J. William Schopf et son équipe de l'université de Californie ont présenté dans le mensuel Astrobiology des images à trois dimensions de fossiles remontant à plus de 650 millions d'années. La technique utilisée pour obtenir ces images saisissantes s'appelle la microscopie confocale à balayage laser.
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D'après les chercheurs, ce procédé pourrait être utilisé pour mener des analyses non destructives sur des fossilesfossiles microscopiques emprisonnés dans les roches martiennes, et pour y rechercher d'éventuelles traces de vie.

Images d'un fossile de 650 millions d'années, trouvé au Kazakhstan <br />En haut : Image optique du fossile (microscope optique)<br />Au milieu : Image obtenue à l'aide d'un microscope confocal <br />En bas à gauche : Zoom sur une partie de l'image obtenue par le microscope confocal <br />En bas à droite : Image de la chimie de l'échantillon, obtenue à partir des données du spectroscope Raman <br />(Crédits : UCLA)

Images d'un fossile de 650 millions d'années, trouvé au Kazakhstan
En haut : Image optique du fossile (microscope optique)
Au milieu : Image obtenue à l'aide d'un microscope confocal
En bas à gauche : Zoom sur une partie de l'image obtenue par le microscope confocal
En bas à droite : Image de la chimie de l'échantillon, obtenue à partir des données du spectroscope Raman
(Crédits : UCLA)

Et la troisième dimension fut...

Le microscope confocal à balayage laserlaser dérive du microscope optiquemicroscope optique traditionnel, hormis que sa source lumineuse est un laser, qui balaye point par point l'objet à analyser. Dans sa configuration « réflexion », il utilise un miroir semi-réfléchissant, qui réfléchit le rayon provenant de l'objet vers un détecteur. Ce dernier peut ainsi mesurer l'intensité lumineuse de chaque point et la stocker dans un ordinateurordinateur.

Une fois que le balayage selon les abscisses et les ordonnées est effectué, et qu'une image à deux dimensions est obtenue, le plateau contenant l'objet est déplacé d'un incrémentincrément dz, et le balayage recommence. Ainsi, on mémorise des « tranches », qui peuvent par la suite être traitées informatiquement pour obtenir des images à trois dimensions de l'objet.

Pour réaliser cet exploit, le microscope confocal à balayage lasermicroscope confocal à balayage laser se doit, quand il est mis au point sur une hauteur z, de ne pas être influencé par les couches situées au-dessus et en dessous. Pour ce faire, on place un diaphragmediaphragme devant le détecteur, dans le plan focal conjugué au plan focal de l'objectif (d'où l'attribut « confocal »). Ainsi, seule la lumièrelumière provenant du plan focal atteint le détecteur.

La spectroscopie Raman, quant à elle, est surtout utilisée en chimiechimie et en minéralogie, et permet de connaître les structures chimique et moléculaire d'un échantillon en trois dimensions. Son principe est le suivant :

  • On soumet l'échantillon à un rayonnement laser ;
  • La majeure partie du faisceau lumineux est transmise dans le matériaumatériau, et une mineure partie diffusée ;
  • Par analyse de la lumière diffusée, et détection de pics à certaines longueurs d'ondes (distinctes de la longueur d'onde du faisceau incident), on peut déduire la composition chimique de l'échantillon.

 Schéma de principe du microscope confocal à balayage laser<br /> (Crédits : Faculté de Jussieu)

Schéma de principe du microscope confocal à balayage laser
(Crédits : Faculté de Jussieu)

De l'étude des fossiles à la recherche de la vie sur Mars

J. William Schopf et son équipe sont les premiers à avoir utilisé la spectroscopie Ramanspectroscopie Raman pour étudier des fossiles emprisonnés dans de très vieux rochers. A l'aide de cette technique, ils ont pu remarquer que la composition des fossiles avait évolué au cours du temps, passant d'une composition azoteazote - oxygèneoxygène - soufresoufre à un mélange carbonecarbone - hydrogènehydrogène.

En publiant dans le mensuel Astrobiology des images à trois dimensions de fossiles datant de plusieurs centaines de millions d'années, le paléobiologiste compte bien créer un engouement, qui pourrait voir l'applicationapplication de cette technique aux... futures missions martiennes !

En effet, selon lui, si une mission sur Mars venait à ramener des échantillons de roche sur TerreTerre, la microscopie confocale à balayage laser et la spectroscopie Raman permettraient aux scientifiques d'étudier les fossiles microscopiques cachés à l'intérieur, et d'y rechercher des traces de vie. Et ce, sans détruire les précieux fragments ramenés de la planète rouge.

A l'aide de ces techniques, « nous pouvons observer le dessous du fossile, le regarder de dessus ou de côté, et même tourner tout autour. Les anciens dispositifs ne permettaient pas d'accomplir cela. Grâce à la microscopie confocale à balayage laser, c'est désormais possible. De plus, même si les échantillons sont très petits, les images restent d'une grande précision. Ainsi, nous pouvons mieux évaluer dans quelle mesure les fossiles se sont dégradés en plusieurs millions d'années, et connaître l'évolution de leurs caractéristiques biologiques. »

Comme quoi, de la paléontologiepaléontologie aux missions sur la planète rouge, il n'y a qu'un microscope confocalmicroscope confocal ! Et ce ne sont pas les RoversRovers Spirit et OpportunityOpportunity, qui viennent tout juste de fêter leur première bougie martienne, et qui analysent sans relâche des échantillons de roche, qui nous diront le contraire !