L'imagerie scientifique

Image d'un télescope spatial optique

Image de la nébuleuse Cat's Eye (NGC 6543) prise par le télescope spatial américain Hubble, le plus grand télescope optique jamais mis sur orbite. Il peut créer des images exceptionnellement fines grâce à son miroir de 2,4 m de diamètre. Il a permis un grand nombre de découvertes scientifiques (estimation de l'âge de la composition de l'Univers, découvertes de galaxies inconnues, existence de système stellaires protoplanétaires et de régions où se forment des étoiles…).© Nasa / ESA / HEIC / The Hubble Heritage team (STScI/AURA)

Photographie aérienne

Vue aérienne d'un lotissement de maison dans une banlieue américaine. La photographie aérienne est un domaine très vaste tant sur le plan de la variété des documents que des techniques employées. Elle sert aussi bien dans un cadre documentaire, que militaire, cartographique ou encore archéologique. La première photographie aérienne date de 1858. Elle est l'œuvre du photographe et aérostier Félix Nadar qui a pris un cliché du Petit-Bicêtre (actuel Petit-Clamart) depuis un ballon captif.© Stockxpert.

Photographie High-Speed

Photographie d'une fléchette tirée sur un ballon d'eau, prise en High Speed. Cette technique, avec un temps d'exposition extrêmement court, permet de capter un mouvement très rapide et de le figer instantanément.
© Adam Connah

Thermographie

La thermographie est une technique qui mesure les températures d'un corps par détection des rayonnements infrarouges émis (invisibles à l'œil nu mais perceptibles par des caméras spéciales). Les températures plus élevées sont représentées par des couleurs "chaudes" ; les plus basses par les couleurs "froides". Cette technique est utilisée dans de nombreux domaines : industriel (contrôle des installations électriques, développement de nouveaux produits, bâtiment (isolation,…), médical. L'imagerie thermique sert aussi en reconnaissance et surveillance (armée, protection civile).© Institut de la thermographie

Macrophotographie

Cœur du pistil d'une clématite. Le domaine de la macrophotographie commence lorsque l'image obtenue sur le film ou le capteur est de taille au moins égale à la taille du sujet. Cette technique de photographie en très gros plan permet d'obtenir des images plus grandes que le sujet (jusqu'à 10 fois sa dimension), et ainsi de dévoiler d'infimes détails.© Gilles Daïd / photodurable.com

Photomicrographie

Recristallisation d'hyposulfite de sodium usagé. Photomicrographie en lumière polarisée-analysée. Cette technique de microscopie est fondamentale pour les scientifiques dans l'observation et la détermination d'échantillons, minéralogiques ou cristallographiques par exemple. Sous l'objectif d'un microscope optique équipé de deux "prismes de Nicol", permettant de polariser d'une part et d'analyser d'autre part la lumière transmise, se révèlent structures et éléments chimiques dans une pléiade de tonalités, passant d'une large plage de pastels à des couleurs diversement saturées.© CNRS Photothèque / Jeanne-Michaud Alain.

Microscopie optique

Communauté microbienne d'eau douce du campus universitaire d'Orsay prise en microscopie optique. Le microscope est un instrument d'optique muni d'un objectif et d'un oculaire qui permet de grossir l'image d'un objet de petites dimensions et de séparer les détails de cette image afin qu'ils soient observables par l'œil humain. Il est utilisé en biologie, en pétrographie, en métallurgie et en métallographie. © CNRS Photothèque /Lopez Garcia Purificacion

Microscope optique confocal

Vue d'un ovaire de puce réalisée avec un microscope optique confocal. Il s'agit d'un microscope qui réalise des images de très faible profondeur de champ (environ 400 nm). En positionnant le plan focal de l’objectif à différents niveaux de profondeur dans l’échantillon, on réalise des séries d’images à partir desquelles on peut obtenir une représentation tridimensionnelle de l’objet. L'utilisateur voit donc une image recomposée par ordinateur. Cet instrument permet d'acquérir des images de très bonne résolution à différents niveaux d'organisation : organites cellulaires (constituants de la cellule), cellules ou tissus. © CNRS Photothèque / Raguet Hubert

