obs.4 un Modèle pour l œil cours

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1 obs.4 un Modèle pour l œil cours 1) Modélisation optique de l œil : a) anatomie de l œil humain : L œil humain est un globe pratiquement sphérique qui est protégé de l extérieur par une membrane résistante, la sclérotique. Les rayons de lumière qui pénètrent dans l œil traversent plusieurs milieux transparents : la cornée : partie transparente de la sclérotique. le cristallin : capsule élastique dont la courbure des faces peut être modifiée par action des muscles ciliaires (voir accommodation). l humeur aqueuse et l humeur vitrée, liquides qui participent à la rigidité du globe oculaire. La pupille est l ouverture centrale de l iris qui est la partie colorée de l œil. La quantité de lumière qui pénètre dans l œil est réglée par la taille de la pupille. Ainsi, le diamètre de la pupille peut varier de 2 à 8 mm selon la luminosité. La rétine est une fine membrane qui tapisse la partie arrière du globe oculaire. Elle est constituée de plusieurs couches de cellules spécifiques dont certaine sont des photorécepteurs (voir chapitre obs. 3 : perception des couleurs). Les signaux lumineux sont traduits en message nerveux et envoyés au cerveau par le nerf optique. b) Modélisation par un système optique simple : L iris et la pupille sont assimilables à un diaphragme. Les milieux transparents sont assimilables à une lentille convergente. La distance focale f de cette lentille est réglable : ce sont les muscles ciliaires qui la règlent en modifiant la courbure des faces du cristallin. Une portion de la rétine est utilisée comme écran. Ainsi, l œil peut être modélisé par un diaphragme, une lentille de distance focale réglable et un écran

2 2) accommodation : Animation : «comment se passe l accommodation pour l œil» Que se passe-t-il quand on voit net? L œil peut être assimilable à une lentille (cristallin) associée à un écran (rétine). Pour que nous puissions voir nettement, il faut que l image de l objet observée à travers l œil se forme sur la rétine. Dans le cas contraire, l image sera floue. Des contraintes au niveau de l œil : Dans les TP réalisés dans le chapitre OBS.1, la lentille gardait les mêmes propriétés (même focale) car on ne changeait pas de lentille. Par contre pour visualiser l image nette, on déplaçait l écran par rapport à la lentille. Dans le cas de l œil, la distance d lentille-écran, c'est-à-dire cristallin-rétine, reste fixe. Elle ne peut être changée car elle est imposée par la forme même de l œil : les yeux ne peuvent pas s allonger ou rétrécir. Principe de l accommodation : Lorsque l on positionne un objet à une distance suffisante (> f ) de la lentille, l image de celui-ci est renversée et se forme de l autre côté de la lentille. Lorsqu on approche cet objet, l image s éloigne de la lentille. Si, comme dans le cas de l œil, on ne peut pas reculer l écran (la rétine) pour suivre l image, ce que l on verra sur l écran sera flou! On ne peut pas toucher à la distance d qui sépare lentille (cristallin) et écran (rétine). Il faut donc jouer sur la distance focale f de la lentille. Si on diminue f, c'est-à-dire si on rapproche les foyers de la lentille, la lentille sera plus convergente et ainsi, les rayons émergeants seront plus déviés et ils se croiseront plus près de la lentille. On va ainsi ramener l image vers la lentille, donc vers l écran (rétine). Or, pour diminuer la focale, c'est-à-dire pour avoir une lentille plus convergente, il faut l épaissir. Ainsi, pour ramener l image sur la rétine, le cristallin va devoir s épaissir. Ce sont les muscles ciliaires qui vont réaliser ce tour de force. Ils agissent directement sur le cristallin et le font s épaissir juste ce qu il faut pour que l image soit ramenée sur la rétine. La netteté est alors faite! La rétine (écran) est fixe. Lorsque l on déplace l objet, pour que l image continue à se former sur la rétine, la distance focale de la lentille (cristallin) doit s adapter. Ceci peut se faire par déformation de la courbure du cristallin grâce aux muscles ciliaires. C est le phénomène d accommodation.

