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CONSTRUISONS UN MICROSCOPE

Antoine Van Leeuwenhoek (1632-1723) fut un grand explorateur même si son nom n'est guère connu du public. Il vivait à Delft, en Hollande, et son métier, marchand de tissu, ne le prédisposait pas à la gloire scientifique. Il n'avait pas reçu de formation scientifique et fut placé comme apprenti chez un drapier d'Amsterdam.

Pourtant, il entreprit l'exploration d'un monde encore insoupçonné et les descriptions qu'il en fit lui valurent de devenir membre de la Royal Society de Londres.

C'est, dit-on, en utilisant des perles de verre comme compte-fils qu'il eut l'idée de partir à la découverte du monde microscopique caché dans les dépôts entre ses dents, dans l'eau des mares ou dans son sperme.

Cette dernière observation fit sensation dans la bonne société cultivée européenne car personne n'aurait pu imaginer qu'il y a dans la semence des animaux et de l'homme des "animaux semblables à des têtards."

Les instruments qu'il utilisait, étaient très simples : une lentille formée d'une minuscule bille de verre sertie dans une lame métallique. L'échantillon était placé sur une pointe métallique, solidaire du support et que l'on déplaçait face à la lentille pour en explorer le contenu. L'ensemble était tenu très près de l'œil, face à la lumière, et permettait d'obtenir des grossissements allant jusqu'à trois cents.

Notre but est donc de fabriquer un microscope en nous inspirant du principe appliqué par ce pionnier : une seule lentille, formée d'une simple perle de verre sertie dans une plaque permettant de la manipuler.

Un tel procédé permet d'observer des objets de quelques micromètres (1 µm = 1 millième de mm) et sera donc suffisant pour observer des cellules qui mesurent, en général, quelques dizaines de micromètres.

Il faut d'ailleurs signaler que si van Leeuwenhoek a observé et décrit de nombreux types de cellules, il n'a pas réalisé que tous les êtres vivants sont formés d'un assemblage plus ou moins complexe de ces unités.

Aujourd'hui, chacun sait que tous les organismes vivants sont formés de cellules. On parle à la télévision de cellules cancéreuses, de cellules sanguines, de neurones etc.

Toutefois, il ne suffisait pas d'observer ces cellules pour comprendre qu'elles constituent les unités de structure et de fonctionnement des êtres vivants et il ne faut donc pas s'étonner qu'il ait fallu deux cents ans entre les premières observations de cellules correctement décrites et l'élaboration d'une "théorie cellulaire" par Schwann, théorie qui souffrait d'ailleurs de nombreuses imperfections.

Quoiqu'il en soit, les observations de Van Leeuwenhoek ont ouvert un nouveau monde et l'exploration microscopique du monde vivant fut une base indispensable aux développements ultérieurs des sciences de la vie.

EXPERIENCE

REALISATION PRATIQUE DU MICROSCOPE :

Matériel nécessaire

Baguette de verre (2 à 5 mm x 200 mm) ou perles de verre toutes prêtes, lames porte-objet, lamelles couvre-objet, plaque de plastique ou de laiton, cache pour diapositive en plastique ou tout autre morceau de plastique peu épais, réchaud de camping ou cuisinière à gaz.

Fabrication de la lentille
 

Tenir la baguette par ses extrémités et la chauffer au milieu sur une des petites flammes qui sortent du brûleur. Chauffer avec la pointe de la flamme : la baguette va se ramollir dans la zone chauffée.
Tirer doucement sur les extrémités lorsqu'on commence à sentir le milieu de la baguette devenir mou. La zone chauffée commence à s'étirer. Déplacer légèrement la flamme et continuer à tirer doucement : un fil de verre commence à s'étirer.
Continuer jusqu'à obtenir un fil de verre le plus long possible et le rompre au milieu en chauffant à la flamme. 
Prendre une des deux moitiés et chauffer l'extrémité du fil à la flamme : une petite goutte se forme et grandit légèrement au fur et à mesure que le fil de verre fondant s'y incorpore.
Déplacer légèrement la flamme pour faire fondre la zone du fil située juste en arrière de la goutte en formation et continuer à chauffer jusqu'à ce que la goutte fondue qui pend se détache du fil et tombe. En tombant, la perle se refroidit et sera d'autant plus sphérique qu'elle tombe de haut.
 Le réchaud de camping a l'avantage d'avoir un brûleur situé plus haut et laisse plus d'aise qu'une cuisinière. Si la perle a la forme d'une goutte avec un bout pointu, elle sera quand même utilisable, mais les meilleures lentilles sont celles dont la forme est la plus proche d'une sphère et dont la taille est la plus petite.
Il faudra préparer plusieurs lentilles car la qualité obtenue est aléatoire et on sélectionnera la meilleure.

