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Travaux en mathématiquesCélèbre mondialement pour ses recherches sur la persistance rétinienne, il invente le phénakistiscope en 1832 et en tire des règles qui serviront de base à l'invention du cinéma. En 1836, il présente l'anorthoscope, qui permet de reconstituer une image fixe à partir de deux images en mouvement, images qu'il décrit comme « une espèce toute nouvelle d'anamorphoses ».
Ce sont ses expérimentations sur la persistance rétinienne qui le rendront aveugle en 1843 après une observation visuelle sans protection du disque solaire de 25 secondes. Le « joujou scientifique[3] » de Plateau permet la synthèse d'un mouvement bref à partir d'une série de dessins disposés sur un disque percé de fentes. Certains de ces disques ont été décorés par le peintre belge Jean Baptiste Madou.
Il étudie également les phénomènes de capillarité et de tension superficielle, tirant de ses observations sur les films de savon les conditions de Plateau qui s'appliquent aux surfaces minimales.