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Fonctionnement de la vue de A à Z
Sans lumière, nous ne pouvons pas voir. Ce qui semble être une lapalissade, est le postulat de départ dans le cheminement de la lumière à l'image.
Les yeux ont besoin de lumière pour fournir les informations nécessaires au centre visuel siégeant dans notre cerveau, qui sont ensuite réunies pour composer un arbre, un chat ou un coucher de soleil en une fraction de seconde. La vision représente un processus complexe reposant sur des stimuli lumineux. La lumière est constituée de radiations électromagnétiques de différentes longueurs d'onde.
De la lumière à l'image en cinq phrases
La lumière est réfléchie par tout ce que nous voyons, tant par des nuages que par des bouteilles d'eau, par du chou rouge comme par les vedettes du rock. Les rayons lumineux renvoyés rencontrent d'abord la cornée, ils passent à travers la pupille, ils parviennent ensuite au cristallin, traversent un liquide gélatineux à l'intérieur de l'œil pour atteindre finalement la rétine au pôle postérieur de l'œil. La lumière y est alors transformée en impulsions nerveuses, qui sont transmises au cerveau par le nerf optique. Ce n'est que dans la tête qu'une image se forme. Tout cela se déroule à la « vitesse de la lumière » !
Une caméra intégrée dans notre tête : le système optique
Afin qu'une image puisse être perçue avec netteté, notre œil doit concentrer (ou focaliser) les rayons lumineux sur la rétine en un point focal ou foyer. C'est pourquoi notre œil est souvent assimilé à une caméra. Mais comparez-vous une voiture de course avec une trottinette ? Le système optique de notre œil fonctionne certes comme une caméra qui conserve la lumière incidente traversant l'objectif (le cristallin) et le diaphragme (l'iris) sous la forme d'une vue (l'image) sur un film. Mais ce n'est que sur la rétine que le miracle de la vision commence et ce n'est que dans le cerveau qu'apparaît l'image que nous percevons. Les expériences et les émotions vécues jouent aussi un rôle important dans ce processus.
Le système optique de nos yeux se compose de la cornée, de l'humeur aqueuse, du cristallin et du corps vitré. En interaction, ces éléments constitutifs de l'œil font office de lentille convergente d'une puissance de réfraction d'environ 60 dioptries ou, pour reprendre l'exemple de la caméra, avec une focale d'à peu près 22 mm. La focalisation de la lumière incidente permet d'obtenir une image nette. Réfléchie par l'objet observé, la lumière traverse la pupille, qui peut modifier son diamètre par le réflexe pupillaire comme le diaphragme d'une caméra, avant de se diriger vers la rétine et d'atteindre le pôle postérieur de l'œil. Lors de ce cheminement, le système optique constitué par la cornée, l'humeur aqueuse, le cristallin et le corps vitré fait converger la lumière en un point.
Lors du cheminement de la lumière à l'image, les rayons viennent donc d'abord frapper le globe oculaire, plus exactement la cornée transparente, légèrement incurvée. La courbure de la cornée intervient pour deux tiers environ dans la réfraction de la lumière.
Personne ne peut voir distinctement des objets très éloignés et rapprochés en même temps. Nous ne voyons avec une netteté optimale que ce que nous fixons exactement. Nous devons l'adaptation à différentes distances, c'est-à-dire l'accommodation, à l'interaction parfaite entre le cristallin et les muscles ciliaires.
Les amétropies ne sont pas des maladies !
L'opticien a-t-il constaté une amétropie chez vous ? Pas de problème ! Vous vous trouvez en excellente compagnie : les bombes de sexe, les magiciens, les pirates et un citoyen sur deux portent des lunettes de nos jours.
Le cristallin est suspendu à ce muscle annulaire par de fines fibres zonulaires, disposées en éventail. En vision de près, le muscle ciliaire se contracte, le cristallin reprend sa forme sphérique d'origine et il présente ainsi une puissance de réfraction supérieure. La lumière incidente est donc plus fortement réfractée. En vision de loin, le processus s'inverse : les muscles ciliaires se relâchent, le cristallin est aplati par l'intermédiaire des fibres zonulaires et il réfracte moins fortement les rayons lumineux incidents, quasiment parallèles. Les muscles ciliaires modifient par conséquent la courbure du cristallin et ils influencent ainsi la puissance de réfraction du système cristallinien.
