En microscopie électronique l’image est formée par les électrons. Lorsqu’ils traversent des zones de l’échantillon avec lesquelles ils interagissent peu, les électrons sont peu diffusés et sont détectés sur la caméra formant ainsi des zones claires (“transparentes aux électrons”). En revanche, lorsqu’ils traversent des zones dans lesquelles ils interagissent fortement, ils sont diffusés hors de leur direction de propagation initiale et sortent de l’angle solide de détection de la caméra. Les zones correspondantes apparaîtront ainsi sombres (“opaques aux électrons”) sur l’image. La probabilité de diffusion d’un électron par un atome de l’échantillon augmente avec son numéro atomique (Z). Les tissus ou les cellules contiennent principalement des éléments de faible Z (C, H, N, O, P, S, …) et sont donc largement transparents aux électrons, raison pour laquelle ils doivent être imprégnés par des métaux lourds (Pb, Ur, Os, …) pour former des images avec un contraste élevé.

Lors de l’interaction du faisceau d’électrons avec les atomes de l’échantillon, ceux-si sont excités puis se désexcitent presque instantanément en générant des rayons X dont l’énergie est spécifique de l’élément. Le spectre de ces rayons X (leur distribution d’énergie) varie donc selon que les atomes sont du Fer, du Ruthénium ou du Calcium par exemple. La spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie  (EDX ou EDS) consiste à analyser la composition élémentaire des échantillons en mesurant le spectre des rayons X émis. En utilisant le microscope en mode STEM, on peut également réaliser des cartes élémentaires (mapping) qu’on superpose à l’image structurale afin de localiser précisément les éléments souhaités. On peut ainsi mettre en évidence des dépôts de Fer dans des cellules ou analyser la composition de nanoparticules par exemple.

Identification de nanoparticules de CeO2 dans des trophoblastes de placenta humain (Dr Ioana Ferecatu, UMR-S 1139)