Microscopie optique en contraste de phase

Guêpe fossile (Cétacé) préservée dans de l'ambre opaque (Charente, France). Son image a été rendue possible grâce à la technique de l'imagerie par microscopie optique en contraste de phase. Ce type de microscope exploite les changements de phase d'une onde lumineuse traversant un échantillon. Cet instrument fut développé par le physicien hollandais Frederik Zernike dans les années trente, ce qui lui valut le prix Nobel de physique en 1953. L'animal mesure 4 mm environ et cette image révèle des détails d'ordre micrométrique.© CNRS Photothèque / ESRF / Lak Malvina, Neraudeau Didier, Tafforeau Paul

Microscopie électronique

Denticules cutanés (dents modifiées qui couvrent la peau des requins) d'holbiche à gorge tachetée (Holohalolurus punctatus). La microscopie électronique à balayage (MEB) est une technique basée sur le principe des interactions électrons-matière. Un faisceau d'électrons balaie la surface de l'échantillon à analyser qui en réponse réémet certaines particules. Différents détecteurs permettent d'analyser ces particules et de reconstruire une image de la surface. Elle est un instrument de choix pour l'observation et la caractérisation à très petite échelle de matériaux organiques et minéraux de l’ordre du millième et même du millionième de millimètre.© Bernard Séret / IRD

Microscopie à force atomique

Image enregistrée par un microscope à force atomique (AFM) représentant le nanoSQUID (outil détectant les flux magnétiques qui le traversent à l'échelle nanométrique). Ce type de microscope à sonde locale sert à visualiser la topographie de la surface d'un échantillon. Le principe se base sur les interactions entre l'échantillon et une pointe montée sur un microlevier. La pointe scanne la surface à représenter, et l'on agit sur sa hauteur selon un paramètre de rétroaction. Un ordinateur enregistre cette hauteur et peut ainsi reconstituer une image de la surface.© CNRS Photothèque / CEMES-LAAS-LLN-CRTBT

Microscopie à effet tunnel

Impuretés de zinc (taches rouges) sous une surface d'arséniure de gallium. Chaque petite tache bleue représente un atome de cette surface. La photo a été obtenue par microscopie à effet tunnel (STM) à 5K (basse température). Ce microscope fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le prix Nobel de physique pour cette invention en 1986. Il utilise un phénomène quantique, l'effet tunnel, pour déterminer la morphologie et la densité d'états électroniques de surfaces conductrices ou semi-conductrices (résolution spatiale égale ou inférieure à la taille des atomes).© CNRS Photothèque / IEMN

Imagerie tomographique

Jet diphasique d'hydrocarbures - Imagerie tomographique Légende : Jet diphasique d'hydrocarbures. La tomographie est une technique d'imagerie très utilisée dans l'imagerie médicale, ainsi qu'en géophysique et en astrophysique. Elle permet de reconstruire le volume d'un objet à partir d'une série de mesures effectuées par tranche depuis l'extérieur de cet objet. Dans une version haute résolution, on l'utilise aussi de plus en plus en sciences des matériaux.© CNRS Photothèque / LCSR

Holographie électronique

Lignes de champs magnétiques dans des nanoparticules de FeNi (fer et nickel) déterminées par holographie électronique. Les couleurs indiquent l'orientation locale du champ. Le principe de l'holographie a été découvert par Dennis Gabor en 1948. On produit un hologramme (photographie en trois dimensions) en éclairant un objet par une source de lumière cohérente (laser) et en enregistrant sur une surface sensible (par exemple, une plaque photographique) les franges d’interférences obtenues en combinant l’onde émise par la source laser (onde de référence) et l’onde réfléchie par l’objet. © CNRS Photothèque / Hytch Martin.

