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Sur quel modèle biologique l'homme s'est-il appuyé pour créer la photographie ?

L'oeil

Dans cette partie, nous nous intéresserons aux propriétés physiques et organiques de l'oeil. Nous commencerons par décrire les différentes parties qui composent le globe occulaire, puis nous expliquerons le fonctionnement global de l'oeilet enfin nous dresserons une comparaison avec l'appareil photographique.
Pour comprendre la sructure du globe occulaire, nous avons réalisé une dissection en laboratoire d'un oeil de boeuf.
» voir ici Dissection de l'oeil

I. L'oeil et son fonctionnement

L'œil en latin se dit « ox ». De là viennent les mots « atroce » (atrox), horrible à voir et « féroce » (ferox), qui a l'œil fier, farouche d'une bête sauvage.
En Occident, depuis des temps très anciens, on croyait que c'était l'œil lui-même qui envoyait des rayons lumineux à l'extérieur. Ensuit, les connaissances ont évolué dans le domaine de l'optique avec Descartes et Kepler.
Il est sensible non seulement aux longueurs d'onde comprises entre 390 nm et 780 nm (longueur du spectre dit visible), mais aussi à une région limitée de l'ultraviolet (jusqu'à 310 nm) et de l'infrarouge (jusqu'à 1 050 nm).

     A. L'oeil

L'œil a la forme d'un globe à peu près sphérique (24 mm de long sur 22 mm de haut) délimité par une membrane dure, fibreuse et blanche, appelée sclérotique. En avant de l'œil, la sclérotique devient transparente : c'est la cornée.
(les mots soulignés seront définis ci-dessous)
Lorsque la lumière entre dans l'œil elle traverse la cornée, puis un liquide appelé l'humeur aqueuse. Immergé dans l'humeur aqueuse, se trouve un muscle circulaire, l'iris, qui est percé d'un trou, la pupille. L'iris sert de diaphragme et règle l'ouverture de la pupille afin de contrôler la quantité de lumière qui entre dans l'œil (le diamètre de la pupille peut varier entre 2 mm en pleine lumière et 8 mm dans 1'obscurité). Derrière l'iris se trouve le cristallin. qui se comporte comme une lentille convergente biconvexe. Il a une structure feuilletée comme celle d'un oignon et comporte 22000 fines couches. Le cristallin, en se contractant, fait varier la distance focale de la lentille équivalente de 15.6 mm à 24.3 mm. Derrière le cristallin se trouve un autre liquide, l'humeur vitrée. Le fond de l'œil est constitué de trois membranes : à l'extérieur, la sclérotique, en avant la choroïde qui a pour fonction de ne pas laisser passer la lumière vers l'extérieur (elle se comporte comme une couche noire), et enfin la rétine. C'est sur la rétine que se forme l'image produite par le cristallin. La rétine est formée de cellules photo réceptrices, les cônes et les bâtonnets, qui ont des fonctions différentes : les bâtonnets sont sensibles à très peu de lumière et ne distinguent pas les couleurs (ces cellules se comportent comme une pellicule très sensible en noir et blanc), les cônes ont besoin de beaucoup de lumière pour réagir mais distinguent les couleurs (chacune de ces cellules comprend trois pigments différents, l'un sensible préférentiellement au rouge, l'autre au vert et le troisième au bleu). Les informations enregistrées par ces cellules sont transmises au cerveau par l'intermédiaire du nerf optique. Il est à noté qu'une portion de la rétine, celle qui est reliée au nerf optique, ne contient aucune cellule sensible à la lumière : il existe donc un point de l'œil que l'on appelle le point aveugle. Il existe également une petite partie de la rétine qui forme une dépression, la tâche jaune ou fovéa : cette région ne contient aucun bâtonnet et contient énormément de cônes, c'est une région importante pour la vision "en couleurs ".

=> Les différentes parties de l'oeil

* La cornée : La cornée, directement au contact de l'extérieur, est une membrane transparente de structure régulière et ordonnée composée de 5 couches. C'est la structure qui a la plus grande sensibilité tactile du corps humain. Son rôle est de protéger le globe oculaire sur la face avant.

* L'humeur aqueuse : C'est un liquide transparent, continuellement filtré et renouvelé qui, avec le vitré, maintient la pression et la forme du globe oculaire.

* L'iris : Il fonctionne comme un diaphragme en dosant la quantité de lumière qui pénètre dans l'oeil. Son pigment détermine la couleur de l'oeil.

