1-cours | merleau

Chapitre 1 : l'œil, un système optique

Je prends connaissance des objectifs du chapitre.

Connaître et exploiter les conditions de visibilité d'un objet.
Porter un regard critique sur une conception de la vision à partir de l'étude d'un document
Décrire le modèle de l'œil réduit et le mettre en correspondance avec l'œil réel.
Reconnaître la nature convergente ou divergente d'une lentille mince.
Représenter symboliquement une lentille mince convergente ou divergente.
Exploiter la relation liant la vergence et la distance focale.
Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l'image d'un objet-plan donnée par une lentille convergente.
Modéliser l’accommodation du cristallin.
Reconnaître la nature du défaut d’un œil à partir des domaines de vision et inversement.
Associer à chaque défaut un ou plusieurs modes de correction possibles.

Je consulte le cours (et je l'apprends !)

A quelle condition voit-on un objet ?

Dans un milieu transparent et homogène (propriétés identiques en tout point de l'espace), la lumière se propage en ligne droite. On parle de propagation rectiligne de la lumière.

Le rayon lumineux est une droite fléchée qui représente la direction de propagation de la lumière.

Pour qu'un objet soit visible par un observateur, deux conditions sont nécessaires :

l'objet doit émettre de la lumière, soit en la produisant (ex : une lampe), soit en diffusant la lumière reçue d'une autre source lumineuse ;
de la lumière émise par cet objet doit pénétrer dans l’œil de l'observateur.

Comment décrire l'œil simplement ?

La description d'un œil réel est assez complexe mais, pour comprendre comment l'image se forme, il est possible de réduire l'œil à seulement trois éléments :

le cristallin, équivalent à une lentille convergente : il forme l'image ;
l'iris, partie colorée de l'œil, qui joue le rôle de diaphragme : il régule la quantité de lumière qui entre dans l'œil ;
la rétine, qui fait fonction d'écran : c'est sur elle que doit se former l'image.

Ce modèle simplifié est appelé modèle de l'œil réduit.

Comment distinguer une lentille convergente d'une lentille divergente ?

Une lentille est un objet transparent et homogène limité par deux surfaces dont au moins l'une d'entre elles n'est pas plane. Une lentille modifie la direction de propagation de la lumière.

On en distingue deux types :

les lentilles convergentes : leurs bords sont plus minces que le centre. Elle font converger les rayons lumineux en un point ;
les lentilles divergentes : leurs bords sont plus épais que le centre de la lentille. Elles font diverger les rayons lumineux (ils s'écartent les uns des autres).

Une autre façon de les distinguer est d'observer un texte à travers la lentille. une lentille convergente aura un effet loupe alors qu'à travers une lentille divergente, le texte paraîtra plus petit.

Toute lentille est caractérisée par :

son axe optique : c'est l'axe de symétrie de la lentille ;

son centre optique O : c'est le centre de symétrie de la lentille ;
le foyer focal image F' : il est situé sur l'axe optique ;
le foyer local objet F : il est aussi situé sur l'axe optique, symétriquement à F par rapport au centre optique ;
sa distance focale f' : c'est la distance entre le centre optique et le foyer image F'. C'est une grandeur algébrique, c'est-à-dire que le signe sera fonction de l'orientation du segment OF' par rapport au sens de propagation de la lumière.

Pour une lentille convergente, le foyer image F' se situe après la lentille. La distance focale, ainsi que la vergence, ont donc une valeur positive puisque le segment OF' est orienté dans la même direction que les rayons lumineux. Pour une lentille divergente, c'est l'inverse.
sa vergence C (ou V) : c'est l'inverse de la distance focale image.

Comment construire l'image d'un objet par une lentille convergente ?

Tous les rayons issus d'un point de l'objet et entrant dans la lentille, en ressortent en convergent vers un même point, appelé le point image. Il suffit donc de tracer deux rayons pour déterminer le point d'intersection qui correspond au point image.

