Fonctionnements de l œil, défauts et correction

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1 1 Fonctionnements de l œil, défauts et correction I. L œil normal : Document 1 : Structure de l œil et modèle physique Modélisation de l œil : D L0 E d L'oeil est un ensemble de milieux transparents que l'on peut, de façon très simplifiée, assimiler à : - une lentille convergente () de vergence variable correspondant au cristallin, - un écran (E) correspondant à la rétine. L'iris (D) diaphragme le cristallin en limitant l'entrée de la lumière à une surface correspondant à la pupille. La distance d entre le cristallin et la rétine est constante et environ égale à 24 mm. Pour une vision correcte, les images réelles doivent se former sur la partie sensible de la rétine, pour être ensuite transmises au cerveau. Lorsque notre regard se porte sur un objet lointain, nous le voyons net. Simultanément, un objet se trouvant plus près de nous dans l'axe de notre regard nous paraît flou. Si au contraire nous regardons cet objet rapproché, notre œil accommode sur celui-ci (nous le voyons net) et l'objet lointain devient flou. D après Wikipédia Document 2 Les limites de vision distincte. Un oeil normal peut voir distinctement des objets depuis l'infini (punctum remotum ou P.R.) jusqu'à une distance d'environ 25 cm (punctum proximum ou P.P.); l'image doit toujours se former sur la partie sensible de la rétine. n rappelle que la distance d entre le cristallin et la rétine est constante et environ égale à 24 mm. D E P.R. zone de vision distincte 25 cm P.P. Au repos l'œil normal voit des objets à l'infini. Pour voir des objets rapprochés, l'œil doit accommoder. L étude qui suit permet de définir le phénomène physique d accommodation. 1. Vision lointaine : Rappel : l image d un objet situé à l infini se forme dans le plan focal objet de la lentille Sur le schéma ci-dessous, construire l image A de A à l infini Placer le foyer sur le schéma.

2 2 A L0 d A Quelle est la distance focale du cristallin? Quelle est sa vergence? Pour un point objet à l infini, sont image A obéit à la relation : A' F' or A' d et f ' F' donc f ' d Par définition de la vergence : C A.N. C 3 41,7 f ' d Vision rapprochée : Sur les deux schémas qui suivent, tracer les rayons qui permettent de former le point B image de B sur la rétine. Déterminer, sur chaque schéma, la position du foyer image. - bjet entre le PR et le PP B L0 A d - bjet au P.P. B L0 A Comment évolue la distance focale du cristallin lorsqu un œil voit un objet qui se rapproche? Comment évolue la vergence du cristallin? La distance focale du cristallin diminue ; sa vergence augmente.

3 3 Vérifier vos affirmations avec la modélisation suivante : En utilisant la formule de conjugaison, calculer la vergence maximale Cmax que peut atteindre le cristallin. 1 1 Cmax A' A 3 Avec A' 2410 m et A 0, 25m 1 1 A.N. : C max 41,7 4 45, ,25 3. Conclusion : Donner une définition du processus d accommodation de l œil. Accommoder = adapter la vergence du cristallin Préciser sa capacité d accommodation (valeurs de la vergence du cristallin au cours de son accommodation du PR au PP) Au cours de son accommodation du PR au PP, la vergence du cristallin d un œil normal passe de 41,7 δ à 45,7 δ. Sa capacité d accommodation est donc de 4 δ. 4. Modélisation sur le banc d optique Vision lointaine : Positionner l écran au bout de banc d optique et placer la lentille L0 de vergence C0=+10δ de façon à obtenir une image de l immeuble en face qu on supposera situé à l infini. La distance lentille écran est-elle en accord avec la valeur de la vergence? Vision lointaine : Placer sur le banc d optique l objet lumineux «F» de manière à ce qu il soit à une distance de 33,3 cm en avant de la lentille, sans modifier la distance lentille écran. L image obtenue à travers la lentille n est plus nette. En utilisant la formule de conjugaison, calculer la vergence que devrait avoir la lentille pour obtenir une image nette sans modifier la distance lentille-écran. Vérifier expérimentalement que la validité du changement prévu. En quoi ce processus diffère par rapport à la mise au point de l appareil photo?

