L'OEIL HUMAIN

1. Description anatomique de l’œil Humain

-description sommaire

-cellules sensibles

-courbe de sensibilité

L'œil se présente comme un globe de 25mm de diamètre environ, limité par une membrane résistante, la sclérotique. On distingue :

• La cornée(partie antérieure de la sclérotique, transparente): il s’agit d’une membrane transparente et résistante située sur la face avant de l’œil . Son rôle est de protéger le globe oculaire sur la face avant.

• l'humeur aqueuse, liquide transparent d'indice 1.336

• le cristallin, lentille biconvexe élastique d'indice 1.4 : il fonctionne comme une lentille à focale variable grâce à sa capacité de modifier sa courbure.

• l'humeur vitreuse, liquide gélatineux d'indice 1.336

 
• la rétine, membrane sensible aux radiations lumineuses , située au fond de l'œil. C’est sur elle que se forment les images provenant de l’extérieur. La rétine a une structure discontinue formée de cellules photosensibles. Ces cellules sont soit coniques (les cônes) ou cylindriques (les bâtonnets). La sensibilité de la rétine est maximale sur un petit cercle voisin de l'axe optique, de rayon 1 mm, appelé tâche jaune ou macula. Elle dépend de la nature du rayonnement:

dans le cas de l'homme, elle est la plus grande entre 380nm et 720nm.

• En avant du cristallin, un diaphragme, appelé pupille, limite la quantité de lumière incidente à celle nécessaire à la détection. Grâce à une membrane , l'iris, diversement colorée, le diamètre de la pupille peut varier entre 2 et 8 mm.

• Le nerf optique: il conduit les informations au cerveau, en passant par un relais très important, le corps genouillé latéral, chargé d'effectuer une première analyse des données.

La rétine de l'œil contient deux types de cellules sensibles: les cônes et les bâtonnets.
Les bâtonnets sont responsables de la vision nocturne (vision scotopique) et possèdent un maximum de sensibilité vers 510 nm. Leurs tailles varient entre 1.5µm et 5µm autour d’une valeur moyenne de 4µm environ. Leur sensibilité est liée à un colorant, la rhodopsine, qui blanchit à la lumière du jour, expliquant par là leur insensibilité la journée. Les bâtonnets ne fournissent qu'une réponse photométrique et ne permettent donc pas de déterminer les couleurs: la nuit, tous les chats sont gris.
Les cônes fournissent une réponse photométrique et chromatique, grâce à des pigments (les opsines rouges, vertes et bleues) dont les maximums d'absorption se situent dans le bleu, le vert ou le rouge. C'est là la base de la vision des couleurs et son aspect trichromatique.
 

L'oeil ne présente pas la même sensibilité dans toutes les longueurs d'onde. Une étude statistique réalisée par la CIE a permis de déterminer la sensibilité spectrale moyenne de l'oeil humain.

La courbe obtenue, appelée courbe de sensibilité, est intégrée dans certains appareils de mesure, afin qu'ils analysent les couleurs de la même manière que l'homme les perçoit.

On remarque, selon cette courbe, qu'une source de lumière située vers 660 nm doit être environ 10 fois plus lumineuse qu'une source de 560 nm pour être perçue avec la même intensité. Cette valeur n'est bien sur qu'une moyenne, chaque individu possédant sa propre sensibilité chromatique.

2. Description géométrique de l’œil humain
 

               - Fonctionnement d’un œil normal                           - Limite de résolution angulaire de l’œil

                       - Champ de l’œil                                                         -Vision 3D

       Un œil normal donne une image nette sur la rétine d’un objet situé à l’infini. Lorsque l’objet se rapproche ,le cristallin se déforme afin  que l’image se forme sur la rétine. On dit que l’œil accommode. Cette déformation n’est pas infinie et il existe une distance minimale (dm) pour laquelle le cristallin se déforme et donne une image nette sur la rétine.  Cette distance est donc la distance minimale de vision distincte, et varie d’un individu à l’autre et avec l’âge. (quelques cm pour un enfant, quelques dizaines de cm pour un adulte et plus d’un mètre pour les personnes âgées)
Pour l’œil standard, on prend dm=25 cm.
       Donc un œil normal voit nettement un objet placé entre un point P, le punctum proximum situé à une distance dm et un point P', le punctum remotum à l’infini pour un œil normal.

 C’est l’ensemble des points de l’espace objet que l’œil voit nettement. Grâce à la mobilité du globe oculaire dans son orbite, le champ est défini par un cône de sommet l’œil et d’angle total compris entre 40° et 50°.

