PARTIE I : vision - Lycée français de Valence

PARTIE I : vision
nales corrigées : partie 1Sciences1re ES1re LDe l’œil au cerveauAmérique du Nord2012
Un diagnostic après accident
Annales corrigées : partie 1Sciences1re ES1re LDe l’œil au cerveauAmérique du Nord2012
Mme L. a eu un accident au cours duquel elle s’est cognée violemment la tête. Elle est inquiète car, depuis l’accident, elle souffre d’un trouble de la vision des couleurs.
Elle est persuadée que ses yeux ont subi des lésions et qu’elle doit changer ses lunettes.
DOCUMENT 1
Les conditions ophtalmologiques de Mme L.
a. Compte rendu d’un rendez-vous de Mme L. chez l’ophtalmologiste avant l’accident
b. Compte rendu d’un rendez-vous de Mme L. chez l’ophtalmologiste après l’accident

DOCUMENT 2
IRM du cerveau de la patiente réalisée à la demande de l’ophtalmologiste après l’accident
Compte rendu : « On note une importante atteinte dans la partie postérieure et interne de l’hémisphère gauche (zone encadrée). »
Ph © Photo Researchers/Phanie
D’après acces.inrp.fr DOCUMENT 3
Vue de profil de la partie interne de l’hémisphère droit du cerveau humain
La région identifiée par des points correspond à une zone V4, que l’on retrouve sur les deux hémisphères et dont l’atteinte entraîne une perte de la vision des couleurs.

> Mme L. a subi plusieurs examens afin de découvrir l’origine de son trouble de la vision des couleurs.
Expliquez-lui, en vous appuyant sur des schéma(s), que ses anciens verres corrigeront toujours son défaut visuel d’avant l’accident et
qu’en changer ne résoudra pas le trouble apparu à la suite de son accident dont vous lui préciserez l’origine biologique.
Votre argumentation s’appuiera sur les documents et vos connaissances personnelles (qui intègreront entre autres les connaissances acquises dans différents champs
disciplinaires).
Interpréter la question
L’énoncé est clair : il s’agit de démontrer à Mme L. qui souffre de troubles dans la perception des couleurs, qu’ellene doit pas changer ses lunettes mais attendre qu’elle
se rétablisse de l’accident (le sujet fournit des documents relatifs au cerveau, ce qui laisse supposer que ses troubles sont d’origine cérébrale).
Comprendre les documents
 Le document 1 présente un examen ophtalmologique de Mme L. avant et après son accident, il s’agit donc de comparer les deux examens et de l’aider
à comprendre la signification des paramètres inscrits sur ces documents : vos connaissances interviennent là, notamment celles qui concernent la formation des images
par l’œil et leur correction.
 Le document 2 présente une IRM du cerveau de la patiente. Aidez-vous de la légende du document. Enfin le document 3 est à relier au document 2, et donc
aux troubles dont souffre Mme L. Il précise les conséquences d’une lésion de l’aire V4.
Organiser la réponse
C’est un sujet assez simple à organiser : une introduction ne semble pas forcément nécessaire, ou alors très brève : on est dans un mode de discussion orale appuyée
par l’étude de documents et des explications médicales. En revanche la conclusion est indispensable.
Il suffit de présenter les documents dans l’ordre, en étant le plus précis possible pour ce qui est relatif à l’analyse du document 1, ce qui fait appel à
vos connaissances. C’est ici notamment qu’il faut présenter les schémas demandés dans l’énoncé : on teste vos connaissances en optique.
CORRIGÉ :
Madame,
J’ai ici les résultats de vos examens ophtalmologiques.
Comme vous pouvez le voir, les résultats d’acuité sont les mêmes qu’avant votre accident : 2/10 à chaque œil pour la vision éloignée, 10/10 à chaque œil avec vos lunettes. Votre acuité
visuelle de près reste très bonne.
En conclusion, votre myopie qui était due à votre œil trop long ou trop convergent n’a pas été aggravée et les verres divergents que vous portiez pour corriger ce défaut doivent rester les
mêmes. Tout ceci est illustré par ce schéma précédent.
Par ailleurs, votre champ visuel est intact, l’examen du fond de l’œil (rétine) ne présente aucun défaut et votre sensibilité aux contrastes qui dépend du bon fonctionnement des cônes,
comme la sensibilité aux couleurs, est normale : les troubles que vous décrivez, relatifs aux couleurs que vous ne percevez plus dans votre champ visuel droit, ne sont donc pas liés à une
atteinte de la rétine.
Les nerfs optiques qui transmettent les informations provenant des photorécepteurs ne sont donc pas atteints non plus, ce qui est confirmé par le fait que votre pression oculaire est normale.
Une pression trop élevée provoque en effet des atteintes des nerfs optiques, ce qui n’est pas le cas ici.
Vos yeux sont donc intacts.
En revanche, l’IRM que vous avez réalisée montre une atteinte dans la partie postérieure et interne de l’hémisphère gauche. Cette zone correspond à l’aire visuelle 4 (V4) du cortex gauche
qui traite les informations provenant des récepteurs rétiniens du champ visuel droit (les fibres optiques qui transmettent les informations relatives au champ visuel droit se connectent en

