Pensez aux outils utilisés par un artiste. Imaginez une toile et un pinceau, ou un bloc de pierre et un burin. Vous risquez d’être surpris en découvrant l’art de la photomicrographie cristalline, une étonnante discipline artistique qui consiste à photographier des cristaux à l’aide d’un microscope. Le travail artistique souligne les magnifiques couleurs, textures et structures des cristaux observés à travers l’objectif du microscope.
Regardez l’image ci-dessus. À première vue on pourrait croire qu’il s’agit d’une peinture abstraite. Il s’agit pourtant d’un cristal de médicament topique indiqué dans le traitement des verrues, également appelé « verrucide ». Vous pouvez voir le joli motif qui s’est développé pendant le processus de cristallisation de la substance sur la lame de microscope.
Je suis ravi d’être lauréat du concours mondial « Image of the Year » de 2022 d’Evident dans la catégorie science et génie des matériaux avec cette image prise avec un microscope modifié pour une observation en lumière polarisée ! Cliquez ici pour en savoir plus sur l’image lauréate. Si vous êtes curieux d’apprendre comment obtenir des images similaires, lisez les conseils sur comment débuter dans l’art de la photomicrographie cristalline.
Shyam Rathod a remporté le prix 2022 en science des matériaux du concours « Image of the Year » d’Evident.
Utiliser la lumière polarisée pour visualiser le monde caché des cristaux
La photomicrographie cristalline implique l’utilisation d’un microscope polarisant et de techniques innovantes pour disposer une fine couche de cristaux sur une lame de microscope. La partie la plus intéressante de la lame est photographiée, soit une section d’environ 1 x 1 mm selon le grossissement de l’objectif.
Le timing est également important, il faut déclencher l’obturateur au moment exact où cette belle structure se forme pendant la cristallisation. Les formes, textures et structures sont différentes à chaque formation du cristal, vous n’obtiendrez donc jamais deux fois la même image. C’est ce qui rend chaque image merveilleusement unique.
Sommes-nous en train d’observer l’océan ? Cette image représente de l’érythritol dissous, un édulcorant artificiel. Au cours du processus de fusion, des bulles d’air restent piégées à l’intérieur du cristal et, en solidifiant, forment des cavités. Image fournie avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
Six bonnes raisons d’observer les cristaux en lumière polarisée
Le microscope polarisant fait partie du matériel indispensable pour acquérir de magnifiques images colorées de cristaux. Abordons plus en détail son potentiel scientifique et artistique. Un microscope polarisant est un outil essentiel pour observer des cristaux, et ce, pour plusieurs raisons :
1. Détection de biréfringence
De nombreux cristaux sont biréfringents, ils divisent la lumière qui les pénètre en deux rayons lumineux se propageant à des vitesses différentes, générant ainsi une double image. Un microscope à lumière polarisée, avec ses filtres polarisants, est conçu pour détecter et analyser cette propriété.
2. Accentuation du contraste
La lumière polarisée accentue le contraste entre le cristal et son environnement, ce qui facilite l’observation des détails et des structures internes du cristal. Elle est particulièrement utile pour l’observation de cristaux transparents ou translucides.
Images de microcristaux observés en lumière normale (gauche) et en lumière polarisée (droite).
Images fournies avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
3. Analyse des propriétés optiques
L’utilisation de la lumière polarisée permet l’étude détaillée des propriétés optiques d’un cristal, notamment son indice de réfraction et son orientation optique. Ces informations sont souvent essentielles pour identifier et classifier différents types de cristaux.
4.Analyse des contraintes
En science des matériaux, la microscopie à lumière polarisée aide à observer les schémas de contraintes au sein des cristaux. Cette analyse des contraintes est particulièrement importante dans des domaines tels que la minéralogie et le génie des matériaux où la compréhension des contraintes internes subies par un matériau est essentiel.
5. Observation des couleurs interférentielles
En lumière polarisée, sous les effets de l’interférence, certains cristaux prennent des couleurs uniques. Ce phénomène peut être utilisé pour identifier certains minéraux et mieux comprendre la structure des cristaux.
6. Identification des minéraux
En géologie et en minéralogie, le microscope à lumière polarisée est fréquemment utilisé pour identifier les minéraux. Les propriétés optiques de nombreux minéraux varient sous lumière polarisée, ce qui aide à les identifier.
Comme souligné ci-dessus, un microscope polarisant est un outil précieux pour l’étude des cristaux. Il permet une bonne visibilité et une analyse détaillée des propriétés optiques, et offre également un éclairage unique de la structure interne des cristaux et des schémas de contrainte auxquels ils sont soumis.
Tous ces atouts en font un outil parfaitement adapté pour la discipline artistique qu’est la photomicrographie cristalline. Si vous n’avez pas accès à un microscope polarisant, vous pouvez en concevoir un vous-même, et mettre au point un système d’imagerie comme détaillé ci-dessous.
