Illusions d`optique :

DOSSIER PROFESSEUR / Cycles 1, 2, 3 - Collège - Lycée
Ce dossier vous présente les éléments
techniques et pédagogiques de l'exposition
« Illusions d'optique : quand notre cerveau
nous joue des tours », ainsi que les
différents outils utilisés. Vous y trouverez la
documentation nécessaire à la préparation
de la visite.
Illusions d'optique :
quand notre cerveau
nous joue des tours
Présentation générale
3
L'animation
4
Le parcours de visite sur l'exposition
6
Ressources documentaires
10
Liens avec les programmes d'enseignement
11
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 2
Présentation générale
Les illusions d'optique sont des illusions qui trompent le système visuel humain et entraînent
une perception déformée de la réalité.
Dans vos yeux…
Après avoir traversé les différentes parties de l'œil, les rayons lumineux qui composent les
images que nous voyons vont converger sur la rétine. Là, des millions de cellules
photosensibles vont transformer les informations lumineuses en signal neuronal.
Les cônes, en vision centrale, vont coder les images fixes, nettes et colorées.
Les bâtonnets, en vision périphérique, vont coder les mouvements. Ils seront également
utilisés en vision nocturne.
… puis dans votre cerveau
Le signal neuronal sera transmis à la partie visuelle du cerveau (cortex visuel) grâce au nerf
optique.
Les perceptions visuelles utiles vont être associées et interprétées pour créer les détails de
l’image (mouvement, couleur, relief…) que vous voyez.
Une interprétation tellement performante qu’elle va parfois créer des impressions de
cohérence là où il n’y en a pas : des illusions d’optique.
L'exposition propose, à travers différentes observations et manipulations, de découvrir un
univers à la fois intrigant et déroutant, rempli d'astuces visuelles spécifiques permettant de
mettre en évidence les principes de fonctionnement du système visuel humain.
Exposition conçue par l'Exploradôme de Vitry-Sur-Seine et la Cité des télécoms.
Objectifs
- Comprendre le système visuel humain.
- Découvrir l'univers des illusions d'optique et leurs différentes familles.
- Comprendre pourquoi les illusions d'optique nous trompent.
Déroulement
L'exposition « Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours » se déroule en 90 min en
deux temps.
- L'animation dans l'auditorium (30 min) : découvrir ce qu'est une illusion d'optique et les grandes
familles des illusions d'optique grâce à des expériences et démonstrations.
- Le parcours de visite sur l'exposition (60 min) : explication de certains modules par le médiateur
puis découverte et manipulation des modules.
Le médiateur adapte son discours à chaque niveau.
Les élèves de cycle 1 découvrent quelques modules de l'exposition pendant 30 min.
Vous pouvez apportez votre appareil photo pour prendre en photo vos élèves sur certains modules.
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 3
L'animation
Animation dans l'auditorium pendant 30 min
Introduction :
Le médiateur propose une définition de l'illusion d'optique, présente les 3 éléments
permettant de voir et les grandes familles d'illusions.
Grâce à des expériences et des démonstrations, les élèves comprennent les rôles essentiels
joués par la lumière, les yeux et notre cerveau dans leur fonctionnement.
Illusions liées à la lumière :
Cycle 2 : mirascope
Mirascope
Arc-en-ciel
Cycle 3 : mot “illusions” à l'envers, arc-en-ciel
Collège : effet d'optique dans l'eau, mot « illusion » à l'envers
Lycée : mirage
Effet d'optique dans l'eau
Mirage
Illusions liées à l'œil :
Présentation des différents éléments de l'œil
(avec schéma et maquette démontable de l’œil)
Cycle 2 : thaumatrope
Cycle 3 : thaumatrope, tache aveugle
Thaumatrope
Tache aveugle
Grille d'Hermann
Drapeau canadien
Collège : grille d'Hermann, tache aveugle
Lycée : drapeau canadien, tache aveugle
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 4
Illusions liées au cerveau :
Présentation rapide du cerveau (avec schéma légendé)
Cycle 2 : l'éléphant à 4 ou 5 pattes
Cycle 3 : le trou dans la main, un œil fermé - un doigt
Collège : le trou dans la main, conflit de couleurs
Éléphant
à 4 ou 5 pattes
Lycée : conflit de couleurs, un œil fermé - un doigt
Trou dans la main
Un œil fermé - un
doigt
Conflit de couleurs
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 5
Le parcours de visite sur l'exposition
Parcours de visite sur l'exposition durant 60 min
Le médiateur présente quelques modules aux élèves. Il les invite ensuite à découvrir certains
modules par eux-mêmes et apporte des informations complémentaires par petits groupes.