Tout cela se passe automatiquement sans solliciter notre participation : la puissance varie en continu. L'élasticité du cristallin diminue cependant à mesure que l'individu vieillit. Il en résulte une presbytie pouvant être facilement corrigée par des lunettes de lecture ou des lunettes progressives.
Le miracle de la vision sur la rétine
Le système optique doit focaliser la lumière de telle manière qu'elle parvienne en un point sur la fovea de la rétine. La lumière rencontre alors les cellules visuelles sur la rétine. Ce qui s'y déroule s'apparente à un miracle : plusieurs millions de cellules sensorielles y traitent les informations requises par notre cerveau. Les impulsions lumineuses sont traduites dans la langue chimique des impulsions nerveuses, qui déclenchent à leur tour des stimuli électriques voyageant ensuite jusqu'au cerveau par les voies nerveuses. L'image apparaissant sur la rétine n'est pas l'image que nous « voyons ». L'image rétinienne est réduite, ses côtés sont permutés et le monde est reproduit à l'envers ! Il faut attendre que notre cerveau « se représente » ce monde « correctement » et remette tout ce que nous percevons à l'endroit ! Jusqu'à ce jour, le processus fascinant de la vision n'a pas été exploré scientifiquement dans ses moindres détails.
Des millions de cellules visuelles, à savoir les bâtonnets et les cônes, se trouvent sur la rétine. Majoritaires, les bâtonnets sont plus photosensibles que les cônes. Ils réagissent encore à une faible intensité lumineuse et ils envoient leurs impulsions au cerveau. La netteté des détails disparaît néanmoins à mesure que la lumière s'amenuise. En outre, notre monde perd vite de ses couleurs lorsque notre environnement s'assombrit : tout est gris et flou. Plus il fait sombre, plus nos pupilles s'ouvrent pour capter autant de lumière que possible. Ceci étant, l'image perd en profondeur de champ. Ce mécanisme de l'œil est désigné par le terme d'adaptation à l'obscurité. Parmi toutes les couleurs, c'est d'ailleurs le jaune que l'être humain reconnaît encore même en présence d'une faible luminosité ; étant donné que le jaune ressort généralement du cadre ambiant avec un contraste accentué, c'est la couleur de signalisation idéale.
Les cônes rendent le monde bien net et coloré !
Voyez-vous en rouge ? Des rayons lumineux émis sur des ondes longues sont alors réfléchis par une surface. Les ondes courtes ont l'air bleu dans notre perception et les ondes moyennes semblent vertes. Si des ondes de longueurs différentes sont réfléchies par un objet, les lois du mélange additif des couleurs s'appliquent : il en résulte des couleurs mélangées comme le jaune, le rose, le marron etc. Les êtres humains peuvent percevoir et distinguer jusqu'à 5 000 nuances.
Les stimuli de couleur parviennent au cerveau par les voies nerveuses où la sensation des couleurs proprement dite s'élabore. Un garde forestier voit-il peut-être le vert de la forêt avec une autre intensité qu'un citadin ? Les émotions et les expériences vécues jouent également un rôle dans la perception des couleurs. Les cônes sont les spécialistes en matière de couleurs puisqu'ils réagissent respectivement à une longueur d'onde donnée. Si les trois types de cône sont stimulés à parts égales, nous voyons en blanc. Les cônes et les bâtonnets nécessitent une intensité lumineuse suffisante pour être vraiment activés. L'expression « La nuit, tous les chats sont gris » renvoie à la réalité : lorsqu'il fait sombre, le monde nous paraît incolore, parce que les cônes ont cessé leur activité. Si l'un des spécialistes fait défaut, par ex. le type de cône responsable de la couleur rouge, l'œil confond les couleurs verte et rouge souffrant alors de daltonisme.
Deux yeux indispensables aux trois dimensions !
Fermez l'un de vos yeux : vous ne pouvez distinguer maintenant qu'une image plane sans relief ! Vous semble-t-elle néanmoins spatiale ? C'est le fruit de notre cerveau : il prend en compte des valeurs empiriques et il nous donne l'illusion de susciter une impression d'espace. Un seul œil ne nous permet pas de voir une image tridimensionnelle. Nous avons besoin à cette fin de nos deux yeux coopérant parfaitement. Notre œil droit perçoit l'image un peu plus de la droite, notre œil gauche un peu plus de la gauche et c'est de nouveau le cerveau qui compose l'image spatiale « correcte ».