Équipement requis pour acquérir des images colorées de microcristaux
Pour configurer le système comme indiqué, il vous faut :
1. Un microscope polarisant
Bien qu’un microscope conçu pour réaliser des observations en lumière polarisée pourrait faire le travail, j’ai pour ma part transformé un microscope trinoculaire en microscope polarisant. À cet égard, j’ai découpé à la bonne taille et inséré dans le trajet optique deux filtres de polarisation : l’un sous la tête et l’autre sous le condenseur.
J’utilise également parfois du cellophane bon marché (comme retardateur) pour faire ressortir les couleurs. Selon les rotations du retardateur, j’obtiens des couleurs de structures différentes. Vous pouvez fabriquer un retardateur en utilisant un morceau de plastique fin, comme une pochette de CD, ou tester différents plastiques. Certaines personnes utilisent une feuille de mica, mais le plastique bon marché fait vraiment l’affaire.
Bêta-alanine et L-glutamine dissoutes dans de la vodka. Les images montrent la même lame avec différents angles de rotation du retardateur, faisant ainsi ressortir différentes couleurs de la structure. Images fournies avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
2. Un système d’imagerie
La caméra numérique pour microscope est connectée à un ordinateur portable via un câble USB et contrôlée par un logiciel. J’utilise une application d’imagerie assistée par ordinateur pour la visualisation et la retouche ainsi que pour le contrôle de l’appareil photo. Un coupleur mécanique connecte l’appareil photo à la tête du microscope. Pour mon installation, j’ai conçu et fabriqué un coupleur avec une imprimante 3D. Il faut une source de lumière primaire similaire à celle incluse dans un microscope, de préférence une lumière à LED blanche ou un flash fait maison.
Coupleur imprimé en 3D pour connecter l’appareil photo à la tête du microscope. Image fournie avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
3. Des produits chimiques purs
Vous pouvez obtenir un microcristal à l’aide d’un produit chimique (ou d’une combinaison de plusieurs produits chimiques) de deux manières : en dissolvant le produit chimique dans une solution ou en faisant fondre la poudre de produit chimique sur un élément chauffant avec contrôle de la température.
Voici un aperçu des deux différentes méthodes :
- Faire fondre directement les produits chimiques purs en les chauffant puis en les laissant refroidir. Pour plus d’informations, voir la méthode de fusion de Peter Juzak (Allemagne). Pour la fusion des cristaux, j’utilise notamment de l’urée, du paracétamol, du soufre, de l’acétate d’ammonium, de la caféine, du menthol et de l’inositol.
- Dissoudre les produits chimiques dans de l’eau ou de l’alcool. Pour plus d’informations, voir la méthode de dissolution, chauffage et refroidissement par Loes Modderman (Pays-Bas). La plupart des produits chimiques sont solubles dans l’eau du robinet donc la liste des produits chimiques que vous pouvez utiliser est longue. À la place de l’eau, vous pouvez également essayer d’utiliser de la vodka ou de l’éthanol comme solvant.
La combinaison de différents produits chimiques ou l’ajustement des proportions entraînera la création de nouvelles structures alors n’hésitez pas à faire parler votre créativité ! Outre les produits chimiques, il vous faudra quelques lames pour microscope ainsi que des lamelles couvre-objet afin de maintenir les substances au cours du processus d’imagerie. Vous pouvez utiliser les lamelles couvre-objet afin d’aplatir les cristaux et créer de nouvelles structures.
Il ne s’agit pas d’une éclaboussure de peinture ! L’image montre du soufre dissous photographié au microscope. Chaque fois que vous faites fondre la substance et pressez la lamelle couvre-objet, l’épaisseur des cristaux sur la lamelle diminue et de magnifiques structures et couleurs ressortent. Image fournie avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
Cela ressemble à une peinture de dunes au milieu du désert mais il s’agit bel et bien de bêta-alanine et de L-glutamine (BA-LG) dissoutes dans de la vodka. Image fournie avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
4. Un dispositif de chauffage avec contrôle de la température
Afin d’éviter toute surchauffe ou que les produits chimiques n’entrent en ébullition, ne s’évaporent ou ne brûlent, il est essentiel de maintenir les lames de produits chimiques à la température souhaitée. Par ailleurs, les produits chimiques ont des températures de fusion différentes. Je dispose d’une platine chauffante qui offre une plage de température allant de 50 à 300 °C (ou de 122 à 572 °F).
Dispositif de chauffage avec contrôle de la température utilisé pour faire fondre des produits chimiques et pratiquer l’art de la photomicrographie des cristaux. Image fournie avec l’aimable autorisation de Shyam Rathod.
Conseils supplémentaires pour créer des œuvres d’art en observation des cristaux au microscope
Je suis convaincu que le meilleur moyen d’accéder à d’autres mondes via la chimie est de s’intéresser à plus petit. Si vous souhaitez embarquer pour une aventure dans l’art caché du monde microscopique, essayez-vous à l’art de la photomicrographie cristalline ! Pour plus de conseils, vous pouvez rejoindre le groupe Facebook Crystal Art
Photomicrography créé par Loes Modderman où, grâce à d’autres microscopistes, vous pourrez vous familiariser avec cet art peu répandu. Peut-être y trouverez-vous l’inspiration pour créer vos propres œuvres.
