PRIX NOBEL DE CHIMIE 2017

Le prix Nobel de chimie 2017 a été attribué au Suisse Jacques Dubochet, à l’Allemand Joachim Frank et au Britannique Richard Henderson pour avoir contribué au « développement de la cryomicroscopie électronique pour la détermination de la structure à haute résolution des biomolécules en solution ». Il récompense, comme le prix Nobel de physique 2017, les progrès remarquables effectués dans le domaine des techniques d’observation.

Qu’est-ce qu’un microscope électronique ?

À la fin des années 1920, le physicien allemand Ernst Ruska (1906-1988) fait le constat que les microscopes photoniques (ou optiques), qui utilisent la lumière visible, ont une résolution théorique maximale de 0,2 à 0,3 micromètre (µm). Cela signifie que, du fait de la nature même du rayonnement utilisé (la lumière), ces microscopes ne sont pas capables de discerner des détails plus fins que cette résolution. Ruska a alors l’idée géniale de substituer un faisceau d’électrons au faisceau lumineux d’un microscope à transmission classique. En effet, la résolution d’un microscope dépend directement de la longueur d’onde du rayonnement utilisé. La longueur d’onde d’un faisceau d’électrons accéléré à 200 kiloélectronvolts (keV) est de 0,002 5 nanomètre (nm) portant la résolution théorique maximale d’un microscope électronique à 0,15 nm (soit 0,000 15 µm). La mise au point du premier microscope électronique (1931) vaudra à Ernst Ruska le prix Nobel de physique en 1986.

Les éléments d’un microscope électronique à transmission sont assemblés sous la forme d’une colonne surmontée d’une source d’électrons et munie, à sa base, d’un dispositif d’enregistrement de l’image. Le dispositif initial comportait un filament de tungstène (cathode) dont les électrons étaient extraits grâce à une anode. L’énergie permettant une telle extraction doit atteindre plusieurs centaines de milliers d’électronvolts (eV). Un système de lentilles électromagnétiques permet ensuite de modifier la trajectoire de ce faisceau d’électrons de façon similaire à l’effet de lentilles optiques sur la lumière. L’échantillon que l’on souhaite observer est placé au centre de la colonne du microscope. En traversant l’échantillon, les électrons vont interagir avec la matière qui le compose et être déviés. L’image est recueillie de l’autre côté de l’échantillon. L’ensemble de la colonne est maintenu sous vide. D’autres types de microscopie électronique ont depuis été inventés. Le plus connu est le microscope électronique à balayage. Également très utilisé par les scientifiques, il ne présente toutefois pas les mêmes atouts en termes de résolution, surtout en biologie.