Première ES

Œil

1.

Introduction

  • La vision est le sens dont le fonctionnement a été le plus longtemps mystérieux.
  • Le toucher et l’ouïe sont purement physiques (mécaniques), tandis que le gout et l’odorat sont chimiques. Pour comprendre la vision, il est nécessaire d’avoir un modèle de la lumière permettant de l’expliquer.

Chez les philosophes grecs, il y avait deux écoles :

  • l’intromission dont le principe était que les objets émettent des atomes qui sont captés par l’œil permettant ainsi de les voir
  • l’émission pour laquelle les yeux émettent des rayons qui touchent les objets La réalité est entre les deux.
2.

Voir un objet

A.

Conditions de visibilité

Propriété

Pour qu’un objet soit visible, il faut que la lumière qu’il émet atteigne l’œil.

Propriété

Un objet émet de la lumière soit :

  • par émission propre, ce sont les sources de lumières (exemples : lampe, étoile, flamme, objet chauffé) visibles dans le noir
  • par diffusion de lumière d’une source de lumière extérieure à l’objet (exemples : tout objet qui n’émet pas de lumière, une chaise, un chien, etc.) invisibles dans le noir
B.

Modèle réduit de l’œil

Définition
Fonction Œil biologique Œil réduit
Réguler l’intensité lumineuse dans l’œil Iris/pupille Diaphragme
Formation de l’image par réduction Cristallin Lentille mince convergente
Réception de l’image formée Rétine Écran

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3.

Fonctionnement d’une lentille

A.

Lentilles minces convergentes et divergentes

Propriété

On utilise des lentilles minces convergentes pour modéliser l’œil. Les lentilles minces sont des lentilles dont l’épaisseur est beaucoup plus petite que leur diamètre.

Définition

Une lentille{\color{red}\text{lentille}} est un milieu transparent ayant deux dioptres, dont au moins un des deux est incurvé.

Propriété

Il y a les lentilles convergentes et les lentilles divergentes.

  • Les lentilles convergentes font converger les rayons lumineux après passage au travers,
  • les lentilles divergentes font s’écarter les rayons lumineux après passage au travers.

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Propriété

Une lentille est caractérisée par sa distance focale ff' exprimée en m et sa vergence VV exprimée en dioptries δ\delta.

Propriété

Vergence et distance focale sont liées par la relation : V=1f.V = \frac{1}{f'}.

B.

Construction géométrique d’une image à travers une lentille convergente

Définition

On établit quelques normes :

  • on trace un axe perpendiculaire à la lentille et passant par son centre : c’est l’axe optique, orienté de gauche à droite
  • le point d’intersection de l’axe optique et de la lentille est le centre optique noté OO
  • on place le foyer objet FF à gauche de la lentille tel que OF=fOF = f'
  • on place le foyer image FF' à droite de la lentille tel que OF=fOF' = f'
  • les objets sont à gauche, les images à droite
  • on symbolise l’objet par un segment ABAB perpendiculaire à l’axe optique avec AA sur l’axe optique
Propriété

Pour faire la construction géométrique, on va utiliser trois rayons particuliers :

  • tout rayon passant par le centre optique OO n’est PAS dévié par la lentille
  • tout rayon arrivant sur la lentille parallèle à l’axe optique ressort en passant par FF'
  • tout rayon arrivant sur la lentille en étant passé par FF ressort parallèle à l’axe optique
Propriété

On obtient l’image de l’objet formée par la lentille à l’intersection d’au moins deux de ces trois rayons.

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4.

La vision nette

A.

L’accommodation

Propriété

La vision d’une personne est nette sans effort entre deux points :

  • le Punctum Proximum (PP), point le plus proche visible net par l’œil sans effort, à environ 2525 cm
  • le Punctum remotum (PR), point le plus éloigné visible net par l’œil sans effort, situé à l’infini
Définition

Entre PP et PR, la vision est naturellement nette pour un œil dit « normal ». Pour un objet situé entre l’œil et le PP, l’œil va modifier sa distance focale : c’est l’accommodation{\color{red}\text{l'accommodation}}.

Propriété

L’accommodation se fait en étirant ou contractant le cristallin par les muscles de l’œil, ce qui modifie sa distance focale et permet à l’image de toujours se former sur la rétine, et donc d’être nette.

B.

Défauts et corrections de la vision

Propriété

Un œil normal voit donc net entre un PP à 2525 cm et un PR à l’infini, sans accommoder.

Entre l’œil et le PP, on accommode. Toute différence est un défaut de la vision, qui peut être corriger grâce à des lentilles minces apposées à l’œil ou en lunettes.

Définition
Défaut Symptôme PP et PR Origine Correction
Myopie Voit mal de loin, bien de très près PP <25< 25 cm PR pas à l’infini Œil peu profond et/ou cristallin trop convergent Lentilles divergentes
Hypermétropie Voit mal de près PP >25> 25 cm Œil trop profond et/ou cristallin pas assez convergent Lentilles convergentes
Presbytie Voit mal de près et quand la distance varie PP >25> 25 cm ++ problème d’accommodation Se développe en moyenne après 4545 ans Verres progressifs

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