L ŒIL, ACCOMMODATION, DEFAUTS ET CORRECTION

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1 THEME : REPRESENTATION VISUELLE Sous-thème : De l œil au cerveau CHAPITRE 2 L ŒIL, ACCOMMODATION, DEFAUTS ET CORRECTION I. LE MODELE DE L ŒIL OU ŒIL REDUIT (Rappel) Pour le physicien, l œil est constitué de trois parties principales : L ensemble pupille-iris qui joue le rôle de diaphragme ; Le cristallin qui joue le rôle d une lentille convergente (f 1,6 cm au repos) ; La rétine qui joue le rôle d écran. Le rôle de ces trois organes nous permet d établir une analogie entre l œil et un instrument d optique que l on nommera œil réduit. Pour constituer l œil réduit nous utilisons une ouverture circulaire, une lentille convergente et un écran. La distance lentille-écran correspond à la distance focale de la lentille. Compléter le schéma ci-dessus. II. FORMATION DE L IMAGE RETINIENNE Expérience : Observer un objet lointain au travers de l œil réduit. Observations : Sur l écran l image est nette mais renversée. Interprétation : L œil voit nettement des objets éloignés car l image se forme sur la rétine. Les rayons lumineux provenant d un point objet de l objet lumineux convergent après traversée du cristallin en un point image correspondant sur la rétine. L ensemble des points image formés constitue l image de l objet donnée par le cristallin. Conclusion : L œil normal ou emmétrope voit nettement des objets éloignés. L image rétinienne, renversée par rapport à l objet, est finalement perçue droite grâce à un travail du cerveau. Attention : Si les rayons issus d un point objet viennent converger avant ou après la rétine, de la lumière atteint quand même la rétine, mais l image n est pas perçue nettement. III. L ACCOMODATION DE L ŒIL EMMETROPE 1) Qu est-ce que l accommodation? Expérience n 1 Fermer les yeux puis ouvrir les yeux en visant un objet très éloigné ; recommencer l expérience en visant directement un texte proche. La sensation est-elle la même lors de la visée de ces deux objets? Observations L œil normal voit nettement et sans effort des objets éloignés. La vision de près, par contre, nécessite un effort musculaire d où la sensation de fatigue. Expérience n 2 Utilisation du banc d optique. L œil réduit, pouvant être assimilé à une lentille mince convergente et un écran ; utiliser une lentille de vergence C = 8δ. Par exemple, placer un objet à la distance de la lentille OA = 40 cm et positionner l écran pour recueillir une image nette. Approcher maintenant l objet de la lentille, à la distance OA = 22,5 cm. Observations : Sur l écran l image est floue et renversée. Interprétation : L œil voit flou des objets proches car l image ne se forme pas sur la rétine.

2 Suite de l expérience (on en est au point : il y a une image floue depuis que l objet a été placé à 25 cm au lieu de 40 cm ) Proposer deux solutions pour retrouver une image nette. 1 ère solution : Eloigner l écran de la lentille. 2 ème solution : Changer de lentille. Quelle lentille, parmi celles proposées : 2δ; 4δ et 10δ, doit-on choisir pour avoir une image nette? Transposer cette interprétation au cas de notre œil : que doit-il se passer pour garder une vision nette lorsqu on approche un objet? Quelle solution faut-il éliminer et pourquoi? (sachant qu on simule un œil) Il faut éliminer la première solution car la distance cristallin-rétine est invariable. Un œil normal (ou œil emmétrope) voit net et sans effort des objets éloignés. L image se forme à l envers sur la rétine et c est le cerveau qui «la remet à l endroit». Pour voir nettement des objets proches, la distance cristallin-rétine étant invariable, les muscles ciliaires agissent sur le cristallin pour modifier sa courbure et donc sa vergence, afin de reformer l image nette de l objet sur la rétine. On dit que l œil accommode pour voir nettement des objets proches. A noter que le cristallin devient plus bombé et donc plus convergent lorsque l objet se rapproche. La vergence C du cristallin augmente donc (et la distance focale 1 f '= C diminue). 2) L œil permet-il de voir nettement un objet à n importe quelle distance? A cette question, Léonard de Vinci ( ) que l on peut considérer comme l un des précurseurs de l optique, donnait la réponse suivante : «Si l œil doit voir une chose de trop près, il ne peut pas bien la juger, comme il arrive à celui qui veut voir le bout de son nez. Donc en règle générale, la nature enseigne qu on ne verra pas parfaitement une chose si l intervalle qui se trouve entre l œil et la chose vue n est pas au moins de la grandeur du visage.» Interpréter la réponse de Léonard de Vinci. L œil ne peut pas voir nettement les objets très proches, nous allons vérifier ses dires. Expérience - Viser des objets de plus en plus éloignés. Jusqu à quelle distance ces objets sont-ils vus nettement? - Rapprocher de plus en plus un texte de vos yeux. Le texte est-il toujours vu nettement? Un œil emmétrope (normal) peut voir nettement des objets situés entre deux points limites appelés le Punctum Remotum (.) et le Punctum Proximum (.) On appelle Punctum Remotum (PR) d un œil, le point le plus éloigné qu un œil voit net, sans accommoder (au repos). Pour un œil normal, le PR se situe à l infini. On appelle Punctum Proximum (PP) d un œil, le point le plus proche qu un œil voit net en accommodant au maximum. Pour un œil normal, le PP se situe à environ 25 cm. La distance entre l œil et le PP est appelée distance minimale de vision distincte. En dessous de cette distance, l œil ne peut plus accommoder et les objets sont flous. ŒIL NORMAL

