Le Microscope Électronique à Balayage.


( M.E.B )


Microscope FEI* XL- MLA *

* FEI Company

- PLAN -

 

 

 

-GÉNÉRALITÉS-

 


De nombreuses similitudes existent entre le Microscope électroniqueà Transmission (MET) et le Microscope Électroniqueà Balayage (MEB) mais le principe de fonctionnement est fondamentalement différent.
Je conseille donc au lecteur de lire au préalable le chapitre consacré au MET.

Ici l'image n'est plus formée par la projection agrandie du sujet sur un écran fluorescent, mais affichée sur un moniteur, après balayage du sujet par un faisceau électronique étroit produisant des électrons secondaires recueillis par un collecteur.

La seconde différence fondamentale entre les eux types de microscopes électroniques est que dans le cas du MEB, seule la surface des échantillons est observée alors que dans le MET on observe le plus souvent des coupes.

Le canon à électrons, le vide, les hautes tensions, le refroidissement sont quasiment identiques dans les deux cas (mais avec des exigences moins sévères dans le cas du MEB) ainsi qu'un nombre de lentilles électroniques beaucoup plus réduit ce qui fait du MEB un microscope beaucoup moins encombrant, et onéreux que le MET.

  

 

 -ANATOMIE DU MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE A BALAYAGE-

 






LÉGENDE
F :
 Filament
W :
 Wehnelt
A :
 Anode
C1 :
 Condenseur 1
C2 :
 Condenseur 2
L :
 Limiteurs
Obj :
 Objectif
Def :
 Déflectrices
Stig :
Stigmateur
Pla :
 Platine
Sc :
 Scintillateur
Fo :
 Fibre Optique
Pm :
 Photo multiplicateur
Mon :
Moniteur




:
Colonne d'un Microscope Électronique à Balayage*.

* Document mPx .


 

 -Le Canon à électrons et le Vide-

 

 

Le canon à électrons est tout à fait classique.

Il est constitué d'un filament de tungstène chauffé à la température thermoionique ( au dessus du seuil de Fermi ) pour émettre des électrons.
Le nuage d'électrons qui entoure le filament est alors accéléré par un champ électrique puissant crééentre le Wehnelt et l'anode.
Là encore les tensions d'accélération ne sont pas aussi importantes que dans un TEM.

Le vide atteint son niveau le plus grand au voisinage du canon pour décroître en bas de la colonne. Ce type de microscope ne nécessite pas un vide aussi poussé que dans un MET.
Un ensemble de pompage automatique composé d'une pompe à palette, et une pompe à diffusion d'huile parfois remplacée par une pompe turbomoléculaire permet de vider la colonne en moins de deux minutes.
Par un jeu de diaphragmes judicieusement disposés on peut travailler au niveau de la chambre objet à des pressions quasi atmosphériques ! (Voir le Microscope Environnemental.)

 

 

-LA COLONNE-

 


Ici la colonne se résume, en dehors de la chambre d'émission du canon à électron à un condenseur à deux lentilles et un objectif qui enferme les bobines pour le balayage (déflectrices) et le stigmateur.
La colonne se termine par la chambre à échantillons.

Le petit nombre des composants donne à la colonne une taille réduite de un mètre de haut pour trente centimètres de diamètre dans laquelle la chambre du porte objet prend une large part.

 

  

 

-LA CHAMBRE à ECHANTILLONS-

 


La chambre, partie intégrante de la colonne, permet l'introduction d'échantillons, parfois volumineux .
Une platine porte objet situéeà l'intérieur de la chambre permet la fixation de l'échantillon et son déplacement selon trois axes X,Y et Z et de sa rotation et son basculement .
En principe le prix du microscope est proportionnel à la taille de la chambre, car plus l'échantillon est grand et plus les amplitudes de mouvements de la platine doivent être importants ce qui conduit à des platines de grande taille plus onéreuses.
Avec l'augmentation du volume de la chambre, c'est également l'augmentation des moyens de pompage qui accroissent le prix du microscope.

  




-LE DETECTEUR D'ÉLECTRONS-

 


Les électrons secondaires issus de l'échantillon sont transformés en photons par un scintillateur relié par fibre optique, à un photomultiplicateur.

L'image est restituée par un moniteur.

