À la fin du XVIIe siècle, un drapier néerlandais et un scientifique autodidacte nommé Antonie van Leeuwenhoek a acquis une renommée pour la construction de certains des meilleurs microscopes disponibles à une époque où l’instrument commençait tout juste à révolutionner la recherche scientifique. Cependant, il divulguait rarement ses méthodes de fabrication de lentilles, ce qui menait à des siècles de spéculations sur la façon dont il a atteint des grossissements aussi supérieurs.

Maintenant tomographie neutronique a permis aux scientifiques de TU Delft aux Pays-Bas de scruter pour la première fois les microscopes de van Leeuwenhoek. un nouveau document publié dans la revue Science Advances révèle que, loin d’exiger sa propre méthode secrète d’élaboration de lentilles, van Leeuwenhoek était un maître artisan qui a été en mesure d’atteindre ses grossissements extraordinaires en perfectionnant et perfectionnant les méthodes typiques de production de lentilles de son époque.

Il n’est pas tout à fait clair qui a inventé le premier microscope de bonne foi, mais les prétendants à la revendication comprennent un fabricant néerlandais de lunettes de la fin du XVIe siècle nommé Zacharias Janssen, un fabricant de spectacles rival voisin nommé Hans Lipperhey, et un ingénieur et inventeur néerlandais nommé Cornelis Drebbel. Galilée a noté le principe de base quelque temps après 1610 et a construit son propre microscope composé après avoir vu l’un des instruments de Drebbel exposés à Rome en 1624. Il l’a surnommé le »occhiolino ( occhiolino )« ou »petit œil.

Scientifique anglais Robert Hooke a été parmi les premiers à apporter des améliorations significatives à la conception de base. C’était un broyeur de lentilles habile, ce qui a entraîné un meilleur grossissement, et sa formation initiale en tant que dessinateur lui a permis de rendre ce qu’il a vu au microscope dans des dessins de détails exquis.  Il a publié son magnum opus, Micrographie, en janvier 1665, illustré de 58 gravures étonnantes, y compris sa célèbre représentation d’une puce magnifiée.

L’intérêt de Van Leeuwenhoek pour la fabrication de lentilles découle de son désir de voir plus clairement la qualité du fil qu’il a utilisé dans son entreprise draper, et quand il a appris les merveilles de la microscopie, il était un grand admirateur de Hooke Micrographie—il a commencé à apporter ses propres améliorations. Il a construit plus de 500 microscopes au cours de sa vie, bien que seule une poignée d’entre eux aient survécu. Une seule lentille a été montée dans un petit trou dans la plaque de laiton qui fait le corps de l’instrument, et le spécimen a été monté sur un point pointu juste en face de lui. La position et la mise au point pourraient être ajustées en tournant deux vis. L’instrument entier ne faisait que 3 à 4 pouces de long.

Van Leeuwenhoek a utilisé ses microscopes pour étudier les protozoaires trouvés dans l’eau des étangs, les tissus animaux et végétaux, les cristaux minéraux et les fossiles. Il a découvert des créatures microscopiques comme les nématodes, ainsi que les cellules sanguines, et a été le premier à voir des spermatozoïdes vivants d’animaux. En 1683, il avait tourné l’instrument sur lui-même pour étudier la plaque entre ses dents, et a également observé grouillant des hordes de bactéries dans la bouche de deux hommes âgés qui n’avaient jamais nettoyé leurs dents dans leur vie- la première observation de bactéries vivantes jamais enregistrées. Il a même expérimenté avec l’utilisation de l’ovule d’une morue et les cornées des libellules comme lentilles biologiquement dérivées, réussissant à générer des images claires d’une flamme de bougie avec ce dernier.

Ses microscopes n’étaient guère plus que de puissantes loupes portatifs, mais ils étaient néanmoins considérés comme les meilleurs de son époque. Il a été en mesure d’atteindre une puissance grossissante jusqu’à 270 fois plus grande que la taille réelle de l’échantillon, à l’aide d’un seul objectif, avec des images plus claires et plus lumineuses que celles réalisées par l’un de ses collègues.

Van Leeuwenhoek était certainement habile à broyer et polir les lentilles, et il est probable que beaucoup de ses instruments contenaient ces lentilles au sol. Il a également expérimenté avec des lentilles en forme de boule au début de sa carrière, qui impliquait la fonte et la collecte du verre sur une pointe d’aiguille. Cependant, van Leeuwenhoek a écrit que le verre souffrait de contaminations et qu’il a rapidement abandonné la méthode. Mais il a également laissé entendre qu’il avait inventé sa propre méthode avancée de soufflage du verre »avec laquelle les lentilles non sphériques pourraient être produites », une remarque qui a conduit à des spéculations considérables au fil des siècles sur une « technique secrète » perdue à la postérité.

