ANNEXE - Cité des télécoms

 Illusions d'optique :
quand notre cerveau nous joue des tours
ANNEXE 1 ILLUSIONS D’OPTIQUE QUAND NOTRE CERVEAU NOUS JOUE DES TOURS Peut­on toujours croire ce que l’on voit ? Les illusions d'optique sont les témoins des mécanismes de la vision. Elles confirment que notre perception du monde est assez éloignée d'une simple photo. Notre cerveau interprète constamment les signaux transmis par nos yeux. Il essaie de construire des images qui auront du sens pour nous, mais il peut lui arriver d'en mettre là où il n'y en a pas... Une exposition co­réalisée par l'Exploradôme et la Cité des télécoms 2 SOMMAIRE ZONE 1
5
1.
FAMILLE DES ILLUSIONS D’OPTIQUE (panneau d’information) 5
2.
ORIGINE DES ILLUSIONS D'OPTIQUE (panneau d’information) 6
3.
LE TROMPE­L’OEIL (panneau d’information) 6
4.
TETE À TETE 7
5.
EINSTEIN 3D 7
6.
LA CHAMBRE D’AMES 8
7.
MUR DE CAFE 9
8.
SENS DESSUS DESSOUS 9
9.
CADEAU SURPRISE ! 10
10.
ESCALIERS IMPOSSIBLES 10
11.
LES YEUX BLEUS 11
12.
LES STEREOGRAMMES 11
13.
LES 2 TOURS DE PISE 12
14.
L’EFFET DE MOIRE 12
15.
« ANAORPHOSES MONUMENTALES » 13
16.
TACHE D'ENCRE 13
17.
TRIANGLE DE PENROSE 13
18.
L’OISEAU VERT 14
19.
LES IMAGES HYBRIDES 14
20.
IMPOSSIBLE ELEPHANT 15
21.
LA FAMILLE DU GENERAL 15
22.
LA VIEILLE DAME 16
23.
« TROMPE­L’ŒIL DU TRICK EYE MUSEUM » 16
24.
LA BALLE AU BOND 17
25.
2 POIDS, 2 MESURES 17
26.
CERCLE DE DISCUSSION 18
27.
LA SILHOUETTE 18
28.
LE CHAT DU CHESHIRE 19
29.
LA SPIRALE INFINIE 20
30.
DISQUE DE BENHAM 20
31.
LA PAUME PERDUE 21
3 ZONE 2
22
32.
LA LUMIERE (panneau d’information) 22
33.
COULEUR DES OBJETS (panneau d’information) 23
34.
LES HOLOGRAMMES (panneau d’information) 24
35.
L'ILE DE LA LUMIERE 25
36.
CONFLITS DE COULEURS 27
37.
LES SERPENTS DE KITAOKA 27
38.
L'APPARITION 28
39.
SPIRALE DE FRASER 28
40.
ECHIQUIER D'ADELSON 29
41.
« ILLUSIONS SUR TABLE » 29
42.
ILLUSION A DAMIER 29
43.
A TABLE ! 30
44.
LA GRILLE D'HERMANN 30
45.
JEUNES CERCLES EN FLEUR 31
46.
ILLUSION DE ZOLLNER 31
47.
« HOLOGRAMMES FAITS DE LUMIERE » 32
48.
LA FONTAINE LUMINEUSE 32
49.
PASSAGE EN COURBE 33
50.
BOUTEILLES INVISIBLES 33
51.
CHAISE DE GEANT 34
52.
PANIER INFERNAL 34
53.
LE DISQUE DE NEWTON 35
54.
ANAMORPHOSE A MIROIR 35
55.
MIROIRS DEFORMANTS 36
56.
FONDRE ET SE CONFONDRE 38
57.
MIROIR ANTi GRAVITE 38
58.
OMBRE AU MUR 39
59.
COLOREZ VOTRE OMBRE 39
60.
GENERIQUE D‘EXPOSITION (panneau d’information) 40
4 ZONE 1 1.
FAMILLE DES ILLUSIONS D’OPTIQUE (PANNEAU D’INFORMATION) Selon le professeur Richard Gregory, psychologue anglais, on peut distinguer : ­ LES ILLUSIONS D’OPTIQUE "PHYSIQUES" qui regroupent des illusions "réelles" comme les ombres, les miroirs, les arcs­en­ciel... ­ LES ILLUSIONS D’OPTIQUE "PHYSIOLOGIQUES" qui 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". ­ LES ILLUSIONS D’OPTIQUE "COGNITIVES" qui 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". 5 2.
ORIGINE DES ILLUSIONS D'OPTIQUE (PANNEAU D’INFORMATION) 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. 3.
LE TROMPE­L’OEIL (PANNEAU D’INFORMATION) Le trompe­l’œil est un genre artistique qui joue sur la perception de l’observateur. Pendant longtemps, une oeuvre artistique était jugée sur son réalisme. Il s’agissait pour l’artiste de reproduire un réel en trois dimensions sur une surface plane. Certains artistes sont allés plus loin avec le trompe­l’oeil. En jouant avec les ombres, la lumière, les textures et les lois de la perspective, ils réussissent à apporter à leur oeuvre une impression de profondeur et ainsi susciter chez l’observateur un sentiment de confusion. Lorsqu’il dépasse le cadre du tableau, le trompe­l’oeil peut envahir des murs entiers et figurer des illusions architecturales saisissantes. Les techniques de trompe­l’oeil sont ainsi souvent utilisées pour les décors de théâtre. 6 4.
