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Chapitre VII : Conclusions et perspectives

Dans le langage technocratique d'aujourd'hui, le microscope électronique est considéré comme un "équipement mi-lourd". Bien entendu ce n'est pas son poids qui est en cause bien qu'il tourne autour de quelques tonnes en général. Non, sous cette désignation, c'est son coût qui est concerné. L'acquisition et l'installation d'un microscope électronique requièrent un budget pouvant varier entre 500 kF et 5 à 10 MF. Les prix les plus bas permettent l'achat d'un microscope à balayage dans sa version de base alors que la limite supérieure correspond à un microscope à transmission avec tous les développements et accessoires récents pour l'analyse, la digitalisation et le traitement des données, un canon à effet de champ et quelques porte-objets spéciaux pour effectuer in-situ sur l'échantillon des traitements thermiques, des déformations au cours de l'observation... 

A ce niveau, on comprend aisément pourquoi le parc actuel de microscopes en activité est de quelques dizaines de milliers pour le premier type et de quelques milliers pour les seconds, les modèles de haut de gamme ne représentant que quelques centaines à travers le monde. Et pourtant autour de cet instrument, il s'est constitué une communauté de chercheurs provenant de domaines très divers, c'est ce qui en fait son caractère si unique, et suffisamment soudée pour se réunir très régulièrement à travers des congrès mondiaux tous les quatre ans, régionaux (au niveau européen) tous les deux ans, nationaux tous les ans, et ceci depuis près de cinquante années. Pour ne prendre qu'un exemple, la dernière rencontre de la Fédération Internationale des Sociétés de Microscopie Electronique s'est déroulée à Paris en 1994. Elle a réuni pendant une semaine complète au Palais des Congrès plus de 3000 participants. Tous rassemblés pour présenter et apprendre les derniers progrès de la technique ainsi que les résultats les plus spectaculaires acquis avec ces appareils dans les domaines les plus variés. Je pense que bien peu de lecteurs ont eu le courage de lire les 5000 pages de résumés de comunications qui ont été rassemblés et publiés à l'occasion. Mais tourner les pages de ces ouvrages abondamment illustrés de micrographies souvent spectaculaires, est riche d'informations.
 
En conclusion à ce présent ouvrage, je me suis donc livré à ce petit jeu, avec deux idées a priori: évaluer le champ actuel d'utilisation de la microscopie électronique et identifier quelques tendances futures, dont une éventuelle réédition de ce volume, dans dix ou vingt ans, permettrait de juger le destin.
 
Près de cent ans après la découverte de l'électron par J.J. Thomson en 1897, il faut bien reconnaître que, domestiquée dans l'enceinte du microscope électronique, cette particule a contribué au progrès de nos connaissances dans presque tous les secteurs de l'activité humaine. Il serait facile de constituer un catalogue à la Prévert en faisant la liste de tous les types d'échantillons soumis à l'observation en microscopie électronique. Au hasard je repère les nouveaux diamants synthétiques, un alliage magnétique de composition Sm 11,6 Co 58,6 Fe 23 Cu 4,6 Zr 2,1 , les sacs à ordures biodégradables, la localisation de la nicotine dans les feuilles de tabac ou l'étude du parasite de la malaria dans les glandes salivaires du moustique.
 
Au-delà de l'anecdote, il faut surtout retenir comment le microscope électronique est devenu au cours des dernières années l'outil incontournable pour comprendre la structure et la chimie des matériaux à l'échelle ultime, élément indispensable à notre compréhension des divers comportements de la matière. Parmi les domaines privilégiés, l'industrie des semiconducteurs et des systèmes de stockage de l'information où la course à la réduction des échelles requiert les outils adaptés à leur caractérisation. En métallurgie, ce sont les propriétés plastiques et mécaniques qui constituent le coeur des observations. Les dislocations dans les métaux et alliages ont été d'abord vues en microscopie électronique et on connaît leur rôle déterminant dans l'origine des défaillances mécaniques. Dans toutes les industries à composantes technologiques de pointe le microscope électronique s'est implanté sous toutes ses formes. Le microscope à balayage est maintenant introduit dans les chaînes de production des composants semiconducteurs.
 
Dans le domaine des sciences de la vie, on trouve le microscope électronique à l'origine de l'identification du virus HIV du sida, ainsi que des proteines du prion dont l'actualité nous a appris l'importance dans la maladie de la vache folle. En routine le microscope électronique est utilisé dans les laboratoires d'analyses pathologiques pour l'identification des cellules tumorales. Mais il s'est aussi imposé dans de nombreuses activités périphériques comme l'étude des interactions entre produits dermatologiques et le derme ou dans l'observation des interfaces entre implants inorganiques et matrices organiques.
 