La structure granulaire de l’œil limite la capacité à distinguer les détails. En effet, si la distance de deux images ponctuelles est trop faible  sur la rétine et qu’une seule cellule est impressionnée, alors le cerveau ne fait aucune différence entre ces deux points. Pour que le cerveau distingue deux points il faut que les images se forment sur deux cellules séparées par une troisième. Si g est le diamètre d’une cellule et q l’angle sous lequel l’œil voit l’objet formé de deux points AoBo, on doit avoir AiBi =NiFiq >2g, ce qui s’écrit aussi q>eps avec eps= 2g/NiFi.
L’angle q définit la limite de résolution angulaire de l’œil.
Comme NiFi = HiFi – HiNi = -fo = -16.7 mm et g = 4µm, la valeur de eps est :

eps= 4.8*10^-4 rad =1.5’

La vision en 3D est possible grâce à la vision binoculaire (utilisation des deux yeux).
Celle-ci permet de voir les reliefs aprè interprétation par le cerveau. Considérons un point A fixé par les yeux d’un observateur. Les axes optiques des yeux convergent vers A et définissent avec le segment GD les angles qg et qd. Les images de cet objet sur les deux rétines forment un couple stéréoscopique, fonction de la distance GD entre les yeux et des angles qg et qd. Le cerveau évalue alors les distance GA et DA à partir de DG, qg et qd ; ces quantités sont reliées par les équations des sinus dans le triangle GDA :

bsp;                           GA /sin qd = DA/sin qg = DG/sin(qg+qd)

3. les défauts de l’œil.

Les principaux défauts de l'œil sont les suivants:
 

• La presbytie: réduction avec l'âge de l'amplitude d'accomodation, due à la perte de souplesse du cristallin. On observe donc l'éloignement du prunctum proximum. Cette maladie entraîne donc une mauvaise vision de près.(très souvent rencontrée chez les personnes agêes)

• La myopie: décalage simultané du prunctum proximun et du prunctum remotum vers les courtes distances, sans changement de l'amplitude d'accomodation. La rétine s’est donc éloignée du foyer image. La myopie se corrige à l'aide de lentilles divergentes.

• L'hypermétropie: décalage du prunctum proximun et du prunctum remotum vers les grandes distances, sans changement de l'amplitude d'accomodation. Cette maladie se compense à l'aide de lentilles convergentes.

• L'astigmatisme: l'œil n'a pas une symétrie de révolution parfaite autour de son axe. Il n'y a pas stigmatisme approché: un point sur l'axe apparaît comme une tache lumineuse allongée. On le corrige en utilisant des lentilles cylindriques.

            De nos jours, on cherche à coriger les défauts de l’œil, notamment la myopie et l’astigmatisme par modification de la géométrie de la surface de la cornée. Avec un laser excimère, on réalise une photoablation d’une partie de la cornée, ce qui modifie sa courbure et donc sa vergence. Aujourd’hui cette technique fait l’objet d’actives recherches.

L’œil peut présenter des défauts de réfraction (myopie, hypermétropie, astigmatisme), mais également des anomalies, généralement héréditaires, de la perception des couleurs. On peut rencontrer les phénomènes suivants:

La dichromasie (dit "daltonisme"): il s'agit d'une incapacité de distinguer certaines couleurs. On distingue les protanopes (insensibles au rouge), les deutéranopes (insensibles au vert) et les trinatopes (insensibles au bleu).

L'achromatopsie: cette anomalie se caractérise par une cécité totale aux couleurs. Le sujet ne perçoit que des niveaux de gris.
 

Ces figures, définies par le Dr Shinobu Ishira, permettent de détecter les anomalies de perception des couleurs.

Un trichromate normal voit: 8 15
                                          26 rien

Un protanope voit: 3 17
                            6 45

Un deutéranope voit: 3 17
                               2 45

4. Test de vue et trompe l'oeil.
 
 

Quelques trompe-l'oeil :

        Ses droites sont parallèles !

Les deux cercles jaunes sont de même dimension!

Liens vers sites intéressants
 

 Oeil simplifié   ( domaine physique ) faculté du Mans

 Ne croyez pas vos yeux. Un site sur les illusions d'optiques.

 Welcome to SandlotScience.com ( illusions d'optique )

 Mon oeil ! !   ( site perso simple et complet sur l'oeil en général )

 Ophtalmologie: Le SNOF vous accueille  ( site sur l'ophtalmologie , complet)