Histoire du microscope

janvier 15, 2021 0 Par Sandro Caputo

histoire du microscope

Au cours de cette période historique connue sous le nom de Renaissance, après le « sombre » Moyen Âge, il y eut les inventions de l’imprimerie, de la poudre à canon et de la boussole de marine, suivies de la découverte de l’Amérique. Tout aussi remarquable est l’invention du microscope optique : un instrument qui permet à l’œil humain, au moyen d’une lentille ou de combinaisons de lentilles, d’observer des images agrandies de minuscules objets. Il a rendu visibles les détails fascinants de mondes à l’intérieur de mondes.

L’invention des lentilles de verre

Bien avant, dans un passé flou et non enregistré, quelqu’un avait ramassé un morceau de cristal transparent plus épais au milieu qu’aux bords, l’avait regardé à travers et avait découvert que cela donnait l’impression que les choses étaient plus grandes. Quelqu’un a également découvert qu’un tel cristal concentrait les rayons du soleil et mettait le feu à un morceau de parchemin ou de tissu. Les loupes et les « verres brûlants » ou « loupes » sont mentionnés dans les écrits de Sénèque et de Pline l’Ancien, philosophes romains du premier siècle après J.-C., mais apparemment ils n’ont pas été beaucoup utilisés jusqu’à l’invention des lunettes, vers la fin du 13ème siècle. Elles ont été nommées lentilles parce qu’elles ont la forme des graines d’une lentille.

Le premier microscope simple était simplement un tube avec une plaque pour l’objet à une extrémité et, à l’autre, une lentille qui donnait un grossissement inférieur à dix diamètres — dix fois la taille réelle. Ces lunettes suscitaient l’émerveillement général lorsqu’elles étaient utilisées pour observer des puces ou de minuscules objets rampants et furent donc surnommées lunettes anti-puces.

Naissance du microscope optique

Vers 1590, deux fabricants de lunettes néerlandais, Zaccharias Janssen et son fils Hans, en expérimentant avec plusieurs lentilles dans un tube, ont découvert que les objets proches semblaient beaucoup plus grands. Ce fut le précurseur du microscope composé et du télescope. En 1609, Galilée, père de la physique et de l’astronomie modernes, entendit parler de ces premières expériences, élabora les principes des lentilles et fabriqua un bien meilleur instrument avec un dispositif de mise au point.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

Le père de la microscopie, le Hollandais Anton van Leeuwenhoek, a commencé comme apprenti dans un magasin de tissus où l’on utilisait des loupes pour compter les fils des tissus. Il s’est enseigné de nouvelles méthodes de meulage et de polissage de minuscules lentilles de grande courbure qui donnaient des grossissements allant jusqu’à 270 diamètres, les plus fins connus à l’époque. C’est ainsi qu’il a construit ses microscopes et fait les découvertes biologiques qui ont fait sa renommée. Il a été le premier à voir et à décrire les bactéries, les levures, la vie foisonnante dans une goutte d’eau, et la circulation des globules sanguins dans les capillaires. Au cours de sa longue vie, il a utilisé ses lentilles pour faire des études pionnières sur une variété extraordinaire de choses, vivantes et non vivantes, et a rapporté ses découvertes dans plus d’une centaine de lettres à la Royal Society of England et à l’Académie française.

Robert Hooke

Robert Hooke, le père anglais de la microscopie, a confirmé les découvertes d’Anton van Leeuwenhoek sur l’existence de minuscules organismes vivants dans une goutte d’eau. Hooke a fait une copie du microscope à lumière de Leeuwenhoek et a ensuite amélioré sa conception.

Charles A. Spencer

Plus tard, peu d’améliorations majeures ont été apportées jusqu’au milieu du XIXe siècle. Ensuite, plusieurs pays européens se sont mis à fabriquer du matériel d’optique de qualité, mais aucun n’est plus fin que les merveilleux instruments construits par l’Américain Charles A. Spencer et l’industrie qu’il a fondée. Les instruments d’aujourd’hui, modifiés mais peu nombreux, donnent des grossissements allant jusqu’à 1250 diamètres avec la lumière ordinaire et jusqu’à 5000 avec la lumière bleue.

Au-delà du microscope à lumière

Un microscope optique, même avec des lentilles parfaites et un éclairage parfait, ne peut tout simplement pas être utilisé pour distinguer des objets qui sont plus petits que la moitié de la longueur d’onde de la lumière. La lumière blanche a une longueur d’onde moyenne de 0,55 micromètre, dont la moitié est de 0,275 micromètre. (Un micromètre est un millième de millimètre, et il y a environ 25 000 micromètres à un pouce. Les micromètres sont également appelés microns). Deux lignes plus proches l’une de l’autre que 0,275 micromètre seront considérées comme une seule ligne, et tout objet d’un diamètre inférieur à 0,275 micromètre sera invisible ou, au mieux, apparaîtra comme un flou. Pour voir de minuscules particules au microscope, les scientifiques doivent contourner complètement la lumière et utiliser un autre type d' »éclairage », à savoir un éclairage de longueur d’onde plus courte.

Le microscope électronique

L’introduction du microscope électronique dans les années 1930 a comblé l’écart. Co-inventé par les Allemands Max Knoll et Ernst Ruska en 1931, Ernst Ruska a reçu la moitié du prix Nobel de physique en 1986 pour son invention. (L’autre moitié du prix Nobel a été partagée entre Heinrich Rohrer et Gerd Binnig pour la STM).

Dans ce type de microscope, les électrons sont accélérés dans le vide jusqu’à ce que leur longueur d’onde soit extrêmement courte, seulement un cent millième de celle de la lumière blanche. Les faisceaux de ces électrons rapides sont focalisés sur un échantillon de cellule et sont absorbés ou dispersés par les parties de la cellule de manière à former une image sur une plaque photographique sensible aux électrons.

Puissance du microscope électronique

S’ils sont poussés à bout, les microscopes électroniques peuvent permettre de voir des objets aussi petits que le diamètre d’un atome. La plupart des microscopes électroniques utilisés pour étudier le matériel biologique peuvent « voir » jusqu’à environ 10 angströms – un exploit incroyable, car bien que cela ne rende pas les atomes visibles, cela permet aux chercheurs de distinguer les molécules individuelles d’importance biologique. En effet, il peut grossir les objets jusqu’à un million de fois. Néanmoins, tous les microscopes électroniques souffrent d’un sérieux inconvénient. Comme aucun spécimen vivant ne peut survivre sous leur vide poussé, ils ne peuvent pas montrer les mouvements toujours changeants qui caractérisent une cellule vivante.

Microscope optique contre microscope électronique

En utilisant un instrument de la taille de sa paume, Anton van Leeuwenhoek a pu étudier les mouvements des organismes unicellulaires. Les descendants modernes du microscope à lumière de van Leeuwenhoek peuvent mesurer plus d’un mètre cinquante, mais ils restent indispensables aux biologistes cellulaires car, contrairement aux microscopes électroniques, les microscopes à lumière permettent à l’utilisateur de voir les cellules vivantes en action. Depuis l’époque de van Leeuwenhoek, le principal défi pour les microscopistes optiques a été d’améliorer le contraste entre les cellules pâles et leur environnement plus pâle afin que les structures et les mouvements cellulaires soient plus facilement visibles. Pour ce faire, ils ont mis au point des stratégies ingénieuses faisant appel à des caméras vidéo, à la lumière polarisée, à des ordinateurs de numérisation et à d’autres techniques qui permettent d’obtenir de vastes améliorations, en revanche, qui alimentent une renaissance de la microscopie optique.