Performances de l'œil

L'œil humain est à la fois un instrument d'optique et un capteur relié au cerveau. Il reçoit la lumière émise ou réfléchie par les objets et la transforme en une « image » mentale qui constitue ce que l'on appelle « la vue ».

Les yeux sont aussi les organes les plus utilisés après le cerveau, sauf si la personne est non voyante ou aveugle ou très mal voyante. On estime à plusieurs centaines de milliers le nombre de mouvements que font les yeux en une journée, d'où la fatigue chez les personnes qui s'en servent très souvent et ou peut-être s'en servent mal.

Aspects optiques

L'objectif

C'est la présence du cristallin, dont la fonction est la même qu'une lentille ou un verre de lunette, qui donne la ressemblance avec un objectif. Mais il serait plus juste de dire que ce sont les objectifs qui sont inspirés de l'oeil humain. La différence avec les objectifs est que le cristallin a la propriété unique de se déformer et donc de changer de courbure. C'est ce qui permet "l'accommodation", sorte de mise au point permettant de voir nets des objets situés à des distances variables.

Pour poursuivre l'analogie, l'oeil regroupe en fait à la fois l'objectif (le cristallin) et le capteur (la rétine) d'un appareil photo. La lumière traverse la cornée, le cristallin, l'humeur vitreuse pour finalement atteindre la rétine.

Comparé aux objectifs modernes, et comparé aux yeux de certains autres animaux, l'œil humain est un assez médiocre instrument d'optique car il n'est constitué que d'une seule lentille, qui ne peut corriger ni les aberrations chromatiques, ni les aberrations géométriques. En effet, les lois de l'optique font que toute lentille forme des aberrations chromatiques, et qu'il faut au minimum une seconde lentille pour corriger les aberrations induites par la première. Enfin, à cause de la persistance rétinienne, l'oeil ne peut pas percevoir des mouvements trop rapides. Toutefois, il est aujourd'hui encore difficile de distinguer ce qui relève de l'oeil lui-même ou du post-traitement qu'effectue le cerveau. Ce dernier retourne l'image, améliore les aberrations de tous genres, réduit le flare et procure la sensation de relief. Ainsi, bien que l'oeil en lui-même soit limité, le couple oeil/cerveau constitue un système de prise de vue qu'aucune technologie ne peut aujourd'hui égaler, en matière de sensibilité, de dynamique ou de relief.

Les systèmes optiques fabriqués sont évidemment meilleurs lorsqu'il s'agit de variation de focale ou de zoom (ce que l'oeil ne sait pas faire), de macrophotographie ou de vision dans des fréquences qui ne sont pas celles de la couleur.

L'oeil demeure malgré tout l'un des résultats étonnants de l'évolution (voir les autres formes de l'œil chez l'animal). Quant à ses performances, elles sont aussi la preuve des adaptations successives aux besoins humains dans leur environnement de base. Ses besoins culturels et scientifiques ayant progressé, l'homme a construit les solutions techniques pour compenser ses limites dans les domaines qu'il a investi : l'astronomie, la microbiologie, l'examen de la nature, et toutes les techniques qui en ont découlé. Ainsi, l'on sait que le cinéma exploite la persistance rétinienne, qui est un "défaut" de l'oeil sans lequel le septième art n'existerait pas.

Le capteur

Les cellules visuelles, qui forment la rétine, au nombre de 131 000 000 environ, sont de deux types : des bâtonnets, +/- 125 000 000 particulièrement sensibles aux faibles lumières et des cônes +/- 6 000 000 à 7 000 000 qui permettent la discrimination des couleurs. Contrairement aux films et aux capteurs qui possèdent les mêmes propriétés sur toute leur surface, la rétine est peuplée densément au centre et de moins en moins en allant vers les bords, où l'on ne trouve plus que de rares bâtonnets.

La zone centrale est occupée par la macula ou tache jaune, d'environ 2 mm² et richement dotée en cônes et en bâtonnets. Le milieu de la macula est lui-même occupé par une petite dépression de 0,4 mm de diamètre, la fovea, où ne se trouvent que des cônes extrêmement serrés. C'est là que l'acuité visuelle est maximale, du moins en bonne lumière. La nuit, faute de bâtonnets, la fovea est aveugle et pour percevoir la lumière d'étoiles de faible magnitude, il faut regarder un peu à côté, en utilisant les cellules de la macula.

L'endroit de la rétine, d'où partent les fibres nerveuses vers le chiasma optique étant dépourvu de cellules sensibles, est appelé point aveugle  : "le cerveau compense le manque d'informations non seulement par la vision stéréoscopique des deux yeux mais également en comblant l'information d'un seul œil par un processus cérébral". Certaines expériences visuelles mettent en évidence cette tache et l'attitude du cerveau (le chat et la souris).

