sensibilite de l`œil a la lumiere

BIOPHYSIQUE DE LA VISION
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
VISION DES COULEURS
Pr S. SECK GASSAMA
Année 2010-2011
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
L’onde lumineuse peut être caractérisée par la mesure
de paramètres physiques :
 avec un récepteur non sélectif : grandeurs
radiométriques
 avec un récepteur sélectif (œil) : grandeurs
photométriques
œil récepteur sélectif voit les radiations comprises
entre 380nm (Violet) et 750 nm (Rouge)
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
I- Paramètres physiques de l’onde lumineuse:
Grandeurs radiométriques
Grandeurs photométriques
Récepteur non sélectif
récepteur sélectif (œil)
Flux énergétique 
Énergie transportée/s (watt)
Eclairement énergétique F
d/dS (Watt/m2)
Intensité énergétique I
d/d (Watt/stéradian)
Brillance énergétique 
dI/dS (Watt/stéradian.m2)
 Flux lumineux
(lumen)
 Eclairement lumineux
(lumen /m2)
 Intensité lumineuse
Candéla (cd)
 Luminance
cd/m2 ou nit
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE

II- Structure de la rétine

II.1- 5 catégories de cellules
 Photorécepteurs : reçoivent la
lumière
 Cellules bipolaires : relayent
l’information aux cellules
ganglionnaires
 Cellules ganglionnaires :
envoient les signaux vers le cerveau
 Cellules horizontales et amacrines
: assurent un contact transversal
II.2- Propriétés des cellules sensorielles ou réceptrices
II.2.1 Substance photosensible au niveau
du segment externe
Extrémité
synaptique
II.2.2 Les caractéristiques des photorécepteurs :
Cônes
BATONNET
Segment interne
CONE
Segment externe
Cil
connecteur
forme :
 polymorphes
bâtonnets
 uniformes
nombre (125 M):  5 %
 95 %
acuité visuelle:
 forte
 faible
domaine vision:
sensibilité:
 photopique
centrale
 scotopique
périphérique
 faible
 forte
adaptation
 faible rapide
vision:
 trivariante
colorée
 Cholorolabe
 Cyanolabe
 erythrolabe
 importante lente
 univariante
non colorée
pigment:
rhodopsine
II.3- Notion de convergence de la rétine et des voies optiques :
 rétine : 6.106 cônes, 120.106 bâtonnets
 nerf optique : 106 fibres
 convergence : n cellules sensorielles
1 fibre du nerf optique
 ces n cellules sensorielles constituent un territoire indépendant rétinien
 rétine périphérique :- bâtonnets très nombreux dans un territoire
indépendant rétinien très ramifié
- fonctionnement coopératif des bâtonnets :
 bonne sensibilité aux basses luminances : vision nocturne
 mauvais pouvoir séparateur : AV 2 à 3/10ièmes
 rétine centrale :
cônes peu nombreux dans un territoire
indépendant peu ramifié; connexion directe (fovea)
fonctionnement individuel des cônes :
 sensibilité uniquement aux fortes luminances : vision diurne
 bon pouvoir séparateur : acuité visuelle 10/10ième
III- PHOTORECEPTION
:
2.1- TRANSDUCTION
 photochimique: traduction de l’énergie lumineuse en signaux électrochimique
 électrophysiologique :traitement de ces signaux en signaux électriques
la transmission des signaux s’effectue:
 directement: petite onde électrique
 via libération par le neurone situé en
amont d’un neurotransmetteur
1-reconnaissance par les récepteurs
du neurone en aval
2-activation de protéines canaux
où circulent des courants ioniques
3-variations de potentiels membranaires
4- signaux électriques qui se propagent
de neurones en neurones
2.1.1 Étape photo-chimique :
2.1 La substance chromophore : le pourpre rétinien ou rhodopsine
 structure : hétéroprotéine = chromoprotéine :
- partie protéique : l ’opsine
(364 acides aminés répartis en 7
hélices)
- groupement prosthétique : le
rétinal :
 situé au centre de l ’ensemble
constitué par les 7 hélices
 aldéhyde dont l ’alcool primaire
correspondant est le rétinol =
vitamine A
2.1.2. Les réactions photo-chimiques
 description :
- illumination : pourpre rétinien
jaune visuel
- réaction rapidement réversible à l ’obscurité
- illumination plus importante : jaune visuel
blanc visuel
- réaction lentement réversible à l ’obscurité
 mécanisme :
- la lumière agit sur la Δ 11 du rétinal : 11 cis rétinal

