A travers les siècles, l'homme a toujours cherché à observer le monde de l'infiniment petit qui l'entoure, le monde invisible à l'oeil nu. Pour cela, il invente la loupe (XVe siècle), puis le microscope optique (XVIIe siècle) pour observer des cellules sanguines ou des bactéries ..., mais il semble impossible d'observer les éléments ultimes dont est faite la matière : les atomes. Il faut attendre la découverte de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie(1923) pour que l'espoir renaisse. Les particules qui constituent la matière peuvent se comporter comme des ondes de longueur d'onde très petite : 0,1 nm (10-10 mètre), c'est-à-dire de la taille d'un atome. De cette dualité onde-corpuscule va naître le microscope électronique en 1933 (E.Ruska) - où l'éclairage par une source lumineuse utilisé dans le microscope optique est remplacé par une source d'électrons. L'observation d'atomes reste encore indirecte et s'appuie sur des phénomènes de diffraction. Les applications de la microscopie électronique sont nombreuses et le développement instrumental est aujourd'hui très sophistiqué que ce soit au niveau des appareillages ou au niveau du traitement informatique des données. Les domaines explorés sont très divers,la biologie moléculaire et cellulaire ,la cristallographie, la métallurgie, et les sciences des matériaux.La résolution des microscopes électroniques permet d'atteindre l'échelle atomique mais il faut noter un point fondamental,on n'observe pas le relief des surfaces observées mais une vue projetée.Les ondes associées aux électrons qui permettent l'obtention d'images sont des ondes progressives et l'on se trouve dans le cadre du champ lointoin.Cet inconvénient est entièrement levée dans le cas des microscopies en champ proche. En 1982, un nouveau type de microscope - le microscope à effet tunnel, est inventé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, ouvrant un champ très vaste d'investigations scientifiques et des nouveaux horizons technologiques. Cette nouvelle technique utilisant une pointe très fine terminée par un atome permet l'observation directe et aisée d'atomes et de structures atomiques de surfaces conductrices dans une large variété d'environnements (air, eau, huile, vide). Depuis l'invention du microscope tunnel, d'autres microscopies à sonde locale ont été développées, et notamment le microscope à effet de force atomique (1986) qui permet d'imager non seulement des surfaces conductrices mais aussi des surfaces isolantes.Enfin une autre microscopie en champ proche optique donne des images pour lesquelles les critères de Rayleigh. En plus, les progrès les plus récents ont montré la possibilité de manipuler les atomes à l'aide de ces microscopes - ainsi les premières structures artificielles à l'échelle atomique ont été élaborées.Toutes ces techniques d'observation et d'élaboration de nanostructures ont données naissance à une nouvelle physique,la nanophysique et aussi à de nouvelles nanotechnologies qui préfigure l'aube d'une révolution "nano" industrielle. Au cours de cette exposé nous présenterons les différents types de microscopes électroniques et les résultats les plus spectaculaires obtenus dans le domaine des sciences puis les trois familles de microscopies en champ proche et les applications surlesquelles elles débouchent naturellement.
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, infiniment petit, longueur d'onde, microscope électronique, microscopie à force atomique, microscopie en champ proche, résolution d'image, sonde électronique, spectroscopie

La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie basée sur le principe des des intéractions électrons-matière. Un faisceau d'éléctrons balaie la surface de l'échantillon à analyser qui, en réponse, réémet certainesparticules. Différents détecteurs permettent d'analyser ces particules et de reconstruire une image de la surface. Aujourd'hui, un grand nombre de constructeurs proposent des microscopes à balayage de série équipés de détecteurs d'électrons secondaires et dont la résolution se situe entre 1nm à 20 nm. Stephan Borensztajn, présente le fonctionnement de ce microscope, analyse des images en électrons secondaires, en éléctrons rétrodiffusés ainsi qu'une analyse en selection d'energie ou EDS.GénériqueRéalisation : Samia Serri Présentation : Stephan Borensztajn (Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques) Image et son : Jean-Paul Flourat Montage et animation : Thierry Maillot Photos : Stephan Borensztajn Musique originale Jérémy Hank Gravier Responsables science en cours : Michèle Brédimas, Jean-Marie Blondeau Moyens Techniques : Studio Vidéo : Université Paris Diderot Remerciements : Luc Beaunier (Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques) Copyright : Université Paris Diderot / Université Pierre et Marie Curie / Juillet 2007
Mot(s) clés libre(s) : canon à électrons, éléctron rétrodiffusé, électron secondaire, intéraction électron-matière, microscope électronique à balayage, résolution d'image, sonde électronique

Nicolas Boisset s’intéresse ici particulièrement au fonctionnement de cet instrument et utilise la cryomicroscopie de macromolécules biologiques comme champ d’application. L’apport le plus important de la Cryo-MET 3D, est qu’elle fournit une structure à haute résolution globale des assemblages macromoléculaires, préservés dans leurs conditions physiologiques d’activité. Pour cela, les échantillons sont instantanément congelés dans leurs conditions environnementales habituelles (hydratation, pH, sels, détergents, cofacteurs, analogues de l’ATP, ARN, ADN, etc.....) par plongement rapide des grilles d’échantillons dans l’éthane liquide. Dans de telles conditions, la formation de cristaux de glace qui endommageraient l’intégrité des assemblages est évitée, et les échantillons sont préservés en les fixant dans une glace vitreuse. Les grilles de spécimen sont alors maintenues à la température d’azote liquide, au cours de leur insertion et observation dans le microscope électronique, sans emploi d’agent colorant ou de fixation chimique. Nous avons maintenant accès à deux JEOL de haute résolution 2100 et 2100F , équipés de caméras CCD de 4K et de 2K Gatan Ultrascan, utilisées pour la collection automatisée d’images, et nous employons également les films photographiques Kodak So163 pour les données de résolutions les plus élevées. Selon l’hétérogénéité structurale des échantillons, des groupes de 10.000 à 200.000 images individuelles de particules peuvent être employées pour obtenir une carte 3D à des résolutions en dessous du nanomètre.
Mot(s) clés libre(s) : canon à électrons, cryomicroscopie, longueur d'onde, microscope électronique, résolution d'image, sonde électronique