3 Observer un objet placé à l infini : Plus un objet est placé près de l œil, plus le cristallin doit s épaissir pour réaliser la netteté de l image (amener l image sur la rétine). Plus l objet est éloigné, moins le cristallin est obligé de s épaissir. Ainsi, lorsque l objet est porté à l infini (en fait très loin), le cristallin sera dans sa configuration la moins épaisse. Pour un œil normal (sans défaut) lorsqu on observe un objet à l infini, les muscles ciliaires ne travaillent pas et l épaisseur du cristallin est minimale. Lorsqu un œil normal observe un objet placé à l infini, la distance cristallin-rétine correspond à la distance focale du cristallin dans sa position de repos. C est normal, puisque l image d un objet lorsque celui-ci est à l infini se forme sur le foyer image F. Si l image est nette, l image se forme sur la rétine, donc le foyer est alors sur la rétine. Ponctum remotum : Le «ponctum remotum» () correspond au point le plus éloigné qui peut être vu nettement par un œil sans accommoder. Pour un œil normal, ce point se situe donc à l infini. Nous verrons que ce n est pas le cas pour les myopes et les hypermétropes. Ponctum proximum : Lorsque l on rapproche l objet, l image continue à se former sur la rétine, mais le foyer image F n est plus sur la rétine, il se rapproche peu à peu de la lentille (cristallin). Lorsque le cristallin a atteint son épaisseur maximale (elle dépend de son élasticité et de l efficacité des muscles ciliaires), si on approche encore l objet, la netteté ne pourra plus être assurée. Si l objet est trop proche de l œil, on voit trouble. Ce point limite au-delà duquel on voit trouble est appelé «ponctum proximum». Pour un œil normal, le () se situe à de l œil. Le «ponctum proximum» () correspond au point le plus proche au-delà duquel l œil ne peut plus accommoder. Capacités d un œil normal

4 3) les défauts de l œil : Animation : «défauts de l œil ; accommodation et correction» a) œil Myope : Un œil myope est «trop long». L image d un objet situé à l infini se forme en avant de la rétine. L image d un objet à l infini est donc floue pour un œil myope. Or, le seul moyen que possède le cristallin pour réaliser la netteté est de s épaissir, donc de rapprocher encore l image du cristallin et donc de l éloigner de la rétine. Le cristallin ne peut pas rétrécir par rapport à sa position de repos. Ainsi, dans ce cas, l accommodation n est d aucun secours pour réaliser la netteté. Un œil myope, ne peut pas voir de loin. Par contre, naturellement, il verra de plus près qu un œil normal. Son ponctum proximum est rapproché. Correction : Les rayons émergeants convergent trop par rapport à la position de la rétine. Il faut donc les faire diverger pour que l image se fasse un peu plus loin. On utilisera donc une lentille divergente pour compenser les défauts d un œil myope. On peut aussi procéder à une opération chirurgicale au cours de laquelle une partie de la cornée est rabotée afin de créer matériellement une lentille divergente sur celle-ci. Différents types d opérations sont réalisées dans le même esprit selon la gravité de la myopie. b) œil hypermétrope : Un œil hypermétrope est «trop court». L image d un objet situé à l infini se forme en arrière de la rétine. Mais, dans ce cas, le cristallin peut agir pour réaliser la netteté : l accommodation est possible puisqu il s agit de rapprocher l image du cristallin (lentille). En s épaississant, le cristallin va faire converger davantage les rayons émergeants de sorte que l image soit ramenée sur la rétine. Un œil hypermétrope peut voir de loin, mais en accommodant. Contrairement à un œil normal, la vision de loin n est pas une vision de repos. L œil hypermétrope se fatigue en regardant au loin. D autre part, il verra de moins près qu un œil normal. Son ponctum proximum est éloigné.

5 Correction : Les rayons émergeants divergent trop par rapport à la position de la rétine. Il faut donc les faire converger pour que l image se fasse un peu plus près. On utilisera donc une lentille convergente pour compenser les défauts d un œil hypermétrope. c) œil presbyte: Un œil presbyte est trop vieux. En vieillissant, le cristallin perd de sa souplesse et les muscles ciliaires ne sont plus aussi efficaces. Pour la vision à l infini, il n ya a pas de problème par, pour un œil normal, elle ne demande aucune accommodation. Cependant, le problème va se poser pour la vision de près. Le cristallin ne pourra plus se courber autant que dans sa jeunesse et donc, le ponctum proximum de l œil sera moins proche. La vision de près sera dégradée. Correction : On parle de verres progressifs car on n apporte pas de correction sur la vision de loin, mais on fait davantage converger les rayons sur la vision de près. 4) œil et appareil photo : Dans l appareil photo, comme dans l œil, l écran (rétine ou capteur photosennsible) est fixe. Dans l appareil photo, on ne touche pas à la distance focale de la lentille qui reste fixe contrairement à l œil. Pour former l image sur l écran, on déplace la lentille. Animation : «comment se passe le réglage de la netteté pour l appareil photo» Vidéo : «un métier : opticien»

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