Mots clés :
oeil, optique, structure de l'oeil, rétroprojecteur, fovéa, tache aveugle, tache jaune, profondeur de champ, diaphragme, corps flottant, photorécepteur, cône, bâtonnet, nerf optique, humeur vitrée

Quelques expériences pour mettre en évidence les propriétés de l'oeil

Adolf Cortel

Gabrielle Bonnet

Gilles Furelaud

Gabrielle Bonnet

Ces expériences ont été présentées par Adolf Cortel à Physics On Stage 3, une rencontre européenne pour l'amélioration de l'enseignement des sciences, et adaptées en vue de leur mise en ligne sur ce site.

26 - 01 - 2004

Résumé

Quasiment sans autre matériel qu'une feuille de papier canson et un fil, une série d'expériences permet de mettre en évidence la structure et les propriétés de l'oeil : inversion des images, rôle de la fovéa, tache aveugle, profondeur de champ, défauts de l'oeil, etc...


Matériel :

un bout de papier canson noir (3 cm × 3 cm, par exemple), dans lequel vous avez fait deux trous avec une épingle, un petit et un plus large, un petit bout de fil noué à une de ses extrémités, un rétroprojecteur et un écran.

Expériences

Voir à l'intérieur de l'humeur vitrée

Observer un écran blanc fortement éclairé par le rétroprojecteur à travers le plus petit trou du papier canson. Que sont ces petits éléments, de diverses formes, qui "flottent" dans votre champ de vision (ils ont tendance à se déplacer si vous remuez les yeux) ?

ll s'agit de ce que l'on appelle des "corps flottants". Ceux-ci sont des opacités situées à l'intérieur de l'humeur vitrée.

Comment l'expérience que nous venons de faire aide-t'elle à voir ces "corps flottants" ?

Montrer que le cerveau inverse les images qui se forment sur la rétine

Vous pouvez exercer une légère pression sur un côté de votre oeil. Normalement, vous voyez apparaître un changement dans votre champ de vision... De quel côté se produit se changement? Que pouvez-vous en déduire?

Le changement se produit du côté opposé à celui où vous exercez la pression : en effet, si vous exercez une pression sur des capteurs situé du côté gauche de la rétine, le cerveau, qui "inverse" l'image formée sur la rétine, percevra cette pression sur le côté droit de l'image.

Suspendez un bout de coton avec un petit noeud à une de ses extrémités entre votre oeil et le canson, et observez l'écran blanc éclairé par le rétroprojecteur à travers un petit trou dans le canson. Qu'observez-vous? Que représente l'image du coton que vous voyez ? Pourquoi est-elle renversée ?

L'image que vous voyez est en fait l'ombre du coton sur votre rétine. Elle est renversée car, contrairement aux images formées par le cristallin, elle se forme à l'endroit sur la rétine. Le cerveau, en interprétant les informations qui lui arrivent, renverse l'image.


Pour en savoir plus sur le mécanisme de formation de l'ombre du coton sur la rétine.

L'oeil, un système optique performant ?

Profondeur de champ

Essayez de voir votre doigt et un élément du paysage nettement tous les deux. Est-ce possible? Placez maintenant devant votre oeil successivement les deux trous du papier canson et essayez à nouveau de voir le doigt et le paysage nettement. Constatez-vous une amélioration? Conclure.

L'oeil ne possède pas une très grande profondeur de champ, la clef de la capacité de vision de l'oeil de 25 cm environ à l'infini (pour un oeil normal) réside dans l'accommodation, c'est-à-dire l'adaptation de la distance focale à la distance à laquelle se trouve l'objet regardé. Si on veut voir nettement à la fois un objet proche et un objet lointain, il faut ajouter un diaphragme, qui permet d'augmenter la profondeur de champ.

Largeur de la partie nette du champ de vision

Projetez sur l'écran une ligne de lettres, assez grandes pour être vues de l'observateur. Regardez la lettre centrale. Sans bouger les yeux, combien de lettres à gauche et à droite de la lettre centrale pouvez-vous observer ?

