L'oeil humain, une caméra hors pair
Saviez-vous que l’appareil qui vous permet de prendre des photos fonctionne sur le même principe que l’œil qui peut les admirer ? Voici leurs similitudes…
L’œil humain est composé de plusieurs éléments. Ceux-ci possèdent tous des caractéristiques optiques similaires à celles d’un objectif et d’un capteur qui s’auto-adaptent aux conditions des lumières.
Schéma simplifié général de l’œil humain
Le trajet de la lumière
La sclérotique est l’enveloppe extérieure de l’œil. C’est ce que l’on appelle couramment le blanc de l’œil. Elle recouvre l’œil sur presque toute sa surface et s’arrête sur la face avant là où commence la cornée. Celle-ci joue le rôle d’une grande lentille convergente. Elle reçoit de la lumière et la focalise en un point appelé le foyer image « F », qui se trouve à une distance « f », qui est la distance focale. Les déformations de la cornée peuvent générer un trouble de la vision, que l’on appelle l’astigmatisme.
Schéma d’illustration de la déviation de la lumière par la lentille convergente
La chambre antérieure, une lentille liquide
Cette lumière va ensuite entrer dans la chambre antérieure. Celle-ci est remplie d’un liquide nommé humeur aqueuse. On peut voir la chambre antérieure comme une sorte de grosse lentille remplie de liquide. Imaginez simplement une prothèse en silicone ou une petite bombe à eau dans un ballon transparent.
Schéma d’une vue de coupe de l’œil
Et si on devait comparer cet appareil photo aux parties de l’œil que nous avons déjà vues, on serait à peu près au début de l’objectif[2] , après les premiers groupes de lentilles[3] , mais avant le diaphragme[4] .
Vue de coupe d’un appareil photo numérique
Source : https://www.alamyimages.fr/vue-en-coupe-de-l-appareil-photo-numerique-image7894944.html
Bien évidemment, les éléments de l’œil sont compensés par plusieurs groupes de lentilles.
L’iris, la fenêtre sur votre âme
Lorsque la lumière passe à travers la chambre antérieure, elle arrive sur une sorte de disque automatique avec un trou en son centre. Le diamètre d’ouverture de ce disque varie en fonction de l’éclairage ambiant. Plus il fait sombre, plus on a besoin de capter des photons (les particules de lumière). Dans ce cas, le trou au centre du disque est grand ouvert. On dit alors que vous avez les pupilles dilatées.
Photo d’une pupille dilatée
Quand l’éclairage ambiant est trop fort en revanche, on va éviter l’éblouissement. L’iris s'agrandit alors et la pupille se contracte. L’objectif est de restreindre la quantité de lumière entrante. Un peu comme lorsque l’on modifie le nombre d’ouvertures (le f/2 ou f/2.8, etc.) avant de prendre une photo en extérieur par beau temps.
Photo d’une pupille contractée
Source : https://www.istockphoto.com/fr/photos/eye-pupil-close-up
Photo d’un diaphragme d’objectif photo
Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oscillo-Raptar_1,9-75_mm_Wollensack.jpg?uselang=fr
La contraction et la dilatation de la pupille se font automatiquement pour ajuster la quantité de lumière allant jusqu’à la rétine. L’ouverture et la fermeture de l’iris s’opèrent grâce à la contraction du muscle sphincter de l’iris. L’ouverture se fait par le travail du muscle dilatateur.
Schéma d’une vue de coupe de l’œil
Le cristallin, une lentille à focale variable
Trois éléments importants sont liés au cristallin : la distance focale, la distance à laquelle une lentille fait converger la lumière qui vient de l’infini. La vergence, la puissance intrinsèque d’une lentille. C’est ce qui permet de dire si une lentille ou un système optique focalise/diverge fortement ou non la lumière. Plus la vergence est forte, plus la distance focale est courte. Plus la vergence est faible, plus la distance focale est grande. Les dioptries : c’est l’unité de mesure de la vergence. L’unité s’écrit δ.
Une fois qu’il a passé l’obstacle de l’iris, le faisceau lumineux arrive directement dans le cristallin. C’est une lentille convergente souple. Elle fonctionne comme votre objectif d’appareil photo avec une mise au point automatique. Avec le mode automatique de votre appareil photo, vous n’avez qu’à pointer l’objectif sur le sujet, garder le doigt sur le bouton de déclenchement, puis attendre que l’appareil fasse la mise au point avant de déclencher. Votre œil fait la même chose. Il fait une mise au point automatique grâce à votre cristallin. Les muscles ciliaires se contractent ou se détendent pour modifier la courbure du cristallin.
