilles bi-convexes de faible focale, utilisées comme loupe placée très près de l’objet. ces appareils de qualité optique modeste constituaient les premiers microscopes simples.Ces instruments modestes permirent toutefois des avancées scientifiques remarquables, ainsi Antoni Van Leeuwenhoek put observer et décrire des bactéries.
C’est au milieu du XVII° siècle qu’est construit le premier microscope composé par association des lentilles biconvexes. Les grossissements sont considérablement augmentés, mais en contre partie s’accroissent également les inconvénients dus aux défauts propres aux lentilles elles-mêmes, ce que l’on a appelé plus tard les aberrations chromatiques et géométriques. Les images obtenues à forts grossissements étaient de si mauvaise qualité que de nombreux scientifiques rejetèrent le microscope composé et réutilisèrent le microscope simple qui bien qu’offrant des grossissements moindres donnait cependant des images plus nettes.
Le microscope composé s’imposera lorsque l’on saura corriger les aberrations chromatiques par associations de lentilles, à cet égard le XIX° siècle est riche de progrès. De grands noms restent attachés à cette période de grands progrès citons Lister, Amici qui conçoivent les premiers objectifs achromatiques à grand angle d’ouverture, les oculaires ne restent pas à l’écart de ces améliorations.
C’est donc de cette époque que date le microscope achromatique qui va permettre de grandes découvertes comme la cellule vivante et l’éclosion ou le développement de disciplines comme la biologie, la bactériologie, la parasitologie, etc. …A cette époque le microscope ressemble au microscope actuel et jusqu’à ce jour des perfectionnements porteront sur la complexité et la qualité des objectifs et des oculaires, sur la finesse et la précision des mouvements mécaniques, sur le système d’éclairage.
Depuis les premières loupes de l’antiquité le microscope optique a connu bien des améliorations atteignant des grossissements pouvant atteindre 1500 même si les observations courantes sont faites entre 20 et 400 fois la taille de l’objet

3°)-Le principe du microscope :

Un microscope est constitué d’un objectif et d’un oculaire, formés chacun par plusieurs lentilles afin de réduire les aberrations géométriques et chromatiques que présentent toujours les lentilles uniques. Par soucis de simplification on peut assimiler l’objectif et l’oculaire à 2 lentilles simples ayant les vergences des systèmes qu’elles représentent. On a alors un microscope simplifié.
L’objectif est assimilable à une lentille convergente de courte distance focale, par ex 11 mm. L’objet à examiner est placé assez près de l’objectif.
L’oculaire est également convergent mais de focale plus grande, par ex 20mm.
Représentation symbolique des lentilles :

La vergence C :

s’exprime en dioptries (δ) , OF’ étant exprimé en m , C >0 pour lentilles convergentes, C < 0 pour lentilles divergentes
O est le centre optique de la lentille , tout rayon lumineux passant par O ne subit pas de déviation
Tout rayon parallèle à l’axe optique sort de la lentille en passant par le foyer principal image
Tout rayon passant par (ou dirigé vers ) le foyer principal objet sort de la lentille parallèle à l’axe optique
Ces quelques propriétés sont suffisantes pour construire les images d’un objet , données par un microscope.

On modifie la distance O1O2 afin de former une image A’’B’’virtuelle beaucoup plus grande que l’objet AB observé, pour cela il faut que l’image A’B’donnée par l’objectif se forme entre le foyer F2 et O2’
Le grossissement est par définition :

α’’ est l’angle sous lequel on voit l’image A’’B’’
α ……………………………….. l’objet AB sans instrument Pour une vision à l’infini, ce qui constitue les meilleures conditions d’observation, on déplace l’oculaire de manière que l’image A1B1 se forme au foyer objet F2

On désigne par dm la distance minimum de vision distincte, elle est conventionnellement fixée à 250 mm
Pour une loupe de distance focale f , le grossissement est G = dm / f . Dans le microscope l’oculaire joue le rôle de loupe vis à vis de l’image A1B1 donnée par l’objectif.

Les valeurs de g 1 et de G 2 sont gravées sur les composants respectifs d’où l’utilité de la formule précédente

4°)- Limite de résolution et pouvoir séparateur du microscope :

la limite de résolution est la plus petite distance AB dont on peut séparer les extrémités en observant AB dans l’instrument
Le pouvoir séparateur ou pouvoir de résolution : est l’inverse de la limite de résolution, car plus la limite de résolution est petite plus le pouvoir de résolution de l’appareil est grand.

