Observer l’infiniment petit : au cœur de la matière avec les microscopes du CTµ

Au CTµ, plateforme de microscopie de l’Université Lyon 1, les laboratoires privés ou publics ont accès à des microscopes performants pour sonder le monde de l’infiniment petit. Qu’ils soient extérieurs ou internes à Lyon 1, les utilisateurs du CTµ sont accompagnés à différentes étapes de leurs projets selon leur besoin : de la préparation des échantillons à l’analyse des données, via différents modes d’accès comme la location des microscopes, ou la prise en charge d’étude en prestation. Le CTµ forme également ceux qui souhaitent avoir accès de manière autonome aux équipements. 

« On offre principalement des techniques de microscopie électronique et de microscopie photonique[1] avec un aspect multidisciplinaire : on traite aussi bien des problématiques en biologie qu’en sciences des matériaux ou en santé » explique Xavier Jaurand, directeur technique du CTµ.
 

Xavier Jaurand, directeur technique du CTµ © photos : Anna Thibeau / Direction de la communication Université Lyon 1
 

La matière à l’échelle de l’atome : scruter le vivant ou les matériaux innovants

Observations au MEB d’un tissu végétal, appelé méristème (à gauche), et de nano-batônnets d’oxyde de zinc (à droite).

Structures végétales, organes d’insectes, levures ou bactéries… : avec les microscopes électroniques à balayage (MEB) du CTµ, le vivant se révèle dans ses moindres détails. Le MEB permet aussi d’explorer les matériaux innovants à l’échelle nanométrique. On peut ainsi observer des nano-bâtonnets d’oxyde de zinc ou des nanotubes de carbone intégrés dans des polymères pour les rendre conducteurs.

Observer les structures les plus fragiles au moyen de la congélation : une technique de microscopie unique à Lyon

En plus de cette offre de microscopie classique, le CTµ « apporte des techniques assez pointues et très peu répandues » précise Xavier Jaurand. L’une d’elles est la cryo-microscopie (Cryo-MEB).

Les objets très hydratés, comme certains échantillons biologiques ou certains cosmétiques (par exemple la mousse à raser), ont une structure fragile qui ne résiste pas au vide d’un MEB classique. En cryo-microscopie, l’échantillon est congelé et maintenu à très basse température, ce qui permet d’observer sa morphologie originelle intacte.

On est la seule plateforme lyonnaise à proposer cette technique.

Il est également possible d'étudier au Cryo-MEB des gels et des émulsions ‒ par exemple des mélanges d’huile et d’eau, comme la mayonnaise ‒ afin d’en comprendre les propriétés.

Échantillon congelé et fracturé d’une émulsion observée en cryo-microscopie pour visualiser la morphologie, la taille, et la répartition des gouttelettes d’huile inclues dans le milieu aqueux.

Appliquée à l’étude d’échantillons de crème glacée, la technique révèle les secrets de l’onctuosité de certaines glaces : « L’analyse des caractéristiques des microgouttelettes de gras ‒ leur répartition, leur nombre, leur taille ‒ va permettre de comprendre pourquoi une crème glacée possède telle ou telle propriété macroscopique » raconte Xavier Jaurand.

La plupart du temps, le rôle de la microscopie est d’étudier la microstructure d’un échantillon pour voir comment elle détermine les propriétés que nous observons à notre échelle à nous.

Imager l’infiniment petit en 3D !

La microscopie permet aujourd’hui de reconstruire en 3D un échantillon à l’échelle nanométrique. Cette méthode innovante[2] consiste à réaliser des coupes ultrafines pour sonder les différentes profondeurs de l’échantillon. Il en résulte une animation 3D permettant d’évoluer au cœur de sa structure interne, pour observer, par exemple, l’interaction de bactéries symbiotiques avec leur hôte, comme chez l’insecte charançon.

Image en 3D d’un polymère (extrait d’animation 3D).

Cette spécificité de notre plateforme, unique sur la région, sera bientôt ouverte à la communauté des utilisateurs  annonce Xavier Jaurand.

D’autres techniques couplées à l’imagerie permettent également de réaliser une analyse chimique (par spectrométrie EDS) mais aussi cristallographique (par EBSD), pour caractériser les phases cristallines d’un échantillon issu d’une batterie lithium-ion de voiture, par exemple.

Pour offrir toutes ces techniques et couvrir un champ d’application aussi large que possible, le CTµ met au service de ses utilisateurs six équipements complémentaires : 2 microscopes électroniques en transmission (MET), 3 microscopes électroniques à balayage (MEB), 1 microscope optique confocal.

Analyse d’échantillons avec un microscope du CTµ, par Chloé Exbrayat-Héritier (à gauche) et Xavier Jaurand (à droite) © photos : Justine Dascotte / Direction de la communication Université Lyon 1
 

Un nouveau microscope pour visualiser le comportement d’échantillons sous haute température

Depuis octobre 2025, ce parc d’équipements s’est enrichi avec l’arrivée d’un microscope offert par l’entreprise cimentière VICAT. « Ce MEB est destiné à jouer un rôle dans les recherches en biologie, sciences de matériaux ou santé de nos utilisateurs, mais aussi dans la formation d’étudiants » explique Xavier Jaurand.

Analyse d’une cellule cancéreuse dans la salle du MEB VICAT par Chloé Exbrayat-Héritier (équipe du CTµ). Après une journée de préparation, l’échantillon est placé dans la chambre du microscope pour observer, à l’échelle microscopique, les effets d’un traitement. © photos : Justine Dascotte / Direction de la communication Université Lyon 1

Il va permettre à la plateforme d’accéder à une nouvelle technique que nous n’avions pas jusqu’à présent : c’est l’observation d’échantillons à haute température.

Cette technique permet de visualiser en direct l’évolution ‒ morphologique et chimique ‒ d’un échantillon soumis à de fortes températures, pouvant atteindre jusqu’à 1500 °C !
 

Une fois l’échantillon positionné, la chambre du microscope est fermée et mise sous vide. Un faisceau d’électrons, accélérés jusqu’à plusieurs kilovolts, est alors projeté sur l’échantillon. © photos : Justine Dascotte / Direction de la communication Université Lyon 1

 

Chloé Exbrayat-Héritier effectue différents réglages, notamment celui du grossissement, qui peut atteindre un facteur 50 000, bien au-delà des capacités d’un microscope classique, pour des observations en très haute résolution. © photos : Justine Dascotte / Direction de la communication Université Lyon 1

 

Analyse de l’image de la cellule cancéreuse obtenue au MEB. « C’est une structure assez inattendue » remarque Chloé Exbrayat-Héritier. « Honnêtement, ce serait très difficile de voir ça autrement qu’avec un MEB » ajoute Xavier Jaurand. © photos : Justine Dascotte / Direction de la communication Université Lyon 1

Ce don permet non seulement d’accroitre l’offre de service du CTµ mais aussi de mettre en lumière le rôle central des plateformes technologiques de Lyon 1, l’importance de la mutualisation des équipements ainsi que les liens concrets entre recherche académique et monde industriel.

Pour en savoir plus sur la plateforme CTµ : https://microscopies.univ-lyon1.fr/

Propos recueillis par Anna Thibeau / Direction de la communication Université Lyon 1