Chapitres
- 01. Présentation
- 02. Anatomie de l’œil
- 03. Fonctionnement
- 04. Problèmes médicaux
- 05. La vision et la physique
Présentation
L’œil est pour l'Homme l'organe de l'un des 5 sens : la vision. C'est grâce à ce sens que nous sommes capables de voir, distinguer les formes et les couleurs.
L'étude de l’œil humain est regroupée dans une spécialité médicale que l'on appelle ophtalmologie.
Anatomie de l’œil
L’œil se compose de nombreuses parties. Tout d'abord, son enveloppe externe, transparente que l'on nomme la cornée. Ensuite, la partie derrière la cornée, qui englobe le reste se nomme la sclère.
Tout ceci trouve sa place au sein du globe oculaire.
La cornée
La cornée est la couche transparente, présente sur le devant de l’œil. Son rôle est de transmettre la lumière au fond de l’œil.
Elle constitue le premier "miroir" à la lumière qui entre dans l’œil.
Cette dernière n'est pas vascularisée, cela signifie qu'elle n'est pas irriguée par des vaisseaux sanguins. Afin de la protéger et d'empêcher son attaque par des corps étrangers, elle est cependant irriguée par les larmes et l'humeur aqueuse.
La sclère
La sclère est la partie de l’œil qui se reconnaît facilement à sa couleur blanche. Il s'agit d'une membrane très résistante. Elle protège les éléments internes de l’œil et contient sa pression.
Il s'agit de la partie de l’œil qui est mouvée par les muscles oculomoteurs.
Le cristallin
Le cristallin agit comme la lentille de l’œil. Son rôle est de renvoyer l'image préalablement traitée par la cornée sur la rétine. Il a la capacité de modifier sa courbure afin de faire la mise au point sur l'image, que celle-ci soit proche ou éloignée.
L'humeur vitrée
Aussi appelé parfois corps vitré, l'humeur vitrée de l’œil humain est un genre de gélatine transparente qui se trouve dans l’œil, derrière le cristallin.
Elle permet de combler le vide dans la cavité de la sclère mais aussi de maintenir la rétine plaquée dans le fond de l’œil tout en assurant la rigidité du globe oculaire. Liquide présent dans l’œil lors de la naissance, nous le gardons tout au long de notre vie. Elle représente même 90 % du volume de l’œil.
La tâche aveugle
Egalement connu sous le nom de point aveugle, la tâche aveugle est le point de contact (que l'on appelle également papille) dans l’œil entre la rétine et le nerf optique. C'est à cet endroit que les liaisons nerveuses transportant les données de la vision et les vaisseaux sanguins arrivent dans l’œil. Dépourvue de récepteurs, cette zone de la rétine est donc "aveugle", d'où son nom.
Cette tâche peut causer l'annulation de la vision d'un objet du champ de vision si jamais ce dernier n'est vu que d'un œil. En effet, les deux tâches aveugles des deux yeux ne coïncident pas.
La tâche jaune
De son nom scientifique macula, la tâche jaune est l'endroit de la rétine qui contient le plus de cônes, permettant alors la vision la plus précise des détails.
En son centre se situe la fovéa, la zone la plus pourvue de cônes (ils sont mêmes serrés les uns contre les autres). Cette zone étant celle qui délivre l'image la plus nette, c'est vers elle que se dirige naturellement l'image lorsque l'on regarde un objet.
Le nerf optique
Le nerf optique est le nerf qui relie chaque œil à la zone du cerveau responsable de la vision. Chacun mesure environ 4 cm de long pour 4 mm de diamètre.
Au sein de ce nerf transitent les données captées par les cônes et les bâtonnet afin de les transformer en image intelligible par le cerveau.
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La rétine
La rétine est la partie sensible de l’œil, qui reçoit les signaux lumineux. Elle se compose de photorécepteurs, les fameux cônes et bâtonnets, répartis comme suit : environ 120 millions de bâtonnets pour 5 millions de cônes. Une fois les signaux reçus, ces derniers sont transformés en signal électro-chimique qui seront transmis par le biais du nerf optique au cerveau pour être traités.