* La pupille : Office central de l'iris se comportant comme un diaphragme d'appareil photo : son diamètre varie en fonction de la luminosité. Plus la luminosité est faible, plus le diamètre de la pupille augmente et inversement.

* Le cristallin : Il fonctionne comme une lentille à focale variable, grâce à sa capacité de modifier sa courbure. Il est capable d'effectuer la mise au point pour obtenir la netteté à toute distance. La lumière entre par la cornée, traverse l'humeur aqueuse puis la pupille. Là, le cristallin fait converger les rayons sur la rétine.

* L'humeur vitrée : C'est un liquide gélatineux qui donne à l'oeil sa forme et sa consistance. Il représente 90% du volume de l'oeil. Il "colle" la rétine au fond de l'oeil en exerçant une pression continue.

* La choroïde : C'est une membrane pigmentée et vascularisée del'oeil, située entre la rétine et la sclérotique, se continuant en avant par l'iris.

* La rétine : Film très sensible sur lequel viennent se former les images. C'est une membrane nerveuse qui tapisse le fond de l'œil, d'environ 0,25 mm d'épaisseur et de surface à peu près égale à celle d'un timbre-poste dans laquelle se trouvent plus de 130 millions de cellules nerveuses.
Elle peut distinguer une lumière très faible, telle la flamme d'une bougie à une distance de 10 km dans l'obscurité totale. On peut distinguer plus de 100 nuances différentes et 750 niveaux de luminosité. La rétine contient deux types de cellules photosensibles: les cônes et les bâtonnets.

* Le nerf optique : Il représente la deuxième paire de nerfs crâniens : le nerf optique, 35 à 55 mm de long, s'étend de la papille au chiasma (photo) (croisement en X, total ou partiel des fibres des 2 nerfs optiques). Il comporte environ un million de fibres réparties en un grand nombre de faisceaux séparés. Son rôle est de transmettre l'image rétinienne au cerveau.

* La macula : appelée également tache jaune, contient en son centre une petite dépression, la fovéa. Cette dernière est la zone d'acuité maximum de l'oeil.

     B. Son fonctionnement

Lorsque l'oeil est normal (sans défaut visuel ou emétrope), et que l'objet se trouve loin, l'image se formant sur la rétine est perçue avec netteté.

Si au contraire, l'objet est proche, l'image se forme derrière la rétine. Le cristallin, très souple, jusqu'au environ de 40 ans, va se bomber, réalisant l'accommodation et ramenera l'image sur la rétine. Le cerveau va donc recevoir une image parfaitement nette.

On définit pour chaque œil :
- un punctum remotum : c'est le point le plus éloigné que l'œil peut voir net sans accommoder ;
- un punctum proximum : c'est le point le plus proche que l'on peut voir net en accommodant au maximum ;
- la distance minimale de vision distincte : c'est la distance entre l'œil et le punctum proximum.

Un œil normal voit net un objet situé à l'infini sans accommoder. Le punctum remotum est donc situé à l'infini. Le punctum proximum dépend, pour un œil normal, de l'âge : il est situé à 10 cm chez un enfant, 15 cm environ chez un jeune adulte, entre 28 et 40 cm pour une personne d'âge moyen et peut atteindre 100 cm aux environs de 60 ans. Devant cette diversité, on a l'habitude de définir un œil standard, appelé normal, pour lequel le punctum proximum est à 25 cm (c'est en particulier la distance à laquelle un jeune adulte peut lire longtemps sans se fatiguer).
Enfin, bien que la rétine soit, en première approximation, équivalente à un écran, nous voyons le relief. Cette vision du relief est due à la vision binoculaire, c'est-à-dire au fait que nous avons deux yeux. En effet, chaque œil regarde dans des directions différentes (fermez l'œil droit et regardez un crayon tenu à bout de bras : fermez maintenant l'œil gauche et regardez toujours le crayon, vous le verrez plus à gauche), ce qui implique que l'image d'un objet donnée par chaque œil n'est pas située au même endroit de la rétine. L'œil droit voit mieux la partie droite d'un objet que l'œil gauche et réciproquement. C'est ce phénomène qui est à l'origine de la vision du relief. Ainsi une personne n'ayant qu'un oeil ne voit pas en relief.

     C. Analogie

Il est possible de comparer l'oeil avec l'appareil photographique.

Mais les appareils sont de plus en plus dotés de zooms performants assurant un avantage certain sur l'oeil.
De plus la caméra numérique se développe alliant aussi bien photos et vidéos de bonnes qualités, jouant ainsi un double rôle.
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