DOSSIER PROFESSEUR / Cycles 1, 2, 3 - Collège - Lycée Ce dossier vous présente les éléments techniques et pédagogiques de l'exposition «Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours», ainsi que les différents outils utilisés. Vous y trouverez la documentation nécessaire à la préparation de la visite. Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours
Présentation générale 3 L'animation 4 Le parcours de visite sur l'exposition 6 Ressources documentaires 10 Liens avec les programmes d'enseignement 11 Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 2
Présentation générale Les illusions d'optique sont des illusions qui trompent le système visuel humain et entraînent une perception déformée de la réalité. Dans vos yeux Après avoir traversé les différentes parties de l'œil, les rayons lumineux qui composent les images que nous voyons vont converger sur la rétine. Là, des millions de cellules photosensibles vont transformer les informations lumineuses en signal neuronal. Les cônes, en vision centrale, vont coder les images fixes, nettes et colorées. Les bâtonnets, en vision périphérique, vont coder les mouvements. Ils seront également utilisés en vision nocturne. puis dans votre cerveau Le signal neuronal sera transmis à la partie visuelle du cerveau (cortex visuel) grâce au nerf optique. Les perceptions visuelles utiles vont être associées et interprétées pour créer les détails de l image (mouvement, couleur, relief ) que vous voyez. Une interprétation tellement performante qu elle va parfois créer des impressions de cohérence là où il n y en a pas : des illusions d optique. L'exposition propose, à travers différentes observations et manipulations, de découvrir un univers à la fois intrigant et déroutant, rempli d'astuces visuelles spécifiques permettant de mettre en évidence les principes de fonctionnement du système visuel humain. Exposition conçue par l'exploradôme de Vitry-Sur-Seine et la Cité des télécoms. Objectifs - Comprendre le système visuel humain. - Découvrir l'univers des illusions d'optique et leurs différentes familles. - Comprendre pourquoi les illusions d'optique nous trompent. Déroulement L'exposition «Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours» se déroule en 90 min en deux temps. - L'animation dans l'auditorium (30 min) : découvrir ce qu'est une illusion d'optique et les grandes familles des illusions d'optique grâce à des expériences et démonstrations. - Le parcours de visite sur l'exposition (60 min) : explication de certains modules par le médiateur puis découverte et manipulation des modules. Le médiateur adapte son discours à chaque niveau. Les élèves de cycle 1 découvrent quelques modules de l'exposition pendant 30 min. Vous pouvez apportez votre appareil photo pour prendre en photo vos élèves sur certains modules. Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 3
L'animation Animation dans l'auditorium pendant 30 min Introduction : Le médiateur propose une définition de l'illusion d'optique, présente les 3 éléments permettant de voir et les grandes familles d'illusions. Grâce à des expériences et des démonstrations, les élèves comprennent les rôles essentiels joués par la lumière, les yeux et notre cerveau dans leur fonctionnement. Illusions liées à la lumière : Cycle 2 : mirascope Mirascope Arc-en-ciel Cycle 3 : mot illusions à l'envers, arc-en-ciel Collège : effet d'optique dans l'eau, mot «illusion» à l'envers Lycée : mirage Effet d'optique dans l'eau Mirage Illusions liées à l'œil : Présentation des différents éléments de l'œil (avec schéma et maquette démontable de l œil) Cycle 2 : thaumatrope Cycle 3 : thaumatrope, tache aveugle Thaumatrope Tache aveugle Grille d'hermann Drapeau canadien Collège : grille d'hermann, tache aveugle Lycée : drapeau canadien, tache aveugle Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 4
Illusions liées au cerveau : Présentation rapide du cerveau (avec schéma légendé) Cycle 2 : l'éléphant à 4 ou 5 pattes Cycle 3 : le trou dans la main, un œil fermé - un doigt Collège : le trou dans la main, conflit de couleurs Éléphant à 4 ou 5 pattes Lycée : conflit de couleurs, un œil fermé - un doigt Trou dans la main Un œil fermé - un doigt Conflit de couleurs Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 5
