TD physique

« 1 ère L – Enseignement scientifique THEME 1 – Représentation visuelle 14-15 TD 1 Différentes conceptions de la vision « Une histoire de la vision » Pourquoi diable dit-on « jeter un coup d'œil » ou « foudroyer du regard » si ce n'est pas l'œil qui envoie ses rayons sur l'objet qu'il explore ? Les bizarreries de la langue française rappellent une vieille controverse : comment fonctionne la vision ? Et quel est son « sens » : de l'œil à l'objet ou de l'objet à l'œil ? L a dispute scientifique remonte à l'Antiquité.

En lice : deux théories, connues sous les noms d'intromission et d'émission.

La première, assignant à l'œil un rôle passif, décrivait le phénomène de la vision par un quelque chose allant de l'objet à l'œil.

La seconde, octroyant à l'œil un rôle plus actif, expliquait la vision par un quelque chose allant de l'œil à l'objet.

La nature du quelque chose restait mal définie, dans un cas comme dans l'autre.

Pour les philosophes atomistes Démocrite (460-370 av.

J.-C.) et Épicure (341-270 av.

J.-C.), tous deux partisans de l'intromission, il s'agissait de simulacres, de fines enveloppes ou de minces effigies, les «eidola» , qui se détachaient de la surface de l'objet et voltigeaient à la rencontre de l'observateur.

Pour les mathématiciens Euclide (325-265 av.

J.-C.) et Ptolémée (90-178 av.

J.-C.), tenants de l'émission, des rayons visuels jaillissaient de la pupille pour partir à la rencontre de l'objet.

Circulait également une théorie hybride, soutenue par Platon (428-347 av.

J.-C.) dans son Timée , expliquant la vision par la rencontre des émanations issues de l'objet avec le feu du flux visuel.

Pour les partisans de l'émission, l'existence d'un feu oculaire était une croyance tenace, corroborée par l'observation de l'œil des félins, qui luisait dans l'obscurité, et par l'existence de sensations lumineuses surgissant dans l'œil à l'occasion d'un choc ou d'un traumatisme.

En outre, la forme du globe oculaire, sphérique et non creuse, comme celle de l'oreille ou du nez, n'était-elle pas plus propice à l'émission qu'à la réception ? Les partisans de l'émission soulignaient aussi les insuffisances de la théorie adverse.

Comment justifier qu'en regardant avec attention la page d'un livre toutes les lettres ne fussent pas nettes en même temps ? Vision nocturne À l'encontre de la thèse de l'émission, en revanche, s'inscrivait l'absence de vision nocturne.

Un œil émetteur aurait dû être en mesure de remplir ses fonctions même dans l'obscurité.

Et, à l'ouverture de la paupière, de discerner d'abord les objets proches et seulement ensuite les objets lointains.

Comment expliquer, de surcroît, que l'œil humain pût être en mesure d'émettre son feu visuel jusqu'aux étoiles ? L'unité de fonctionnement des cinq sens plaidait aussi en faveur d'un œil récepteur.

L'ouïe, le toucher, l'odorat et le goût s'expliquaient par une réaction à des stimuli externes.

Le son partait à la rencontre de l'oreille, les parfums allaient au-devant du nez...

Il n'y avait aucune raison que la vue échappât à la règle. La mise en évidence du rôle de la lumière en tant qu'agent de la sensation visuelle allait émerger à la charnière du Xe et du XIe siècle, grâce au mathématicien, physicien et astronome arabe Al-Hasan Ibn al-Haytham (965-1039).

Né à Bassora, en Perse, Ibn al-Haytham avait gagné l'Égypte, mandaté par le calife pour résoudre le problème des crues du Nil.

Devant l'échec de cette entreprise téméraire, incapable de construire ce qui serait un jour le barrage d'Assouan, Ibn al-Haytham était tombé en disgrâce.

Craignant pour sa vie, il simula la folie et fut assigné à résidence pendant les dix années qui suivirent, jusqu'à la mort du calife, en 1021. Récepteur de lumière Ibn al-Haytham profita de sa captivité pour entreprendre des recherches qui lui tenaient à cœur, dans le domaine de l'optique notamment.

Le savant musulman avait pris connaissance de l'héritage des anciens Grecs, recueilli par les érudits au contact de l'Empire romain d'Orient.

Et ses réflexions l'amenèrent à condamner sans appel la théorie de l'émission, incapable de justifier que fixer le Soleil pût être plus traumatisant que de regarder un arbre.

Comment l'œil aurait-il pu subir quelque lésion que ce fût si rien n'y pénétrait ? La sensation d'éblouissement ne faisait-elle pas plutôt pencher la balance en faveur d'un œil récepteur de la lumière ? Convaincu du rôle clé de celle-ci dans la vision, Ibn al-Haytham en appela à l'expérience et, pour étayer ses intuitions, eut recours à la chambre obscure.

Ce dispositif, lointain ancêtre de l'appareil photographique, consistait en une pièce sombre, close de toutes parts, et dans laquelle avait été ménagée une petite ouverture.

À l'extérieur, face à l'ouverture, trois chandelles, disposées à différentes hauteurs.

L'image de chacune des bougies se formait à un endroit différent de la pièce, dans l'axe de l'ouverture.

La présence de poussières, en suspension dans l'air, mettait clairement en évidence la propagation rectiligne de la lumière.

En outre, tout déplacement de l'une quelconque des bougies se traduisait par un déplacement concomitant de son image.

Et l'image disparaissait dès que l'on masquait la chandelle mère.

Fort de ces constatations, Ibn al-Haytham transposa la situation à l'œil.

Un objet devenait visible lorsqu'il émettait ou renvoyait de la lumière.

Les différents points sources de l'objet dardaient des rayons lumineux, qui pénétraient dans l'œil par la pupille, selon des faisceaux en forme de cônes.

Le cristallin, cette capsule située à l'avant de l'humeur vitrée du globe oculaire, recueillait la lumière.. »