Onze microscopes de van Leeuwenhoek ont survécu, mais depuis qu’il a enfermé ses lentilles entre deux plaques métalliques fixées avec des rivets, avec un seul petit trou d’environ un demi-millimètre de diamètre, il faudrait démonter les microscopes pour accéder aux lentilles , et aucun musée n’envisagerait d’endommager un artefact aussi inestimable de cette façon. Ainsi, les scientifiques de TU Delft proposé d’utiliser une technique d’imagerie non invasive appelée tomographie neutronique, de conception similaire à Tomographie aux rayons X.

Cela permet d’imager toute la forme de la lentille, puisque les neutrons donnent un contraste plus élevé entre les plaques métalliques et le verre à l’intérieur. L’objet est tourné à 180 degrés dans un faisceau de neutrons comme un appareil photo prend plusieurs photos, et les images 2D résultantes peuvent ensuite être utilisés pour construire une image 3D de l’objet sur l’ordinateur.

L’image 3D de l’un des microscopes de la collection du Rijksmuseum Boerhaave a montré que cet instrument de puissance moyenne contenait une lentille en forme de lentilles compatible avec les méthodes standard de broyage et de polissage de l’époque. Les auteurs notent dans leur article que les données ont également montré le grand soin et la précision van Leeuwenhoek mis à contribution lors de l’élaboration de ses instruments. « À en juger par les copies conservées, chaque microscope que van Leeuwenhoek produit tenait une lentille avec une courbure distincte et le grossissement, ont-ils écrit. « L’ajustement serré de la lentille que la tomographie montre suggère que les plaques de laiton ont été spécialement adaptés pour tenir cette lentille spécifique. »

L’équipe de TU Delft a également photographié le microscope survivant le plus puissant connu, conservé au Musée universitaire d’Utrecht. Cela a révélé que le microscope Utrecht ne contient pas de lentille au sol en forme de lentilles; il tient plutôt une lentille en forme de boule avec un minuscule fil de verre relié à elle, le genre de lentille produite par des méthodes de soufflage du verre. Ce qui est le plus intéressant, c’est que la forme de cette lentille s’adapte à une lentille fondante en verre « recette » publié par Hooke en 1678, qui impliquait de transformer l’extrémité d’un fil de verre mince en une forme de boule en le fondant dans une flamme et en utilisant la tige restante comme une poignée pour monter l’objectif.

Il s’agissait d’une variante d’une technique que Hooke avait décrite plus tôt dans Micrographie, qui était antérieure aux instruments de van Leeuwenhoek, de sorte que le drapier aurait été familier avec le principe de base. La méthode de Hooke a également produit des lentilles en forme de boule exemptes des contaminations qui ont entaché les méthodes antérieures de soufflage du verre van Leeuwenhoek a dit qu’il avait expérimenté et trouvé vouloir. Il était toujours étrangement silencieux au sujet des méthodes de fabrication de lentilles de Hooke.

« Nous pouvons maintenant supposer que le silence de van Leeuwenhoek était un choix délibéré », ont écrit les auteurs. « Van Leeuwenhoek a adopté la procédure très lens-making par Hooke peu de temps après qu’il l’a publié, et brought à un grand succès, mais n’a jamais dit à personne à ce sujet. C’est ironique, car Hooke a toujours voulu découvrir le secret des lentilles de van Leeuwenhoek, mais n’a jamais réussi à le faire.

Dans l’ensemble, cette recherche « a offert une preuve visuellement concluante que van Leeuwenhoek ne s’est pas limite à un seul type de lentille pour faire ses découvertes pionnières, mais a adopté des procédures distinctes de fabrication de lentilles qui circulaient à l’époque, et les a intégrées dans ses microscopes », écrivent les auteurs. « Van Leeuwenhoek était loin d’être l’érudit isolé qu’il est souvent prétendu être; au contraire, son secret sur ses lentilles était motivé par une tentative de dissimuler son endettement envers Hooke.

Leurs découvertes témoignent également de son habileté à pousser les méthodes et les conceptions existantes à leur plein potentiel, perfectionnées au fil des ans de la construction de centaines de microscopes. « C’est l’artisanat et le contrôle minutieux de l’ouverture qui ont fait la différence », ont conclu les auteurs. « Van Leeuwenhoek semble avoir parfaitement maîtrisé ces techniques de broyage et de cadre, les avoir combinées avec des ouvertures appropriées, et les avoir portées à la perfection, ce qui a entraîné la supériorité de ses microscopes emblématiques, dans lesquels toute l’attention et les efforts ont été guidés vers leur seul élément essentiel: la lentille.

DOI: Science Advances, 2021. 10.1126/sciadv.abf2402 (À propos des DOI).