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À mesure que les objets étudiés devenaient de plus en plus petits, les scientifiques devaient développer des outils plus sophistiqués pour les voir. Les microscopes optiques ne peuvent pas détecter des objets, tels que des particules de virus, des molécules et des atomes, qui se trouvent sous un certain seuil de taille. Ils ne peuvent pas non plus fournir d’images tridimensionnelles adéquates. Les microscopes électroniques ont été développés pour surmonter ces limitations. Ils permettent aux scientifiques d’examiner des objets beaucoup plus petits que ceux qu’il est possible de voir à l’aide de microscopes optiques et d’en fournir des images tridimensionnelles nettes.
Grossissement supérieur
La taille d'un objet qu'un scientifique peut voir au microscope optique est limitée à la plus petite longueur d'onde de la lumière visible, soit environ 0,4 micromètre. Tout objet de diamètre inférieur à celui-ci ne reflétera pas la lumière et ne sera donc pas visible pour un instrument à base de lumière. Quelques exemples de tels petits objets sont les atomes individuels, les molécules et les particules virales. Les microscopes électroniques peuvent générer des images de ces objets car ils ne dépendent pas de la lumière du spectre visible pour être réfléchis. Au lieu de cela, des électrons de haute énergie sont appliqués à l'échantillon à étudier et le comportement de ces électrons - comment ils sont réfléchis et déviés par l'objet - est détecté et utilisé pour générer une image.
Profondeur de champ améliorée
La capacité d'un microscope optique à former une image tridimensionnelle d'objets extrêmement petits est limitée. En effet, un microscope optique ne peut se focaliser que sur un seul niveau d'espace à la fois. L'examen d'un micro-organisme relativement grand sous un tel microscope démontre cet effet: une couche de l'organisme est nette, mais les autres sont floues et peuvent même interférer avec la partie focalisée de l'image. Les microscopes électroniques offrent une plus grande profondeur de champ que les microscopes à lumière, ce qui signifie que plusieurs couches bidimensionnelles d'un objet peuvent être focalisées en même temps, fournissant une image globale de qualité tridimensionnelle.
Contrôle de grossissement plus fin
Le microscope optique typique peut effectuer un zoom avant à quelques niveaux seulement. Par exemple, les microscopes classiques utilisés dans les classes de lycée peuvent agrandir des objets à des niveaux de 10, 100 et 400, sans rien entre les deux. Il n’est pas surprenant que certains objets microscopiques soient mieux visualisés à des grossissements 50x ou 300x, mais cela serait impossible avec un tel microscope. Les microscopes électroniques, en revanche, offrent une gamme de grossissements lisses. Ils sont capables de le faire grâce à la nature de leurs "lentilles", qui sont des électroaimants dont les alimentations peuvent être ajustées pour modifier en douceur les trajectoires des électrons se dirigeant vers le détecteur pour former une image.