TETE À TETE EXPERIMENTER ­ Observez d'abord la rangée de colonnes. ­ Observez ensuite les espaces entre ces colonnes. ­ Voyez­vous les personnages en tête à tête ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Naturellement, le regard a tendance à se focaliser sur le relief et ce sont donc les colonnes que vous remarquez en premier. Mais, si vous vous forcez à regarder le fond indépendamment des colonnes, vous apercevez les personnages en tête à tête. C’est une illusion d’optique : les personnages ne sont pas représentés, c’est votre cerveau qui vous permet de les voir en dessinant leur contour d’après celui des colonnes. 5.
EINSTEIN 3D EXPÉRIMENTER ­ Observez bien le visage d’Einstein en rotation. ­ Que remarquez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Connaissez­vous quelqu’un avec un visage concave (creux) ? Non, c’est pourquoi votre cerveau interprète automatiquement les deux visages de Einstein comme des visages normaux convexes (bombés). Les effets de lumière et les ombres que l’illusion provoque déterminent souvent le côté convexe ou concave d’un objet. Aussi, pour se convaincre qu’un objet concave est convexe, le cerveau se persuade qu’exceptionnellement, la lumière incidente provient du bas et non pas du haut (comme c’est souvent le cas). 7 6.
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... Et n'hésitez pas à prendre des photos ! COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. 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. 8 7.
MUR DE CAFE EXPERIMENTER ­ En vous aidant des poignées sur les côtés, faites coulisser les rangées pour former un damier. ­ Éloignez­vous de quelques mètres et contemplez le mur. Les lignes grises horizontales entre les rangées sont­elles droites ? ­ Recommencez l’expérience en décalant les panneaux vers la gauche ou vers la droite. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Lorsque les colonnes de carreaux noirs et blancs sont légèrement décalées à chaque rang, notre cerveau éprouve des difficultés à caractériser les angles droits. On a donc l’impression que les lignes horizontales sont courbes. C’est une illusion d’optique puisque les lignes grises restent pourtant parfaitement droites et parallèles. Cette illusion d’optique est connue sous le nom de “mur de café”. Elle est appelée ainsi car elle a été décrite pour la première fois par le Dr. Richard Gregory à partir de l’observation du mur d’un café de Bristol (Angleterre). 8. SENS DESSUS DESSOUS EXPERIMENTER ­ Regardez les deux visages. Quelles différences remarquez­vous ? ­ Retournez la photo qui est à l’envers. Voyez­vous d’autres différences entre ces deux photos ? COMPRENDRE Il s’agit d’un problème cognitif. Une fois la photo de droite remise à l’endroit, les deux visages qui apparaissaient presque identiques semblent maintenant très différents. Lorsque vous regardez un visage, votre cerveau analyse chaque élément (nez, yeux, bouche) et étudie sa position. Si le visage que vous regardez est à l’envers, votre cerveau ne parvient pas à étudier la position de ces différents éléments. Vous ne voyez donc pas que les yeux et la bouche sont mal orientés. 9 9.
CADEAU SURPRISE ! EXPÉRIMENTER A faire à deux. ­ Demandez à votre complice de se rendre derrière le module, d'entrer dans le caisson situé sous la flèche et de mettre sa tête dans le cadeau ! Placez­vous sur la marque au sol et regardez... Surprise ! COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. La « table » devant vous est en fait un caisson. Les deux faces apparentes sont des miroirs qui réfléchissent l’image du papier peint, donnant cette impression de vide sous la table. La personne qui entre dans le caisson donne ainsi l’impression à ceux qui l’observent que sa tête, coupée, est posée au milieu des cadeaux. 10. ESCALIERS IMPOSSIBLES EXPÉRIMENTER ­ Regardez la maquette sous tous ses angles. ­ Qu’observez­vous lorsque vous regardez à travers le monocle ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Cette maquette est une représentation 3D inspirée d’une célèbre lithographie « Montée et Descente » de M. C. Escher. L’artiste nous présente un escalier qui tout en s’élevant, revient contre toute attente, après 4 virages, à son point de départ. Si en 2D, une telle figure peut être dessinée... c’est impossible en 3D. Seule une vision monoculaire (en 2D à travers le monocle) permettra à cet escalier impossible de devenir réel. 10 11. LES YEUX BLEUS EXPÉRIMENTER ­ Positionnez le filtre rouge en forme d’iris sur l’œil gauche de la petite fille ; puis le filtre rectangulaire rouge sur son œil droit. ­ Que remarquez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive et physiologique. Cette illusion a été créée par le chercheur japonais A. Kitaoka. L’œil, sur lequel on a posé un filtre en forme d’iris rouge, est devenu gris. C’est normal puisque l’association du bleu et du rouge donne du gris. Par contre, malgré l’ajout du même type de filtre, l’œil droit de la petite fille conserve une teinte bleue… Notre cerveau cherche à nous montrer ce qu’il y a sous ce filtre. Il retranche un peu de rouge au gris obtenu, faisant redevenir l’œil droit bleu (car le filtre recouvre tous les éléments de cette partie de l’image). Sur l’autre œil, pour lequel rien n'indique qu’il est vu à travers un filtre rouge (le filtre ne recouvre que l’élément « œil »), notre cerveau n’intervient pas. 12. LES STÉRÉOGRAMMES EXPÉRIMENTER Approchez­vous de cette image à 50 cm et fixez­la en louchant. Faites comme si vous souhaitiez regarder un objet qui se trouverait derrière ou devant le panneau. Qu’observez­vous ? Soyez patient et n’hésitez pas à recommencer plusieurs fois l’expérience. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Ce sont des différences minimes entre les motifs répétitifs qui permettent à l’œil de voir une image 3D cachée dans le panneau. Celle­ci n’est visible qu’en stimulant notre vision stéréoscopique.Il est donc nécessaire de « régler » notre regard au devant ou à l’arrière du plan du panneau pour voir cette image 3D. 11 13. LES 2 TOURS DE PISE EXPÉRIMENTER Observez ces deux photos de la tour de Pise. Voyez­vous une différence entre ces 2 tours ? Laquelle est la plus penchée ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Cette illusion, réalisée par F. Kingdom (Université McGill, Canada), a remporté le prix de la « Meilleure illusion de l’année » en 2007. Les deux photos de la tour de Pise sont identiques et donc parallèles. Notre cerveau les considère comme faisant partie d’une seule et même scène. Il applique donc les lois de la perspective qui stipulent que 2 objets réellement parallèles doivent diverger sur une photo. Nos « tours parallèles » sont donc interprétées comme étant divergentes en dehors de la photo… 14. L’EFFET DE MOIRÉ EXPÉRIMENTER Faites coulisser de gauche à droite, puis de droite à gauche, le support transparent bariolé devant le panneau. Qu’observez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique et cognitive. Le moiré est un effet visuel d’interférences provoqué par la superposition de lignes sombres et claires. Le résultat est une série de franges qui se déforment et donnent une impression de mouvement. 12 15. « ANAMORPHOSES MONUMENTALES » Les anamorphoses sont des illusions qui ne s’observent que d’un seul point de vue. De nombreux artistes jouent avec les perspectives, les lumières et les formes des paysages pour créer des anamorphoses « grandeur nature » dans lesquelles les passants peuvent interagir. C’est le cas ici avec les œuvres des artistes Edgar Mueller (Allemand), François Abélanet, David Rendu (Français) et Constanza Nightingale (Chili). Durée du film : 7 min Dans le cadre de cette exposition, la Cité des télécoms présente, sur l’esplanade du Radôme, l’anamorphose Op’Kell, créée par F. Abélanet. 16. TACHE D'ENCRE EXPERIMENTER Regardez cette tache d'encre... Que voyez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Lorsque vous voyez cette image pour la première fois, il faut un certain temps d'adaptation à votre cerveau pour ne plus voir les taches noires mais un dalmatien dans la neige. Maintenant que vous avez vu ce chien, votre mémoire va enrichir vos perceptions sensorielles en y ajoutant des éléments qui ne proviennent pas de la perception actuelle, mais du souvenir d'une perception antérieure. Si vous revenez demain, vous apercevrez le dalmatien tout de suite. 17. TRIANGLE DE PENROSE EXPERIMENTER Les perspectives de ce triangle sont­elles possibles à obtenir dans la réalité ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Le triangle de Penrose est un objet impossible conçu par le mathématicien Roger Penrose dans les années 1950. Plusieurs tentatives de créer un objet solide qui ressemble au triangle de Penrose ont plus ou moins abouti. De telles formes peuvent être soit courbées, soit avoir une cassure. Mais vues sous un certain angle, elles donnent l’illusion du triangle complet. 13 18. L’OISEAU VERT EXPÉRIMENTER Observez fixement l’oiseau vert pendant une trentaine de seconde. Regardez maintenant la cage vide… Que constatez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique liée à la persistance rétinienne. Lorsque vous regardez un objet coloré, vos yeux utilisent les cônes de la rétine : des cellules sensibles au rouge, au vert ou au bleu. Si votre observation est insistante, 2 phénomènes se produisent : ­ une image persistante dite « résiduelle » se crée durant quelques instants sur votre rétine. On parle de persistance rétinienne. ­ les cônes sensibles à la couleur regardée (ici du vert), saturent et cessent leur activité. Les autres types de cônes continuent de fonctionner. Vous conservez ainsi en mémoire une image dont la couleur est un mélange de rouge et de bleu : du magenta. 19. LES IMAGES HYBRIDES EXPÉRIMENTER Reculez de 5 m jusqu’à la marque au sol. Sélectionnez l’un des visages ou objets présents sur ce panneau. Maintenant, à pas réguliers, revenez vers le panneau sans quitter du regard la vignette choisie. Qu’observez­
vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique et cognitive. Les vignettes du panneau ne sont pas les mêmes lorsqu’on les regarde à 50 cm ou à 5 m. Les images « hybrides » de Aude Oliva (MIT) combinent deux images en haute et basse définition. Notre système visuel étant plus sensible aux hautes définitions, ce sont ces images ­ plus précises ­ qui sont vues lorsque nous sommes près du panneau. Par contre, dès que nous nous éloignons, les détails s’estompent et ce sont les images en basse définition, floues, qui deviennent visibles faisant ainsi apparaître une image globale différente. 14 20. IMPOSSIBLE ÉLÉPHANT EXPÉRIMENTER Combien de pattes possède cet éléphant ? 4, 5 ou 6 ? COMPRENDRE Il s’agit d'une illusion cognitive. Roger Shepard (psychologue à l’Université de Stanford, Californie) est connu pour ses recherches sur la perception et la cognition. Ses nombreux dessins et schémas mettent en jeu diverses illusions visuelles et paradoxes perceptifs. Cette illustration est évidemment impossible. Elle montre ce que Roger Shepard appelle une impossibilité figure­fond : « certaines parties de l’objet, en l’occurrence, les pattes de l’éléphant, deviennent le fond, et vice versa ». 