LE MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE À BALAYAGE

« Le monde est plein de choses claires que personne ne remarque jamais »

Sherlock Holmes, Arthur Conan Doyle (1859 - 1930)

 

INTRODUCTION


Un microscope électronique à balayage (MEB ou SEM pour scanning electron microscope) est un instrument polyvalent, dont les premiers modèles ont été commercialisés vers le milieu des années 60, qui permet d'observer toute sorte d'échantillons avec un fort grossissement et une grande profondeur de champ (« effet relief »). Contrairement aux microscopes optiques (appelés aussi microscopes photoniques), qui utilisent des photons pour observer la matière avec des grossissements de quelques unités à mille fois (permettant d'apprécier des détails de l'ordre du micromètre), les microscopes électroniques à balayage utilisent un faisceau très fin d'électrons permettant d'atteindre des grossissements encore plus importants pouvant atteindre un million de fois (permettant d'apprécier des détails mille fois plus petits de l'ordre du nanomètre). 

 

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT


Un faisceau d'électrons incidents est balayé à la surface de l'échantillon à l'aide de bobines magnétiques parcourues par un courant électrique variable. L'interaction entre ces électrons et l'échantillon va émettre de nouveaux électrons et des rayons X, qui vont être captés par des détecteurs spécifiques disposés autour de l'échantillon :
- les électrons secondaires proviennent des couches superficielles de l'échantillon et permettent d'obtenir des images caractéristiques de sa surface (contour, morphologie, etc.) ;
- les électrons rétrodiffusés, qui sont sensibles à la nature des atomes qui constituent l'échantillon, permettent de distinguer sur les images des zones de composition chimique différente ;
- les électrons Auger permettent de faire une analyse quantitative de la composition chimique de la surface de l'échantillon ;
- les rayons X (ou photons X) permettent de faire une analyse quantitative de la composition chimique élémentaire de l’échantillon (microanalyse X).      


Ainsi, le microscope électronique à balayage peut être utilisé à la fois pour faire une image de la topographie de l’échantillon avec un grossissement pouvant atteindre plusieurs millions de fois (caractérisation morphologique) et pour déterminer la nature des atomes constituant l’échantillon (caractérisation chimique). En pratique, l’échantillon étudié doit être conducteur électrique, ou rendu conducteur par dépôt d'une couche mince de métal ou de graphite (métallisation sous vide), afin d'éviter l'accumulation de charges électriques à sa surface et la présence gênante d'artefacts et de zones « lumineuses » sur l'image. Selon la nature du (ou des) échantillon(s) étudié(s), la procédure complète (préparation de l'échantillon / introduction de l'échantillon dans le sas du microscope / réglages du microscope / acquisition des images et des spectres X) peut durer entre quelques heures et plusieurs jours. 

Le microscope électronique à balayage équipé d'un détecteur de rayons X (MEB-EDX) représente un atout inestimable dans les laboratoires de police scientifique pour analyser et confronter une multitude de traces collectées sur les lieux d'une infraction :

- Résidus de tir : les particules laissées après le tir d'une arme à feu, comprenant des résidus de poudre, des résidus métalliques et d'autres fragments associés aux munitions. En savoir plus
- Fibres textiles : l'analyse des fibres provenant de vêtements, de tissus et d'autres matériaux textiles peut fournir des indices précieux dans les affaires criminelles. 
- Peintures et revêtements : l'examen des éclats de peinture ou de revêtements peut aider à établir des liens entre des objets ou des surfaces.

Images prises au microscope électronique à balayage

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