Rayons X

Visualisation d'un pacemaker (stimulateur cardiaque). La technique d'imagerie par rayons X a été découverte par Wilhelm Röntgen à la fin du XIXe siècle. Au lieu d'utiliser le spectre normal de la lumière, on ne voit dans ces images que les hautes fréquences, visibles sous rayons X. Il s'agit de radiations électromagnétiques de faible longueur d'onde, qui possèdent des propriétés de pénétration intense à l'intérieur de la matière. Technique fréquemment utilisée dans le domaine médical.© Daniel Thomas / Inserm.

Scintigraphie

La scintigraphie est une imagerie d'émission : le rayonnement vient du patient après injection du traceur, par opposition à l'imagerie conventionnelle radiologique qui est une imagerie de transmission. On injecte un traceur : association d'une molécule vectrice et d'un marqueur radioactif. La molécule vectrice se localise de façon sélective sur une structure particulière de l'organisme. Le marqueur radioactif renseigne sur sa localisation : il émet un rayonnement gamma qui va être détecté par une gamma-caméra. Ici, cartographie des lésions (maladie de Paget) qui sont le siège d'une hyperfixation intense.© Photothèque / Gaucher Alain, Netter Patrick.

Echographie

Fœtus dans le ventre de sa mère. L'échographie est une technique d'imagerie employant des ultrasons. Utilisée couramment en médecine mais aussi en recherche, exploration vétérinaire, industrie… L'électronique de l'échographe se charge d'amplifier et de traiter les signaux afin de les convertir en signal vidéo. L'image se fait en niveaux de gris selon l'intensité de l'écho en retour. Par exemple, les liquides sans particules en suspension sont traversés par les sons : ils ne se signalent donc pas par des échos, ils seront noirs sur l'écran. Les structures solides, comme l'os, renvoient mieux les échos : on verra donc une forme blanche. © Stockxpert

IRM

Cerveau humain, coupe sagittale. L'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est une technique utilisée fréquemment en médecine, d'apparition récente (début des années quatre-vingts). Fondée sur la détection du comportement des atomes d'hydrogène soumis à un puissant champ magnétique, elle permet de visualiser certaines parties du corps en 2D, voire en 3D après combinaison. Cette technique offre la visualisation de détails invisibles sur les radiographies standard, l’échographie ou le scanner. © Emmanuel-Alain Cabanis / Inserm

Radiographie 3D

Branche vasculaire à l'intérieur de la tête, en représentation 3D filaire. Cette image résulte d'une mise en correspondance tridimensionnelle de données issues de systèmes d'imageries projectives et tomographiques d'angiographie cérébrale par rayons X (2D) et de l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Ce recalage entre les deux modalités permet de compléter les données de l'image radiologique et de valider les innovations technologiques apportées aux dernières générations d'imageurs. Les retombées médicales de ce travail sont multiples tant dans le domaine diagnostique que thérapeutique.© Maximilien Vermandel / CNRS Photothèque

BANQUE DES SAVOIRS - LES DESSOUS DE L'IMAGERIE SCIENTIFIQUE
L’image scientifique comprend principalement l’image photographique et l’imagerie. La première est un enregistrement de la réalité. Dès son apparition avec Nicéphore Niepce, la photographie n’aura de cesse de servir la science en révélant le visible et l’invisible, avec une finesse de restitution toujours plus grande. La seconde aussi reflète une réalité, mais c’est une certaine technicité qui la crée, où la lumière n’intervient pas. Ainsi, les techniques d’imagerie se caractérisent selon le phénomène physique sur lequel elles se fondent : rayons X, rayons gamma, ultrasons, résonance magnétique, etc. De l'infiniment grand à l'infiniment petit, ces images sont souvent produites dans le cadre de missions scientifiques. Elles font avancer la connaissance et permettent au public de "voir" la science.
En savoir plus ? Retrouvez la Banque des Savoirs dans l'onglet Liens utiles de la Numériclé91, rubrique Essonne.