21. LA FAMILLE DU GÉNÉRAL EXPÉRIMENTER Combien de visages se cachent dans cette peinture ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Octavio Ocampo est un peintre, sculpteur, danseur, acteur, né en 1943 au Mexique. La particularité de ses peintures est l’assemblage d’objets, de personnes ou d’animaux dans le but de composer des portraits et des paysages. Dans ce tableau, Octavio Ocampo a caché 9 visages : 4 visages se trouvent en haut à gauche (de chaque côté de la sculpture), 1 visage en haut à droite et 4 visages au milieu. 15 22. LA VIEILLE DAME EXPERIMENTER Observez attentivement cette illustration. Voyez­vous une jeune ou une vieille femme ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Cette illusion "artistique ambiguë" représente à la fois une jeune et une vieille femme. Elle peut en effet donner lieu à deux interprétations visuelles qui s’excluent mutuellement. Cela demande un effort pour aller à l’encontre de ce que le cerveau interprète : certaines personnes verront facilement la jeune et pas du tout la vieille ; pour d’autres ce sera l’inverse. 23. « TROMPE­L’ŒIL DU TRICK EYE MUSEUM » Participez aux scènes qui se déroulent dans ces deux peintures classiques. La première peinture vous propose de gagner quelques pièces... et de devenir complice d’un joueur de cartes dans la seconde. Alors... à vous de jouer et n’hésitez pas à prendre une photo souvenir ! Ces deux « trompe­l’œil » ont été réalisés par le Trick Eye Museum (Séoul, Corée ­ www.trickeye.com). 16 24. LA BALLE AU BOND EXPERIMENTER Suivez les indications à l’écran et regardez avec attention le petit film proposé. Comptez précisément le nombre de passes que se font les joueurs habillés en blanc. Une surprise vous attend... COMPRENDRE Les joueurs blancs se sont faits 17 passes... Mais avez­vous vu le gorille ? Les chercheurs ont montré que plus de 50% des personnes ne voient pas le gorille. Cette expérience réalisée par Simons & Chabris en 1999 montre que notre cerveau peut être victime de "cécité inattentionnelle". Bien que vos yeux observent toute la scène, votre cerveau n'est en effet pas capable d'analyser toutes les informations présentes. Le procédé est utilisé par les magiciens pour détourner l’attention des spectateurs. 25. 2 POIDS, 2 MESURES EXPERIMENTER Les poids A et B coulissent sur le même axe. ­ Soulevez le poids A à l’aide d’une main ­ Soulevez les poids A et B en même temps avec la même main. Que se passe­t­il ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Soulever les 2 poids en même temps a dû vous paraître plus facile que de soulever le poids A seul. On pourrait pourtant s’attendre au contraire. Notre cerveau part du principe logique qu’à diamètre égal, le cylindre le plus long est le plus lourd. Lorsque vous soulevez A et B en même temps, votre cerveau vous prépare donc à un effort important. Le cylindre B étant vide, ce n'est pas le cas. On a donc l’impression que A et B sont très légers et qu’il est plus facile de les soulever ensemble plutôt que de remonter A tout seul. Une illusion visuelle peut donc produire une illusion musculaire. 17 26. CERCLE DE DISCUSSION EXPERIMENTER 1. Faites tourner doucement le vase noir. 2. Voyez­vous les deux personnages discuter ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Dans un premier temps, vous voyez le vase noir sur un fond blanc car votre attention est naturellement attirée par les objets en 3 dimensions. Ensuite, si vous concentrez votre regard sur le fond, vous voyez le contour des deux visages blancs se détacher d’un fond noir. Les deux visages semblent se parler lorsque le vase tourne car leurs profils sont définis par ses contours irréguliers. 27. LA SILHOUETTE EXPÉRIMENTER ­ Observez bien la danseuse. ­ Dans quel sens tourne­t­elle ? ­ Essayez maintenant de la voir tourner dans l’autre sens... COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Cette illusion a été créée par le web designer japonais N. Kayahara. 80% des gens voient la danseuse tourner dans le sens des aiguilles d’une montre… mais il est également possible de la voir tourner dans l’autre sens. L’illusion est créée par le manque de repères visuels, par l’angle de vue avec lequel l’observateur regarde l’image et éventuellement par l’existence d’un œil directeur qui dirige l’alignement de nos yeux. La jambe levée peut ainsi être soit sa jambe droite, soit sa jambe gauche... 18 28. LE CHAT DU CHESHIRE EXPÉRIMENTER A faire seul ou à deux. ­ Asseyez­vous face à face (ou devant la photo si vous êtes seul). Appuyez votre front contre le masque. ­ Basculez le miroir, d’un côté ou de l’autre, de façon à voir le reflet du disque blanc dans le miroir. ­ Maintenant, levez le bras situé du côté de ce disque et bougez­le de haut en bas... ­ Qu’observez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique et cognitive. Cette expérience rappelle le Chat de « Alice au Pays des Merveilles » qui disparaissait en laissant son sourire sur place. Cette illusion est due à une caractéristique du système visuel qui rend prioritaire la perception du mouvement par rapport à celle des formes et des couleurs. On pense que les yeux et la bouche restent visibles parce que ce sont les traits les plus importants d’un visage. 19 29. LA SPIRALE INFINIE EXPERIMENTER ­ Faites tourner le disque très rapidement. ­ Regardez fixement la spirale en comptant jusqu’à 15 puis regardez le sol. Qu'observez­vous ? ­ Que se passe­t­il si le disque tourne dans le sens inverse ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. La spirale semble s’éloigner et le sol semble se rapprocher. L’œil et le cerveau détectent les mouvements d’approche ou d’éloignement. Ici la spirale semble s’éloigner indéfiniment et notre vision s’habitue à ce mouvement. Si vous arrêtez d’observer la spirale, le cerveau réagit en vous faisant percevoir le mouvement inverse. 