Sciences Physique

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Sciences Physiques 1ES S. Zayyani
Fiche de Cours
Unité : Représentation visuelle
Chapitre: Chapitre 1 – L’œil
Pour que l’on puisse « voir un objet », il faut certaines conditions. Il faut surtout que l’œil « détecte » la
présence de l’objet.
Ceci entraîne l’arrivée de la lumière provenant de l’objet. Donc dans un premier temps il faut que l’objet
émette de la lumière. Cette lumière pourrait être créée ou produite par l’objet, et dans ce cas-là l’objet est
une source primaire de lumière (objet lumineux) ; ou la lumière pourrait être diffusée par l’objet, et dans cette
instance l’objet est une source secondaire de lumière (objet éclairé).
Mais dans un deuxième temps il faut des conditions propice au passage de la lumière de l’objet vers l’œil
humain, c’est-à-dire des condition nécessaire pour la propagation de la lumière. Rappelons-nous alors les
propriétés de la lumière :
La lumière se propage dans une ligne droite dans un milieu transparent et homogène. Un milieu qui ne
permet pas le passage de la lumière est dit opaque.
Une source lumineuse ponctuelle émet de la lumière dans tous les sens. Les rayons lumineux qui pénètre dans
l’œil forment un faisceau lumineux. (Si la source lumineuse est étendue, on le considère comme une
juxtaposition des objets lumineux ponctuels). Comme on voit dans la figure ci-dessous, quand la source
lumineuse s’éloigne l’angle du faisceau lumineux se rapproche de 0°, donc pour un objet situé très loin, dit « à
l’infini », les rayons pénétrant l’œil sont considérés comme parallèles.

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Même si physiologiquement la structure de l’œil paraît assez complexe, physiquement son fonctionnement
est basé sur quelques principes physiques simples et facilement modélisable. En gros l’œil est constitué d’une
lentille qui modifie le trajet de la lumière pénétrant dans l’œil (le cristallin) et un capteur de lumière situé
derrière la lentille (la rétine). Afin donc de pouvoir modéliser ce système optique il faut d’abord étudier
l’influence des lentilles sur le trajet de la lumière.
Lentilles minces
Dans un premier temps on limite la discussion aux lentilles dites « minces ». Une lentille mince est une lentille
dont l’épaisseur reste faible devant les rayons de courbure de ses faces. Il existe deux catégories de lentilles,
des lentilles convergentes, des lentilles divergentes.
 Des lentilles convergentes sont plus
épaisses au centre qu’au bord. Elles font
converger le faisceau lumineux qui les
traverse.
 Des lentilles divergentes sont plus épaisses
au bord qu’au centre. Elles font diverger le
faisceau lumineux qui les traverse.
Notre but là est la modélisation des systèmes optiques, et par conséquent le comportement des faisceaux
lumineux qui les traversent.
Les lentilles sont caractérisées par leur :
 Centre optique (O) : le point particulier où un rayon
incident n’est pas dévié
 Foyer image (F’) : le point de convergence des rayons
lumineux arrivant de l’infini (i.e. parallèles)
 Foyer objet (F) : le point dont l’image se trouve à l’infini
après traverser la lentille. Il est situé à la même distance que le
foyer image, par rapport au centre optique, mais de l’autre côté de
la lentille.
 Distance focale (f’) : la distance entre le foyer image et le
centre optique.
 Vergence (C) : Inverse de la distance focale.   
 . La vergence s’exprime en « dioptries » dont le
symbole est (quand est exprimé en mètre.