Le parcours de visite sur l'exposition Parcours de visite sur l'exposition durant 60 min Le médiateur présente quelques modules aux élèves. Il les invite ensuite à découvrir certains modules par eux-mêmes et apporte des informations complémentaires par petits groupes. L'exposition propose différents supports : panneaux d'informations, galeries d'illusions, modules interactifs, vidéos, hologrammes, trompe-l œil. QUELQUES MODULES, PAR FAMILLE D'ILLUSIONS : (détail des modules dans le dossier «Annexe») Selon le professeur Richard Gregory, psychologue anglais, on peut distinguer 3 familles d'illusions d'optique : Les illusions d'optique «physiques» (liées à la lumière) Les illusions d'optique «physiologiques» (liées aux yeux) Les illusions d'optique «cognitives» (liées au cerveau) Les illusions d'optique «physiques» Elles regroupent des illusions "réelles" comme les ombres, les miroirs, les arcs-en-ciel... Exemple de module : colorez votre ombre Expérimenter - Allumer les spots les uns après les autres et observer les couleurs sur la paroi. - Allumer un spot et placer sa main devant : combien d ombres obtient-on? De quelles couleurs sont-elles? - Refaire l expérience en allumant deux puis trois spots. Comprendre Il s agit d une illusion physiologique. 1. La main éclairée par un spot donne une ombre noire. 2. La main éclairée par deux spots (rouge et bleu) donne deux ombres (bleue et rouge). La lumière du spot rouge «remplit» l ombre créée par le spot bleu et inversement. 3. La main éclairée par les trois spots (rouge, vert et bleu) donne trois ombres colorées. Le mélange des couleurs des spots rouge et vert «remplit» l ombre créée par le spot bleu. Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 6
Même chose pour les ombres des spots rouge et vert. En synthèse additive, les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu. L'addition de ces trois lumières colorées donne du blanc. L'absence de lumière donne du noir. Info+ : il ne faut pas confondre la synthèse additive (lumière) et la synthèse soustractive (peinture). Dans la synthèse soustractive, le mélange des couleurs primaires cyan, magenta, jaune donne du noir. Découvrez d'autres illusions d'optique «physiques» dans le dossier «Annexe». Miroir anti-gravité Disque de Newton Ombre au mur Les illusions d'optique «physiologiques» Elles sont les effets sur l'œil d'une stimulation spécifique. Elles comprennent les illusions dites "résiduelles" et celles liées au "contraste", à "l'inclinaison" et au "mouvement". Exemple de panneau : l'oiseau vert Expérimenter Observer fixement l oiseau vert pendant une trentaine de secondes. Regarder ensuite la cage vide Que constate-t-on? Comprendre Il s agit d une illusion physiologique liée à la persistance rétinienne. Lorsque l'on regarde un objet coloré, nos yeux utilisent les cônes de la rétine : des cellules sensibles au rouge, au vert ou au bleu. Si notre observation est insistante, deux phénomènes se produisent : - une image persistante dite «résiduelle» se crée durant quelques instants sur notre rétine. On parle de persistance rétinienne. Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 7
- les cônes sensibles à la couleur regardée (ici du vert), saturent et cessent leur activité. Les autres types de cônes continuent de fonctionner. Nous conservons ainsi en mémoire une image dont la couleur est un mélange de rouge et de bleu : du magenta. Info+ : il est possible de reproduire cette illusion avec d'autres couleurs primaires (en lumière) et leur couleur complémentaires. Découvrez d'autres illusions d'optique «physiologiques» dans le dossier «Annexe». Disque de Benham L'apparition Le chat de Cheshire Les illusions d'optique «cognitives» Elles prennent en compte nos connaissances, notre mémoire... On y retrouve les "illusions géométriques" (erreurs d'estimation, de dimension, de direction...), les "illusions artistiques" (ambiguës et paradoxales) et les illusions «subjectives». Exemple de module : la chambre d'ames Expérimenter A faire à trois personnes. - La première personne reste à l'extérieur de la chambre d'ames devant la fenêtre. - Les deux autres se positionnent chacune dans un coin de la pièce. Que voit la personne restée à la fenêtre? - Inverser les rôles... Comprendre Il s agit d une illusion cognitive. Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 8