D’une manière générale, pour un point objet A, un système optique ( microscope, lunette, télescope …) donne une image A’ ; cette image n’est jamais rigoureusement ponctuelle. C’est une petite tache lumineuse entourée alternativement d’anneaux obscurs et lumineux. Ceci est dû au phénomène de diffraction qui vient du caractère ondulatoire de la lumière.
L’étude de la diffraction montre que le rayon r de la tache lumineuse centrale a pour expression

Considérons maintenant le cas de 2 points objets A et B très voisins qui donnent à travers le système optique 2 images A’ et B’qui très voisines vont en partie se superposer et donc se brouiller mutuellement

A la limite, A’ et B’ sont séparées par l’œil lorsque la périphérie de la tache centrale lumineuse de A’ passe par le centre de la tache centrale lumineuse B’, on considère que le contraste est alors suffisant
On aura A’B’ = r = 1,22 λ / 2n’sinu’, on passe alors à l’expression de AB correspondant par la relation d’ Abbe qui lie l’objet AB, son image A’B’, le milieu transparent dans lequel se trouve l’objet AB soit n son indice, le milieu transparent dans lequel se trouve l’image soit n’ son indice, l’angle u sous lequel de A on voit le rayon de la pupille d’entrée et l’angle u’ sous lequel de A’ on voit le rayon de la pupille de sortie

Toutefois cette expression de la limite de résolution doit être discutée car il y a une limite à la limite de résolution en lumière visible . Si l’on décompose la lumière à travers un prisme ou un réseau on obtient son spectre constitué d’une infinité de lumières colorées . Chaque couleur ou radiation monochromatique est une onde caractérisée par sa longueur d’onde λ . Le spectre visible s’étale de λ = 400 nm pour le violet extrême jusqu’à λ = 780 nm pour le rouge extrême ;( voir Compléments , ci-après)

Comme 2 points A et B ne peuvent être vus séparés , sous une lumière de longueur d’onde λ , que si
λ < AB ; alors le microscope optique utilisé dans le visible a, dans le meilleur des cas , une limite de résolution de 400 nm .

5°)-Utilisation du microscope :

Pour une utilisation correcte du microscope il convient de respecter l’ordre des manipulations suivantes :
• Le microscope étant sur le plan de travail , tourner la crosse vers soi
• En tournant la tourelle mettre en place l’objectif de grossissement le plus faible
• Utiliser également un oculaire de faible grossissement car son champ est plus grand . On pourra , par la suite , le remplacer par un oculaire plus fort
• Placer la lampe de façon à éclairer le miroir ,le réglage se fait en regardant par l’oculaire ,veiller à ce que le maximum de lumière traverse le bloc optique
• Vérifier que la lampe n’ait aucun contact ni avec le miroir ni avec platine
• Placer l’objet sur la platine en veillant bien au centrage
• Remonter la platine en regardant latéralement , au besoin avec une loupe, afin d’amener l’objet ( qui sera souvent une préparation ) à quelques mm de l’objectif. En regardant dans l’oculaire , une mise au point approximative sera faite avec la vis micrométrique , le réglage fin se fera ensuite à l’aide de la vis macrométrique
• Parfaire les réglages du centrage et de l’éclairage à l’aide des diaphragmes et du condenseur
• Pour observer à plus fort grossissement , il suffit de tourner la tourelle pour choisir un nouvel objectif ; la mise au point ne nécessite par la suite que la vis micrométrique
Remarque : avoir toujours à portée de main , un chiffon sec propre et non pelucheux ainsi que du papier joseph , pour nettoyer soigneusement , objectifs et oculaires , avant et après chaque observation . Recouvrir le microscope avec sa housse après son utilisation

B ] – Quelques aspects techniques :

