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L'œil est l'organe de la vision, il nous permet de capter la lumière de notre  environnement et de la convertir en message nerveux, lequel est transmis au cerveau qui l'analyse. 
Physiquement, l'œil est avant tout un système optique qui modifie le trajet des rayons lumineux… Comment ? Et comment expliquer les défauts de la vision, qui conduisent plus de 70 % des français à porter des lunettes ou des lentilles de contact ? 

Mécanisme de la vision

Dans un milieu transparent et homogène, a lumière se propage en ligne droite (c'est le principe de propagation rectiligne de la lumière).
On représente la direction de propagation de la lumière par une ligne orientée appelée rayon lumineux.
Pour qu'un objet soit visible pour un observateur, deux conditions doivent être réunies :

  • cet objet doit émettre de la lumière (soit produire sa propre lumière – on parle alors de source primaire ; soit diffuser la lumière qu'il reçoit – on parle alors de source secondaire ou d'objet diffusant) ;
  • une partie de la lumière émise par l'objet doit pénétrer dans l'œil (autrement dit, il ne doit pas y avoir d'obstacle entre l'objet et l'œil).

 Fonctionnement optique de l'oeil - illustration 1

L'œil est un organe complexe composé de nombreux éléments mais, pour expliquer la formation des images dans l'œil, nous ne nous intéresserons qu'à trois d'entre eux :

  • le cristallin, qui joue le rôle d'une lentille convergente;
  • la rétine, qui joue le rôle de l'écran sur lequel se forment les images ;
  • l'iris, partie colorée de l'œil, qui joue le rôle de diaphragme en régulant la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil.

oeil
Lorsque la lumière pénètre dans l'œil, elle traverse différents milieux transparents et homogènes comme la cornée, le cristallin et les humeurs.

Le cristallin se comporte comme une lentille convergente. L'image se forme sur la rétine. La rétine contient des capteurs photosensibles qui transmettent les informations au cerveau par le nerf optique.

Description et schéma.

L'oeil peut être assimilé à une sphère de 2.3 cm de diamètre limitée par une membrane très résistante et sombre: la sclérotiue.

oeil

Comme dans le cas des instruments optiques, on retrouve:

1. Un ensemble optique assurant la formation des images.

Les rayons lumineux traversent une succession de milieux transparents d’indices de réfraction différents :

  • La cornée (n = 1,376),
  • L’humeur aqueuse (n = 1,337),

  • le cristallin (n = 1,437 : il a la forme d’une lentille biconvexe),

  • l’humeur vitrée (n = 1,337).

On considère que le cristallin a le rôle le plus important en ce qui concerne la réfraction des rayons lumineux. Dans la modélisation optique, on assimilera donc la lentille au cristallin.

2. La pupille, ouverture circulaire (dont le diamètre varie de 2mm à 8 mm).

Elle joue le rôle de diaphragme et règle le flux lumineux.

3. La rétine

Membrane tapissée de cellules photosensibles (cônes et bâtonnets), elle joue le rôle de récepteur de lumière.

La rétine est l’écran de l’œil, elle est tapissée de deux types de cellules :

  • Les cônes sont les cellules qui permettent la vision en couleur, de trois types différents, ils sont sensibles soit au rouge, soit au bleu soit au vert ;
  • Les bâtonnets permettent la vision dans des conditions de faible luminosité.

Via le nerf optique, les informations reçues par les cellules de la rétine arrivent au cerveau et sont interprétées en terme d’image.

4. L'iris

Il est responsable de la couleur des yeux. Sur cet exemple l’iris est bleu. L'iris aussi le diaphragme de la pupille. Il permet de faire varier la quantité de lumière entrant dans l'œil.
 

iris

   
L'œil reçoit beaucoup de lumière.  L'iris est ouvert au maximum.  La pupille est dilatée.

oeil

L'œil reçoit peu de lumière. L'iris est ouvert au minimum. La pupille n'est pas dilatée.

                   oeil

 

Modélisation de l'oeil.

On peut simplifier le mécanisme optique de la vision à l'étude du cristallin et à la rétine.
 

oeil


L'œil peut être modélisé par une lentille convergente et un écran. La lentille jouant le rôle du cristallin et l'écran jouant le rôle de la rétine.

L'image obtenue sur l'écran est donc renversée.

oeil

Ainsi, on peut résumer le mécanisme de vision de l’œil ainsi :

  • La pupille joue le rôle de diaphragme
  • L’ensemble {cristallin + cornée} peut être assimilé à une lentille convergente L à laquelle on appliquera les lois des lentilles minces.
  • Quand on « accommode », la vergence de cette lentille augmente.
  • Pour voir nettement, un objet, il faut que l’image se forme sur la rétine située 17 mm derrière la lentille L.Faire un schéma du dispositif expérimental permettant de modéliser l’œil. Indiquer les dimensions.

oeil

Caractéristiques

1. Pouvoir de résolution

L’œil ne peut distinguer deux détails d’un objet que si leur image se forme sur deux cellules différentes de la rétine.Dans des conditions normales d’éclairement et de contraste, le pouvoir de résolution de l’œil est d’environ 1’ d’arc soit 3×10−4rad (cela correspond à distinguer deux détails séparés de 1mm à une distance de 3mm).

