Un microscope est un instrument qui permet de donner une image agrandie d'un objet trop petit pour être vu à l'œil nu. On peut classer les microscopes en trois types principaux : les microscopes optiques qui permettent de grossir jusqu'à 2 000 fois, les microscopes électroniques jusqu'à 500 000 fois et les microscopes à effet tunnel qui permettent d'observer des objets de la taille d'un atome (environ 10^-10 m).

Le microscope optique.

Le microscope optique est l'outil de référence pour l'enseignement et les examens de laboratoire courants. Il comprend un objectif et un oculaire. L'objectif est constitué par un ensemble de petites lentilles, de très courte distance focale, qui donne, d'un petit objet placé très près du foyer, une image réelle agrandie. L'oculaire est souvent formé de deux lentilles convergentes ; il fonctionne comme une loupe et donne de l'image réelle fournie par l'objectif une image virtuelle agrandie. La distance de l'objectif à l'oculaire est invariable. Généralement, l'objet à examiner est placé sur une lame de verre, que l'on dispose sous l'objectif de l'appareil. Cette préparation est éclairée par l'intermédiaire d'un miroir orientable ou d'une lampe.

Le microscope électronique.

Globalement, dans un microscope électronique, la lumière est remplacée par un faisceau d'électrons et les lentilles optiques par des lentilles magnétiques. L'image agrandie d'un objet est ainsi obtenue en utilisant son interaction avec des électrons. En effet, les travaux de L. de Broglie ont mis en évidence que, si la lumière possède un caractère corpusculaire, des particules comme les électrons peuvent manifester des propriétés ondulatoires. La longueur d'onde associée à un faisceau d'électrons est du même ordre que celle des rayons X ; de plus, comme les électrons ont une charge électrique, on peut les dévier et les focaliser au moyen de « lentilles » magnétiques ou électrostatiques. (→ électron, lumière.) Parmi toute la gamme existante, la famille des microscopes électroniques comporte, entre autres, le microscope à balayage, dont l'image, visualisée sur un écran de télévision, permet l'observation en relief de surfaces biologiques, de défauts superficiels de métaux, etc.

Le microscope à effet tunnel.

Il n'a plus du microscope que le nom, car son principe repose sur la possibilité de contrôler, avec une précision de l'ordre du nanomètre (10^-9 m), la position d'une microsonde promenée sur la surface étudiée. À des distances de cet ordre, les électrons peuvent traverser l'intervalle entre la couche atomique superficielle et la sonde. L'amplification du parcours de la microsonde au-dessus de la surface de l'objet permet, de la sorte, de visualiser la topographie de l'échantillon et d'en restituer une image à l'échelle atomique.

Les grandes découvertes de la microscopie.

La paternité de l'invention du microscope n'est attribuée à personne en particulier, car plusieurs modèles sont apparus à la même période. Toutefois, les plus anciens microscopes connus, composés de plusieurs lentilles, datent de 1590. Ils ont été construits par les opticiens lunetiers hollandais Jansen père et fils. En 1667, le scientifique anglais Robert Hooke publie des dessins de ses observations de poux, de cellules végétales et de champignons, réalisées à l'aide d'un microscope à trois lentilles. À la même époque, le Hollandais Antonie Van Leeuwenhoek effectue des observations microscopiques de bactéries, de spermatozoïdes, de globules du sang et de bien d'autres organismes. À partir du XVII^e s., les microscopes sont semblables à ceux utilisés aujourd'hui. Les progrès les plus marquants concernent essentiellement l'éclairage (microscopes à ultraviolets, microscopes polarisants…). D'importantes découvertes sont réalisées au XIX^e s. au moyen de microscopes, notamment l'observation de la cellule et de ses composants, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles sciences comme la bactériologie (étude des bactéries) et la parasitologie (étude des parasites). Il est désormais possible de dépister des maladies, de comprendre les fonctionnements des infections et de fabriquer des vaccins. Dans les années 1940, l'invention du microscope électronique révolutionne l'observation microscopique et permet le développement de la microbiologie. Puis l'invention du microscope à effet tunnel au début des années 1980 ouvre encore de nouvelles voies d'exploration de l'infiniment petit, notamment en physique du solide, en permettant d'observer directement les atomes à la surface d'un échantillon.