1° ) – Généralités sur la lumière et les couleurs

a )- Généralités

Dès l’antiquité les philosophes se sont interrogés sur la nature de la lumière et sur sa propagation dans les différents milieux, mais c’est au XIX° siècle que s’affirme vraiment l’aspect ondulatoire de la lumière avec Young, Fresnel et surtout Maxwell qui élabore la théorie des ondes électromagnétiques englobant la lumière. Au XX° siècle Planck et Einstein réactivent le modèle corpusculaire avec la théorie du photon. Enfin De Broglie met fin à l’antagonisme onde-corpuscule et établit la théorie de la mécanique ondulatoire fondée sur la dualité onde-corpuscule et ainsi les phénomènes optiques sont interprétés tantôt sous l’angle ondulatoire, tantôt sous l’angle corpusculaire et tantôt en associant les deux.
Les ondes électromagnétiques résultent des oscillations, en un point de l’espace, d’un champ magnétique B et d’un champ électrique E orthogonaux entre eux et dont la composition constitue un champ électromagnétique.
Une onde électromagnétique est dite monochromatique si les oscillations de E et de B sont
Sinusoïdales ; elle est alors caractérisée par sa période T ou sa fréquence ν

T s’exprime en secondes ( s ) ; ν s’exprime en Hertz ( Hz ) ( ν se prononce nu )

L’onde est transversale car elle se déplace suivant une direction k perpendiculaire au plan défini par E et B. La vitesse de propagation dépend du milieu traversé et c’est dans le vide que cette vitesse ( ou célérité ) est maximale ; elle est représentée par c
c= 299792458 m.s-1 soit pratiquement c = 3x10⁸ m.s-1
Si la fréquence ν est la grandeur caractéristique d’une onde électromagnétique monochromatique, on lui préfère souvent une grandeur associée, la longueur d’onde dans le vide λ
λ est la distance parcourue par l’onde, dans le vide, pendant une période T.

Comme on peut le constater sur le tableau ci-dessous ( fig. 2 ) la lumière visible, c’est à dire perçue par l’œil humain, n’occupe qu’une faible étendue dans le spectre des ondes électromagnétiques. Toutefois on parle aussi de lumière, bien qu’invisible ( non perçu par l’œil ), pour les domaines de l’ultra violet et l’infrarouge.

b)- Le spectre de la lumière blanche :

La lumière blanche est la lumière émise par le Soleil, par une lampe. Elle est constituée par une infinité de lumières monochromatiques dont les longueurs d’onde s’étalent de
380 nm à 780 nm : ( 1 nm = 1 nanomètre = 1x10-9 m ), en gros de 400 à 800 nm.
Rappelons qu’une lumière monochromatique est caractérisée par une fréquence bien précise, donc par une seule longueur d’onde, elle a une couleur pure.
Lorsque la lumière blanche est décomposée par un prisme, un réseau, ou des gouttes d’eau ( arc-en-ciel)
on observe le spectre de la lumière blanche, comme ci dessous.

On reconnaît généralement 7 couleurs ( violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge ), mais en réalité il n’y a aucune frontière nette entre 2 couleurs voisines et par exemple entre le bleu et le vert il y a une infinité de couleurs. Un tel spectre est dit continu.

c)-Synthèse des couleurs :

1) Synthèse additive

Si l’on reprend le spectre de la lumière blanche on peut, très globalement, considérer qu’il est constitué par 3 couleurs : le rouge et le bleu aux extrémités et le vert au milieu. Ainsi ces trois couleurs Rouge, Vert, Bleu ( RVB ) sont dites fondamentales ou Primaires. C’est à partir de ces 3 couleurs que sont reconstituées toutes les couleurs du poste TV, des écrans d’ordinateurs, écrans LCD, écrans à plasma etc…
La juxtaposition des 3 couleurs reconstitue le blanc : R+V+B = Blanc. C’est la synthèse additive des couleurs

Ainsi le Jaune est la couleur complémentaire du Bleu
Le Cyan ----------------------------------------du Rouge
Le Magenta ------------------------------------du Vert
Remarque : Ces trois couleurs primaires peuvent être différentes suivant le domaine d’utilisation et la spécialité. Ainsi pour l’artiste peintre il en va différemment du physicien, les 3 couleurs primaires sont
Le Rouge, le Jaune et le Cyan.