3 IV. LES DEFAUTS DE L ŒIL 1) L histoire des lunettes C'est au Ier siècle que le philosophe Sénèque constate qu'en observant un objet à travers un ballon de verre rempli d'eau, on le voit plus gros. À la même époque, Pline l'ancien décrit l'utilisation d'une émeraude par l'empereur Néron pour suivre les combats de gladiateurs ; il est possible que ce soit là l'attestation d'une lentille optique pour corriger la myopie. Le Moyen Âge voit se développer, dans les monastères en particulier, l'usage de la pierre de lecture, loupe grossissante posée sur le texte écrit, destinée à combattre les effets de la presbytie. Leur invention est parfois attribuée à Abbas Ibn Firnas, berbère andalou du IXe siècle, connu pour avoir mis au point la technique de taille du cristal de roche. Les travaux d'alhazen, fondateur de l'optique physiologique, autour de l'an mille, donnent un fondement scientifique à cette technologie. Son traité est traduit en latin au XIIe siècle, peu avant l'invention des lunettes de vue en Italie, sans que le lien entre les deux évènements, probable, soit clairement attesté. Avant d'être réalisée en verre, les "pierres de lecture" étaient réalisées en pierre semi-précieuse ou en cristal de roche. Du mot béryl proviennent les mots pour désigner des lunettes de vues dans plusieurs langues européennes: bril en néerlandais, Brillen en allemand, besicles en français, belicres en occitan de Nice, mericles en occitan standard. C'est au XIIIe siècle à Florence que le physicien Salvino degli Armati met au point une paire de verres dont l'épaisseur et la courbure permettent de grossir les objets et les textes. La lunetterie et l'ophtalmologie se développent, les verres concaves apparaissent pour les myopes au XVe siècle. Les branches ne seront ajoutées qu'en Les lunettes de vue sont nées. En 1796, Pierre-Hyacinthe Caseaux, maître-cloutier à Morez, a l'idée d'employer le fil de fer pour fabriquer la monture d'une paire de lunettes. Morez est maintenant la capitale de la lunetterie française. Au milieu des années 1950, le design fait son apparition dans le domaine de la lunetterie ; la lunette n'est plus simplement une prothèse médicale. Dans les années de nombreux designers lancent leurs collections, et la lunette devient un accessoire de mode, mêlant ergonomie et esthétisme. D après Wikipédia. Questions - Quels étaient les matériaux utilisés pour les premiers verres de «lunettes»? - Quels sont les deux défauts de vision cités dans le texte? - Quels sont les deux autres principaux défauts de vision? 2) La myopie ou quand l œil est trop long Quels sont les défauts de vision d une personne myope? Un myope voit flou les objets éloignés mais très bien les objets proches. A l aide du schéma ci-dessous, expliquer l expression : l œil est «trop long». On pourra prouver que l image obtenue sur la rétine n est pas nette en traçant judicieusement quelques rayons (voir pendant la séance) La distance entre le cristallin et la rétine est trop longue par rapport à la distance focale du cristallin (œil «trop long»). Un œil myope est trop convergent. L image de l objet éloigné se forme en avant de la rétine qui reçoit une image floue Expérience : Quel type de lentille utilise-t-on pour corriger la myopie? - Placer la lanterne avec l objet lumineux à un bout du banc d optique et le modèle de l œil à l autre bout de façon à avoir une image nette sur l écran. - Pour modéliser un œil myope, remplacer la lentille de distance focale 12,5 cm par une lentille de distance focale 5 cm. L image sur la rétine est-elle nette? - Avec les lentilles mises à disposition, corriger la myopie en rendant l image plus nette sur la rétine. Noter des solutions pour corriger la myopie en précisant le type de lentille utilisée. On donne aux élèves plusieurs lentilles divergentes et convergentes. Une lentille de -12δ permet de corriger la myopie. Des élèves qui remplaceraient la lentille du modèle de l œil myope ou hypermétrope modéliseraient tout simplement l opération au laser de l œil. La correction de l activité et l écriture du cours peut se faire avec un tableau magnétique ou le logiciel «Optikos» de Serge Liager ce qui permet aux élèves de visualiser le trajet des rayons lumineux. Un œil MYOPE est trop convergent car l image d un objet se forme AVANT la rétine. Pour corriger ce défaut, il faut associer à l œil des verres correcteurs ou des lentilles divergentes (de vergence C négative). La correction peut également se faire par modification chirurgicale de la courbure de la cornée ou par implants dans l humeur aqueuse ou le cristallin.

