Bricolage facile : Un homme a construit seul un microscope électronique à balayage dans son garage

Vous étiez fier d’avoir réparé votre rétroviseur avec un astucieux mélange de scotch et de Super Glue ? Attendez de lire ce qui suit…

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Ben Krasnow devant sa création (Photo mytektronixscope.com)

Ben Krasnow n’en est pas à sa première réalisation incroyable, parmi ses exploits on compte par exemple un générateur d’Azote liquide créé à partir d’une unité d’air conditionné ou encore un système de stimulation magnétique transcranienne… ça à l’air compliqué ? Ça l’est ! Mais il y a pire, un microscope électronique à balayage ou MEB : « Je voulais voir si c’était possible », dit-il.

Principe de fonctionnement

Pour un MEB dernier cri, un laboratoire scientifique devra investir une somme allant jusqu’à 250,000 dollars, et même en cherchant sur Google il est dur de trouver un « guide du petit SEM pas cher », il a donc dû improviser. Le diplômé (en ingénierie j’imagine même si son profil LinkedIn ne le précise pas) de l’Université de Californie à Santa-Barbara a donc commencé à étudier la complexe et délicate physique en jeu dans un instrument de ce type. Il a ensuite parcouru eBay à la recherche de composants à bas prix, et a construit lui-même ce qu’il ne pouvait pas trouver.

Un MEB classique fonctionne en projetant un fin filet d’électrons, des particules subatomiques (qui rentre dans la composition d’un atome) chargées négativement sur un échantillon à analyser. Les électrons qui touchent l’objet à analyser rebondissent et seuls ceux qui passent au travers sont récupérés et cette analyse permet de reconstruire l’image de la surface en 3D de l’échantillon.

Une des tâches difficiles dans cette construction a été de produire un canon à électrons. Pour ce faire il a utilisé un fin fil de tungstène qu’il a chauffé en y appliquant un très haut voltage, ce qui produit un nuage d’électron. Pour focaliser ce nuage en un filet précis, les électrons libérés passent ensuite à travers un minuscule tuyau en cuivre avant d’atteindre leur cible.

Lors des premiers tests du canon à électrons, un problème se posait pour obtenir une visée précise du flux d’électrons, or, comme dit plus tôt, les électrons sont des particules électriquement chargées négativement… elles sont donc sensibles aux champs magnétiques. Pour stabiliser et concentrer le flux, Krasnow a donc utilisé… des aimants de frigo, et ça marche !

L'image de la chaîne d'un collier en or comme il apparaît sur l'oscilloscope après grossissement (Photo de Ben Krasnow)

Performances

Le microscope permet une vue 3D de la surface des objets avec un zoom 50x, ce qui n’est rien comparés aux MEB du commerce qui peuvent atteindre les 1000x ou plus, ce qui n’empêche pas la performance d’être exceptionnelle. Le temps de travail total passé à construire l’engin aura été de 100 heures et pour un coût de 1,500 dollars (seulement !). Donc si on considère 250,000$ pour un grossissement de 1000x, 50x pour 1,500$  ça fait 88% moins cher le grossissement 1x (Bon, ce chiffre ne veut rien dire puisque le prix n’augmente bien sur pas linéairement avec le grossissement au vu des technologies utilisées pour obtenir un grossissement x1000 ou plus, mais j’avais envie de le mettre)

Affichage

Un microscope électronique à balayage, tient son nom du fait que le faisceau électronique va balayer et scanner la surface de l’échantillon analysé, l’image résultante est une « vidéo » en temps réel du sujet immobile. Pour afficher cette image, Krasnow a utilisé un vieil oscilloscope (comme ceux que vous utilisiez en cours de physique en terminale, pas mieux). Lorsque le flux d’électrons scanne la surface de l’échantillon, le nuage d’électrons en retour de l’échantillon change de forme, et l’oscilloscope transforme ces données physiques en image.

Système de refroisissement

Afin de maintenir le fin filet délectons, un problème était d’éliminer les interférences dues aux collisions avec les molécules d’air présentes entre le canon et l’échantillon. Pour se soustraire à cette limitation, Krasnow a mis l’ensemble du dispositif sous une cloche de verre hermétique et a créé le vide en dessous grâce à deux pompes. Enfin 3 pompes pour être plus précis, l’une des deux premières ayant tendance à surchauffer, Krasnow a installé une pompe d’aquarium qui injecte du liquide de refroidissement en continu dans la pompe !

Alors… votre rétroviseur « flambant neuf », vous l’aimez toujours autant ? 🙂 (Si vous trouvez que cette histoire de rétroviseur sent le vécu, vous avez malheureusement raison.)

La performance a été saluée par les scientifiques et Ben Krasnow ne s’arrêtera surement pas là, alors pour ses autres projets ou pour encore plus de détails, des plans et autres vidéos de présentation, je vous conseille vivement le blog de Ben Krasnow (en anglais).

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19 commentaires

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  3. Merci pour le lien vers son blog, cela permet de voir l’atelier de ce monsieur ! c’est très impressionnant, s’il est ingénieur, c’est aussi un génial bricoleur et son atelier est rempli de bien belle machine qui doivent faire saliver pas mal de brico du dimanche !

  4. très belle prouesse, le problème de ce genre de bricolage c’est le réglage, alors puisqu’il a eu des images , nettes, chapeau bas.

    Notez toutefois qu’un canon à électrons dans une cloche de verre hermétique, dont le flux est guidé par des aimants, vous en aviez tous un chez vous il y a encore qq années: ça s’appelle un tube cathodique. (vous vous souvenez , avant les TV à écran plat ? 😉

    On en réalisait en terminale C il y a encore 20 ans…

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