effet au cortex de l’hémisphère gauche et inversement). Ainsi lors de votre accident les neurones corticaux impliqués dans le traitement de la couleur des messages portant sur le champ
visuel droit ont été atteints et ne sont plus fonctionnels.
Agir sur les verres optiques ne changera rien au fonctionnement de vos yeux qui est parfait après correction par vos lunettes. Heureusement le cerveau est capable de plasticité. Avec le
temps, la perte des neurones liée à votre accident sera compensée par d’autres neurones et vos troubles disparaîtront progressivement.
Annales corrigées : partie 1Sciences1re ES1re LLa formation des images. La couleur des objetsPondichéry2012
L’évolution des idées sur la vision
Annales corrigées : partie 1Sciences1re ES1re LLa formation des images. La couleur des objetsPondichéry2012
Dès le Ve siècle avant J.-C. différentes théories expliquant le phénomène de la vision se sont affrontées. On cherche à dégager comment, au cours du temps, la réflexion
et l’expérimentation de chercheurs ont contribué à écarter les idées fausses et à construire progressivement la conception actuelle de la vision.
DOCUMENT 1
La conception de la vision selon Aristote, philosophe grec (384-322 avant J.-C.)
Dans les Météorologiques, Aristote explique la perception de la couleur d’un objet par l’altération d’une sorte de rayon visuel émis par l’œil, qui perdrait de son intensité au
fur et à mesure de son éloignement.
Ainsi, la couleur perçue d’un objet dépendrait de sa distance par rapport à l’œil. Par exemple un objet blanc qu’on éloigne serait touché par un rayon visuel de plus en plus
affaibli et apparaîtrait, au fur et à mesure de son éloignement, d’abord rouge, puis vert, et enfin noir.
DOCUMENT 2
Le mécanisme optique de la vision d’après Alhazen, scientifique et philosophe arabe (965-1036)
« […] les géomètres appellent rayons, les rayons visuels par analogie avec les rayons solaires et les rayons du feu : en effet, les plus anciens d’entre eux considéraient
que la vision est au moyen d’un rayon qui sort de l’œil pour aboutir à l’objet vu, le rayon produisant ainsi la vision. […]
Quant à ceux qui considèrent que la vision est produite par le renvoi d’une forme de l’objet vu à l’œil, ils estiment que le rayon est la lumière qui se propage depuis l’objet
vu suivant des trajectoires rectilignes se rencontrant au centre de l’œil […] »
« Une trop forte lumière blesse les yeux. La vision ne provient donc pas de l’émission de l’œil vers l’objet, mais de l’inverse. » C’est la déclaration que fait Alhazen […].
Extraits tirés du Discours de la lumière d’Ibn al-Haytham (Alhazen) et de Quelques énigmes scientifiques de l’Antiquité à notre temps : retour à Delphes par Marcel Nordon.
DOCUMENT 3
Vers une compréhension du mécanisme de la perception des couleurs
Pour expliquer la perception des couleurs, Thomas Young écrit : « il est à peu près impossible d’attribuer à chaque point de la rétine un nombre infini de particules dont
chacune vibrerait à l’unisson avec chaque ondulation possible de la lumière. Il devient donc nécessaire d’en supposer le nombre limité, à trois par exemple… » Il émet
donc l’hypothèse de la présence de trois types de récepteurs dans la rétine.
En 1963, les travaux de Marks et d’autres équipes de physiologistes apportent un argument décisif en faveur de la théorie de Young, discutée depuis plus de 150 ans. À
l’époque, l’expérimentation sur des cellules de rétine humaine, beaucoup plus petites que celles des poissons, présentait des difficultés techniques qui semblaient
insurmontables.
Ils mesurent donc la quantité de lumière absorbée par des cellules visuelles de poissons rouges. Les résultats obtenus sont regroupés dans le graphique ci-dessous.
D’après « Données biochimiques et électrophysiques récentes sur la vision chromatique », L. Cornu, Année psychologique n° 67-2, 1967.
> Montrez que la conception de la vision d’Aristote a été progressivement remise en cause et ne peut plus être soutenue avec les
connaissances actuelles.
Votre argumentation s’appuiera sur les documents et sur vos connaissances, et sera illustrée par deux schémas simples présentant les théories opposées décrites par
Alhazen.
Interpréter la question
C’est un questionnement ouvert qui demande à mettre face-à-face les idées et théories d’un certain nombre de savants sur la vision des objets et la perception des
couleurs. Ceci appelle à mobiliser vos connaissances sur les deux sujets afin de reformuler et compléter les idées présentées.
Comprendre les documents
Les deux premiers documents présentent les idées d’Aristote et d’Alhazen. Le document 3 brosse un portrait des progrès réalisés au cours du temps, sur le
mécanisme de la vision et la compréhension des couleurs, à travers les théories de Young et les travaux de Marks. Ceux-ci sont traduits sous la forme d’un document qui
présente la quantité de lumière absorbée en fonction de la longueur d’onde par les récepteurs présents dans une rétine de poisson.