2)- Synthèse soustractive :

Cette méthode consiste à soustraire à la lumière blanche une composante bleue, verte ou rouge à l’aide de filtres jaune, magenta ou cyan. La synthèse soustractive est utilisée en photographie, en imprimerie, en peinture.
Ici les couleurs primaires sont le Jaune ( J ), le Magenta ( M ) et le Cyan ( C ) et les couleurs secondaires correspondantes : le Bleu, le Vert et le Rouge. ( Fig.6 )
Deux couleurs sont complémentaires si mélangées elles donnent du Noir

Ces propriétés trouvent notamment une application dans le domaine de l’imprimerie. La technique utilisée porte le nom de Quadrichromie CMJK ( cyan, magenta, jaune, noir ) ou en anglais CMYK
( avec Y pour yellow et K pour black ). Certes C+M+J = K, mais ce mélange ne donne pas un noir de bonne qualité, voilà pourquoi on ajoute le noir aux 3 autres couleurs de base.
En plus des couleurs primaires et secondaires on parle aussi de couleurs tertiaires qui sont obtenues en mélangeant dans les mêmes proportions une couleur primaire et une couleur secondaire autre que sa complémentaire. Cela donne donc 6 couleurs tertiaires dont, par exemple, l’orange et le violet.

d )-Couleur des objets :

Tout objet éclairé peut :

Si la quasi-totalité de la lumière incidente est transmise l’objet est transparent
Si, au contraire, aucune lumière n’est transmise alors l’objet est opaque
La couleur de l’objet dépend de la lumière diffusée et donc de la lumière absorbée.

Par exemple :

Finalement, un objet n’est pas coloré de lui-même, tout dépend de la lumière qu’il reçoit. Par exemple un objet recouvert d’une peinture rouge paraît noir s’il est éclairé par une lumière bleue ; c’est le cas du corail rouge lorsqu’il se trouve à une certaine profondeur dans la mer, il paraît noir, car l’eau de mer absorbe progressivement le rouge.

2°)- Fluorescence – Microscopie par fluorescence

a)- la fluorescence

elle appartient, avec la phosphorescence au phénomène de luminescence. Cela se produit lorsqu’un objet éclairé diffuse de la lumière sur une longueur d’onde supérieure à celle de la lumière incidente. Un corps qui a cette propriété est un fluorochrome ( voir plus bas ). Lorsque la lumière diffusée cesse dès la fin de l’excitation on parle de fluorescence ; si au contraire la diffusion se poursuit après l’arrêt de l’excitation alors on parle de phosphorescence.
Comment interpréter ce phénomène ?
Par soucis de simplicité raisonnons sur un atome isolé. Excité par un rayonnement UV ( invisible ) de grande énergie, l’atome passe du niveau d’énergie E0 à un niveau d’énergie excité présentant les doublets électroniques E1 et E1’

Ce processus reste globalement valable pour les molécules mais en plus complexe du fait des énergies de rotation, de vibration, qui multiplient les niveaux d’énergie.

b)- Microscopie par fluorescence :

C’est une application importante souvent associée à l’informatique pour traiter les images

schéma de principe du microscope par fluorescence
En microscopie optique classique nous avons vu que la limite de résolution est fixée par la plus petite longueur d’onde observable, soit 400 nm. Cette limite frappe également le microscope par fluorescence, mais on pourra avec cet instrument observer :
- des objets normalement transparents en lumière visible et devenus fluorescents par fixation de fluorochromes adaptés
- des objets en trois dimensions, grâce à l’absorption sélective d’un fluorochrome.
On pourra connaître la constitution d’un objet à partir des variations d’intensité de l’émission fluorescente. Par exemple en biologie on pourra :
- Connaître certaines structures tissulaires qui fixent sélectivement un marqueur.
- Connaître les déplacements des molécules marquées ( la fluorescence se déplace en même temps que la molécule )
- Connaître les interactions entre 2 molécules, 2 protéines, etc.…
Remarques
- fluorochrome : C’est une molécule qui est fluorescente lorsqu’elle est éclairée par une lumière d’énergie suffisante. Elle est généralement constituée à partir de noyaux aromatiques polycycliques. Les fluorochromes sont utilisés comme marqueurs ; exemple : la fluorescéine
- La fluorescéine : matière colorante jaune découverte par Baeyer en 1871 qui absorbe la lumière bleue λa < 480 nm et émet une lumière verte λe ≈ 520 nm

3°)- Microscope à contraste de phase :

a )- Contraste de phase :

L’œil est, nous l’avons vu, sensible à la couleur donc à la longueur d’onde de la lumière et aussi à son intensité, mais il ne peut percevoir les différences de phase.

