1. BUT DE LA MANIPULATION
La manipulation a pour but d'étudier des grandeurs fondamentales qui caractérisent le microscope optique et de mesurer des dimensions de petits objets.
2. PRINCIPE
Le microscope est un instrument d'optique utilisé pour l'observation de petits objets situés à distance finie. Il se compose essentiellement des éléments suivants (Fig. 1):
- Diaphragme: ouverture de diamètre variable permettant de restreindre la quantité de lumière qui éclaire l'échantillon. Comme pour un appareil photo, le diaphragme permet principalement de faire varier la profondeur de champ (ouvert à fond pour des coupe histologiques et plus fermé pour des recherches d'œufs de parasites digestifs).
- Platine porte-échantillon: où l'on pose l'échantillon ; les pinces servent à tenir l'échantillon lorsque celui-ci est mince (par exemple une lame de verre). La platine peut être mobile (gauche-droite et avant-arrière), ce qui permet de balayer l'échantillon et de sélectionner la partie observée.- Objectif: lentille ou ensemble de lentilles (Fig. 2) réalisant le grossissement. Il y a en général plusieurs objectifs, correspondant à plusieurs grossissements, montés sur un barillet.
La manipulation a pour but d'étudier des grandeurs fondamentales qui caractérisent le microscope optique et de mesurer des dimensions de petits objets.
2. PRINCIPE
Le microscope est un instrument d'optique utilisé pour l'observation de petits objets situés à distance finie. Il se compose essentiellement des éléments suivants (Fig. 1):
Fig. 1 : Microscope optique
- Diaphragme: ouverture de diamètre variable permettant de restreindre la quantité de lumière qui éclaire l'échantillon. Comme pour un appareil photo, le diaphragme permet principalement de faire varier la profondeur de champ (ouvert à fond pour des coupe histologiques et plus fermé pour des recherches d'œufs de parasites digestifs).
- Platine porte-échantillon: où l'on pose l'échantillon ; les pinces servent à tenir l'échantillon lorsque celui-ci est mince (par exemple une lame de verre). La platine peut être mobile (gauche-droite et avant-arrière), ce qui permet de balayer l'échantillon et de sélectionner la partie observée.- Objectif: lentille ou ensemble de lentilles (Fig. 2) réalisant le grossissement. Il y a en général plusieurs objectifs, correspondant à plusieurs grossissements, montés sur un barillet.
Fig. 2 : Objectif d'un microscope
Certains objectifs sont dits à immersion car leur puissance ne peut être atteinte qu'en éliminant la lame d'air entre l'échantillon couvert par la lamelle et la frontale de l'objectif. On utilise pour cela de l'huile de cèdre ou des huiles de synthèse dont l'indice de réfraction est proche de celui du verre.
- Tourelle: est un disque mécanique qui comporte plusieurs objectifs de différents grossissements.
- Oculaire: lentille ou ensemble de lentilles (Fig. 3) formant l'image d'une manière reposante pour l'œil
; les rayons arrivent parallèles, comme s'ils venaient de très loin, ce qui permet un relâchement des muscles contrôlant le cristallin ; deux oculaires placés sur une tête dite binoculaire rend plus confortable l'observation (même si elle n'apporte pas de vision stéréoscopique).- Tourelle: est un disque mécanique qui comporte plusieurs objectifs de différents grossissements.
- Oculaire: lentille ou ensemble de lentilles (Fig. 3) formant l'image d'une manière reposante pour l'œil
Fig. 3 : Oculaire d'un microscope
- Molettes de mise au point grossière et fine qui consiste à obtenir une image nette, il faut que l'objet soit dans le plan focal de l'objectif ; ces molettes font monter et descendre l'ensemble objectif-oculaire avec un système de crémaillère, afin d'amener le plan focal sur la zone de l'échantillon à observer.
3. MICROSCOPE MODÉLISE Un microscope modélisé (Fig. 4) est constitué d’un objectif L1 de très courte distance focale f'1 (environ 1 mm) placé près de l’objet AB observé, et d’un oculaire L2 de distance focale f'2 (1 à 2 cm) placé devant l’œil.
- L’objectif donne de l’objet AB une image réelle renversée et très agrandie A1B1.
- L’oculaire sert de loupe pour observer cette image.
L’image finale A'B' est virtuelle, très agrandie et renversée par rapport à AB.