2. Vision à l’infini, vision de près

L’œil normal est appelé œil emmétrope.

  • Pour obtenir une image nette, le cristallin fait converger les rayons lumineux reçus sur la rétine.
  • L'image d'un objet éloigné se forme sur la rétine. Cette image est renversée. Le foyer de l’œil au repos coïncide donc avec la rétine. Le point situé à la distance maximale qui permet la vision d’une image nette pour l’œil au repos est appelé Punctum Remotum (PR). Pour l’œil normal, celui-ci est à l’infini.

  • Pour voir des objets plus près, l’œil doit accommoder, c’est à dire courber son cristallin, pour que celui-ci devienne plus convergent. Il existe un point pour lequel l’œil est au maximum de sa convergence, qui correspond au point le plus proche dont on peut avoir une image nette : celui-ci est appelé Punctum Proximum (PP). Pour un œil normal, le P.P est à 25 cm de celui-ci.

L'œil normal peut donc être considéré comme un système optique convergent à distance focale variable. La mise au point de l'image sur la rétine s'effectue par la modification de la forme du cristallin grâce aux muscles ciliaires : c'est l'accommodation. ( la distance focale de l'œil change)

L'essentiel

  • Lors de la vision, la lumière pénètre dans l'œil et traverse des milieux transparents. Une image renversée se forme sur la rétine. Le cerveau reçoit ces informations par le nerf optique.
  • Pour étudier la formation des images, l'œil peut être modélisé de façon simple par une lentille convergente qui joue le rôle du cristallin et d'un écran qui joue le rôle de la rétine. C’est l'œil réduit.
  • La mise au point de l’image sur la rétine s'effectue par la modification de la forme du cristallin grâce aux muscles ciliaires : c’est l'accommodation.

Défauts de l’œil

1. La myopie

La myopie se traduit par une gêne pour voir les objets éloignés. 
Un œil est myope si le cristallin est trop convergent : l'image d'un objet éloigné se forme en avant de la rétine. Le cerveau reçoit une image floue. 
Le PR d'un œil myope ne se situe pas à l'infini mais à une distance finie D qui est d'autant plus courte que l'œil est myope. Le PP se rapproche aussi : il ne se situe plus qu'à quelques centimètres de l'œil.

L'œil myope au repos : un système trop convergent

L'oeil myope au repos : un système trop convergent


L'œil myope au repos corrigé par une lentille divergente

Pour corriger la myopie, puisque l'œil est trop convergent, on le corrige par des verres divergents (verres de lunettes ou lentilles de contact), ou en diminuant la courbure de la cornée (opération au laser).

L'oeil myope au repos corrigé par une lentille divergente

2. L'hypermétropie

Au contraire, le cristallin d'un hypermétrope n'est pas assez convergent et l'image d'un objet éloigné se formerait en arrière de la rétine. Le cerveau reçoit également une image floue. L'hypermétrope peut cependant corriger seul le défaut en contractant son cristallin de façon à le rendre plus convergent : l'œil est alors obligé d'accommoder en permanence, ce qui le fatigue et peut provoquer des maux de tête fréquents. 
Le PR d'un œil hypermétrope se situe à l'infini mais l'œil doit accommoder. L'œil hypermétrope ne peut donc pas accommoder autant qu'un œil normal : son PP est plus loin de l'œil (30 cm environ). 

L'œil hypermétrope au repos : un système pas assez convergent

L'oeil hypermétrope au repos : un système pas assez convergent

Pour corriger l'hypermétropie, puisque l'œil n'est pas assez convergent, on le corrige par des verres convergents, ou en augmentant la courbure de la cornée.

L'œil hypermétrope au repos corrigé par une lentille convergente

L'oeil hypermétrope au repos corrigé par une lentille convergente

3. La presbytie

Avec l'âge la faculté d'accommodation diminue : c'est la presbytie. Le PP s'éloigne et la vision des objets proches devient difficile (on éloigne le journal par exemple). 
Il faut corriger avec des verres convergents pour la vision de près. 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.

4. L’astigmatisme

Il provient de la forme de l’œil qui n’est pas tout à fait sphérique, ce qui diminue la qualité de la vision que ce soit de près ou de loin.

À retenir

  • L'œil est un système optique. Le cristallin joue le rôle d'une lentille convergente, tandis que la rétine joue le rôle de l'écran sur lequel se forment les images.
  • Comme toute lentille convergente, le cristallin modifie la direction de propagation de la lumière. Sa distance focale est telle que l'image d'un objet éloigné se forme naturellement sur la rétine. Pour un objet plus proche, le cristallin se bombe pour devenir plus convergent.
  • Si le cristallin est trop convergent, l'œil est myope. On corrige la myopie par des verres divergents.
  • Si le cristallin n'est pas assez convergent, l'œil est hypermétrope. On corrige l'hypermétropie par des verres convergents.
  • Enfin, avec l'âge la faculté d'accommodation diminue : c'est la presbytie. On corrige la presbytie avec des verres convergents pour la vision de près.

2016-09-15 07:24:42

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