L’œil et la vision

L’œil est pour l'Homme l'organe de l'un des 5 sens : la vision. C'est grâce à ce sens que nous sommes capables de voir, distinguer les formes et les couleurs.

L'étude de l’œil humain est regroupée dans une spécialité médicale que l'on appelle ophtalmologie.

L’œil se compose de nombreuses parties. Tout d'abord, son enveloppe externe, transparente que l'on nomme la cornée. Ensuite, la partie derrière la cornée, qui englobe le reste se nomme la sclère.

Tout ceci trouve sa place au sein du globe oculaire.

Quand on regarde un objet, ce dernier nous apparaît car il renvoie la lumière. En effet, nous ne voyons pas dans le noir car ce sont les signaux lumineux provenant d'une source lumineuse qui se réfléchissent sur l'objet en question avant de venir contre notre œil.

Pour réussir à voir une image, il faut que le faisceau lumineux soit renvoyé vers notre œil. Le passage par la cornée va déjà modifier la direction du signal lumineux en l'envoyant vers le cristallin. Les deux tiers de la réfraction ont lieu après passage dans la cornée et le tiers restant après passage dans le cristallin. Le but de ces deux passages dans des "lentilles" est de rediriger les signaux lumineux vers la rétine et plus précisément la zone de la fovéa, zone la plus sensible, afin de traiter l'image et la rendre la plus nette possible. Cela est rendu possible par la courbure changeante du cristallin qui permet d'effectuer la mise au point. Une fois que le signal est reçu par les cônes et les bâtonnets, il est transmis sous la forme d’influx nerveux par le nerf optique jusqu'aux zones du cerveau qui traitent de la vision.

Comment prendre soin de ses yeux ?
L'œil est un organe très puissant mais également très fragile. C'est pourquoi il est important d'en avoir soin.

Les organes de la vision

L’œil se compose de nombreuses parties. Tout d'abord, son enveloppe externe, transparente que l'on nomme la cornée. Ensuite, la partie derrière la cornée, qui englobe le reste se nomme la sclère.

Tout ceci trouve sa place au sein du globe oculaire.

La cornée

La cornée est la couche transparente, présente sur le devant de l’œil. Son rôle est de transmettre la lumière au fond de l’œil.
Elle constitue le premier "miroir" à la lumière qui entre dans l’œil.

Cette dernière n'est pas vascularisée, cela signifie qu'elle n'est pas irriguée par des vaisseaux sanguins. Afin de la protéger et d'empêcher son attaque par des corps étrangers, elle est cependant irriguée par les larmes et l'humeur aqueuse.

La sclère

La sclère est la partie de l’œil qui se reconnaît facilement à sa couleur blanche. Il s'agit d'une membrane très résistante. Elle protège les éléments internes de l’œil et contient sa pression.

Il s'agit de la partie de l’œil qui est mouvée par les muscles oculomoteurs.

Le cristallin

Le cristallin agit comme la lentille de l’œil. Son rôle est de renvoyer l'image préalablement traitée par la cornée sur la rétine. Il a la capacité de modifier sa courbure afin de faire la mise au point sur l'image, que celle-ci soit proche ou éloignée.

Comment augmenter sa vision ?
L'opération du cristallin au laser permet de rajouter de l'acuité visuelle à ceux dont elle a baissé, souvent avec l'âge.

L'humeur vitrée

Aussi appelé parfois corps vitré, l'humeur vitrée de l’œil humain est un genre de gélatine transparente qui se trouve dans l’œil, derrière le cristallin.
Elle permet de combler le vide dans la cavité de la sclère mais aussi de maintenir la rétine plaquée dans le fond de l’œil tout en assurant la rigidité du globe oculaire. Liquide présent dans l’œil lors de la naissance, nous le gardons tout au long de notre vie. Elle représente même 90 % du volume de l’œil.

La tâche aveugle

Egalement connu sous le nom de point aveugle, la tâche aveugle est le point de contact (que l'on appelle également papille) dans l’œil entre la rétine et le nerf optique. C'est à cet endroit que les liaisons nerveuses transportant les données de la vision et les vaisseaux sanguins arrivent dans l’œil. Dépourvue de récepteurs, cette zone de la rétine est donc "aveugle", d'où son nom.

Cette tâche peut causer l'annulation de la vision d'un objet du champ de vision si jamais ce dernier n'est vu que d'un œil. En effet, les deux tâches aveugles des deux yeux ne coïncident pas.

La tâche jaune

De son nom scientifique macula, la tâche jaune est l'endroit de la rétine qui contient le plus de cônes, permettant alors la vision la plus précise des détails.

En son centre se situe la fovéa, la zone la plus pourvue de cônes (ils sont mêmes serrés les uns contre les autres). Cette zone étant celle qui délivre l'image la plus nette, c'est vers elle que se dirige naturellement l'image lorsque l'on regarde un objet.

Le nerf optique

Le nerf optique est le nerf qui relie chaque œil à la zone du cerveau responsable de la vision. Chacun mesure environ 4 cm de long pour 4 mm de diamètre.

Au sein de ce nerf transitent les données captées par les cônes et les bâtonnet afin de les transformer en image intelligible par le cerveau.

Comment fonctionne le nerf optique ?
Le nerf optique fait transiter toutes les données attenantes à notre vision. En cas de défaillance il se pourrait alors que l'on perde de l'acuité visuelle.