Exemple : les 2 sinusoïdes représentées ont même longueur d’onde, même amplitude mais présentent un décalage temporel donc une différence de phase.
Or de nombreux objets microscopiques, quasiment transparents, ne modifient pratiquement pas ni l’intensité ni la longueur d’onde de la lumière qui les traverse. C’est principalement le cas de la cellule vivante. On peut certes colorer ces cellules mais cela ne va pas sans risque. Toutefois, du fait de leur épaisseur et de leur indice de réfraction ces objets quasiment transparents induisent entre la lumière ( T ) qui les traverse et celle ( L ) qui ne les traverse pas une différence de phase comme ci-dessus ; la différence de chemin optique en est la cause.
Si n est l’indice de l’objet et e son épaisseur, le chemin optique à travers l’objet est n.e alors qu’il est simplement e hors de l’objet ; la différence de chemin optique est n.e – e = e( n – 1 ), elle conditionne la différence de phase qui donc dépend de n et de e
Si l’on mesure la différence entre ( L ) et ( T ) on obtient une onde ( D ) qui représente la lumière diffractée par l’objet qui fait obstacle à la lumière.
On constate que l’onde ( D ) présente une différence de phase par rapport à ( L ) d’environ λ / 4. Si de plus on décale encore artificiellement ( D ) de λ / 4, alors la différence de phase entre ( L ) et ( D ) correspond à λ / 2, les 2 ondes sont en opposition de phase. La différence entre ( L ) et ( D ) est maintenant maximale et cette différence est l’onde ( T ) dont l’amplitude est nettement diminuée

b)- Schéma de principe

Légende
S : est une source considérée comme ponctuelle et située au foyer du condenseur
D1 : diaphragme de champ
D2 : diaphragme annulaire placé au dessous du condenseur ,
Il laisse passer un anneau de lumière
C : condenseur
( P ) : plan objet contenant la préparation où I est un obstacle diffractant
O : objectif
A . plan contenant la lame de phase ou un anneau de phase
L : est une lame de phase ( ou anneau de phase ) , elle provoque le déphasage supplémentaire de λ / 4
( P’) : plan de l’image intermédiaire qui sera reprise par l’oculaire , non représenté ici
I’ : image intermédiaire de I nettement contrastée grâce à L et au jeu de diaphragmes .

4°)- Polarisation et Microscopie :

a)- polarisation :

Rappelons que la lumière ( onde électromagnétique ) résulte de la propagation simultanée d’un champ électrique E et d’un champ magnétique B constamment perpendiculaires se propageant

suivant k

Lorsque par un dispositif approprié ( un polariseur ) :

- E reste parallèle à une direction fixe la lumière est polarisée rectilignement.
- E décrit un cercle dans le plan perpendiculaire à la vitesse ,(en fait l’extrémité de E décrit une hélice ) : la polarisation de la lumière est circulaire
- E décrit une ellipse alors la polarisation de la lumière est elliptique

b)- polarisation rectiligne :

M qui produit la polarisation est le polariseur
M’ qui produit les variations d’intensité est l’analyseur
Le plan contenant SI, II’, IR est le plan de polarisation des miroirs

c)- polarisation par double réfraction ou biréfringence :

d)-les polaroïds :

Un film polymère, étiré, collé sur une feuille transparente non élastique, transforme une onde non polarisée en une onde polarisée . C’est un polariseur qui porte le nom commercial de polaroïd .
Tout polariseur rectiligne peut servir d’analyseur et inversement. Il n’y a donc pas de différence de nature entre polariseur et analyseur

Le polariseur ne transmet que la composante E , il éteint la composante E’, la lumière polarisée a donc une intensité moindre que la lumière naturelle incidente . L’analyseur transmet intégralement la lumière polarisée.par le polariseur. Maintenant faisons pivoter l’analyseur de 90° autour de l’axe de propagation.

L’analyseur ne laisse plus passer la lumière ; on dit que le polariseur et l’analyseur sont croisés La loi de Malus Soit une lumière polarisée d’intensité Io arrivant sur un analyseur qui transmet une lumière polarisée d’intensité I, a étant l’angle des polarisations.

e)- Lames à faces parallèles : onde, ½ onde, ¼ onde :

Ce sont des lames de quartz ou de mica. On sait que si une onde plane de lumière naturelle arrive normalement à la surface d’une lame, elle se divise dans le cristal en 2 ondes polarisées à angle droit ayant des vitesses différentes donc des indices différents et donc des chemins optiques différents. A la sortie un décalage temporel s’est produit et donc un déphasage que l’on peut exprimer en fonction de λ . Les directions de ces 2 vibrations forment 2 axes appelés lignes neutres.

