TP virtuel de microscopie : micromètre oculaire et cellules

Ce TP virtuel de microscopie suit le TP obligatoire (required practical) d'AQA GCSE Biology sur l'utilisation du microscope optique, ainsi que l'étalonnage du micromètre oculaire que font les élèves d'A-level et de l'IB avant de mesurer des cellules. Les élèves réalisent une préparation temporaire d'épiderme d'oignon, font la mise au point du plus faible au plus fort grossissement, étalonnent le micromètre oculaire avec un micromètre objet pour chaque objectif et utilisent cet étalonnage pour mesurer une cellule en micromètres. Une séance donne un tableau d'étalonnage, une cellule mesurée et une raison claire d'étalonner le micromètre oculaire.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Biology 4.1.1.5 (microscopie) et son TP obligatoire : utiliser un microscope optique pour observer, dessiner et légender des cellules végétales et animales, avec grossissement = taille de l'image ÷ taille réelle.
• AQA A-level Biology 3.2.1.3 (méthodes d'étude des cellules) : étalonner un micromètre oculaire avec un micromètre objet, et la résolution des microscopes optique et électronique.
• IB Biology A2.2.2 (compétences en microscopie) et NGSS MS-LS1-1 (standard américain : les êtres vivants sont formés de cellules).

Simulic n'est pas affilié à AQA, à l'IB ni à aucun organisme d'examen, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou en question 1 du lien de classe :

« À ×10, une graduation de l'oculaire couvre 10,4 µm de la préparation. Vous placez l'objectif ×40. Quelle longueur de la préparation une graduation de l'oculaire couvre-t-elle maintenant ? »

Beaucoup d'élèves répondent « la même, l'échelle n'a pas bougé ». C'est tout l'intérêt du TP : le micromètre est dans l'oculaire, donc il paraît identique à tous les grossissements, mais l'échantillon en dessous est davantage agrandi.

Protocole dans la simulation

La simulation s'ouvre sur l'onglet Microscope avec un épiderme d'oignon. Étalonnez d'abord, puis préparez l'oignon, car changer d'échantillon démarre une nouvelle préparation.

1. Micromètre objet. Dans Échantillon, choisissez Micromètre objet et cliquez sur Poser sur la platine. Montez la platine avec la vis macrométrique jusqu'à ce que l'image soit nette à ×4 (l'affichage indique « L'image est nette »).
2. Étalonnez ×4, ×10 et ×40. Pour chaque objectif, faites glisser la lame jusqu'à aligner les traits 0 des deux échelles. Cherchez un trait de l'oculaire qui coïncide exactement avec un trait du micromètre objet, le plus loin possible du 0 (utilisez la Loupe ×4). Saisissez les deux nombres et 1 graduation de l'oculaire = graduations du micromètre objet × 10 µm ÷ graduations de l'oculaire, puis cliquez sur Vérifier. À ×40, utilisez seulement la vis micrométrique.
3. Préparation d'oignon. Dans Échantillon, choisissez Épiderme d'oignon + lugol. Choisissez la bonne option à chaque étape : lugol, une couche très fine, abaisser la lamelle à 45°, éponger, poser sur la platine. Faites la mise au point à ×4, puis passez à ×10.
4. Mesurez. Activez le Micromètre oculaire. Sans déplacer la lame, comptez les graduations le long de la cellule située sous le + rouge. Saisissez les graduations et la longueur réelle, puis cliquez sur Noter. La simulation vérifie les deux nombres.
5. Faites glisser la lame jusqu'à deux autres cellules, mesurez-les et lisez la moyenne sous le tableau.

Objectif	Graduations de l'oculaire	Graduations du micromètre objet	1 graduation de l'oculaire (µm)
×4
×10
×40

Cellule	Objectif	Longueur (graduations de l'oculaire)	Longueur réelle (µm)
Sous le + (lame non déplacée)	×10
2	×10
3	×10

Résultats attendus

Toutes les valeurs viennent de la simulation.

