Trois techniques de microscopie qui transforment l’ordinaire en remarquable

Quel est l’objet sur cette image ? Il s’agit d’un gros plan extrême d’un équipement de photographie pris par le microscopiste Xie Rui. Révélant des couleurs éclatantes et des motifs complexes, il s’avère également un excellent exemple d’utilisation de la microscopie pour transformer des objets de tous les jours en une image de toute beauté !

Le prix scientifique Global Image of the Year (IOTY) d’Evident récompense les plus belles images du monde entier prises en microscopie optique. Ces quatre dernières années, le prix s’est intéressé aux sciences de la vie. Cependant, pour l’édition 2022, nous avons ouvert le concours aux sciences des matériaux pour faire apparaître toute la diversité des explorations scientifiques.

Révéler la beauté cachée de notre environnement quotidien

Les précédentes candidatures au concours IOTY dans le domaine des sciences des matériaux ont montré que même les échantillons les plus complexes peuvent permettre d’obtenir de superbes images lorsque les bonnes techniques sont employées. Pour encourager davantage de microscopistes en sciences des matériaux à exprimer leur fibre artistique, voici trois exemples d’images remarquables accompagnées des détails de leur acquisition à l’aide de techniques d’amélioration de contraste en microscopie.

Appel à tous les microscopistes ayant la fibre artistique

Vous pouvez utiliser ces méthodes d’éclairage pour acquérir de belles images, puis soumettre jusqu’à trois des meilleures d’entre elles pour avoir une chance de gagner l’un des grands prix de notre concours IOTY 2022. Vous pouvez également télécharger et utiliser ces images comme arrière-plans ou fonds d’écran sur votre ordinateur ou votre téléphone pour attirer les regards.

1. Contraste interférentiel différentiel (CID)

Cette superbe image montre la surface d’un cristal transparent. Bien qu’un cristal apparaisse parfaitement lisse à l’œil humain, la microscopie en CID fait apparaître d’infimes détails normalement invisibles à l’œil nu. On peut en quelque sorte comparer cela aux photographies par satellite qui font apparaître les mystérieuses lignes de Nazca du Pérou, qui sont invisibles si on ne les observe pas d’une certaine manière.

Grâce au contraste des couleurs, la technique du CID permet de mettre en évidence de très faibles différences de hauteur en fractionnant une lumière polarisée par le biais d’un prisme de CID. Ces faisceaux de lumière fractionnés sont réfléchis sur la surface de l’échantillon et toute différence de hauteur va modifier les caractéristiques de la lumière. Les écarts peuvent ensuite être visualisés dans une image en CID, qui crée l’illusion d’une image en trois dimensions en utilisant des variations de couleur et d’intensité pour mettre en évidence les différences de hauteur.

Cette méthode permet d’étudier les échantillons qui présentent des différences de hauteur extrêmement faibles au niveau de leur forme, comme les têtes magnétiques, les minéraux, les surfaces de disque dur, les surfaces de wafer polies et les structures métallurgiques.

2. Fond noir

Les flocons de neige sont extraordinairement différents les uns des autres, mais il y a toutefois une constante presque toujours respectée dans leur structure : les formes des flocons de neige, quoiqu’uniques, ont toujours six côtés, comme on le voit dans cet exemple spectaculaire. Cette image, prise en microscopie à fond noir, présente la forme étincelante d’un cristal de neige naturelle dénommé « plaque stellaire ». Elle se caractérise par six larges bras qui lui donnent une forme d’étoile. Étant donné qu’il s’agit d’un cristal de neige et qu’il est donc extrêmement sensible à la chaleur, le photographe a dû le conserver au frais et même le protéger de l’énergie des sources d’éclairage afin qu’il ne fonde pas, ce qui rend l’image encore plus exceptionnelle.

La microscopie à fond noir repose sur un éclairage oblique pour améliorer le contraste des échantillons difficiles à visualiser dans des conditions d’éclairage standard. Cette technique exclut le faisceau non diffusé de l’échantillon : le champ autour de l’échantillon est donc sombre, et seuls les bords du cristal sont éclairés. L’échantillon est éclairé en oblique avec un éclairage annulaire qui n’est pas visible dans l’image obtenue, puisqu’il n’est pas capté par l’objectif. Ceci donne cet aspect saisissant d’objets lumineux sur un fond très sombre, offrant un niveau de contraste élevé pour les échantillons qui sont normalement difficiles à étudier.

Grâce à cette technique de microscopie, l’utilisateur peut détecter les rayures ou les imperfections les plus infimes. Les cristaux minéraux et chimiques, les particules colloïdales, les échantillons de numération des poussières, les fines coupes de polymères et les céramiques présentant des inclusions minuscules, des variations de porosité ou des gradients d’indice de réfraction sont autant de bons candidats pour l’illumination sur fond noir.

3. Polarisation

Cette image a un caractère vraiment hypnotique, vous ne trouvez pas ? Prise en microscopie à lumière polarisée, elle montre les structures en forme de plume des sulfates de potassium et de fer. Ces sulfates cristallisent, c’est-à-dire que les atomes ou les molécules s’assemblent, selon des procédés de nucléation et de croissance cristalline, pour former un solide organisé. La cristallisation peut être observée lorsque des flocons de neige se forment à partir de vapeur d’eau qui gèle dans les nuages, ou lorsqu’on brise le joint d’un chauffe-main chimique et qu’il commence à cristalliser en dégageant de la chaleur.

La microscopie à lumière polarisée est une technique d’amélioration du contraste qui permet d’évaluer la composition et la structure tridimensionnelle des échantillons anisotropes, c’est-à-dire les échantillons qui présentent des propriétés différentes lorsqu’on les observe dans différentes directions. Avec cette technique, une lumière polarisée est générée par un ensemble de deux filtres appelés l’analyseur et le polariseur.

• Le polariseur est situé dans le trajet optique avant l’échantillon.
• L’analyseur est inséré dans le trajet d’observation, après l’échantillon.

La plupart des solides sont anisotropes et ont des propriétés optiques qui varient en fonction de l’orientation de la lumière incidente. La microscopie à lumière polarisée peut être utilisée pour donner un contraste ou une coloration caractéristique en fonction des propriétés de réfraction d’un échantillon.

Vous pouvez utiliser cette technique pour mettre en évidence les détails de diverses substances telles que les structures métallurgiques, les minéraux, les écrans à cristaux liquides (LCD) et les matériaux semi-conducteurs.

Il existe de nombreuses approches possibles en microscopie pour améliorer le contraste, en particulier pour les études portant sur des échantillons à faible contraste, tels que des échantillons transparents ou non colorés, ou encore des échantillons qui présentent différents indices de réfraction en fonction de l’orientation de la lumière. Les techniques du fond noir et de la polarisation sont particulièrement bien adaptées aux utilisateurs débutants en microscopie et sont une excellente façon de se lancer !

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Une chance de gagner un nouveau microscope droit ou stéréomicroscope

Vous avez déjà obtenu des images de microscopie qui, selon vous, sont esthétiquement belles, ou c’est quelque chose que vous aimeriez tenter ? Il est encore temps de soumettre vos photos pour l’édition 2022 du prix mondial de microscopie optique « Image of the Year » ! Nous acceptons les soumissions dans les domaines des sciences de la vie et des sciences des matériaux jusqu’au 28 février 2023, à 12 h 00 JST (27 février 2023, à 22 h 00 EST).

Pour obtenir de plus amples renseignements, visitez notre page des soumissions pour l’IOTY 2022.

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