- lame onde :
Pour une certaine longueur d’onde λ, ces lames d’épaisseur e bien déterminée pour un matériau déterminé introduisent entre les 2 ondes une différence de marche δ = kλ . Alors les 2 ondes sont en phase.
Une lame onde recevant une lumière polarisée rectiligne transmet une lumière polarisée rectiligne que l’on peut éteindre avec un analyseur. Elle ne change rien à la lumière de longueur d’onde λ . Ainsi une telle lame placée entre polariseur et analyseur croisés laissera bien éteinte la radiation λ mais rétablira les autres radiations de la lumière blanche.

- lame demi-onde
Ici la différence de marche est un nombre impair de demie longueur d’onde δ= ( 2k+1 ) . λ/2, ce qui correspond à une opposition de phase
Une telle lame transforme une onde polarisée rectiligne en une onde polarisée rectiligne symétrique de l’onde incidente par rapport aux lignes neutres

-lame quart d’onde

La différence de marche est un nombre impair de quart de longueur d’onde δ = ( 2k+1 ) . λ/4 ce qui
Correspond à une quadrature de phase
Une telle lame transforme une onde polarisée rectiligne en une onde polarisée elliptique dont les axes sont les lignes neutres . La vibration transmise peut aussi être circulaire ( c’est un cas particulier )

Ces lames sont placées entre polariseur et analyseur dans un type de microscope appelé microscope à polarisation ou microscope polarisant qui permet d’observer des objets quasiment transparents à la lumière visible. Il est notamment utilisé pour l’observation des cristaux mais aussi d’objets organiques comme par exemple : des fibres musculaires, des cellules, des fibres végétales… On l’utilise également pour l’identification de l’amiante etc.….

f)- Le Microscope polarisant :

C’est un microscope ordinaire qui comporte en plus un polariseur placé sous une platine tournante et un analyseur situé entre l’objectif et l’oculaire ; polariseur et analyseur peuvent être logés dans des petites tirettes.

Comment procéder ?

- régler le microscope ( procédure habituelle de mise en route , voir « Le Microscope »
- placer le polariseur et l’analyseur dans leurs logements
- régler la platine
- tourner l’analyseur jusqu’à obtenir l’extinction la plus poussée . Il est souhaitable d’avoir un analyseur que l’on puisse enlever facilement pour pouvoir faire des observations en lumière simplement polarisée et aussi en lumière polarisée-analysée
- placer la préparation et la maintenir sur la platine
- faire la mise au point avec le plus faible grossissement
- tourner le polariseur pour observer les changements de couleur des cristaux puis poursuivre jusqu’à extinction du cristal observer ( l’angle sert à l’identification du cristal ) .

5°)- Microscope métallographique :

Ci-dessus :

- modèle de microscope métallographique
- micrographie optique d’un acier

C’est un microscope inversé en ce sens que la préparation est éclairée par dessus . Ceci est rendu nécessaire par l’opacité des préparations qui sont rarement en couche mince , c’est là la principale différence avec la microscopie classique
La préparation réfléchit les rayons lumineux qui proviennent de l’objectif ; pour cela la préparation doit présenter une surface polie, une surface miroir, ainsi les rayons réfléchis traversent une seconde fois l’objectif en sens inverse pour parvenir à l’oculaire. On voit donc que l’objectif joue ici un double rôle ; celui de condenseur et d’objectif.
Pour une observation il faut prélever un échantillon plan et le polir soigneusement. Le microscope métallographique, du fait de ses grossissements élevés ( jusqu’à 1000 fois ) et de sa faible profondeur de champ nécessite des surfaces planes.
Citons quelques applications :
- étudier la structure et la composition d’un alliage
- observer la pénétration de la corrosion
- observer les altérations causées aux métaux par les solutions acides
- déceler les fausses patines sur les objets d’art

6°)-Le microscope stéréoscopique

Le microscope stéréoscopique possède deux oculaires et surtout deux objectifs ; cela lui confère des qualités particulières très appréciées par de nombreux utilisateurs.

D’un objet il donne une image a trois dimensions d’où la qualification de stéréoscopique. Ceci en fait un appareil indispensable au biologiste, au bijoutier, au géologue mais aussi au minéralogiste, au mécanicien, au policier … à tous ceux qui travaillent sur documents pour lesquels une grande précision est de nécessaire. Les grossissements vont de20X à 400X
Mais c’est surtout la profondeur de champ et la largeur de champ qui font tout l’intérêt de l’appareil. Muni d’un dispositif microphotographique et d’une sortie imprimante couleur il est possible de réaliser des documents de bonne tenue scientifique.

