Tpe Sur L'Oeil Et Sa Constitution

ur sur la rétine, Le système nerveux doit ensuite transmettre fidèlement ces informations au cerveau. Enfin, c’est ce dernier qui transforme ces informations reçues en images.

1. Anatomie de l’œil

L’œil est constitué d’éléments qui jouent chacun un rôle spécifique dans le fonctionnement de l’œil :

Tout d’abord, l’œil focalise la lumière et la fait converger vers le fond de l’œil. Cette étape s’effectue grâce à la cornée.

La cornée est une membrane transparente par laquelle la lumière pénètre dans notre organisme. C’est en partie grâce à elle qu’est possible la focalisation de la lumière sur la rétine.

Ensuite la pupille permet le passage de la lumière. C’est une ouverture située dans l’espace libre au centre de l’iris. Cette dernière permet de faire varier la taille de la pupille en fonction de la lumière qui rentre dans l’œil.

Le cristallin est une lentille transparente dont les deux faces sont bombées. Il permet la réduction, l’inversion et la mise au point de l’image nécessaire à la focalisation des objets. Le cristallin se bombe lorsque les objets sont près et s’aplatit lorsqu’ils sont éloignés. Grâce à lui, l’image apparaît nettement sur la rétine et ce quelle que soit la distance de l’objet.

La lumière poursuit son trajet et traverse un liquide, le corps vitré, appelé l’humeur vitrée. Cette dernière joue un rôle important dans la focalisation de l’image sur la rétine grâce au phénomène de réfraction.

2. Le rôle de la rétine et la persistance rétinienne

1. Rôle de la rétine

Au fond de l’œil, se trouve la rétine, membrane sensible à la lumière. Elle trie, compacte et code les informations lumineuses pour le cerveau. Elle est composée de trois couches de cellules.

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La couche externe comporte des cellules nerveuses appelées des photorécepteurs : les bâtonnets et les cônes.

Les bâtonnets sont au nombre de 120 millions et sont sensibles à la lumière faible. Les cônes, eux sont environ 5 millions et sont sensibles à la lumière vive. Ils ont pour spécialité la vision des couleurs. Les cônes et les bâtonnets sont répartis inégalement sur la rétine.

Les bâtonnets contiennent un pigment appelé la rhodopsine qui est sensible aux radiations lumineuses. Lorsque la lumière (stimulus lumineux) frappe ce pigment, il se décompose en deux protéines et change de forme. Ce phénomène provoque une réaction chimique dans le photorécepteur, et la naissance d’un signal nerveux transmis aux cellules de la couche intermédiaire. Pour que le bâtonnet puisse être stimulé à nouveau, le pigment doit se recomposer. Il existe un mécanisme assez proche au niveau des cônes.

La seconde couche est composée de cellules bipolaires qui servent à grouper les messages venus de plusieurs photorécepteurs. Ces messages codés sont ensuite transmis aux cellules nerveuses situées dans les tissus nerveux.

La troisième couche de la rétine est constituée de cellules ganglionnaires prolongées par des fibres nerveuses. En se réunissant elles forment le nerf optique, qui traverse la rétine et transmet les messages lumineux codés au cerveau afin de les analyser, de créer l’image et de la remettre dans le bon sens.

2. Persistance rétinienne

Le phénomène de persistance rétinienne a été observé pour la première fois par Léonard de Vinci à la Renaissance. Il avait alors affirmé :

« Si l'œil qui regarde l'étoile se tourne rapidement de la partie opposée, il lui semblera que cette étoile se compose en une ligne courbe enflammée. Et cela arrive parce que l'œil réserve, pendant un certain espace, la similitude de la chose qui brille et parce que cette impression de l'éclat de l'étoile persiste plus longtemps dans la pupille que n'a fait le temps de son mouvement. »

La persistance rétinienne fut également observée au XVIème et XVIIème siècle par le Chevalier d’Arcy et le physicien Isaac Newton.

Cependant, ce fut le chimiste et physicien britannique, Michael Faraday, qui le démontra en 1825.

