Observer au microscope

Beaucoup de cellules sont trop petites pour que leurs détails soient distingués à l’œil nu. Ce n’est pas vrai de toutes les cellules : certains grands ovules sont visibles sans microscope. Une observation dépend de la taille, du contraste et des conditions, pas d’un seuil universel qui rendrait tout petit objet invisible.

Le microscope produit une image agrandie sans faire grandir l’objet. Deux notions sont à distinguer : l’agrandissement rend l’image plus grande ; la résolution permet de séparer des détails proches. Agrandir davantage ne crée pas les détails que l’instrument ne peut pas résoudre.

Le montage étudié. On utilise ici un microscope optique composé, en lumière transmise : la lumière traverse une préparation suffisamment fine, puis l’objectif, avant l’observation à l’oculaire. D’autres microscopes et d’autres modes d’éclairage existent.

Une préparation courante comporte une lame, un échantillon et une lamelle. Sa méthode dépend du matériau et du protocole ; l’eau ou un colorant ne sont pas obligatoires pour toute observation. La manipulation du verre, des échantillons et des colorants suit les consignes de l’enseignant et de l’instrument.

Régler selon le poste. Avec l’instrument de classe, on commence généralement par le plus faible objectif disponible pour repérer la zone, on la centre, puis on augmente le grossissement si c’est utile. Les indications se lisent sur le matériel. La mise au point et les distances de travail suivent la notice : ne pas forcer ou faire heurter l’objectif contre la préparation.

Le grossissement d’observation. Pour le montage composé usuel réglé comme prévu, le grossissement nominal d’observation est le produit des indications : un oculaire ×10 et un objectif ×40 donnent $G_{\mathrm{obs}}=10\times40=400$. G est le symbole d’une grandeur numérique sans unité, dont on peut chercher la valeur ; ce n’est pas une unité comme « min ».

Une photo a sa propre échelle. L’indication ×400 pendant l’observation ne garantit pas que chaque longueur mesurée sur une photographie imprimée soit 400 fois sa longueur réelle. Le montage de prise de vue, le capteur et le redimensionnement du document interviennent. Il faut connaître l’agrandissement linéaire de l’image finale ou une barre d’échelle calibrée qui l’accompagne.

Si cet agrandissement est explicitement donné égal à M, on utilise $L_{\text{réelle}}=L_{\mathrm{image}}/M$, dans des unités de longueur cohérentes. Dans un exercice qui pose explicitement M égal au produit des indications du microscope, on peut appliquer ce modèle annoncé ; on ne le déduit pas de la seule présence d’un oculaire et d’un objectif.

Décrire ce qui est réellement visible. Les limites de cellules, certaines parois, certains noyaux ou chloroplastes peuvent être repérés selon la préparation et le contraste. Le microscope ordinaire du collège ne résout pas l’épaisseur de la membrane plasmique ; un contour visible n’en est pas une image détaillée. On ne légende pas un constituant seulement parce qu’on sait qu’il devrait exister.

Sur un document calibré, une barre représentant 0,02 mm mesure 5 mm. Une cellule mesure 12,5 mm sur ce même document. Les mesures sont données pour ce problème, sans incertitude à traiter ici.

Utiliser le rapport au même support. La cellule est $12{,}5/5=2{,}5$ fois plus longue que la barre. Sa longueur réelle vaut donc

On peut aussi calculer l’agrandissement linéaire du document : $M=5/0{,}02=250$, puis $12{,}5/250=0{,}05$ mm.

Redimensionner ensemble image et barre. Une seconde copie agrandit toutes les longueurs de 50 %. La barre y mesure 7,5 mm et la cellule 18,75 mm. Leur rapport vaut encore $18{,}75/7{,}5=2{,}5$ ; la taille réelle reste 0,05 mm. L’agrandissement linéaire de cette copie est maintenant $7{,}5/0{,}02=375$.

Distinguer l’instrument et le document. Si l’observation initiale utilisait un oculaire ×10 et un objectif ×40, son grossissement nominal était 400. Cela ne contredit ni 250 ni 375 pour les documents : on ne mesure pas la même grandeur dans la même situation.

Contrôler. La barre doit provenir de la même calibration et avoir subi exactement le même redimensionnement que l’objet. Copier une barre à part, sans respecter cette transformation, détruirait la justification du rapport.

À gauche, la figure existante montre le microscope en lumière transmise : éclairage, préparation sur la platine, objectif, puis oculaire. Le produit 10×40=400 concerne le grossissement nominal d’observation dans le montage indiqué.

À droite, on compare une longueur mesurée de 20 mm sur un document et une longueur réelle de 0,05 mm. Cette comparaison est valide parce que la figure pose ici un document étalonné à un agrandissement linéaire M=400. Elle ne découle pas automatiquement des seules indications de l’instrument.

Le petit segment représentant l’objet réel est schématique : l’image s’affiche à des tailles différentes suivant l’écran. Les nombres et l’étalonnage déclaré portent le calcul. On ne mesure pas directement la longueur réelle avec une règle posée sur cette page affichée.

Pour un dessin d’observation, le titre, le mode d’observation, les légendes justifiées et une échelle calibrée permettent une lecture scientifique. Le grossissement d’observation peut être indiqué comme information de méthode ; il ne suffit pas à déterminer l’échelle physique de tout dessin libre ou de toute photo redimensionnée.