Montage de la lentille

On découpera une plaque de plastique opaque de 75 mm sur 35 mm environ. Ces dimensions ne sont qu'indicatives et des plaques plus petites ou plus grandes peuvent convenir. Des plaques de laiton très fines (voire un morceau de boîte de conserve) peuvent également convenir. 
Ouvrir un cache de diapositive pour récupérer une des deux moitiés qui le constituent et découper un rectangle de 20 mm x 10 mm avec des ciseaux.
Percer la grande plaque de plastique à 2 cm du petit côté en son milieu soit avec une mini-perceuse soit avec un petit clou chauffé de façon à ce que le diamètre du trou obtenu soit très légèrement inférieur à celui de la bille de verre. Nettoyer les bavures éventuelles autour du trou. Pour percer le laiton, utiliser un petit clou et un marteau.
Procéder de même avec le petit rectangle de plastique de façon à obtenir un trou de diamètre légèrement inférieur à celui de la lentille.
Placer alors la bille sur le trou de la grande plaque et la forcer légèrement dedans puis placer par dessus la petite plaque bien en face (pour que la lentille s'insère entre les deux trous). Coller la petite plaque sur la grande avec du ruban adhésif de façon à pouvoir changer facilement la lentille.
Maintenant, il faut faire des essais avec les différentes lentilles fabriquées pour sélectionner la meilleure avant de coller définitivement les deux plaques. (On peut très bien conserver le collage par ruban adhésif).
Pour les essais de sélection, on réalisera une préparation simple de la façon suivante : placer quelques cheveux sur une lame porte-objet et coller une lamelle couvre-objet par dessus avec deux petits morceaux de ruban adhésif fixés sur deux bords opposés de la lamelle. Se mettre face à une fenêtre ou face à une lampe de moyenne puissance en tenant la préparation de la main gauche et le microscope de la main droite avec sa lentille posée sur la lamelle couvre-objet. Mettre son œil devant la lentille, très prés, et fermer l'autre œil. Déplacer lentement le microscope le long de la lame jusqu'à ce que l'image d'un cheveu apparaisse. Parfaire la mise au point en écartant plus ou moins le microscope de la lame. Essayer les deux faces de la lentille car l'une est souvent meilleure que l'autre.

Attention : les mouvements des doigts doivent être très fins car d'une part, la lentille est très proche du verre de la lame porte-objet et, d'autre part, l'œil doit être lui aussi très proche de la lentille et grand ouvert pour ne pas être gêné par les cils. Il faudra peut-être tâtonner un peu avant d'obtenir une image correcte, mais une fois que le "coup" est pris il n'y a plus de problème.

On choisira donc la lentille qui donne l'image la plus "propre" (la plus régulière, avec le minimum d'artefacts lumineux ou de bulles d'air) pour faire le collage définitif (qui n'est pas indispensable) et on fera attention à ne pas laisser couler de colle sur la lentille.

NB Si on utilise de la colle cyanoacrylate, il faudra attendre pour se servir du microscope : en effet, ces colles libèrent pendant quelques heures des solvants irritants pour les yeux.

QUE PEUT-ON OBSERVER ?

On choisira des échantillons de cellules possédant des éléments naturellement contrastés ou bien nous les colorerons artificiellement. De plus, les cellules végétales étant plus grandes et plus solides que les cellules animales il sera, en général, plus facile d'observer des échantillons choisis dans le règne végétal. Les échantillons devront toujours être très petits et transparents. Nous nous limiterons un seul exemple ici, d'autres étant donnés à l'article "théorie cellulaire".
L'observation sera améliorée si on dispose une feuille de plastique bleu transparent (genre protège-cahier) sur la source lumineuse.
Cellules superficielles de la muqueuse buccale

Il est très facile de prélever des cellules à l'intérieur de la bouche car elles desquament naturellement comme celles de la peau : gratter légèrement l'intérieur de la joue avec l'ongle ou tout autre instrument et déposer un tout petit peu de la bouillie grisâtre obtenue sur une lame porte-objet. Ces cellules étant très transparentes, il est utile de les colorer pour pouvoir les observer plus facilement : déposer une goutte de colorant sur l'échantillon et les mélanger. Recouvrir avec une lamelle.


Une cellule de la muqueuse buccale
(x 600)
Divers produits courants peuvent être utilisés comme colorant : éosine aqueuse ou alcoolique, alcool iodé ou désinfectant à base d'iode, encre bleue pour stylo. Selon la concentration du colorant, il sera parfois nécessaire de le diluer quelque peu. Il est également intéressant de colorer divers échantillons identiques avec ces différents produits car ils ne se fixent pas sur les mêmes structures cellulaires. On peut ainsi comparer les différentes observations.


Cellules de la muqueuse buccale Microscope optique X 100
Interprétation

On distingue un noyau arrondi qui baigne dans le contenu cellulaire appelé cytoplasme. La frontière entre la cellule et son milieu est marquée par le contraste lumineux mais la fine membrane (7 nm), la membrane plasmique, qui règle les échanges de toutes sortes entre la cellule et son milieu ne peut être vue à cause de ses dimensions. Quelques granulations colorées correspondent à des organites dont notre microscope ne permet pas de distinguer les détails.

Le noyau contient l'information génétique (codée dans le fameux ADN, acide désoxyribonucléique) et dirige le fonctionnement de la cellule ainsi que sa multiplication ; le cytoplasme et les organites qui s'y trouvent assurent les autres fonctions : respiration (assurant l'approvisionnement énergétique), synthèses de toutes sortes permettant l'élaboration et le renouvellement de la matière vivante, recyclage des substances dégradées etc.

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