4 4 II. Les défauts de l œil Document 1 : Vision d un hypermétrope Le sujet atteint d'hypermétropie a des difficultés pour voir de près et pour lire, il voit généralement assez bien de loin mais l œil accommode alors au maximum. L hypermétropie existe dès l enfance. Les nourrissons et les enfants ont très souvent une hypermétropie physiologique de 2 à 3 dioptries. A mesure que leurs yeux croissent et s'allongent, l'hypermétropie se corrige d'elle-même, généralement vers l'âge de dix ans. Par contre il arrive qu'un enfant soit hypermétrope fort (plus de 4 dioptries). Cette hypermétropie forte ne s'améliore souvent pas et reste stable dans le temps. L'exposition au tabac pendant la période pré et post-natale immédiate augmenterait l'incidence de l'hypermétropie. Hypermétropie légère L œil accommode au maximum Hypermétropie forte Document 2 : vision d un œil myope La vision de loin est floue. Par contre, la vision de près est nette, l œil accommode alors au maximum. La myopie permet de lire sans lunettes. Plus la myopie est forte plus le texte doit être rapproché. En l'absence de myopie le punctum remotum (qui est le point le plus éloigné de l'oeil pouvant être vu net) se situe à l'infini. En cas de myopie il est rapproché à moins de 5 mètres. Document 3 : la presbytie La presbytie est un phénomène habituel chez tous les individus à partir de 45 ans. La distance de lecture habituelle étant de 30 à 40 cm (coudes à angle droit), quand la presbytie débute, le sujet est d abord obligé d allonger les bras pour lire, de chercher un meilleur éclairage, puis de porter en permanence des lunettes. Au début, la presbytie se manifeste par une baisse de vision pour la lecture des petites lettres et quand la lumière est insuffisante (carte routière, menu au restaurant), le sujet prend du recul pour voir l'ordinateur. Plus la pupille est dilatée plus la presbytie se fait sentir ; la presbytie apparaît souvent après des vacances quand la lumière devient plus faible (pupille plus dilatée) alors que la lecture au soleil est facile du fait de la pupille resserrée. La presbytie peut entraîner une fatigue oculaire, des céphalées. Rappel : La capacité d accommodation d un œil normal est d environ 4δ.

5 5 1. L œil hypermétrope : A partir des documents, remplir le tableau suivant, précisez si la vision nette des objets est possible ou impossible. Précisez dans le cas d une vision nette si l œil accommode ou non. Œil légèrement hypermétrope bjets éloignés bjets proches Vision nette Possible Impossible Accommodation maximale - Vision d un objet éloigné : accommodation maximale Positionner le foyer du cristallin sur le schéma. Construire l image de l objet AB. d Vision d un objet proche : - Comment devrait évoluer la vergence du cristallin pour voir un objet rapproché? Elle devrait augmenter. - Pourquoi cette adaptation est impossible pour l œil hypermétrope? Il accommode déjà au maximum pour la vision lointaine. - ù se forme alors l image d un objet proche? B L image se forme derrière la rétine A Défaut de l œil hypermétrope : - ù se situe le foyer d un œil hypermétrope au repos? ù se forme l image? Le foyer de l œil hypermétrope au repos se situe derrière la rétine - Quel est le défaut physiologique de l œil hypermétrope? Quelle lentille faut-il accoler à l œil hypermétrope pour le corriger? Le cristallin de l œil hypermétrope n est pas assez convergent. Il faut le corriger en accolant une lentille convergente.

6 6 2. L œil myope : A partir des documents, remplir le tableau suivant, précisez si la vision nette des objets est possible ou impossible. Précisez dans le cas d une vision nette si l œil accommode ou non. Œil myope bjets éloignés bjets proches Vision nette Impossible Possible Accommodation - maximum Vision d un objet éloigné : - Le foyer du cristallin au repos se situe-t-il avant, après ou sur la rétine? Justifier votre réponse. Le foyer se situe forcément avant la rétine. S il était sur la rétine, l œil serait sans défaut ; s il était derrière la rétine, l œil serait hypermétrope et aurait la capacité d accommoder pour obtenir une image nette. - Construire A l image de A : A - Quel est le défaut physiologique de l œil myope? Quelle lentille faut-il accoler au cristallin de l œil myope pour le corriger? Le cristallin de l œil myope est trop convergent. Il faut accoler une lentille divergente pour le corriger. Vision d un objet proche : - Sur le schéma suivant, déterminer la position du P.R. de l œil myope (= position de l objet AB que peut voir nettement l œil myope en étant au repos, sans accommodation) - Conséquence : Quel est le P.R. d un œil myope dont le cristallin au repos a pour vergence 43δ? Quelle correction doit-on apporter? C d où C A' A A A' 3 Avec A' 2410 m et C A.N. : 43 1, 33 d où A 0, 75 m 3 A 2410 Correction : il faut que la vergence du cristallin se rapproche de celui d un œil normal, soit 41,7δ. Il s agit d accoler une lentille de vergence C = 41,7-43 = - 1,3δ

7 3. Proposer une explication physiologique à la presbytie et envisager une correction. Dans quels cas l usage de «verres progressifs» est-il nécessaire. Expliquer. 7

8 8 Schéma avant modification : Schéma avec modification modélisation Accommodation (d=10cm fixe ; C =13δ)