Objectif	Étalonnage qui coïncide	1 graduation de l'oculaire	Champ de vision
×4	35 graduations de l'oculaire = 91 du micromètre objet	26,0 µm	environ 4 690 µm
×10	48 graduations de l'oculaire = 50 du micromètre objet (ou 96 = 100)	10,4 µm	environ 1 880 µm
×40	96 graduations de l'oculaire = 25 du micromètre objet	2,60 µm	environ 470 µm

• Les valeurs ne sont pas exactement 25, 10 et 2,5 µm. Le grossissement réel de chaque objectif est inférieur de quelques pour cent à celui qui est gravé dessus, et c'est pourquoi on étalonne le micromètre oculaire pour chaque objectif. La simulation accepte les lectures à 3 % près.
• La cellule d'oignon sous le + mesure environ 17 graduations à ×10 : 17 × 10,4 ≈ 181 µm. À ×40, la même cellule couvre environ 69 graduations (69 × 2,60 ≈ 180 µm).
• Les autres cellules d'oignon mesurent de 170 à 340 µm de long et de 53 à 71 µm de large, donc la moyenne de trois cellules tombe en général entre 220 et 290 µm.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) À ×40, quelle longueur de la préparation une graduation de l'oculaire couvre-t-elle ?
2. Pendant l'étalonnage, quelle longueur est fixe et connue avant de commencer ?
3. Étalonnez le micromètre oculaire pour l'objectif ×40. Combien vaut une graduation de l'oculaire en µm ?
4. Sans déplacer la lame, mesurez la cellule d'oignon sous le + à ×10. Quelle est sa longueur réelle ?
5. Un camarade saute l'étalonnage et suppose qu'une graduation vaut 2,5 µm à ×40. Expliquez le problème.

Réponses pour l'enseignant : (1) Environ 2,6 µm, le quart de la valeur à ×10. (2) Une graduation du micromètre objet, 10 µm. (3) 2,60 µm (accepter de 2,52 à 2,68). (4) Environ 181 µm (accepter de 169 à 193). (5) Le grossissement réel de l'objectif diffère de celui qui est gravé, donc 2,5 µm est trop petit d'environ 4 %. La cellule mesurerait 69 × 2,5 ≈ 173 µm au lieu de 180 µm : une erreur systématique sur toutes les mesures.

Idées fausses fréquentes

• « L'échelle du micromètre oculaire est en µm. » Ses graduations n'ont pas de taille fixe. Elles n'ont de sens qu'après étalonnage, et leur valeur change avec l'objectif.
• « Plus de grossissement montre toujours plus de détails. » C'est la résolution qui limite les détails. L'onglet Optique et électronique montre que les ribosomes (environ 25 nm) restent invisibles au microscope optique, quel que soit le grossissement.
• « Les cercles bordés de noir sont des cellules. » Ce sont des bulles d'air piégées quand on laisse tomber la lamelle à plat. Essayez-le exprès dans la simulation.

Prolongement

• Onglet Grossissement : entraînez-vous à M = I ÷ A avec des conversions de mm en µm. La simulation signale les réponses fausses d'un facteur 1000.
• Onglet Optique et électronique : comparez la résolution du microscope optique (environ 200 nm), du MEB et du MET, et expliquez pourquoi seul le MET montre la bicouche de la membrane.

Questions fréquentes

Est-ce que cela remplace le TP obligatoire ?

Non. Les TP obligatoires d'AQA doivent être faits à la main. Utilisez la simulation pour enseigner l'étalonnage avant le TP réel, ou pour les élèves qui l'ont manqué. Voir laboratoires virtuels ou réels.

Pourquoi mon groupe trouve-t-il 10,4 µm et pas 10 µm ?

Dans ce modèle, le grossissement réel de chaque objectif est un peu inférieur à celui qui est gravé, comme pour de vraies lentilles. C'est précisément cette petite différence que corrige l'étalonnage.

Les élèves peuvent-ils sauter la préparation ?

Oui. Dans les valeurs de départ de votre lien de classe, cochez « Préparation déjà faite, sur la platine et mise au point ». Gardez les étapes de préparation si vous voulez que les élèves voient l'effet de chaque erreur.

Simulations et guides associés

Structure des cellules végétale et animale au microscope Structure des cellules eucaryotes et procaryotes

Pour d'autres activités de biologie, voir les idées de leçons de biologie interactives. Pour mener la prédiction comme un cycle complet, voir prédire, observer, expliquer avec des simulations.