Organiser la réponse
 Vous devez exposer toutes les idées présentées dans les documents : il est donc judicieux de leshiérarchiser et de leur donner un titre. La démarche
demandée s’inscrit dans un cadre historique de l’évolution des idées, il semble donc logique de présenter chaque théorie ou fait expérimental dans un ordre chronologique
en perspective avec la théorie qui précède. Enfin, vous pouvez conclure par un court résumé qui démontrera votre vision d’ensemble de l’histoire des idées sur la vision.
 Citer une idée ou une phrase des textes des documents est parfois indispensable mais attention à ne pas paraphraser les idées des savants.
 Il faut également faire appel à vos connaissances sur les mécanismes de la vision des objets et des couleurs pour pouvoir répondre de façon complète,
notamment lorsque vous exploitez le document 3 basé sur les notions relatives à la nature de la lumière, et aux photorécepteurs.
 N’oubliez pas les deux schémas demandés où vous présenterez l’œil sous son aspect le plus simple vu en cours de physique-chimie.
CORRIGÉ :
Les idées sur la vision et la perception des couleurs sont les suivantes.
L’œil émetteur (Aristote)
Dans la conception d’Aristote, les rayons visuels émis par les yeux étaient les agents de la vision. Dans cette conception,la couleur des objets dépendait de la distance que parcouraient
les rayons émis par les yeux pour atteindre les objets : blanc lorsque les objets observés étaient proches, noir pour les plus lointains.
L’œil, un récepteur et non un émetteur (Alhazen)
Alhazen rappelle d’abord la position d’Aristote « un rayon qui sort de l’œil pour aboutir à l’objet vu » puis propose une conception totalement opposée. La vision résulte de la pénétration à
l’intérieur de l’œil de rayons lumineux émanant de l’objet, rayons qui suivent une trajectoire rectiligne. Il appuie sa conception sur un argument d’observation : une lumière éblouissante
« blesse les yeux », donc les rayons lumineux atteignent l’œil. Moins intense, la lumière doit permettre la vision. Selon cette conception toujours valable aujourd’hui, tout objet éclairé émet
de la lumière dans toutes les directions. Les yeux situés sur le trajet de rayons lumineux issus de l’objet les captent : ce ne sont pas des émetteurs mais des récepteurs.
La théorie trichromatique (Young)
Depuis Alhazen, on a montré que la rétine est la membrane sensible de l’œil et que c’est la formation d’une image qui la stimule et déclenche la naissance d’un message nerveux. Pour
Young, la lumière est constituée d’une infinité de radiations, chacune perçue comme une couleur différente. Existerait-il alors autant de récepteurs (« particules ») dans la rétine que de
radiations dans la lumière reçue ? Des récepteurs des radiations violettes, des récepteurs du bleu, du cyan, du vert, du kaki, etc. ? Young estime cela impossible. Puisque le mélange de
lumières verte et rouge est vu jaune par exemple (non dit dans le texte), il fait l’hypothèse de trois sortes de récepteurs dans la rétine, chacun présentant un maximum de sensibilité pour une
longueur d’onde. La couleur perçue dépendrait alors de l’intensité avec laquelle réagiraient ces différents récepteurs (exemple : récepteurs au vert + récepteurs au rouge stimulés = couleur
jaune perçue).
Les expériences de Marks et la validation de la théorie trichromatique
Depuis Young, des progrès considérables avaient été faits sur la structure de la rétine avec la découverte des photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets. Marks et ses collaborateurs ont
utilisé des poissons rouges. On peut supposer que ces derniers ont une vision des couleurs semblable à celle de l’Homme. Marks démontre l’existence dans leur rétine de trois types de
photorécepteurs, différant par leur spectre d’absorption : le premier type de photorécepteurs présente un maximum d’absorption pour des longueurs d’onde autour de 460 nanomètres (bleu),
le deuxième type de photorécepteurs absorbe surtout les longueurs d’onde voisines de 540 nanomètres (vert), le troisième type absorbe majoritairement autour de 660 nanomètres (orangé,
rouge). L’existence de trois types de récepteurs rétiniens différant par leur spectre d’absorption des radiations confortait la théorie trichromatique de Young.
Conclusion
Les idées d’Aristote sur la vision sont basées sur une conception émissive du rôle de l’œil et n’attribuent donc à la lumière que le rôle d’une condition nécessaire sans être agent. La
conception d’Alhazen représente une rupture, puisqu’elle inverse la conception d’Aristote. Les études par la suite vont s’inscrire dans le modèle d’Alhazen et le confirmer, l’approfondir, en
même temps que progressent les connaissances sur la nature de la lumière. La découverte de trois types de photorécepteurs rétiniens différant par leur spectre d’absorption confirme la
théorie de Young et affine ainsi la compréhension du rôle de la rétine de l’œil en tant que capteur des radiations lumineuses émises par les objets.
nales corrigées : partie 1Sciences1re ES1re LReprésentation visuelle : synthèseInédit2012
La Joconde incomplète