30. DISQUE DE BENHAM EXPERIMENTER ­ Faites tourner le disque blanc et noir à grande vitesse. Que voyez­vous apparaître ? ­ Observez les changements si vous changez la vitesse ou le sens de la rotation. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique. Pour percevoir les couleurs, notre œil dispose de capteurs sensibles à la lumière rouge, verte ou bleue. En mélangeant ces trois couleurs, on peut reconstituer toutes les teintes existantes. Le blanc correspond à la stimulation de tous ces capteurs et le noir à l'absence de stimulation de tous ces capteurs. Si on alterne rapidement des motifs blancs et noirs, nos capteurs ne réagissent plus simultanément. Des couleurs apparaissent alors à la place du blanc et du noir. 20 31. LA PAUME PERDUE EXPERIMENTER ­ Faites tourner lentement le disque et fixez le pendant une quinzaine de secondes. ­ Regardez ensuite, de très près, la paume de votre main. Que se passe­t­il ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. La paume de votre main semble tourner dans le sens inverse de la rotation du disque. Quand on regarde le disque tourner, les yeux et le cerveau s’habituent à la vision de ce mouvement. Lorsque le disque s’arrête le cerveau a une réaction contraire et semble percevoir un mouvement de rotation dans le sens inverse. 21 ZONE 2 32. LA LUMIERE (PANNEAU D’INFORMATION) La lumière est la partie des ondes électromagnétiques visible par l’oeil humain. Comme tout rayonnement électromagnétique, elle possède à la fois les propriétés d’une onde et d’une particule. Sources de lumière ­ Les sources primaires sont des corps qui produisent la lumière qu’ils émettent. C’est le cas du Soleil, des flammes, des vers luisants... ­ Les objets diffusants sont des corps qui renvoient la lumière reçue. Vitesse de la lumière La vitesse de la lumière est de 300 000 km/s dans le vide. Elle varie suivant la nature des milieux traversés (indices de réfraction). Comportements de la lumière Suivant la nature des objets rencontrés, on parle de : ­ réfraction, lorsque la lumière change de direction et de vitesse au passage d’un milieu à un autre. ­ diffusion, lorsqu’elle est réfléchie de façon aléatoire ou régulière. ­ absorption, lorsqu’elle est absorbée par un corps quelconque. ­ diffraction, lorsqu’elle est déviée au passage à travers une ouverture très petite. 22 33. COULEUR DES OBJETS (PANNEAU D’INFORMATION) La couleur des objets dépend de trois facteurs : ­ Ce que l’objet absorbe Un objet est rouge si la matière qui le compose absorbe toutes les radiations de la lumière blanche, sauf le rouge, qu’elle renvoie. ­ La couleur de la lumière éclairant cet objet Un objet rouge éclairé avec une lumière rouge ou une lumière jaune (mélange de rouge et de vert) apparaît rouge. Mais un objet rouge éclairé avec une lumière verte ou bleue, apparaît noir. ­ Les propriétés de l’oeil Comme le nombre et les caractéristiques des cônes et des bâtonnets (cellules photosensibles de la rétine) diffèrent pour chaque être humain, chacun perçoit la lumière et ses variations avec quelques différences. Mélange des couleurs On parle de synthèse additive quand on additionne plusieurs sources lumineuses colorées pour former une nouvelle couleur. En additionnant le rouge, le vert et le bleu du spectre visible, on recompose la lumière blanche. Dans la synthèse soustractive, tout est inversé. Les pigments qui se mélangent absorbent de plus en plus de lumière et deviennent de plus en plus sombres. Synthèse soustractive Synthèse additive . 23 34. LES HOLOGRAMMES (PANNEAU D’INFORMATION) Le principe de l’holographie a été découvert par Dennis Gabor en 1948. D. Gabor a reçu le prix Nobel en 1971 pour cette découverte. Fabrication d’un hologramme L’hologramme est le fruit de l’interférence entre deux faisceaux laser : ­ l’un envoyé sur une plaque holographique, ­ l’autre, sur l’objet modèle. La lumière réfléchie par l’objet et celle directement issue du laser se rencontrent sur la plaque où elles vont produire des interférences. L’holographie par réflexion est la technique de fabrication la plus courante. Elle permet de voir les hologrammes grâce à la lumière du jour ou celle d’une lampe. Quelques propriétés étonnantes ! Vous ne voyez pas l’objet de la même manière selon l’endroit d’où vous le regardez. Si vous découpez votre hologramme, vous verrez l’objet en entier sur chaque petit morceau obtenu. Applications Conservation, art, stockage, contrôle et mesure. Hologramme par réflexion 24 35. L'ILE DE LA LUMIERE EXPÉRIMENTER ­ Testez les expériences présentées sur le panneau devant vous en combinant les différents miroirs, prismes et filtres. ­ Qu'observez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. L’utilisation des différentes sources lumineuses, filtres colorés, miroirs, lentilles et prismes qui se trouvent sur la table, mettent en évidence, entre autres : ­ la décomposition de la lumière blanche et l’obtention d’un arc­en­ciel, ­ l’absorption, par un filtre, de longueurs d’onde qui modifieront la couleur de la lumière, ­ les propriétés géométriques (réfraction et réflexion) de la lumière mises en évidence par les lois de Snell­