Les cônes
Les cônes sont l'un des deux types de photorécepteurs présents à la surface de la rétine. Par opposition aux bâtonnets, ils permettent de caractériser la vision colorimétrique.
Différentes sortes de cônes existent, chacun avec une vue pour une certaine longueur d'onde.
Les cônes B détectent les radiations lumineuses de 437 nm, les cônes V les radiations de 533 nm et pour finir, les cônes R détectent les radiations de longues longueurs d'onde de l'ordre de 564 nm.
Les bâtonnets
Les bâtonnets sont les photorécepteurs qui captent les différences d'intensités de lumière, en noir, blanc et nuances de gris. On appelle cela la vision scotopique.
Eux aussi se situent à la surface de la rétine et communiquent par le biais de signaux bio-électriques les informations qu'ils détectent.
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Schéma de l’œil humain
Ce schéma reprends les éléments vus au dessus et vous aidera à les localiser sur l’œil.
Fonctionnement
En physique chimie cours, quand on regarde un objet, ce dernier nous apparaît car il renvoie la lumière. En effet, nous ne voyons pas dans le noir car ce sont les signaux lumineux provenant d'une source lumineuse qui se réfléchissent sur l'objet en question avant de venir contre notre œil.
Pour réussir à voir une image, il faut que le faisceau lumineux soit renvoyé vers notre œil. Le passage par la cornée va déjà modifier la direction du signal lumineux en l'envoyant vers le cristallin. Les deux tiers de la réfraction ont lieu après passage dans la cornée et le tiers restant après passage dans le cristallin. Le but de ces deux passages dans des "lentilles" est de rediriger les signaux lumineux vers la rétine et plus précisément la zone de la fovéa, zone la plus sensible, afin de traiter l'image et la rendre la plus nette possible. Cela est rendu possible par la courbure changeante du cristallin qui permet d'effectuer la mise au point. Une fois que le signal est reçu par les cônes et les bâtonnets, il est transmis sous la forme d’influx nerveux par le nerf optique jusqu'aux zones du cerveau qui traitent de la vision.
Problèmes médicaux
Il existe une multitude de problèmes liés à la vision. La plupart de ces derniers sont maintenant traitables facilement avec le port de lunettes de vue ou de lentilles de contact. Voici les principales pathologies rencontrées dans la population.
Myopie
La myopie est un trouble de la vision qui occasionne des difficultés pour voir de loin. Son nom vient du grec muôpia qui signifie "à courte vue".
Concrètement, une personne atteinte de myopie voit normalement de près mais dès qu'elle regarde au loin, les détails laissent place à des formes et il est difficile de définir les contours.
Le défaut d'une personne myope est que sa distance focale pour un objet situé au loin est avant sa rétine, ce qui fait que l'impression de l'image sur la rétine devient floue et manque de détails.
Afin de la traiter, on peut porter des lunettes de vue, des lentilles de contact, voir pratiquer de la chirurgie réfractive, afin de modifier l'indice de réfraction, à l'aide d'un laser.
Presbytie
La presbytie est un trouble de la vision qui a pour effet de ne pas bien voir de près et ce, sans aucun problème pour la vision de loin.
Il est possible de cumuler presbytie et myopie.
La presbytie n'est pas une maladie ou une malformation. Elle apparaît habituellement vers l'âge de 50 ans, suite au vieillissement naturel de l’œil. Si elle évolue rapidement, demandant aux personnes atteintes de changer régulièrement de correction, elle se stabilise après l'âge de 65 ans.
Pour traiter la presbytie, il faut utiliser une correction, sous forme de verres ou de lentilles par exemple. On utilise alors plusieurs méthodes.
Pour ce qui est des lunettes de vue, on utilise des verres progressifs. Il s'agit d'un verre avec deux corrections différentes : la partie haute du verre permet une vision de loin (avec ou sans correction selon les besoins du patient) et la partie basse est adaptée à une correction pour une vision de près.
Il arrive aussi que les presbytes aient une paire de lunettes dites "de lecture" qu'ils ne portent que pour lire ou travailler de près. Surtout s'ils n'ont pas de problème de vision de loin.