4 3) L hypermétropie ou quand l œil est trop court Quels sont les défauts de vision d une personne hypermétrope? Un autre défaut de l œil qui apparait souvent à l adolescence est l hypermétropie. Un hypermétrope voit mal les objets proches et doit accommoder pour voir les objets éloignés. A l aide du schéma ci-dessous, expliquer l expression : l œil est «trop court». On pourra prouver que l image obtenue sur la rétine n est pas nette en traçant rigoureusement quelques rayons (voir pendant la séance). L hypermétrope voit flou de près. La distance entre le cristallin et la rétine est trop courte par rapport à la distance focale du cristallin (œil «trop court»). L image de l objet se forme en arrière de la rétine qui reçoit une image floue. Pour obtenir une image nette, l œil doit accommoder même pour voir de loin ce qui provoque maux de tête et fatigue. Expérience : Quel type de lentille utilise-t-on pour corriger l hypermétropie? - Placer la lanterne avec l objet lumineux à un bout du banc d optique et le modèle de l œil à l autre bout de façon à avoir une image nette sur l écran. - Pour modéliser un œil myope, remplacer la lentille de distance focale 12,5 cm par une lentille de distance focale 50 cm. L image sur la rétine est-elle nette? - Avec les lentilles mises à disposition, corriger la myopie en rendant l image plus nette sur la rétine. Noter des solutions pour corriger la myopie en précisant le type de lentille utilisée. On donne aux élèves plusieurs lentilles divergentes et convergentes. Une lentille de 6δ permet de corriger l hypermétropie. Des élèves qui remplaceraient la lentille du modèle de l œil myope ou hypermétrope modéliseraient tout simplement l opération au laser de l œil. La correction de l activité et l écriture du cours peut se faire avec un tableau magnétique ou le logiciel «Optikos» de Serge Liager ce qui permet aux élèves de visualiser le trajet des rayons lumineux. Un œil HYPERMÉTROPE n est pas assez convergent car l image d un objet se forme APRÈS la rétine. Pour corriger ce défaut, il faut associer à l œil des verres correcteurs ou des lentilles convergentes (de vergence C positive). La correction peut également se faire par modification chirurgicale de la courbure de la cornée ou par implants dans l humeur aqueuse ou le cristallin. Résumé : On remarque sur le schéma de gauche le caractère divergent des systèmes correcteurs proposés (systèmes à bords épais). Ils permettent de compenser la trop forte convergence imposée par le cristallin d un œil myope. Par contre, sur le schéma de droite, les systèmes correctifs sont des systèmes convergents dont le rôle est d accentuer la convergence afin que l image se forme bien sur la rétine et non après, à cause de la trop faible courbure du cristallin de l œil hypermétrope.

5 4) La presbytie ou quand l œil vieillit Quels sont les défauts de vision d une personne presbyte? Un presbyte voit mal les objets proches mais bien les objets éloignés. Pour des objets très éloignés, la vision est nette car l œil n accommode pas. Mais plus l objet se rapproche, plus l accommodation est difficile à réaliser : l image ne se forme plus alors sur la rétine. A quoi est due la presbytie? La presbytie est un défaut d accommodation de l œil : avec l âge, les muscles de l accommodation se relâchent, le cristallin se rigidifie, et l œil ne peut plus accommoder pour voir les objets proches. Une personne atteinte de presbytie voit nettement, sans accommoder, les objets situés à l infini mais flous les objets proches sur lesquels ses yeux n arrivent plus à accommoder. Comme pour l hypermétropie, l œil presbyte est corrigé à l aide de lentilles convergentes, pour la vision de près uniquement. Mais il existe aussi des techniques utilisant le laser ou des implants. 5) La chirurgie et les défauts de l œil (Extrait du site Définition du LASIK : c est un acronyme de Laser in Situ Keratomileusis (kératomileusis par laser in situ). Kerato, mileusis et in situ sont des mots d origine grecque qui signifient respectivement «cornée», «former», «au sein de». Le kératomileusis est une sculpture de la cornée effectuée en son sein. [ ]Le LASIK est un procédé chirurgical cornéen qui permet la correction d un large éventail de myopies, d hypermétropies [ ] Grâce à la sculpture laser, la cornée adopte ainsi une nouvelle courbure : ce changement en modifie le pouvoir optique de la cornée afin de corriger le défaut optique (erreur réfractive) de l œil. Sur les schémas suivants, surligner les zones de la cornée à enlever pour traiter : - La myopie : - L hypermétropie : Schémas issus de 6) Domaine de vision distincte pour différents types d yeux Œil normal Œil myope Œil hypermétrope Œil presbyte