L'exposition propose différents supports : panneaux d'informations, galeries d'illusions,
modules interactifs, vidéos, hologrammes, trompe-l’œil.
QUELQUES MODULES, PAR FAMILLE D'ILLUSIONS :
(détail des modules dans le dossier « Annexe »)
Selon le professeur Richard Gregory, psychologue anglais, on peut distinguer 3 familles
d'illusions d'optique :
Les illusions d'optique « physiques » (liées à la lumière)
Les illusions d'optique « physiologiques » (liées aux yeux)
Les illusions d'optique «cognitives » (liées au cerveau)
Les illusions d'optique « physiques »
Elles regroupent des illusions "réelles" comme les ombres, les miroirs,
les arcs-en-ciel...
Exemple de module : colorez votre ombre
Expérimenter
- Allumer les spots les uns après les autres et observer les
couleurs sur la paroi.
- Allumer un spot et placer sa main devant : combien d’ombres
obtient-on ? De quelles couleurs sont-elles ?
- Refaire l’expérience en allumant deux puis trois spots.
Comprendre
Il s’agit d’une illusion physiologique.
1. La main éclairée par un spot donne une ombre noire.
2. La main éclairée par deux spots (rouge et bleu) donne deux
ombres (bleue et rouge).
La lumière du spot rouge « remplit » l’ombre créée par le spot bleu et inversement.
3. La main éclairée par les trois spots (rouge, vert et bleu) donne trois ombres colorées.
Le mélange des couleurs des spots rouge et vert « remplit » l’ombre créée par le spot bleu.
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 6
Même chose pour les ombres des spots rouge et vert. En synthèse additive, les couleurs
primaires sont le rouge, le vert et le bleu. L'addition de ces trois lumières colorées donne du
blanc. L'absence de lumière donne du noir.
Info+ : il ne faut pas confondre la synthèse additive (lumière) et la synthèse soustractive (peinture). Dans la
synthèse soustractive, le mélange des couleurs primaires – cyan, magenta, jaune – donne du noir.
Découvrez d'autres illusions d'optique « physiques » dans le dossier « Annexe ».
Miroir anti-gravité
Disque de Newton
Ombre au mur
Les illusions d'optique « physiologiques »
Elles sont les effets sur l'œil d'une stimulation spécifique. Elles
comprennent les illusions dites "résiduelles" et celles liées au
"contraste", à "l'inclinaison" et au "mouvement".
Exemple de panneau : l'oiseau vert
Expérimenter
Observer fixement l’oiseau vert pendant une trentaine de secondes.
Regarder ensuite la cage vide… Que constate-t-on ?
Comprendre
Il s’agit d’une illusion physiologique liée à la persistance rétinienne.
Lorsque l'on regarde un objet coloré, nos yeux utilisent les cônes
de la rétine : des cellules sensibles au rouge, au vert ou au bleu.
Si notre observation est insistante, deux phénomènes se produisent :
- une image persistante dite « résiduelle » se crée durant quelques instants sur notre rétine.
On parle de persistance rétinienne.
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 7
- les cônes sensibles à la couleur regardée (ici du vert), saturent et cessent
leur activité. Les autres types de cônes continuent de fonctionner. Nous
conservons ainsi en mémoire une image dont la couleur est un mélange de
rouge et de bleu : du magenta.
Info+ : il est possible de reproduire cette illusion avec d'autres couleurs primaires (en lumière) et leur couleur
complémentaires.
Découvrez d'autres illusions d'optique « physiologiques » dans le dossier « Annexe ».
Disque de Benham
L'apparition
Le chat de Cheshire
Les illusions d'optique «cognitives »
Elles prennent en compte nos connaissances, notre mémoire... On
y retrouve les "illusions géométriques" (erreurs d'estimation, de
dimension, de direction...), les "illusions artistiques" (ambiguës et
paradoxales) et les illusions « subjectives ».
Exemple de module : la chambre d'Ames
Expérimenter
A faire à trois personnes.
- La première personne reste à l'extérieur de la chambre
d'Ames devant la fenêtre.
- Les deux autres se positionnent chacune dans un coin de
la pièce. Que voit la personne restée à la fenêtre ?
- Inverser les rôles...