Pour finir, il existe également des lentilles progressives, dont le fonctionnement est le même : une partie pour la vision de près et une partie pour la vision de loin. Ces lentilles sont à privilégier pour ceux dont la vision est mauvaise de près comme de loin.
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Cataracte
La cataracte est une affection du cristallin qui se caractérise par une opacification de ce dernier.
Cela a pour effet de créer une sensibilité à la lumière puis finalement altérer la vision. On subit aussi un grossissement du cristallin et des troubles du sommeil.
On peut avoir une cataracte pour plusieurs raisons. Principalement, cela est dû à l'âge. Une fois atteint les 70 ans, il s'agit d'un trouble fréquent.
Il est également possible que la cataracte apparaisse suite à un traumatisme ou à une exposition excessive aux rayons ultraviolets.
Pour finir, il ne faut pas négliger le terrain héréditaire d'apparition de la cataracte.
Afin de la traiter, une seule technique est utile : le remplacement du cristallin. On retire le cristallin devenu opaque et on le remplace par un cristallin artificiel qui vient prendre la capsule de l'ancien cristallin. Cette opération, réalisé régulièrement peut maintenant s'effectuer sur la journée.
Hypermétropie
L'hypermétropie est un trouble de la vision qui cause des douleurs à la tête et une fatigue visuelle, des sensations désagréables lorsqu'il se concentre à regarder quelque chose.
Au point de vue médical, l'hypermétrope est l'inverse du myope. En effet, sa distance focale se situe derrière la rétine. Cela ne cause aucun problème de netteté de la vision mais un inconfort.
Afin de traiter l'hypermétropie, il faut utiliser des lunettes ou des lentilles de contact. Des traitements chirurgicaux au laser sont aussi possibles. Le but est de rétablir le bon point de chute des rayons lumineux sur la rétine.
Dégénérescence maculaire liée à l'âge
La dégénérescence maculaire liée à l'âge, souvent abrégée en DMLA est une affection de la rétine qui est causée par la dégradation du centre de la rétine, la macula, dont nous avons déjà parlé avant dans cet article.
Cette dégénérescence apparaît souvent naturellement après une cinquantaine d'années sans qu'on en connaisse vraiment les causes.
En ce qui concerne ses traitements, il n'en existe à ce jour aucun de parfaitement efficace. Si le traitement par laser réussit à soigner la moitié des cas, des molécules restent en test afin d'essayer de soigner la dégénérescence maculaire liée à l'âge.
Il est cependant possible de retarder son apparition en adoptant un mode de vie sain, sans tabac, avec une alimentation suffisante en vitamines et anti-oxydants. La surcharge pondérale est aussi un facteur aggravant de son apparition.
Daltonisme
Il s'agit d'un trouble de la vision qui se porte sur la distinction des couleurs. Son nom médical est dyschromatopsie.
S'il s'agit d'une affection qui touche principalement les hommes, plus rarement les femmes peuvent en être victimes.
La cause principale du daltonisme est d'origine génétique. Parfois, il peut provenir également suite à une lésion oculaire ou cérébrale.
Concrètement, le daltonisme est causé par des dysfonctionnements de l'un des trois types de cônes présents dans le fond de la rétine, tel que nous l'avons décrit au dessus.
Malheureusement, il n'existe aucun traitement à ce jour. Cependant, des tests réalisés sur le singe montrent qu'il est possible de corriger le daltonisme en injectant un gène non déficient dans leur rétine.
Strabisme
Le strabisme se caractérise par un problème au niveau du parallélisme des yeux.
Il existe plusieurs formes de strabisme :
- Convergent ;
- Divergent ;
- Vertical.
Les jeunes enfants qui louchent sont atteints de strabisme convergent qui se déclarent vers l'âge de 5 ans. Sinon, les strabismes divergents apparaissent aussi dans l'enfance mais un peu plus tard, vers l'âge de 10 ans.
Les conséquences du strabisme sont une vision double, appelée diplopie. Le cerveau essaie alors de compenser en supprimant l'image de trop. Cependant, si le cerveau fait ceci dès le plus jeune âge, cela aura des répercussions sur le développement de la vision binoculaire et causera une perte définitive de la vision de relief . De plus, l’œil qui sera moins utilisé va s'affaiblir, jusqu'à perdre son acuité visuelle. Parfois, certains enfants deviennent donc aveugles d'un œil.