Lorsqu’un rayon lumineux parvient jusqu’à notre rétine, les images imprimées sur cette dernière mettent une fraction de seconde à disparaître : c’est la persistance rétinienne. Ce phénomène est dû au temps que mettent les pigments des photorécepteurs à se reformer après leur décomposition par la lumière. Lorsque que cette réaction est rapide, le nombre d’information visuelle est important et la perception du mouvement est meilleure. La rétine garde en mémoire l’image lumineuse pendant une fraction de seconde alors que celle-ci a déjà disparu. Elle envoie constamment des influx nerveux au cerveau au moment précis où une scène se déroule et continue même si celle-ci se modifie.

Ce phénomène nous permet de faire d’une succession d’images, une animation : il est aussi appelé le principe du praxinoscope.

Il existe deux types de persistances rétiniennes :

- La persistance positive, qui est rapide. Elle a une durée d’environ 50 millisecondes, c’est la couleur de l’image qui persiste, même paupières closes.

- La persistance négative, qui est de longue durée, et est due à une exposition prolongée à une forte intensité lumineuse. Pendant plusieurs secondes, l’image persiste et on garde, dans la vision, une trace sombre de l’image.

Dans le cas d’une succession d’images, une première image s’imprègne sur la rétine, puis elle est envoyée au cerveau pour qu’il l’interprète pendant 0,10 seconde. Avant cela, une deuxième image s’imprègne à son tour sur la rétine. La superposition des ces deux images permet à notre cerveau de percevoir une seule image au lieu de deux images distinctes. A cause de cette lenteur rétinienne les yeux ne peuvent enregistrer une image que tous les 1/16éme de seconde environ. Un objet se déplaçant rapidement apparaît donc flou. Toutes ces images distinctes mais très proches dans le temps semblent se fondre les unes avec les autres. Ce phénomène donne une illusion de mouvement, de flot continu.

D’autre part, à partir de 25 images par seconde, la 25ème n’est pas perçue consciemment mais inconsciemment. L’image est assimilée sans que l’on s’en rende compte. Ces images sont appelées images subliminales. Ces procédés sont illégaux. Pourtant, on trouve des messages subliminaux notamment dans les dessins animés de Walt Disney.

Georges W. Bush a utilisé une image subliminale pendant sa campagne présidentielle. Sur son spot de campagne a été découvert la phrase suivante, qui s’adressait à son concurrent : « Al Gore, rat ! ».

3. Expérience de la DEL (diode électroluminescente)

Nous avons réalisé une expérience à partir d’une DEL et d’un GBF (générateur basse fréquence). Nous voulions observer à partir de quelle fréquence l’œil ne distingue plus les différents clignotements de la DEL.

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Pour cela, nous avons branché en série un GBF qui permet de fournir de l’énergie de façon alternative et de régler la fréquence de clignotement, puis une diode électroluminescente.

Nous commençons l’expérience à 3Hz. Les clignotements de la DEL sont très lents et très distincts, notre œil est donc capable de distinguer l’intervalle de temps entre chaque clignotement qui est d’environ 1 seconde. Nous accélérons ensuite la fréquence jusqu’à 7Hz. Le clignotement est un peu plus rapide et l’intervalle de temps est d’environs une demi seconde. A 12Hz, il est impossible de différencier chaque intervalle de temps entre les clignotements : la persistance rétinienne commence à agir. Nous avons enfin observé ce qui se passait pour une fréquence de 24Hz : puisque l’intervalle de temps est court, l’illumination est constante.

En utilisant la formule de la fréquence, on parvient à retrouver le temps durant lequel l’image persiste sur la rétine :

F=1/t

T=1/f

Calculons le temps de rayonnement de la DEL à chaque clignotement pour une fréquence de 12Hz.

T=1/12=0.1s

Comme l’image persiste pendant 0.1 seconde sur la rétine, la fréquence de 12Hz correspond à la limite à partir de laquelle l’œil ne distingue plus les clignotements de la DEL : c’est le seuil de fusion d’une lumière scintillante.