Descartes. 25 26 36. CONFLITS DE COULEURS EXPERIMENTER ­ À voix haute et le plus vite possible, donnez la couleur dans laquelle est écrit chaque mot. ­ La lecture de la liste toute entière est­elle fluide ? COMPRENDRE Il s’agit d’un conflit cognitif. L'effet « Stroop » désigne le conflit entre une tâche principale et un processus automatique. Ici, la tâche principale est la reconnaissance de la couleur. Elle entre en conflit avec la lecture qui, au fil de l’apprentissage, devient un processus automatique. Inversement, quelqu’un pour qui la lecture n’est pas encore un processus automatique, un jeune enfant par exemple, n’aura aucun mal à énoncer cette liste. 37. LES SERPENTS DE KITAOKA EXPERIMENTER - A quoi est dû ce mouvement incessant mais illusoire de ces serpents s’enroulant sur eux­mêmes ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Akiyoshi Kitaoka, professeur en psychologie à Kyoto, utilise ici la répétition de quatre couleurs aux luminosités différentes pour produire un mouvement illusoire. Lorsque ces variations de luminosité sont captées par notre vision périphérique (vision utilisant les bâtonnets qui détectent ce qui bouge et nous renseignent sur l’environnement qui nous entoure), le cerveau les interprète comme un mouvement. Ce n’est pas le cas pour la vision centrale (vision utilisée pour fixer un objet). Si l’on fixe un seul serpent, il ne bouge plus… pourtant ses voisins continuent à s’enrouler. 27 38. L'APPARITION EXPERIMENTER ­ Regardez les quatre petits points au centre de l’image durant environ 30 secondes. ­ Fermez les yeux pendant 30 secondes. Que voyez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique. "L'Apparition" s’explique par un phénomène appelé « persistance rétinienne ». Une image qui se forme sur la rétine, reste « imprimée » quelques dixièmes de seconde avant de disparaître. Cela entraîne une saturation des cellules de la rétine sensibles à la luminosité ou aux couleurs. Dans notre illusion, la partie lumineuse de l'image sature et va alors nous sembler grise... laissant apparaître un visage bien connu. 39. SPIRALE DE FRASER EXPERIMENTER ­ Posez votre doigt sur la “spirale” et suivez le chemin... ­ Que pensez­vous de cette spirale ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Ce dessin n’est pas une spirale, il est constitué de cercles concentriques. Le fait d’observer des images constituées de formes compliquées ou répétitives, utilisant des couleurs très contrastées, oblige le cerveau à traiter beaucoup d’informations en même temps. Il suffit ensuite d’ajouter un effet supplémentaire (succession de blanc et noir), pour que le cerveau interprète mal les signaux qu’il reçoit. 28 40. ECHIQUIER D'ADELSON EXPERIMENTER ­ Les cases A et B ont­elles la même couleur ? ­ Utilisez la case, reliée au panneau, pour vérifier. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique et cognitive. Les cases A et B, par contraste avec leurs cases voisines, apparaissent sombre et claire dans notre rétine (aspect physiologique). En additionnant ces deux effets et en ajoutant l'impression de voir une ombre issue du cylindre, notre cerveau interprète les cases A et B comme étant de couleurs différentes (aspect cognitif). 41. « ILLUSIONS SUR TABLE » Les artistes Brusspup, Vamos Art, Kokichi Sugihara et Inthevif sont de véritables illusionnistes. Leurs œuvres ont été vues des milliers de fois sur YouTube ! Différents types d’illusions « sur table » sont proposés ici : anamorphoses, jeux de lumière, de perspective, en 3D… Avec un peu de patience, vous pouvez même essayer (comme l’équipe de médiation de la Cité des télécoms) de les reproduire chez vous. Durée du film : 13 min 42. ILLUSION A DAMIER EXPERIMENTER ­ A votre avis, de ces deux traits verticaux, lequel est le plus long ? ­ Aidez­vous de la barre verte reliée au panneau, pour vous faire une idée. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Pour deux objets de même grandeur, celui qui nous apparaît plus éloigné, à cause de l’effet de perspective, sera perçu comme étant plus grand. L’illusion de la pleine lune qui nous paraît immense lorsqu’elle se lève y trouve aussi son explication. L’effet de perspective de l’illusion présentée est ici renforcé par le damier sur lequel on se fie pour estimer la taille des deux traits. 29 43. A TABLE ! EXPERIMENTER ­ Les deux tables sont­elles de la même taille ? ­ Utilisez la forme géométrique reliée au panneau, pour vérifier. COMPRENDRE La table de gauche paraît plus longue et plus étroite que la table de droite et pourtant elles sont toutes les deux identiques. Lorsqu’une image en 3D est projetée en 2D, notre cerveau, pour donner une vision du monde plus proche de la réalité, exagère la profondeur des objets. La table de gauche paraît donc plus allongée que celle de droite. 44. LA GRILLE D'HERMANN EXPERIMENTER Ce phénomène découvert il y a plus de 100 ans est désormais un classique… Voyez­vous les points gris apparaître aux intersections entre deux lignes blanches ? Fixez maintenant une des intersections et vous verrez qu’elle n’est pas grise, mais blanche. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique d'origine rétinienne. L'apparition de points gris dans la vision périphérique s’explique par le phénomène "d’inhibition latérale rétinienne" (suppression de signaux nerveux faibles autour d’une zone stimulée afin d’accentuer le contraste). Ces points étant délimités par des zones blanches et noires, ils apparaîtront gris par contraste. Mais, lorsque vous regardez fixement une intersection, celle­ci paraît blanche. Dans ce cas, l’image se forme sur la fovéa qui est la zone de la rétine où l'appréciation des couleurs est la plus forte. 30 45. JEUNES CERCLES EN FLEUR EXPERIMENTER ­ Les cercles rouges sont­ils de tailles différentes ? ­ Déplacez le rond rouge relié au panneau, pour vérifier. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Sans référence, le cerveau ne peut pas déterminer de façon exacte les caractéristiques d’un objet. Ici, l’environnement de l’objet à mesurer est pris en référence. Ainsi, un objet a tendance à paraître plus petit lorsqu’il est entouré d’objets plus grands que lui. Dans cette illusion, le cerveau va donc naturellement considérer le cercle rouge du bas plus petit que celui du haut. En superposant les 2 cercles rouges, on constate pourtant qu’ils sont exactement de la même taille. 46. ILLUSION DE ZOLLNER EXPERIMENTER ­ Ces lignes sont­elles divergentes, convergentes ou parallèles ? ­ Placez le rectangle transparent au dessus des lignes colorées correspondantes pour vérifier. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion cognitive. Dans cette illusion géométrique, présentée par Johann Karl Friedrich Zöllner en 1860, les grandes lignes colorées sont parallèles. On a pourtant l’impression qu’elles vont se croiser si on les prolonge. Notre cerveau cherche à ramener les angles (formés par les petits traits et les grandes lignes colorées) à des angles droits, « inclinant » ainsi les lignes les unes vers les autres. 31 47. « HOLOGRAMMES FAITS DE LUMIÈRE » L’hologramme n’est pas une illusion 3D mais la reconstitution d’un objet, en trois dimensions et en couleurs, à partir de la lumière. Grâce à des milliards de nano­miroirs, les rayons lumineux issus d’une source sont réfléchis pour recréer dans l’espace un objet fait seulement de lumière. Les œuvres présentées ici ont été réalisées par l’ingénieur et artiste, Yves Gentet. « Les papillons multicolores » est le résultat de vingt années de travail. 48. LA FONTAINE LUMINEUSE EXPÉRIMENTER ­ Appuyez sur le bouton puis observez ce qui se cache dans cette fontaine lumineuse. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. Le faisceau laser est « emprisonné » dans le filet d’eau. Il semble même en épouser la courbure. Cette expérience est une démonstration du phénomène de réflexion totale (rayon réfléchi sans réfraction) qui est possible car l’indice de réfraction « n » (propriété des matériaux à dévier, à réfléchir et à ralentir la lumière) de l’air est beaucoup plus faible que celui de l’eau. Les fontaines lumineuses ont été rendues célèbres par Daniel Colladon au XIXème siècle. C’est ce principe qui permet la circulation de la lumière dans une fibre optique. 32 49. PASSAGE EN COURBE EXPERIMENTER ­ Faites tourner lentement la barre pour l’approcher de la fente dans le panneau rouge. ­ Pensez­vous que la barre peut faire un tour complet ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. Lorsque la barre tourne autour du poteau, elle dessine dans l’air une forme appelée « hyperboloïde ». C’est un objet en 3 dimensions qui possède une longueur, une largeur et une hauteur. La fente percée dans le panneau a une forme appelée « hyperbole ». C’est un objet en 2 dimensions qui possède une longueur et une largeur. De la même façon qu'un cube peut passer au travers d’un trou carré, un hyperboloïde peut passer au travers d’un trou en hyperbole. 50. BOUTEILLES INVISIBLES EXPÉRIMENTER ­ Soulevez la poignée et découvrez ce qui se cache sous le bouchon… ­ Attendez quelques instants puis laissez­la retomber. ­ Que remarquez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. Cette illusion met en évidence « l’indice de réfraction » qui est la propriété des matériaux à dévier, à réfléchir et à ralentir la lumière qui les traverse. Dans notre expérience, les bouteilles en verre et le bac sont tous les deux remplis de glycérine. Comme la glycérine et le verre ont des indices de réfraction voisins (1,50 et 1,47), on ne perçoit pratiquement plus les limites entre ces deux corps. La bouteille nous apparaît donc invisible. 33 51. CHAISE DE GEANT EXPERIMENTER ­ Observez les chaises et asseyez­vous dessus pour comparer leurs dimensions. ­ Selon vous, combien de petites chaises peut­on mettre dans le volume occupé par la grande ? COMPRENDRE Il s’agit d’une impression physique. Pour obtenir la grande chaise, on a multiplié par 2 chaque dimension de la petite chaise : sa longueur, sa largeur et sa profondeur. La grande chaise est donc seulement 2 fois plus grande que la petite. La surface de la grande chaise, c’est­à­dire la place qu’elle occupe au sol, est 4 fois plus grande que celle de la petite : 4 personnes peuvent s’asseoir dessus. Le volume est 8 fois plus grand car on peut mettre 8 petites chaises à l’intérieur de la grande. 52. PANIER INFERNAL EXPERIMENTER ­ Mettez les lunettes sur votre nez et essayez de marquer quelques paniers. Que se passe­t­il ? ­ Quand vous réussissez à marquer plusieurs paniers de suite, enlevez les lunettes et recommencez à tirer. Que constatez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique et cognitive. Les lunettes ont des verres biseautés qui détournent la vision vers la gauche. Quand vous faites un mouvement, votre bras va suivre la direction donnée par vos yeux. Si votre regard est dévié vers la gauche, votre lancer de balle l’est aussi. Au bout de quelques lancers, votre cerveau s’adapte pour corriger la trajectoire. Lorsque vous enlevez les lunettes, votre cerveau continue pendant un court instant à agir comme si votre vision était déviée. Vous tirez donc à côté du panier. 