Œil humain

L’Œil et l’Optique : Œil
Œil humain
Yeux multiples d'une araignée (Maevia inclemens)
Yeux composés d'une mouche (Holcocephala fusca)
L'œil (au pluriel les yeux) est l'organe de la vision, sens qui permet à un être vivant de capter la lumière pour
ensuite l'analyser et interagir avec son environnement
Dans le monde animal, il existe au moins quarante types d'organes visuels que l'on appelle « yeux ». Cette
diversité pose la question de l'origine de la perception visuelle. Les yeux les plus simples sont tout juste capable
de déceler la différence entre lumière et obscurité tandis que les yeux les plus complexes, comme l'œil humain,
permettent de distinguer les formes et les couleurs.
Sommaire
La formation d'une image
Schéma d'un œil humain

Caractéristiques optiques de l'œil
Les yeux peuvent être plus ou moins performants et ont tous des caractéristiques propres. Les différents yeux du
monde animal ont des caractéristiques optiques très différentes, souvent liées au mode de vie de l'animal.
Sensibilité
La sensibilité de l'œil est la quantité minimale de lumière qu'il est capable de percevoir. La sensibilité dépend
essentiellement de la taille de l'œil, mais aussi de sa géométrie et notamment de la présence d'autres structures
ombrageantes diminuant la quantité de lumière incidente. De plus, la sensibilité de l'œil est souvent modulable
par l'animal, par exemple par la présence d'un diaphragme chez les mammifères modifiant la quantité de lumière
admise.
Résolution
La résolution est la plus petite différence d'angle perceptible entre deux rayons incidents. Elle correspond
donc à la précision de l'image que l'œil est capable de former, et à la quantité de détail que l'œil sera capable de
percevoir. Elle dépend du type de système optique permettant de former l'image et de sa performance. Elle est
notamment limitée par le phénomène de diffraction de la lumière dans le cas des images formées par
réfraction. Elle dépend aussi du nombre de photorécepteurs: la résolution est égale à l'angle qui sépare le
centre de deux récepteurs adjacents. Cependant, on observe que c'est rarement la densité de photorécepteurs
qui est limitant, mais plus souvent le système optique utilisé. Ceci montre une adaptation très fine du nombre de
photorécepteurs au système optique, permettant de limiter au maximum la perte de résolution. Enfin, la résolution
n'est souvent pas la même sur l'ensemble de la rétine, et les parties périphériques bénéficient souvent d'une
résolution plus faible que le centre de la rétine.
Contraintes physiques
Diversité des yeux dans le monde animal
Les yeux composés d'une mouche
L'oeil d'une grive litorne
Un œil de crocodile
Les yeux d'une araignée du genre Cheiracanthium
La crevette-mante est réputée pour avoir l'œil le plus complexe du règne animal.
Détection de la lumière
Chez tous les animaux, les yeux détectent la lumière grâce aux opsines. Cependant, les cellules nerveuses
spécialisées dans la sensibilité à la lumière, les cellules photoréceptrices, sont très diverses. On distingue deux
grandes catégories de photorécepteurs: les récepteurs rhabdomériques et les récepteurs ciliés.

Formation d'une image
Il existe deux grandes catégories d'yeux dans le monde animal, apparues chacune de nombreuses fois
indépendamment au cours de l'évolution. Dans ces deux types, l'image peut-être formée soit par ombrage, soit
par réfraction, soit par réflexion.
Les yeux simples ou camérulaires
Les yeux simples ne possèdent qu'une chambre de photorécepteurs, et s'opposent en cela aux yeux
composés. L'image peut se former par ombrage comme chez le nautile, par réfraction comme chez les
vertébrés ou par réflexion comme chez la coquille Saint-Jacques.
Œil en trou d'épingle
Le nautile est le seul exemple d'animal possédant un œil simple fonctionnant par ombrage.
Œil à lentille sphérique
Chez les vertébrés et certains mollusques, l'image est formée par réfraction grâce à la
disposition de matériau transparent à indice de réfraction élevé devant la rétine. Cette
structure permet de dévier les rayons lumineux et de concentrer tous les rayons provenant
d'une même direction sur une zone limitée de la rétine et donc de former une image.
Œil-miroir
Les yeux de la coquille Saint-Jacques forment une image par réflexion.