La rétine

La rétine est la partie sensible de l’œil, qui reçoit les signaux lumineux. Elle se compose de photorécepteurs, les fameux cônes et bâtonnets, répartis comme suit : environ 120 millions de bâtonnets pour 5 millions de cônes. Une fois les signaux reçus, ces derniers sont transformés en signal électro-chimique qui seront transmis par le biais du nerf optique au cerveau pour être traités.

Les cônes

Les cônes sont l'un des deux types de photorécepteurs présents à la surface de la rétine. Par opposition aux bâtonnets, ils permettent de caractériser la vision colorimétrique.

Différentes sortes de cônes existent, chacun avec une vue pour une certaine longueur d'onde.
Les cônes B détectent les radiations lumineuses de 437 nm, les cônes V les radiations de 533 nm et pour finir, les cônes R détectent les radiations de longues longueurs d'onde de l'ordre de 564 nm.

Les bâtonnets

Les bâtonnets sont les photorécepteurs qui captent les différences d'intensités de lumière, en noir, blanc et nuances de gris. On appelle cela la vision scotopique.

Eux aussi se situent à la surface de la rétine et communiquent par le biais de signaux bio-électriques les informations qu'ils détectent.

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Les phénomènes physiques de la vision

Plusieurs phénomènes optiques entrent en jeu dans le fonctionnement de la vision. Ici, nous allons les détailler.

L’œil est un système optique : la rétine est un écran, le cristallin une lentille convergente. Au repos, la rétine est dans le plan focal image du cristallin. L’œil observe donc à l'infini sans fatigue. Pour observer un objet à distance finie, l'œil doit accommoder par déformation du cristallin pour projeter l'image sur la rétine.

Le spectre du visible

On appelle spectre visible la partie du spectre électromagnétique de la lumière visible par l’œil humain.

On définit ce spectre pour les signaux ayant une longueur d'onde comprise entre 380 nm et 750 nm.

Quelles sont les longueurs d'ondes visibles par l’œil humain ?
Ce schéma montre la part visible par l'Homme du spectre de la lumière.

Les faisceaux lumineux

La propagation d'une onde est décrite par les rayons lumineux. Les rayons lumineux sont les normales au surfaces d'onde. Une surface d'onde est une surface dont les points ont été atteints par l'onde au même instant, par exemple : une onde émise par une source ponctuelle dans un espace homogène est dite sphérique car les surfaces d'onde sont sphériques. Les rayons lumineux sont donc des droites passant par la source. Une onde plane a des surfaces d'onde planes, donc des rayons lumineux rectilignes tous parallèles entre eux.
Il n'est pas possible d'isoler physiquement un rayon lumineux. Plus on essaie de diaphragmer un faisceau lumineux, plus ce faisceau s'étale,  c'est le phénomène de diffraction.

Quelles couleurs pouvons-nous voir ?
Avec nos yeux nous sommes capables de discerner toutes les couleurs de l'arc en ciel.

La diffraction

C'est un phénomène qui est propre aux ondes qui se manifestent lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de faible dimension.

La modification de la forme d'onde on obtient des ondes circulaires. L'onde se propage derrière l'obstacle, il n'y a pas de zone d'ombre.

Le phénomène de diffraction peut se manifester lorsqu'une onde rencontre une ouverture, obstacle, dont les dimensions sont du même ordre de sa longueur d'onde. Ce phénomène est d'autant plus marqué que l'ouverture est petite.

La réfraction et la loi de Snell-Descartes

La réfraction de la lumière correspond au changement de direction du rayon lumineux lorsque celui-ci traverse une surface séparant deux milieux d'indices de réfraction différents.

La loi de Snell-Descartes de la réfraction exprime le changement de direction d'un faisceau lumineux lors de la traversée d'une paroi qui sépare deux milieux différents. Il faut d'abord savoir que chaque milieu est caractérisé par sa capacité à « ralentir » la lumière. On modélise cette caractéristique par son indice de réfraction n qui s'exprime sous la forme :

    \[ n = \frac { c } { v } \]

v est la vitesse de la lumière dans ce milieu et c est la vitesse de la lumière dans le vide (souvent arrondie à 3.108 m.s-1).

Il est important de savoir que :

  • Le rayon lumineux est dit incident avant d'avoir rencontré la surface réfractante (appelée dioptre), il est dit réfracté après avoir rencontré cette dernière ;
  • Le point de rencontre du rayon incident et du dioptre est appelé point d'incidence ;
  • Le plan contenant le rayon incident et la normale au dioptre, au point d'incidence est dit plan d'incidence ;
  • L'angle orienté i1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon incident est dit angle d'incidence ;
  • L'angle orienté i2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfracté est dit angle de réfraction ;
  • Les angles i1 et i2 sont positifs si ils sont orientés dans le sens trigonométrique (sens inverse des aiguilles d'une montre), négatifs sinon.

On prend n1 l'indice de réfraction du milieu dans lequel se propage le rayon incident et n2 celui du milieu dans lequel se propage le rayon réfracté. Pour pouvoir énoncer la loi de la réfraction, il faut que le rayon réfracté, le rayon incident et la normale (au dioptre) soient dans un même plan qui est appelé le plan d'incidence et que le rayon incident et le rayon réfracté soient situés de part et d'autre de la normale. Lorsque n> n2 (et respectivement n< n2) le rayon réfracté (et respectivement : incident) se rapproche plus rapidement du dioptre que le rayon incident (ou réfracté). Cependant, il existe un cas particulier où le rayon réfracté (ou incident) se retrouve mathématiquement sur le dioptre (sa limite) : il y a alors réflexion totale.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.