34 53. LE DISQUE DE NEWTON EXPÉRIMENTER ­ A l’aide du volant, faites tourner le disque coloré rapidement. ­ Qu’observez­vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique et physiologique. En tournant rapidement la roue, les couleurs se superposent sur notre rétine et stimulent à l’identique nos trois types de cônes (cellules photosensibles de l’œil). Elles seront associées par notre cerveau à la couleur blanche. Cette expérience, réalisée par Isaac Newton à la fin du XVIIème siècle, met en évidence la « synthèse additive des couleurs » et « la persistance rétinienne ». 54. ANAMORPHOSE A MIROIR EXPÉRIMENTER ­ Servez­vous des miroirs cylindriques pour reconstituer les images déformées. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. Les anamorphoses sont basées sur les règles de la perspective. A l’aide d’un miroir (ou d’une observation sous un angle particulier), elles permettent de voir, par réflexion, des images planes volontairement déformées. Ce n’est qu’en installant ce miroir à un endroit prévu à cet effet que l’image non déformée apparaît. 35 55. MIROIRS DEFORMANTS EXPÉRIMENTER ­ Regardez­vous dans ces miroirs. ­ Qu’observez­vous et pourquoi ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. Les rayons qui arrivent sur un miroir convexe (bombé), repartent en s’éloignant les uns des autres. L'image observée est donc plus mince (miroir vertical à gauche) ou plus petite (miroir horizontal au milieu) que le visiteur. Sur un miroir concave (creux), l'image varie selon la distance entre le visiteur et le miroir. Dans le cas du miroir de droite, où le visiteur est très proche, l'image est élargie. 36 37 56. FONDRE ET SE CONFONDRE EXPERIMENTER ­ Cette expérience se réalise à deux. Asseyez­vous face à face chacun d’un côté de la paroi et réglez vos sièges afin que vos visages soient à la même hauteur. ­ Tournez les tubes de chaque côté de la vitre pour faire varier l’éclairage. Que se passe­t­il ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. La lumière se comporte différemment suivant les objets qu’elle rencontre. Dans le cas d’une vitre, la lumière est transmise, c’est­
à­dire qu’elle passe au travers. Dans le cas d’un miroir, elle est réfléchie : elle rebondit sur sa surface. Si l’intensité lumineuse baisse, la lumière est en grande partie transmise et faiblement réfléchie : la paroi devient une vitre. 57. MIROIR ANTI GRAVITE EXPERIMENTER ­ Mettez­vous debout, le pied sur l’empreinte de pas à droite du miroir. ­ Collez le milieu de votre visage sur le bord du miroir puis soulevez le bras gauche et la jambe gauche. ­ Regardez dans le miroir en face de vous. Que voyez­
vous ? COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. En regardant dans le miroir en face, vous voyez vos deux jambes quitter le sol, ce qui peut donner l’impression de voler. Si la moitié droite de votre corps est masquée par la structure, votre moitié gauche elle, se reflète dans les miroirs situés en face de vous et sur le côté droit. Lorsque vous levez la jambe gauche, vous aurez donc l'impression de voir vos deux jambes se lever. 38 58. OMBRE AU MUR EXPERIMENTER ­ Placez­vous contre un des murs. ­ Attendez le flash lumineux puis reculez et observez ce qui est apparu. Qu’observez­vous sur ce mur ? ­ Pouvez­vous en expliquer l’origine ? ­ Recommencez en vous éloignant du mur et regardez si ce que vous voyez change. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physique. En vous écartant du mur après le flash, vous pouvez voir votre ombre. Le mur est fait d’une matière phosphorescente capable d’absorber l’énergie lumineuse du flash, puis de rendre cette énergie en émettant à son tour de la lumière. En vous plaçant entre le flash et le mur, vous jouez le rôle d’un obstacle qui empêche le mur d’absorber la lumière. Votre ombre se dessine alors sur le mur lumineux. 59. COLOREZ VOTRE OMBRE EXPERIMENTER ­ Allumez les spots les uns après les autres et observez les couleurs sur la paroi. ­ Allumez un spot et placez votre main devant : combien d’ombres obtenez­vous ? De quelles couleurs sont­elles ? ­ Refaites l’expérience en allumant 2 puis 3 spots. COMPRENDRE Il s’agit d’une illusion physiologique. ­ La main éclairée par 1 spot donne une ombre noire. ­ La main éclairée par 2 spots (rouge et bleu) donne 2 ombres (bleue et rouge). La lumière du spot rouge « remplit » l’ombre créée par le spot bleu et inversement. ­ La main éclairée par les 3 spots (rouge, vert et bleu) donne 3 ombres colorées. Le mélange des couleurs des spots rouge et vert « remplit » l’ombre créée par le spot bleu. 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. 39 60. GENERIQUE D‘EXPOSITION (PANNEAU D’INFORMATION) Quand notre cerveau nous joue des tours Peut­on toujours croire ce que l’on voit ? Notre cerveau interprète constamment les signaux transmis par nos yeux. Il essaie de construire des images qui auront du sens pour nous, mais il peut lui arriver d’en mettre là où il n’y en a pas... Une exposition co­réalisée par la Cité des télécoms et l’Exploradôme Commissariat général Cité des télécoms et Exploradôme Commissariat exécutif et scénographie Cité des télécoms Commissariat scientifique Hugo Cousillas (Professeur à l’Université de Rennes 1, UMR CNRS 6552, « Ethologie Animale et Humaine » ETHOS) Thierry Chartier (enseignant­chercheur à l’Enssat, laboratoire Foton) Graphisme et illustrations Des ronds dans l’eau Le Jardin Graphique Sophie Jacopin Modules muséographiques Exploradôme ­ APIS Tryame Yves Gentet Réalisations techniques Adekwat Commédia Les Films du Petit Furet Cité des télécoms Lumières Dompteur de lux Rédactionnel et traduction Cité des télécoms Technicis Vidéos F. Abélanet, Brusspup, Cité des télécoms, Inthevif, E. Mueller, D. Rendu, K. Sugihara, Vamos Art Images B. Honeycutt, N. Kayahara, F. Kingdom, A. Kitaoka, O. Ocampo, A. Oliva, Trick Eye Museum 40