Acuité visuelle

La fovea correspond à un angle de vision d'environ 1,5° et c'est sur elle que nous amenons instinctivement l'image du point que nous sommes en train de fixer.

Loin de la fovea, l'acuité visuelle diminue rapidement jusqu'à devenir très médiocre, mais l'œil compense cette suffisance par une très grande mobilité grâce à laquelle il peut explorer les diverses parties du sujet qui se trouve devant lui.

Le cerveau, dont la rétine n'est qu'un prolongement, mémorise les résultats et s'adapte aux diverses situations pour constituer, avec les informations qu'il reçoit, une « image mentale » utilisable.

On imagine facilement que si les images de deux points distincts d'un sujet se forment sur une même cellule visuelle, ces deux points ne seront pas distingués mais au contraire perçus comme un point unique.

Les recherches ont montré qu'un œil normal pouvait séparer des points lumineux distants angulairement d'environ 1' d'angle (une minute), ce qui équivaut à environ 1/3000_eme de radian. Nous appellerons ε (epsilon) cet angle minimal.

Retenons la valeur du pouvoir séparateur angulaire maximal de l'œil : ε=1/3000 radian. Au mieux, l'œil sépare des détails de 0,33 mm à 1 m, ou de 3,3 mm à 10 m, ou de 3,3 cm à 100 m, etc.,

Aspects physiologiques

Encore faut-il, pour atteindre cette limite, que les points soient très contrastés par rapport au fond (deux étoiles proches, par exemple), ce qui n'est presque jamais le cas pour les objets du quotidien. Par ailleurs, ce pouvoir séparateur diminue avec la fatigue et avec d'éventuelles pathologies.

Pour les applications courantes, on adoptera plutôt ε=1/1500 radian. Cette valeur, plus proche des conditions habituelles et généralement suffisante, sera discutée plus loin.

Avec l'âge, le cristallin perd sa souplesse et, passé 40 ans, chacun est affligé de "presbytie" qui diminue le pouvoir accommodatif.

La vision binoculaire

Stéréoscopie

Il ne faut pas oublier que nous possédons deux yeux. Cela nous donne une vision du relief connue sous le nom de stéréoscopie.

Correction binoculaire et œil directeur

Le cerveau est capable de corriger les défauts de vision d'un œil en utilisant l'autre.

On remarque assez facilement que quand on regarde devant soi, on ne voit pas de la même façon des deux yeux.

L'expérience est facile à faire : regardez un objet lointain et placez un doigt levé à bout de bras dans votre champ de vison (faites la mise au point sur l'objet et non sur votre doigt). Vous allez distinguer deux images de votre doigt, floues. Fermez un œil, puis fermez l'autre. Après quelques essais, vous allez remarquer que quand vous fermez un des yeux, le doigt ne semble pas bouger. Quand vous fermez l'autre, vous avez l'impression que le doigt bouge.

Quand le cerveau a vu deux images, il savait avec certitude qu'il n'y avait qu'un seul doigt. Il a donc essayé de donner une priorité à une des deux images sur l'autre : l'œil qui fournit cette "meilleure" image est appelé œil directeur. Un droitier peut avoir l'œil gauche comme œil directeur, et vice versa. Cela peut se révéler un peu gênant pour tirer au fusil, ou plus encore à l'arc (car un droitier qui a son œil directeur à gauche devra tirer avec un arc pour gaucher; il aura donc moins de puissance dans son bras gauche par rapport à un gaucher).

Application à la photo

Avec un peu d'entraînement, et à condition de ne pas utiliser des focales extrêmes, on peut photographier et garder les deux yeux ouverts. C'est particulièrement intéressant avec un appareil Reflex car la visée disparaît pendant la prise de vue.

L'œil "libre" permet aussi d'anticiper la photo car il voit au-delà du cadre.

Au bout de quelques secondes, même si l'image d'un des yeux est floue (cas du myope sans lunettes qui corrige l'œil de visée avec l'oculaire de l'appareil photo), on finit par ne plus voir qu'une image, avec les collimateurs de l'objectif superposés.

Cette situation est assez fatiguante, il n'est pas recommandé de la prolonger trop longtemps.

Certaines personnes ambidextres ne sont pas capables de fermer un seul oeil à la fois et éprouvent donc des difficultés avec les appareils de prise de vue réflex.

Application à la lecture

D'après une étude^[1], il semblerait pendant une lecture "normale" que les yeux balayent les lettres d'un mot plusieurs fois : d'abord la reconnaissance de chaque lettre par les yeux puis chaque œil rebalaie les lettres et le cerveau reconstitue ensuite le mot.

Notes et références

Voir aussi

• Vision
• Acuité visuelle

• le wikilivre de photographie et en particulier le chapitre consacré à la netteté des images photographiques