Cette largeur correspond à la largeur de la fovéa sur la rétine. En effet, les lettres que l'on voit nettement sont celles dont l'image se trouve à l'emplacement de la fovéa. Pour voir nettement sur une plus grande largeur, il faut déplacer les yeux. En fait, sans remuer les yeux, la largeur sur laquelle ce que l'on observe est net est très faible.

La rétine n'est pas homogène, peut-on voir ces inhomogénéités ?

La rétine est parcourue par des vaisseaux sanguins, que nous ne percevons pas normalement. Le cerveau interprète en effet l'image qui se forme sur la rétine et "supprime" les vaisseaux sanguins de l'image... Toutefois, il est possible de "piéger" le cerveau de façon à voir ces vaisseaux sanguins... Comment ? Tout simplement avec la feuille de papier canson et l'écran. Si vous regardez l'écran toujours bien éclairé à travers un des trous du papier canson, et que vous remuez vivement la feuille devant votre oeil, vous voyez apparaître des lignes correspondant aux vaisseaux sanguins qui se trouvent sur votre rétine.

Il est possible d'aller plus loin. Tracez un seul point noir sur un transparent et projetez-le sur l'écran. Refaites l'expériences précédente, mais cette-fois en fixant le point noir du regard. Vous constatez qu'il y a une petite zone sans vaisseaux sanguins, centrée sur le point noir : cette zone correspond à la fovéa.

En fixant votre regard sur le point noir, vous avez placé son image au niveau de la fovéa (zone la plus sensible de la rétine). Or, cette zone est une zone dépourvue de capillaire sanguin : cette expérience simple permet de le mettre en évidence.


Dessinez à présent deux points situés à une dizaine de centimètres (horizontalement) l'un de l'autre sur une feuille blanche. Tenez la feuille assez loin de vous, fermez un oeil, mettons le droit, et fixez le point situé à droite. Rapprochez peu à peu la feuille. Qu'observez-vous? Avez-vous vu le deuxième point (celui que vous ne fixez pas) disparaître puis réapparaître? A quoi ceci correspond-il?

Lorsque vous fixez le premier point, ceci signifie que son image se forme sur la fovéa, la zone la plus sensible de votre oeil. L'image du deuxième point sur la rétine s'éloigne de l'image du premier point au fur et à mesure que vous rapprochez la feuille. L'image du deuxième point passe alors par la tache aveugle de l'oeil, qui correspond à l'arrivée du nerf optique.

Cônes, bâtonnets, vision des couleurs...

Ceci est une expérience que nous avons tous faite : on regarde une figure contrastée en noir et blanc (par exemple un dessin fait sur un transparent et projeté à l'écran), et, pendant un certain temps après avoir cessé de regarder la figure, l'image persiste, mais tout ce qui était noir devient blanc et vice-versa.

Les capteurs photosensibles de la rétine ont été saturés à tous les endroits où l'image de la partie blanche bien éclairée s'était formée sur la rétine, lorsqu'on cesse de regarder cette image, pendant un petit peu de temps, ils ne sont plus capables de jouer leur rôle. On voit donc du noir à l'emplacement de ces capteurs, c'est-à-dire là où il y avait du blanc précédemment.

Si on fait la même expérience avec un objet coloré, on voit cette fois-ci "en négatif" : au lieu des couleurs originelles, on perçoit les couleurs complémentaires.

L'oeil humain normal possède trois types de capteurs de couleurs, chacun ayant son pic de sensibilité dans une zone bien déterminée du spectre (bleu-violet, vert, et jaune-vert. Pour en savoir plus, voir la fiche sur la trivariance visuelle chez l'homme). Lorsqu'on observe une image verte, les capteurs qui ont leur maximum dans le vert sont les plus sollicités. Lorsqu'on cesse de regarder l'image, et qu'on regarde à la place un écran blanc, seuls les deux autres types de capteurs réagiront et l'impression visuelle qui en résultera sera du rouge, le complémentaire du vert.

Pour aller plus loin sur le thème de la vision :

"Les défauts de la vision".

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