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article De l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique : la mole : Peut-on « voir » et manipuler les atomes ?     -    publié le 23/12/2008    mis à jour le 22/08/2010

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A l’orée du XIXe siècle, Wilhelm Ostwald (1853-1932) qui reçut le prix Nobel de chimie en 1909 affirmait que l’hypothèse atomique n’était qu’un « fatras commode pour désigner les interactions énergétiques » — il reviendra sur sa position — et le physicien autrichien Ernst Mach (1836-1916) appuyait sa réfutation des atomes en disant qu’on ne pouvait les voir et donc qu’ils n’étaient pas des objets intéressant la science.
Si l’hypothèse atomique a fini par triompher de ces résistances par la mise en évidence de ses conséquences indirectes (mouvement brownien, diffusion, chimie,...), force est de dire que l’atome semblait inaccessible à l’observation. Aujourd’hui, ce n’est plus vrai. Tout d’abord il faut s’entendre sur l’expression « voir les atomes ». Il n’est pas question de les voir directement, le rayonnement visible étant de longueur d’onde trop grandes pour être optiquement perturbé par les atomes — tout comme une noix de coco ne peut perturber la progression d’un tsunami. Il faut donc utiliser d’autres moyens : la microscopie électronique à haute résolution et celle à effet tunnel nous les fournissent.

Cristal d'arséniure de gallium


Cristal d’arséniure de gallium vu au microscope électronique à transmission haute résolution.

Les microscopes électroniques à haute résolution utilisent des faisceaux d’électrons relativistes dont la longueur d’onde de de Broglie est de l’ordre du picomètre — 10-12 m — soit notablement inférieure aux dimensions atomiques, ce qui permet d’envisager une optique de type géométrique permettant de « voir » les atomes. Sur le cliché ci-contre, la résolution est de l’ordre de 0,1 nm !
Par ailleurs, en 1981, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer des laboratoires IBM inventèrent la microscopie à effet tunnel, invention pour laquelle ils reçurent le prix Nobel de physique 1986. Le principe en est relativement simple — pour la réalisation, c’est autre chose : une pointe nanométrique se déplace sur l’échantillon à observer, permettant ainsi de reconstituer le « paysage » atomique grâce aux informations recueillies par effet tunnel.

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