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Image donnée par une lentille convergente
Mettons en place maintenant les règles pour la construction graphique de l’image d’un objet donnée par une
lentille mince. En général si on prend un point B sur l’objet, on peut trouver son image en suivant les règles
suivantes :
 Un rayon lumineux passant par O n’est jamais dévié
 Un rayon arrivant, qui est parallèle à l’axe optique, émerge en passant par le foyer image.
 Un rayon arrivant, en passant par le foyer objet, émerge parallèle à l’axe optique.
En traçant au moins deux de ces trois rayons, le point B’ (image du point B) est situé à l’intersection des rayons
émergents.
Voilà un exemple :

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EX. 1||Tracer l’image d’un objet situé à 4 cm d’une lentille convergente de distance focale de 2 cm.
EX. 2 || Considérer une lentille mince de  
Tracer – sur une feuille de papier millimétré - l’image d’un objet d’une taille de   situé à
Nous avons maintenant tous les outils nécessaires pour la modélisation de l’œil. Ce modèle s’appelle l’œil
réduit, car on remplace l’ensemble des milieux transparents (humeur aqueuse, cristallin) par une lentille
mince convergente. Dans note modélisation, la rétine sera remplacé par un écran, où forment les images des
objets dont la lumière pénètrent l’œil. La distance entre la lentille et l’écran est de 17mm.
L’œil humain est soit dans un état de repos (les muscles ciliaires ne sont pas contractés), ou dans un état
d’accommodation (muscles ciliaires contractées). Dans son état de repos, le foyer image de l’œil est situé sur
la rétine, c’est-à-dire lumière provenant de l’infini se converge sur la rétine sans action musculaire de la part
de l’œil. Par conséquent si l’objet se rapproche de l’œil, sans accommodation, son image forme,
théoriquement, en arrière de la rétine.
Les muscles ciliaires, en se contractant, change la distance focale de la lentille, rapprochent le foyer image
jusqu’à ce que l’image se forme parfaitement sur la rétine : c’est l’accommodation.
On caractérise donc l’œil ainsi en déterminant son Punctum Remotum (PR) et son Punctum proximum (PP) :
 Punctum Remotum : est le point le plus éloigné vu nettement sans accommodation. Pour un œil
normale en bonne santé, le PR se situe à l’infini.
 Punctum Proximum : est le point le plus proche visible nettement au maximum d’accommodation. Le
PP est à environ 10 cm pour un enfant et se dégrade avec l’âge.

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Une modélisation de l’œil sera alors comme dans la figure ci-
dessus :
La différence principale, bien sûr, entre cette modélisation et
l’œil, est que la distance focale de la lentille dans notre
modèle est fixe, alors que l’œil est capable, grâce à l’action
des muscles ciliaire de changer sa distance focale (i.e.
accommodation). On peut remédier à ce problème en
changeant la lentille pour des différents objets en fonction de
leurs distances de l’œil.
Les défauts de l’œil
La quasi-totalités des êtres humains sont nées avec des yeux qui fonctionnent correctement dans la première
partie de la vie. Mais à partir d’un certain âge des défauts de vision peuvent se produire ; ce que l’on corrige
grâce aux lunettes. Nous allons donc comprendre le principe des défauts oculaires, en les étudiants avec
notre modèle de l’œil réduit.
D’abord quelques définitions ;
 Œil emmétrope : l’œil normal, c’est-à-dire un œil qui fonctionne normalement. L’œil au repos, voit
un objet lointain (i.e. situé à l’infini) parfaitement. Le PR est à l’infini, et le PP
est à environs 
 Œil myope : l’œil ne peut pas voir nettement un objet lointain. Le PR n’est plus à l’infini.
 Œil hypermétrope : L’œil ne peut pas voir nettement un objet situé à l’infini sans accommodation, et
par conséquent le PP est supérieure à celui d’un œil emmétrope.
 Presbytie : un défaut d’accommodation dû au vieillissement. Le cristallin perd son élasticité,
et donc le PP s’éloigne de l’œil.
Dans chaque défaut l’image de l’objet ne forme pas sur la rétine, et donc l’image vu est floue. Si on y pense,
on voit bien deux possibilités :
 L’image forme devant la rétine, donc l’œil est trop convergent : l’œil est myope.
 L’image forme derrière la rétine, donc l’œil n’est pas suffisamment convergent : l’œil est hypermétrope
(ou presbyte).