Pour cela, il faut respecter deux des règles suivantes :

tout rayon lumineux passant par le centre optique de la lentille ressort sans être dévié ;
tout rayon lumineux arrivant parallèle à l'axe optique de la lentille ressort en passant par le foyer focal image F' de la lentille ;
tout rayon lumineux passant par le foyer focal objet F de la lentille ressort en étant parallèle à l'axe optique.

L'objet est représenté par un segment fléché dont on nomme les extrémités A et B.

On commence par rechercher la position du point image de B. Pour cela on trace le rayon issu de B et parallèle à l'axe optique. Il ressort de la lentille en passant par F'. Puis on trace le rayon issu de B et passant par le centre optique O, qui ressort sans déviation. Au point d'intersection se trouve le point image B'.

Ensuite, on place le point A' sur l'axe optique, sachant que si l'objet AB est un petit objet plan parallèle à la lentille, alors son image A'B' est aussi plane et parallèle à la lentille.

Comment l'image se forme-t-elle sur la rétine ?

Lorsqu'on observe un objet lointain, l'œil normal (aussi appelé œil emmétrope) est au repos. La distance focale du cristallin (lentille) est telle que l'image se forme au niveau de la rétine (écran).
Or pour une même lentille, lorsque l'on rapproche l'objet de la lentille, l'image se forme plus loin, en arrière de la lentille.

Lorsque l'objet se rapproche, l'œil doit donc modifier sa distance focale pour que l'image se forme toujours sur la rétine : le cristallin se bombe pour devenir plus convergent, sa distance focale diminue, sa vergence augmente.

Le punctum proximum (PP) est le point le plus proche visible de manière nette. L'accommodation est alors maximale. Il est situé à environ 25 cm de l'œil.

Le punctum remotum (PR) est le point le plus éloigné que l'œil permet de voir nettement, sans accommodation ; l' œil est au repos. Pour un œil normal il est situé à l'infini.

Qu'est-ce que la myopie et comment la corrige-t-on ?

La myopie se produit lorsque le cristallin est trop convergent. L'image d'un objet éloigné se forme alors en avant de la rétine et la vision est donc floue.

Pour corriger la myopie, il faut donc placer devant les yeux des verres divergents (lunettes ou lentilles de contact). Une autre solution consiste à réduire la courbure de la cornée par une opération au laser.

Le PR d'un œil myope ne se situe pas à l'infini mais à une distance finie qui est d'autant plus courte que la myopie est sévère. Le PP se rapproche également, pouvant se situer à seulement quelques centimètres de l' œil.

Qu'est-ce que l'hypermétropie et comment la corrige-t-on ?

A l'inverse de l'œil myope, le cristallin d'un hypermétrope n'est pas assez convergent. Avec le cristallin au repos, l'image d'un objet éloigné se formerait en arrière de la rétine et le cerveau recevrait alors une image floue. Pour corriger ce défaut, l'hypermétrope contracte son cristallin de façon à le rendre plus convergent ; le PR d'un œil hypermétrope se situe à l'infini mais l'œil doit accommoder.

Comme l' œil hypermétrope accommode déjà pour la vision de loin, il atteint son maximum d'accommodation pour des objets situés à une distance de l' œil plus élevée que pour un œil normal ; son PP est plus loin de l' œil.

L'œil étant obligé d'accommoder en permanence, cela le fatigue et peut provoquer des maux de tête .

Pour corriger l'hypermétropie, puisque l'œil n'est pas assez convergent, on le corrige par des verres convergents.

Et la presbytie ?

Avec l'âge, le cristallin se rigidifie et sa capacité d'accommodation diminue : c'est la presbytie. Le PP s'éloigne et la vision des objets proches devient difficile.

Pour améliorer la vision de près, on emploie des verres convergents. On ne peut pas traiter la presbytie par chirurgie de la cornée.

Si la personne était déjà myope ou hypermétrope, elle devra porter des verres "progressifs" ou "à double foyer", l'œil devant être corrigé différemment pour la vision au loin et pour la vision de près.