La vision et la physique
Plusieurs phénomènes optiques entrent en jeu dans le fonctionnement de la vision. Ici, nous allons les détailler.
L’œil est un système optique : la rétine est un écran, le cristallin une lentille convergente. Au repos, la rétine est dans le plan focal image du cristallin. L’œil observe donc à l'infini sans fatigue. Pour observer un objet à distance finie, l'œil doit accommoder par déformation du cristallin pour projeter l'image sur la rétine.
Le spectre du visible
On appelle spectre visible la partie du spectre électromagnétique de la lumière visible par l’œil humain.
On définit ce spectre pour les signaux ayant une longueur d'onde comprise entre 380 nm et 750 nm.
Les faisceaux lumineux
La propagation d'une onde est décrite par les rayons lumineux. Les rayons lumineux sont les normales au surfaces d'onde. Une surface d'onde est une surface dont les points ont été atteints par l'onde au même instant, par exemple : une onde émise par une source ponctuelle dans un espace homogène est dite sphérique car les surfaces d'onde sont sphériques. Les rayons lumineux sont donc des droites passant par la source. Une onde plane a des surfaces d'onde planes, donc des rayons lumineux rectilignes tous parallèles entre eux.
Il n'est pas possible d'isoler physiquement un rayon lumineux. Plus on essaie de diaphragmer un faisceau lumineux, plus ce faisceau s'étale, c'est le phénomène de diffraction.
La diffraction
C'est un phénomène qui est propre aux ondes qui se manifestent lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de faible dimension.
La modification de la forme d'onde on obtient des ondes circulaires. L'onde se propage derrière l'obstacle, il n'y a pas de zone d'ombre.
Le phénomène de diffraction peut se manifester lorsqu'une onde rencontre une ouverture, obstacle, dont les dimensions sont du même ordre de sa longueur d'onde. Ce phénomène est d'autant plus marqué que l'ouverture est petite.
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La réfraction et la loi de Snell-Descartes
La réfraction de la lumière correspond au changement de direction du rayon lumineux lorsque celui-ci traverse une surface séparant deux milieux d'indices de réfraction différents.
La loi de Snell-Descartes de la réfraction exprime le changement de direction d'un faisceau lumineux lors de la traversée d'une paroi qui sépare deux milieux différents. Il faut d'abord savoir que chaque milieu est caractérisé par sa capacité à « ralentir » la lumière. On modélise cette caractéristique par son indice de réfraction n qui s'exprime sous la forme : 
Où v est la vitesse de la lumière dans ce milieu et c est la vitesse de la lumière dans le vide (souvent arrondie à 3.108 m.s-1).
Il est important de savoir que :
- Le rayon lumineux est dit incident avant d'avoir rencontré la surface réfractante (appelée dioptre), il est dit réfracté après avoir rencontré cette dernière ;
- Le point de rencontre du rayon incident et du dioptre est appelé point d'incidence ;
- Le plan contenant le rayon incident et la normale au dioptre, au point d'incidence est dit plan d'incidence ;
- L'angle orienté i1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon incident est dit angle d'incidence ;
- L'angle orienté i2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfracté est dit angle de réfraction ;
- Les angles i1 et i2 sont positifs si ils sont orientés dans le sens trigonométrique (sens inverse des aiguilles d'une montre), négatifs sinon.
On prend n1 l'indice de réfraction du milieu dans lequel se propage le rayon incident et n2 celui du milieu dans lequel se propage le rayon réfracté. Pour pouvoir énoncer la loi de la réfraction, il faut que le rayon réfracté, le rayon incident et la normale (au dioptre) soient dans un même plan qui est appelé le plan d'incidence et que le rayon incident et le rayon réfracté soient situés de part et d'autre de la normale. Lorsque n1 > n2 (et respectivement n1 < n2) le rayon réfracté (et respectivement : incident) se rapproche plus rapidement du dioptre que le rayon incident (ou réfracté). Cependant, il existe un cas particulier où le rayon réfracté (ou incident) se retrouve mathématiquement sur le dioptre (sa limite) : il y a alors réflexion totale.
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