Comment l'œil voit-il ?

KéZaKo ?

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L'œil, comment ça marche ?

Le principe de la chambre noire

L’œil fonctionne sur le principe de la chambre noire. Une chambre noire est une boîte fermée, avec un petit trou au milieu de la face avant. Le mur du fond, opposé au trou, sert d’écran. Exemple : Maxime est devant la chambre noire. Quand la lumière venant de la tête de Maxime passe par le trou, elle finit sa route en bas de l’écran. Et la lumière venant, par exemple, de ses pieds finit en haut de l’écran. Au final, on aura une image inversée de Maxime, la tête en bas. La taille de l’image sur l’écran du fond dépend uniquement de la distance entre le trou et l’écran. Rien n’empêche de mettre une lentille dans le trou pour focaliser la lumière et avoir une image plus petite.

Pour transformer une chambre noire en caméra, il suffit de tapisser l’écran de petits capteurs qui utilisent l’énergie de la lumière pour générer un courant électrique. Chaque capteur est relié à un pixel d’un écran extérieur. Chaque pixel de l’écran reçoit donc un signal électrique correspondant à la quantité de lumière tombant sur le capteur correspondant, l’image est reconstituée sur l’écran extérieur.

Fonctionnement de la vue

Pour l’œil, le trou qui laisse passer la lumière est la pupille. L’image se forme sur le fond de l’œil, précisément sur la rétine. Deux lentilles situées de chaque coté de la pupille permettent d’ajuster la taille et la netteté de l’image sur la rétine : c’est la cornée et le cristallin. La rétine est tapissée de capteurs qui utilisent l’énergie de la lumière pour générer un petit signal électrique dans des fibres. Ces fibres sont ensuite rassemblées en un faisceau d’environ un million de fibres, le nerf optique, qui donne l’information au cerveau. Il n’a plus qu’à lire le signal électrique de chaque fibre pour reformer l’image. Enfin, pas vraiment, car les informations données par l’œil sont sommaires, et le cerveau a fort à faire pour changer ces informations en une bonne image... 

L’image donnée par l’œil est en couleur et nette qu'au centre. Sur les bords, elle est floue et en noir et blanc. La raison est qu’il existe différents capteurs sur la rétine, 4 pour être précis : trois en forme de cône, et un en forme de bâtonnet. Ces capteurs ne sont pas répartis uniformément sur la rétine. Ainsi, les 5 millions de cônes occupent le centre de la rétine, alors que les 120 millions de bâtonnets sont presque tous autour de la zone centrale. Il y a des différences entre tous ces capteurs : les bâtonnets sont plus sensibles à la lumière que les cônes, si bien que quand il y a peu de lumière, ils sont capables de la détecter. Par exemple, les cônes sont à peine capables de déceler la lumière venant d’une feuille blanche éclairée par les étoiles lors d’une nuit sans lune et sans nuages. Les bâtonnets sont capables de déceler de la lumière 1 000 fois moins puissante. Par contre, le signal électrique donné par les bâtonnets au cerveau est très faible, et n’augmente plus dès que la quantité de lumière dépasse celle donnée par une bougie. Et donc en pleine lumière, le signal donné par les bâtonnets devient plus petit que celui des cônes.

Comment notre œil perçoit-il les couleurs ?

Une autre différence concerne les couleurs auxquelles sont sensibles ces capteurs. Les trois types de cônes sont sensibles à des couleurs différentes : jaune, vert et bleu. Ainsi, les cônes envoient au cerveau trois images reflétant trois gammes de couleurs différentes. En superposant ces trois images, le cerveau reproduit les couleurs de la scène : les cônes permettent donc de voir en couleur. Quand la lumière est insuffisante pour les cônes, le cerveau ne reçoit qu'une seule image, issue des bâtonnets, dont la couleur est bleu-vert. Le cerveau ne peut pas reproduire les couleurs de la scène, qu’il interprète comme une image en noir et blanc...

Il y a une troisième différence entre les cônes et les bâtonnets. Nous avons vu qu’il y a plus de 100 millions de capteurs, mais seul 1 million de fibres connectant l’œil au cerveau. Ça veut dire que divers capteurs partagent la même fibre. Mais c’est tout au plus une dizaine de cônes qui partagent la même fibre, alors que ce sont des centaines de bâtonnets qui mettent leurs informations en commun. Si le cerveau reçoit une information commune de centaines de capteurs, la résolution de l’image diminue, puisque le cerveau ne fait plus la différence entre ces capteurs. Donc, les images issues des bâtonnets sont beaucoup moins nettes que celles issues des cônes. Quand l’œil voit une scène éclairée, le centre de l’image est fourni par les cônes, et les bords par les bâtonnets. Le centre de l’image reçue par le cerveau est net et en couleur, alors que la périphérie est floue et en noir et blanc. C’est le cerveau qui, grâce aux informations qu’il a, va devoir coloriser l’image et éventuellement la rendre plus nette sur les bords. Par une nuit noire, seuls les bâtonnets envoient une image au cerveau. L’image est monochrome et floue, et le cerveau n’a pas d’informations pour la coloriser : la nuit, tous les chats sont gris…

Réalisateur : Maxime Beaugeois, Daniel Hennequin, Damien Deltombe

Producteur : UNISCIEL/Université Lille 1

Publié le - Mis à jour le 05-07-2019

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