Image d’un cristallin et des muscles ciliaires
https://www.alamyimages.fr/photos-images/muscle-ciliaire.html?sortBy=relevant
Lorsque l’objet est loin, le cristallin n’est pas bombé, il a un très grand rayon de courbure et il est plutôt plat. On dit que l’objet est au punctum remotum ou à l’infini. Les muscles ciliaires sont détendus à ce moment. Le cristallin aura alors une faible vergence (19δ).
Image d’un cristallin peu bombé
Lorsque l’objet est très proche de l’œil, le cristallin est très bombé. Il a un faible rayon de courbure. Les muscles ciliaires sont fortement contractés. Le cristallin va alors augmenter sa vergence au maximum (33δ), ce qui permet de faire la mise au point sur les objets proches. La distance minimale à laquelle on peut voir un objet net est le punctum proximum. Cette distance varie entre 6 cm pour les enfants, et 1m pour les septuagénaires.
Cristallin bombé par la contraction des muscles ciliaires
Pour faire simple, plus une lentille est bombée (sphérique), plus elle va faire converger la lumière. Et donc, plus sa distance focale sera faible, ce qui arrive quand les muscles ciliaires sont contractés. Plus la lentille est plane, plus elle focalise la lumière loin, ce qui se produit lorsque les muscles ciliaires sont détendus.
Schéma d’une vue de coupe de l’œil
La rétine, le mille-feuille cellulaire
La rétine est semblable à un tapis de cellules dans le fond de l’œil. Celui-ci possède dix couches cellulaires. Il reçoit de la lumière et la change en signal nerveux grâce à des réactions en cascade. Il est transmis à notre nerf optique, qui le transmet à son tour au cerveau pour interprétation par les aires cérébrales.
Schéma d’illustration de l’architecture cellulaire d’une rétine.
L’œil humain est une caméra inégalée qui permet une mise au point automatique, ainsi qu’une adaptation du diaphragme et donc la limitation de l’éclairement entrant dans l’œil en fonction de l’éclairage présent dans l’environnement. Tous les éléments que rencontre la lumière lorsqu’elle rentre dans l’œil se comportent comme des lentilles dont le but unique est de faire converger la lumière. Cette convergence ne vise qu’à ramener la juste quantité de photons sur la rétine. Si un des dioptres n’a pas la bonne vergence, on a des problèmes de vue. Si l’œil focalise la lumière trop avant la rétine, on parle de myopie. On met alors un ensemble de verres qui va aider l’œil à focaliser la lumière un peu plus loin (lentille divergente) et assez pour que la lumière soit focalisée sur la rétine.
Schéma d’un œil myope, et d’un œil myope avec une correction
Si l’œil focalise la lumière après la rétine, on parle d’hypermétropie. Dans ce cas, on met un ensemble de lentilles qui fait converger la lumière un peu plus tôt. La lumière converge ainsi juste sur la rétine.
Schéma d’un œil hypermétrope et d’un œil hypermétrope avec une correction
Cet organe si perfectionné suscite toujours autant d’intérêt. Pour découvrir ses autres capacités, le fonctionnement des couches cellulaires de la rétine sera abordé lors d’un prochain article afin de comprendre comment notre œil transforme la lumière en signal nerveux. Signal que notre cerveau peut ensuite analyser. De passionnantes découvertes en perspective…
Sources :
Classement par ordre alphabétique de titre :
1- Dr Pierre-Loic Cornut https://www.polevision.fr/Anatomie_oeil_normal_l_iris_ophtalmologie_Centre_Pole_Vision_Lyon.php#:~:text=%2D%20le%20muscle%20sphincter%20de%20l,de%20la%20pupille%20ou%20mydriase.
2- Dr. Damien Gatinel Myopie https://www.gatinel.com/chirurgie-refractive/myopie-5/
3- Dr. Romain Jaillant l’astigmatisme, l’œil astigmate et ses traitement https://www.qualidoc.fr/specialites/ophtalmologie/astigmatisme/
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