Dans cette illusion, construite en 1946 par l ophtalmologue Adelbert Ames, plusieurs illusions sont associées : - la chambre semble rectangulaire alors qu en réalité, le sol et les murs sont de forme trapézoïdale. - la personne «minuscule» est, en fait, située plus loin que la personne «géante». Notre cerveau nous «montre» cette scène comme si elle se trouvait sur un plan en 2D. C'est comme si nous «préférions» voir des personnes «anormales» plutôt qu une chambre à la forme étrange. Info+ : cette technique est aussi utilisée dans le cinéma pour «faire grandir» ou «rétrécir» les acteurs, notamment dans Le Seigneur des Anneaux, pour le peuple des Hobbits. Découvrez d'autres illusions d'optique «cognitives» dans le dossier «Annexe». Mur de café Escaliers impossibles Sens dessus dessous L'ensemble des modules et des panneaux est consultable dans le dossier «Annexe». Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 9
Ressources documentaires WEB Illusions fixes et animées : géométriques, artistiques, liées au mouvement ou à la couleur http://illusions.5sens.fr/# http://illusionsoptiques.wordpress.com/plan-du-site/ii-les-differents-types-dillusions/ http://www.voyagesaucoeurdelascience.fr/illusions-optique/ Anamorphoses et illusions de street art http://illusionstreetart.wordpress.com/ Expériences en lien avec des illusions physiques (lumière) http://phymain.unisciel.fr/ Feuille à imprimer pour des effets de moirée http://www.tourte.org/illusions-doptiques-animees-22466.html VIDEOS La structure de l œil et le phénomène de la vision http://www.youtube.com/watch?v=fned9pjhbuo (1min43) http://www.youtube.com/watch?v=uotrhx71htw (5min52) Le cerveau et la perception de la réalité (reportage Arte, 15 min) http://www.youtube.com/watch?v=h58ujkf3psm Explication d'une illusion d'optique liée au mouvement (Emission Allô Docteurs, 7 min18) http://www.allodocteurs.fr/actualite-sante-le-phenomene-de-l-illusion-d-optique-5145.asp?1=1# LIVRES Livre-kit Le labo des illusions d'optique, Gallimard Jeunesse, 2012 Cahier d'activités Illusions d'optique : cahier d'activités, Editions Usborne, 2013 Revues Science&Vie Junior : n 238, juillet 2009, sur les illusions d'optique ; n 88, juin 2011, HS spécial Illusions Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 10
Liens avec les programmes d'enseignement CYCLE 2 MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesures DÉCOUVERTE DU MONDE : Se repérer dans l'espace et le temps MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 CYCLE 3 MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesures SCIENCES EXPÉRIMENTALES ET TECHNOLOGIE : Lumières et ombres ; Fonctionnement du corps humain MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 ; Compétence 4 COLLEGE MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesure SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE : Organisation et fonctionnement du corps humain PHYSIQUE - CHIMIE : Lumière (sources et propagation rectiligne ; couleurs, images, vitesse) MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 ; Compétence 4 LYCEE MATHÉMATIQUES : - Raisonner, démontrer (2ndes, 1ères et Terminales ES, L, STI2D, STD2A, STL). - Avoir une critique vis-à-vis des résultats obtenus (1 ères et Terminales ES, L, STI2D, STD2A). - Calcul des distances et des angles (1ères et Terminales S). - Géométrie dans l espace (1ères et Terminales S, STI2D, STD2A). PHYSIQUE - CHIMIE : - Observer - couleurs et images : Comment l œil fonctionne-t-il? D où vient la lumière colorée? Comment créer de la couleur? (1ères et Terminales S). - Voir des objets : analyser et réaliser des images (1 ères et Terminales STD2A). SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE, BIOTECHNOLOGIE : - Corps humain et santé (2ndes, Terminales S et ST2S). - Biologie des protéines et biologie cellulaire (1ères et Terminales STL). STI2D ; STD2A ; ST2S ; STL Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 11
Ce dossier a été réalisé par l'équipe de médiation de la Cité des télécoms de Pleumeur-Bodou / 2015-2016 Pour toute information pédagogique, vous pouvez joindre l'équipe de médiation au 02 96 46 68 50