Œil humain
Un œil humain
Schéma anatomique de l'œil humain.
L'un des grands défis de la technologie
sera de fabriquer des « yeux
électroniques » capables d'égaler voire de
dépasser les aptitudes des yeux du monde
vivant pour, par exemple, remplacer l'œil
d'une personne qui aurait eu un accident.
Anatomie et physiologie de
l'œil humain
L'œil s'adapte en premier lieu à la lumière
ambiante. L'homme peut ainsi percevoir
avec une sensibilité équivalente en plein
soleil ou sous la lumière de la pleine
lune, soit avec une intensité lumineuse
10 000 fois moindre. Une première
adaptation provient de l'écartement de
l'iris qui en mode de nuit peut atteindre
une ouverture maximale de 7 mm pour des
jeunes gens (maximum qui décroît à 4 mm
avec l'âge). Comme chez la plupart des
mammifères, oiseaux, reptiles et poissons,
l'œil humain est constitué d'un globe
oculaire, formé de 3 enveloppes ou
tuniques :
la tunique externe, moyenne et interne.

Les récepteurs de l'œil
Les récepteurs de l'œil servent à décomposer les informations lumineuses en signaux électriques qui seront
envoyés au nerf optique.
 Chez l'homme, il existe 3 types de cônes (rouge, vert, bleu) servant à décomposer la lumière en
couleurs. Ils sont au nombre de quatre chez certains reptiles et oiseaux. Ceux-ci peuvent détecter
l'ultraviolet et leurs cônes ne détectent pas tout à fait les mêmes couleurs.
 Les bâtonnets limités à la lumière (luminance), plus rapides et plus sensibles que les cônes.
Chaque œil comporte environ 7 millions de cônes, et 120 millions de bâtonnets.
1. chambre postérieure (remplie d'humeur vitrée), 2. ora serrata, 3. muscle
cilliaire, 4. ligament suspenseur, 5. canal de Schlemm, 6. pupille, 7. chambre
antérieure (remplie d'humeur aqueuse), 8. cornée, 9. iris, 10. cristallin
cortical, 11. noyau du cristallin, 12. corps cilliaire, 13. conjonctive, 14.
muscle oblique inférieur, 15. muscle droit inférieur, 16. muscle droit médian,
17. veines et artères rétinales, 18. papille optique ou point aveugle, 19. lame
criblée, 20. artère rétinale centrale, 21. veine rétinale centrale, 22. nerf
optique, 23. veine vortiqueuse, 24. conjonctif, 25. macula, 26. fovéa, 27.
sclère, 28. choroïde, 29. muscle droit supérieur, 30. rétine.
Les tissus de l'œil
Comme chez la plupart des mammifères, oiseaux, reptiles et
poissons, l'œil humain est constitué d'un globe oculaire,
comportant :
 la cornée, partie antérieure du globe oculaire, lentille
transparente, elle est le hublot de l'œil
 la sclère ou sclérotique.
Fonctionnement optique
Modèle optique de l'œil
La première modélisation de l'œil, dit « œil réduit »
consiste à le considérer comme un dioptre
sphérique, muni d'un diaphragme et permettant de
se placer dans les conditions de Gauss permettant le
stigmatisme approché. Ce modèle permet de
comprendre la formation des images sur la rétine et
l'effet de la courbure (modifiée par le cristallin)
pour l'accommodation.
Le modèle pratique utilisé dans des activités
expérimentales consiste à modéliser la rétine par
un écran plat (feuille blanche) et le cristallin par
une lentille convergente. Modèle de l’objectif
d’une caméra !
Dans certains dispositifs didactiques la lentille est
une lentille souple constituée d'une membrane plastique que l'on peut remplir plus ou moins avec de l'eau. On
peut ainsi montrer l'accommodation et aborder les notions de punctum proximum et de punctum remotum.
L'utilisation d'une lentille en verre, permet de modéliser l'œil normal (emmétrope, vision nette à l'infini
sans accommodation) puis, en modifiant la distance écran-lentille, de modéliser la myopie (écran trop
éloigné) et l'hypermétropie (écran trop près), avec la possibilité ensuite d'ajouter une lentille correctrice
pour modéliser les lunettes de vue : analogie avec un objectif de caméra ou APN.