  

 

-L'ÉLECTRONIQUE-

 

Comme pour le MET, une armoire électronique contient tous les circuits d'alimentation et de réglages mais ici la principale différence, ( à part l'absence de lentilles de projection), est la présence d'un dispositif de balayage par sonde électronique synchronisé avec le balayage du tube cathodique du moniteur.
Toutes les commandes du microscope sont effectuées dans les MEB modernes à l'aide d'un PC.

  

 

-MODE D'EMPLOI-


L'utilisation du MEB ne pose pas de problème seule des particularités existent au niveau de la préparation des échantillons.
Les étapes de préparation des échantillons rappellent pour certaines d'entre elles les préparations pour la microscopie photonique.
Prélèvement, dissection,fractures,frottis, coupes*, fixation, conservation,sont des opération très peu différentes que leurs homologues en microscopie photonique.
Mais le séjour de l'objet à étudier dans le vide du microscope nécessite en plus une élimination préalable de ses liquides intrinsèques.(dessiccation)
D'autre part la production d'électrons secondaires par le bombardement de la sonde à électrons, ne peut se faire que si l'objet est rendu conducteur et relié à la terre électrique.

* Les coupes similaires aux coupes à la paraffine (5 à 7 mu) ne sont pas observées par transparence, mais uniquement en surface de même que les frottis et étalements.
  




-DESSICCATION et POINT CRITIQUE-

 
Un objet biologique contient beaucoup d'eau ainsi que d'autres liquides, or dans le vide du microscope, cette eau va s'évaporer violemment et la structure de l'objet s'effondrer.
Pour remédierà cet inconvénient les échantillons hydratés doivent subir une méthode de dessiccation comme le séchage à l'air ou la lyophilisation mais dont la meilleure est celle dite du point critique du CO².

Principe:
La tension superficielle fait que si l'on supprime l'eau d'une structure hydratée, la structure est déformée.
Dans certaines conditions de température et de pression qui dépendent de la nature du liquide, cette tension est nulle, c'est le point critique

On ne peut pas facilement obtenir le point critique de l'eau au laboratoire, en effet le point critique de l'eau est de 217.7 atmosphères à 374 °.

On commence par pratiquer une double substitution eau - amylacétate ou éthanol puis et appliquer ensuite la technique du point critique pour le CO². (72.9 atm)

Double substitution: On plonge l'échantillon dans des bains d'éthanol pour remplacer l'eau , puis on remplace l'éthanol par l'amylacétate ou l'acétone toujours par passage dans des bains.

Troisième substitution: Dans une enceinte adéquate, on remplace progressivement l'acétone ou l'amylacétate par du CO² liquide.

On peut alors pratiquer l'élimination du C0² à son point critique.

Explication:
Pour le CO² à 31.1 ° C et à 72,9 atmosphères la tension superficielle est nulle, c'est son point critique.

Technique:
Dans notre "cocotte minute", nous élevons la température à 32 °C et la pression à 73 atm pendant quelques minutes.
Il ne reste plus qu'à ouvrir une vanne de purge pour faire descendre lentement la pression jusqu'à la pression et température ambiantes.


  
 
     


 

-MÉTALLISATION-


Pour rendre conducteurs les échantillons, il faut les recouvrir d'une couche fine de métal (parfois après dépôt préalable d'une couche de carbone).

Cela s'appelle la métallisation.
Deux méthodes permettent d'obtenir ce résultat.
La pulvérisation cathodique consiste à déposer sur l'échantillon des atomes arrachés à un morceau de métal par de l'argon ionisé dans une enceinte à vide partiel.
L'évatoration consiste à évaporer le métal d'un filament chauffé dans un vide poussé . Les atomes de ce métal vont se déposer sur l"échantillon, comme dans un brouillard.

Les métaux utilisés sont de l'or du platine ou du palladium à cause de leur facilité a émettre des électrons secondaires.

Mais cette métallisation, bien que ne consistant qu'en un dépôt de quelques dizaines de manomètres (10 à 20) d'épaisseur confère aux sujets un aspect artificiel, pas très réaliste, si l'on compare le même sujet vu en optique photonique avec un grossissement identique quand cela est possible.

 

  

 

 

- MICROSCOPIE ENVIRONNEMENTALE-


Jusqu'à présent les objets introduits dans un MEB devaient au préalable subir la métallisation pour les rendre conducteurs.

Avec le microscope environnemental, grâce à un fonctionnement à des pressions quasi atmosphériques au niveau de la chambre objet, on peut maintenant observer des sujets vivants !

 


 

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