Huit choses cachées dans une goutte sous l'objectif · Deep Cuts

DC·54 Deep Cuts

Une minuscule bille de verre a battu tous les microscopes pendant 200 ans

Un drapier autodidacte de Delft a poli une seule bille de verre de la taille d'un grain pour en faire une lentille, qu'il a sertie dans une plaque de laiton à peine plus grande qu'un timbre-poste. En plissant les yeux à travers elle, il a vu des bactéries et des cellules vivantes dont personne ne soupçonnait l'existence. Sa lentille toute simple atteignait environ 270x et est restée plus nette que les encombrants microscopes composés de l'époque pendant près de deux siècles, jusqu'à ce que l'art de tailler les lentilles la rattrape enfin au XIXe siècle.

Il a baptisé la « cellule » d'après la chambre nue d'un moine

En 1665, un érudit londonien a découpé une fine lamelle de liège, l'a glissée sous son microscope et y a vu un nid d'abeilles de minuscules boîtes vides. Les parois lui ont rappelé les modestes petites chambres où dormaient les moines : il leur a donc emprunté leur nom, cella, « petite chambre » en latin. Depuis, chaque cellule vivante porte ce mot, forgé d'abord pour les parois mortes et creuses de l'écorce.

C'est la lumière elle-même qui fixe le plus petit détail qu'une lentille peut montrer

En 1873, un physicien allemand a démontré qu'aucun microscope optique ordinaire, si parfait que soit son verre, ne peut séparer deux points plus rapprochés qu'environ la moitié de la longueur d'onde de la lumière qui les traverse. Pour la lumière visible, ce plancher avoisine les 200 nanomètres, plus petit que la plupart des bactéries mais bien plus grand qu'un virus. L'obstacle n'est pas la lentille : c'est la nature ondulatoire de la lumière elle-même.

Une goutte d'huile voit plus net que l'air ne le pourra jamais

L'air dévie et disperse les rayons les plus obliques qui quittent un échantillon, si bien qu'ils n'atteignent jamais la lentille. Glissez une goutte d'huile spéciale entre la lame de verre et l'objectif : comme l'huile dévie la lumière presque exactement comme le verre, ces rayons entrent tout droit. Accorder l'huile au verre permet à la lentille de capter un cône de lumière plus large et de révéler des détails qu'aucune lentille sèche ne peut atteindre.

Les algues vitreuses sont les règles qui mettent une lentille à l'épreuve

Les diatomées sont des algues unicellulaires qui bâtissent des coques complexes de silice vitreuse, percées de rangées de pores espacées de quelques micromètres à peine. Ces rangées sont tracées si régulièrement que les fabricants de microscopes s'en servent comme mires de test naturelles : si votre lentille parvient à séparer nettement les lignes d'une espèce donnée, vous connaissez son vrai pouvoir de résolution. Chez certaines espèces, les stries ne sont distantes que de quelques millionièmes de mètre.

Comment on a enfin observé une cellule vivante sans la tuer

La plupart des cellules sont presque transparentes ; pendant des décennies, le seul moyen d'en voir l'intérieur était de les teinter avec un colorant, ce qui les tuait. Au début des années 1930, un physicien néerlandais a compris qu'une cellule transparente retarde tout de même subtilement la lumière qui la traverse. Son microscope à contraste de phase transforme ces retards invisibles en clarté visible, révélant la machinerie d'une cellule vivante et non colorée. Cela lui a valu le prix Nobel de physique 1953.

Remplacez la lumière par des électrons et vous verrez les atomes

Comme la lumière ne peut rien résoudre de plus petit qu'environ la moitié de sa longueur d'onde, il existe un plancher infranchissable à ce que montre un microscope optique. Or les électrons, eux aussi, se comportent comme des ondes, avec des longueurs d'onde des milliers de fois plus courtes que la lumière visible. Dirigez sur un échantillon un faisceau focalisé d'électrons plutôt que de lumière, et le pouvoir de résolution bondit d'un facteur mille, assez net pour imager le réseau d'atomes isolés.

Un second faisceau de lumière a brisé la limite propre de la lumière

Pendant plus d'un siècle, la longueur d'onde de la lumière a semblé un mur infranchissable pour la finesse des microscopes. Vers 2000, un physicien a ajouté un second faisceau laser en forme de beignet qui éteint la lueur partout sauf en un point bien plus petit que l'ancienne limite, puis balaye ce point sur l'échantillon. L'astuce a fait voler la barrière en éclats et permis aux microscopes optiques de voir des structures distantes de quelques dizaines de nanomètres seulement. Elle a valu un prix Nobel en 2014.

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