Comprendre
Il s’agit d’une illusion cognitive.
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 8
Dans cette illusion, construite en 1946 par l’ophtalmologue
Adelbert Ames, plusieurs illusions sont associées :
- la chambre semble rectangulaire… alors qu’en réalité, le sol et
les murs sont de forme trapézoïdale.
- la personne « minuscule » est, en fait, située plus loin que la
personne « géante ».
Notre cerveau nous « montre » cette scène comme si elle se trouvait sur un plan en 2D.
C'est comme si nous « préférions » voir des personnes « anormales » plutôt qu’une chambre
à la forme étrange.
Info+ : cette technique est aussi utilisée dans le cinéma pour « faire grandir » ou « rétrécir » les acteurs,
notamment dans Le Seigneur des Anneaux, pour le peuple des Hobbits.
Découvrez d'autres illusions d'optique « cognitives » dans le dossier « Annexe ».
Mur de café
Escaliers impossibles
Sens dessus dessous
L'ensemble des modules et des panneaux est consultable dans le dossier « Annexe ».
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 9
Ressources documentaires
WEB
Illusions fixes et animées : géométriques, artistiques, liées au mouvement ou à la couleur
http://illusions.5sens.fr/#
http://illusionsoptiques.wordpress.com/plan-du-site/ii-les-differents-types-dillusions/
http://www.voyagesaucoeurdelascience.fr/illusions-optique/
Anamorphoses et illusions de street art
http://illusionstreetart.wordpress.com/
Expériences en lien avec des illusions physiques (lumière)
http://phymain.unisciel.fr/
Feuille à imprimer pour des effets de moirée
http://www.tourte.org/illusions-doptiques-animees-22466.html
VIDEOS
La structure de l’œil et le phénomène de la vision
http://www.youtube.com/watch?v=fnEd9PJHBUo (1min43)
http://www.youtube.com/watch?v=uoTrhX71HTw (5min52)
Le cerveau et la perception de la réalité (reportage Arte, 15 min)
http://www.youtube.com/watch?v=h58uJKf3PsM
Explication d'une illusion d'optique liée au mouvement (Emission Allô Docteurs, 7 min18)
http://www.allodocteurs.fr/actualite-sante-le-phenomene-de-l-illusion-d-optique-5145.asp?1=1#
LIVRES
Livre-kit
Le labo des illusions d'optique, Gallimard Jeunesse, 2012
Cahier d'activités
Illusions d'optique : cahier d'activités, Editions Usborne, 2013
Revues
Science&Vie Junior : n°238, juillet 2009, sur les illusions d'optique ; n°88, juin 2011, HS spécial Illusions
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 10
Liens avec les programmes d'enseignement
CYCLE 2
MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesures
DÉCOUVERTE DU MONDE : Se repérer dans l'espace et le temps
MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3
CYCLE 3
MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesures
SCIENCES EXPÉRIMENTALES ET TECHNOLOGIE : Lumières et ombres ; Fonctionnement du corps
humain
MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 ; Compétence 4
COLLEGE
MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesure
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE : Organisation et fonctionnement du corps humain
PHYSIQUE - CHIMIE : Lumière (sources et propagation rectiligne ; couleurs, images, vitesse)
MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 ; Compétence 4
LYCEE
MATHÉMATIQUES :
- Raisonner, démontrer (2ndes, 1ères et Terminales ES, L, STI2D, STD2A, STL).
- Avoir une critique vis-à-vis des résultats obtenus (1 ères et Terminales ES, L, STI2D, STD2A).
- Calcul des distances et des angles (1ères et Terminales S).
- Géométrie dans l’espace (1ères et Terminales S, STI2D, STD2A).
PHYSIQUE - CHIMIE :
- Observer - couleurs et images : Comment l’œil fonctionne-t-il ? D’où vient la lumière colorée ?
Comment créer de la couleur ? (1ères et Terminales S).
- Voir des objets : analyser et réaliser des images (1 ères et Terminales STD2A).
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE, BIOTECHNOLOGIE :
- Corps humain et santé (2ndes, Terminales S et ST2S).
- Biologie des protéines et biologie cellulaire (1ères et Terminales STL).
STI2D ; STD2A ; ST2S ; STL
Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 11
Ce dossier a été réalisé
par l'équipe de médiation
de la Cité des télécoms
de Pleumeur-Bodou / 2015-2016
Pour toute information pédagogique,
vous pouvez joindre l'équipe de médiation
au 02 96 46 68 50