Fig. 4 : Microscope simplifié
Ces deux systèmes optiques convergents sont maintenus à une distance constante O1O2 l’un de l’autre.
Seule la distance AO1 est réglable grâce à une vis de mise au point rapide et à une vis micrométrique.
La distance Δ = F'1.F2 entre le foyer image de L1 et le foyer objet de L2 est appelée intervalle optique. Sa valeur normalisée est de 16 cm dans les microscopes utilisés en biologie.
4. CARACTÉRISTIQUES D'UN MICROSCOPE OPTIQUE
4.1. Puissance et Grandissement
C'est le rapport de l'angle α' sous lequel on voit l'image A'B' à la longueur de l'objet AB:
P(dioptries) = α' (radians)/AB (mètre) = PFoc.γob
avec:
PFoc= α'/A'B': puissance de l'oculaireγob = A'B'/AB : grandissement de l'objectif
4.2.Grossissement
C'est le rapport de l'angle α' sous lequel on voit l'image A'B' à travers le microscope et de l'angle α sous lequel on voit l'objet à l’œil nu à la distance minimale de vision distincte dm.
G = α'/α = P.dm
4- Manipulation
1. Réalisation
Dans cette manipulation, on dispose de:
- un microscope optique;
- un objectif;
- un micromètre oculaire (au 1/10 mm) situé entre la lentille de champ et la lentille de l’œil (voir optique instrumentale);
- un micromètre objectif (au 1/100 mm) gravé sur une plaque circulaire collée sur une lame.
- une chambre claire (Fig. 5).
Dans cette manipulation, on dispose de:
- un microscope optique;
- un objectif;
- un micromètre oculaire (au 1/10 mm) situé entre la lentille de champ et la lentille de l’œil (voir optique instrumentale);
- un micromètre objectif (au 1/100 mm) gravé sur une plaque circulaire collée sur une lame.
- une chambre claire (Fig. 5).
Fig. 5 : Chambre claire
2. Grandissement de l'objectif
- Placer le micromètre objectif sur la platine du microscope.
- Au moyen de la crémaillère, amener le micromètre au voisinage immédiat de l'objectif.
- Regarder dans l'oculaire et faire descendre lentement la platine jusqu'à
voir les défauts de la lame.
- Déplacer alors la lame pour amener le micromètre dans le champ du microscope.
- A l'aide de la vis de réglage fin, terminer la mise au point de façon à ce que l'image apparaisse avec le maximum de netteté.
- Déterminer pour une longueur AB de l'objet (N divisions du micromètre objectif) la dimension de l'image A'B' correspondante (N' divisions du micromètre oculaire).
- Faire trois mesures et donner le résultat sous la forme:
γob = ....... ± ........
Réponse: γob = 10,1 ± 0,1
3. Puissance oculaire Puissance totale
Pour mesurer les dimensions d'une image virtuelle, on se sert d'une chambre claire. C'est un instrument, constitué de deux prismes, qui permet de voir simultanément les deux micromètres oculaire et objectif et un papier millimétré placé à côté du microscope (Fig .6).
Fig. 6 : Mesure avec chambre claire
On prend pour objet le micromètre oculaire.
- Si à N' divisions du micromètre oculaire, correspondent N'' mm sur le papier millimétré, donner l'expression de la puissance Poc en fonction N', N'' et dm.
- Effectuer 3 mesures de Poc en faisant varier N' et calculer ΔPoc.
On prendra dm = 25 cm.
- En déduire la puissance totale du microscope.Réponse:
Poc = 10N''/dmN' = (51,2 ± 1,2) dioptries
Ptot = Poc . γob4. Grossissement total
Pour l'évaluer on utilise encore la chambre claire en prenant pour objet le micromètre objectif.
- Si à N divisions du micromètre objectif correspondent N'' mm du papier millimétré, donner l'expression du grossissement G en fonction de N et N''.
- Effectuer 3 mesures et donne G et son incertitude ΔG.
Réponse:
G = 10N''/N = 136,1 ± 3,9
Ptot = Poc . γob
5. Mesure de dimension de filsOn se propose de mesurer le diamètre de 2 fils F1 et F2.
- Placer la lame portant le fil F1 (ou F2) sur la platine.
- Compter le nombre de divisions du micromètre oculaire qui recouvrent l'image de l'objet.
- Effectuer 3 mesures du diamètre du fil.