7°)- L’éclairage de Köhler :

Schémas de principe :

Légende :
L : lampe avec filament
Co : Collecteur
DC : Diaphragme de champ
DO : Diaphragme d’ouverture
C : Condenseur
P : Préparation

Le diaphragme d’ouverture doit se trouver au niveau de l’image du filament de la lampe donnée par le collecteur ainsi que dans le plan focal du condenseur
La formation des images de qualité ne dépend pas que du matériel optique ( objectif, oculaire ) elle dépend aussi du mode d’éclairage. Dans l’éclairage de Köhler on utilise deux diaphragmes et l’on obtient ainsi un éclairage uniforme avec un contraste maximum. C’est un progrès par rapport au système antérieur qui projetait la source de lumière, par l’intermédiaire du condenseur, dans le plan de l’objet. De ce fait l’objet recevait un éclairage non uniforme. Ici, donc, un premier diaphragme, le diaphragme de champ ( DC ) placé contre le collecteur, est un diaphragme à iris, il est utilisé comme source lumineuse. On règle le diamètre de l’iris et la position du diaphragme de façon que seul le champ d’observation soit éclairé. Le diaphragme de champ règle donc le diamètre du faisceau lumineux qui arrive sur l’objet.
Le diaphragme d’ouverture ( DO ) permet de régler l’angle du cône de lumière qui pénètre dans le condenseur et qui éclaire la préparation en évitant des lumière parasites comme la lumière diffractée par la préparation. Ce type d’éclairage améliore le contraste des images observées. L’éclairage monochromatique ou simplement filtré permet de voir des détails invisibles en lumière blanche du simple fait de l’absorption de ce rayonnement par les détails qui apparaîtront plus foncés.
L’éclairage de Köhler est souvent installé dans les microscopes actuels.

8°)- notes sur les objectifs des microscopes

Que représentent les chiffres gravés sur l’objectif ?

Les photos ci –dessous représentent des objectifs sur lesquels nous lisons quatre valeurs numériques. Que représentent-elles ?

Le grandissement g : D’un objet, noté par ex AB, l’objectif donne une image réelle notée, par ex, A1 B1 40 fois plus grande que l’objet.
Ainsi g = A1 B1 / A B = 40
Ces valeurs de g sont souvent notées : x10, x40, x60, x100 …

L’Ouverture Numérique : O.N Si l min est la limite de résolution du microscope:

Ainsi l’ouverture numérique joue un rôle primordial dans la résolution des microscopes. En fait elle est la principale caractéristique d’un objectif puisqu’en plus, elle règle la quantité de lumière entrant dans le microscope et elle définit la profondeur de champ. Plus l’O.N est élevée, plus la brillance de l’image est grande et plus la profondeur de champ est réduite, c’est ce que l’on recherche en microscopie.
On considère généralement, pour une image nette, que le grossissement maximum du microscope ne peut dépasser 500 fois l’O.N

La Longueur de tube : L C’est la distance qui sépare le foyer principal image de l’objectif du foyer principal objet de l’oculaire, lorsque l’image de l’objet observé est formée à l’infini ( microscope normal ).

L a assez souvent pour valeur 160 mm , mais peut aussi valoir 170mm ou même 250mm pour certains microscopes spéciaux ; enfin certains professionnels utilisent des microscopes dotés d’objectifs ayant une longueur de tube infinie () , ces microscopes possèdent une lentille supplémentaire ,appelée lentille de tube, située entre l’objectif et l’oculaire.

L’épaisseur de lamelle : Un objectif donné est destiné à travailler à une certaine distance de l’objet ,de ce fait il lui correspond une lamelle couvre-objet d’épaisseur donnée et d’indice de réfraction donné . Les lamelles ont le plus souvent une épaisseur de 0,17 mm ,quelquefois 2 mm ; il convient de veiller au bon choix de l’épaisseur car une lamelle trop épaisse ,par exemple ,affecte la résolution du système .
On rappellera simplement l’importance du rôle joué par cette lamelle. Elle fixe les préparations entre elle et la lame de plus grandes dimensions . En écrasant la goutte de liquide elle annule les distorsions optiques crées par la sphéricité de la goutte . Elle protége l’objet et ralenti l’évaporation.

The optical experience