Si le champ d'applications du microscope électronique ne saurait que s'élargir étant donnés les progrès réalisés aussi bien en ce qui concerne les performances ultimes de l'instrumentation que l'introduction des techniques de préparation d'échantillons adaptées à l'observation dans des conditions variées, que peut-on attendre du microscope de demain? D'autant plus que la concurrence des microscopies de proximité utilisant des pointes ne va faire que s'accroître.
 
Dans ce jeu des pronostics, voici donc en désordre mes propres réflexions pour clore cet ouvrage. L'avenir est-il aux très grands et très coûteux ou aux très petits qui peuvent bénéficier de tous les développements récents de la microfabrication? Je parierai davantage pour la deuxième voie dans un contexte de restrictions budgétaires assez général à travers le monde de la recherche. Il n'est pas exclu en effet de voir apparaître sur le marché de l'instrumentation des microscopes dont la dimension totale sera de l'ordre de un à deux décimètres. La source d'électrons sera une nanopointe qui émettra des flux d'électrons très brillants sous une tension de quelques dizaines ou centaines de volts. On sait déjà que ce type de source fonctionne et on a réalisé très récemment des images, par projection, de filaments très minces de carbone, avec une résolution subnanométrique. A quand la reconstruction de filaments isolés d'ADN en utilisant des techniques holographiques et un faisceau d'électrons de l'ordre de quelques dizaines d'eV, suffisamment peu énergétiques pour ne pas détruire l'échantillon par transfert d'énergie? Dans le même domaine, la fabrication de microlentilles est tout à fait réalisable, que ce soit des lentilles magnétiques utilisant des aimants permanents à fort champ (1 tesla) ou des lentilles électrostatiques. Ainsi pour des électrons primaires d'énergie inférieure à 1 keV, on a construit des lentilles électrostatiques avec des électrodes percées de trous de 100 microns séparées par des distances aussi de l'ordre de 100 microns. Très récemment une colonne de 2,5 mm de long a ainsi été testée et a démontré une résolution meilleure que 40 nm sous 1 kV. Ces progrès permettent donc d'entrevoir le microscope à balayage de bureau plus compact que le microscope photonique avec une résolution vingt ou trente fois supérieure et un coût réduit car les microtechnologies seront très bientôt plus économiques que les techniques traditionnelles de façonnage de lentilles de verre.
 
Après avoir laissé errer l'imagination dans ces voies encore très originales, que peut-on dire de l'évolution logiquement prévisible du microscope à transmission haut de gamme d'aujourd'hui? Dans le domaine de la résolution spatiale accessible, le progrès ne peut que passer par la solution au problème de la réduction de l'aberration sphérique des lentilles objectifs. La solution la plus prometteuse est l'introduction de systèmes à symétrie non de révolution, tels des doublets de sextupoles, qui est très ardemment étudiée actuellement par plusieurs équipes.
 
De nombreuses voies originales d'utilisation de faisceaux d'électrons de haute et moyenne énergie sont arrivées récemment à maturité. Elles ont été peu ou abondamment évoquées dans les chapitres précédents. Elles constituent à mon avis les voies les plus riches pour les années à venir. Ce sont la cristallographie électronique sur réseaux de molécules biologiques à très basse température, qui permettra la reconstruction 3D de macromolécules avec une précision qu'on croyait réservée jusqu'à présent aux techniques de cristallographie X,   la spectroscopie électronique à très haute résolution spatiale et énergétique pour l'étude des liaisons et propriétés électroniques en relation avec la structure et la chimie locales, l'holographie électronique qui doit étendre la microscopie en y ajoutant ses possibilités de visualisation de champs électriques et magnétiques. Quel beau succès que la mise en évidence directe des lignes de vortex réussie voici deux ans par une équipe japonaise!
 
Un dernier mot pour dire que la microscopie électronique ne se réduira plus seulement à son rôle d'observation, tel que l'origine éthymologique de son nom l'indique.  Ce sera davantage un environnement de travail, de mesure, d'analyse dans lequel on pourra exercer sur l'échantillon des contraintes et sollicitations diverses. En fait le microscope deviendra un micro (si ce n'est un nano) laboratoire. Et ceci est une autre histoire dont il faudra bien reparler très rapidement dans un contexte où l'utilisation des pointes constitue une alternative en rapide expansion.