11 trans rétinal
- L’ isomérisation cis
trans provoque la séparation de l ’opsine
et du rétinal ou encore la dislocation de la molécule de rhodopsine
- si l ’illumination est plus importante : transformation
du 11 trans rétinal en
11 trans rétinol et dislocation de la rhodopsine
 régénération de la rhodopsine : cycle de Wald :
- voie rapide ou cycle court : à partir du 11 trans rétinal : isomérisation
trans
cis et recombinaison avec l ’opsine
- voie lente ou cycle long : à partir du 11 trans rétinol : oxydation en rétinal,
isomérisation trans
cis et recombinaison avec l ’opsine (nécessite 20 mn
pour l ’adaption maximale à l ’obscurité)
h
Rhodopsine
Cycle
court
Rétinal "cis" +
opsine
Recomposition rapide
Rétinal "trans" +
opsine
Passage dans la circulation
Rétinol "cis"
Rétinol "trans"
Cycle
long
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
IV-FACTEURS DE VARIATION DE LA SENSIBILITE DE
LA RETINE


la sensation lumineuse n’est pas directement
mesurable : l’œil ne constate que l’égalité ou l’inégalité
des sensations visuelles
la sensation de couleur influence la sensation de
luminosité
1- la longueur d ’onde  et brillance énergétique
Courbe d’efficacité lumineuse
2- le niveau d ’éclairement (domaines de vision)
Effet Purkinje (vision diurne vs vision nocturne)
3- le phénomène d’adaptation à l’obscurité
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE

IV.1- longueur d’onde et brillance énergétique
 Longueur d’onde






L’œil : insensible aux IR et aux UV
L’œil : plus sensible au bleu qu’au rouge
cônes sensibles au bleu (max : 420 nm)
= cônes S (Small wavelength)
cônes sensibles au vert (max : 530 nm)
= cônes M (Middle wavelength)
cônes "sensibles" au rouge (max : 565 nm)
= cônes L (Long wavelength)
courbe d’efficacité lumineuse photopique = somme de ces 3
courbes
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE


1- longueur d’onde et brillance énergétique
brillance énergétique
Pour l’œil, certaines longueur d’onde ont une « efficacité
lumineuse » moins importante que d’autres. Pour compenser ce
« déficit » et obtenir la même sensation lumineuse (égalité des
luminances), il faut augmenter la brillance .
En fait, L1 =L2 si  1 = V2 2
V2 =  1
V2 est le coefficient d’efficacité lumineuse
2
 Pour mesurer V, on calcule pour
chaque longueur d’onde, le rapport r


r : brillance énergétique de référence

 : brillance énergétique pour un faisceau
de longueur d’onde 
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
IV.2. Niveaux d’éclairement - différents domaines de
vision
vision diurne ou photopique (L >10 nits)
 courbe d ’efficacité lumineuse, max : 555 nm (vert)

sensations chromatiques : vision trivariante (cônes)
 vision nocturne ou scotopique (L < 10-3 nits)
 courbe d ’efficacité lumineuse dont le maximum est à 510 nm (limite
bleu-vert)
 sensations achromatiques : vision univariante (bâtonnets)
 vision crépusculaire ou mésopique (10-3 < L < 10 nits)
 sensations chromatiques modifiées du fait de l ’effet Purkinje

L‹10 nits : max de sensibilité se déplace vers les courtes 

Bleu plus lumineux que le rouge

SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
IV.3-Adaptation à l ’obscurité
-Tout changement d’éclairage s’accompagne d’une perte plus ou
moins prolongée de la sensibilité de l’œil à la lumière
-L’œil s’adapte aux nouvelles conditions d’éclairage pour récupérer
une vision normale
- adaptation complète après 20 mn de séjour à l ’obscurité
-Adaptation rapide mais incomplète en vision centrale (cônes)
- adaptation meilleure , mais plus lente en vision latérale (rétine
Log Ls
périphérique : fonctionnement coopératif bâtonnets ),
Courbe d’adaptation à l’obscurité :
mesure, en fonction du temps de séjour à
l ’obscurité, de la valeur de la plus petite brillance ou
luminance perceptible (Log Ls): seuil absolu =
minimum minimorum
Vue d’ensemble
minimum
minimorum
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Temps de séjour
à l ’obscurité
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
Adaptation à l’obscurité
Plage éclairée en lumière
blanche
 Vision étroite
périphérique (bâtonnets),
adaptation lente et
importante
 Vision étroite centrale
(cônes), adaptation rapide
et faible
SENSIBILITE DE L’ŒIL A LA LUMIERE
Adaptation à l’obscurité

Plage éclairée en lumière
colorée monochromatique :
 Pas de cassure pour le
rouge, mais seuil élevé,
les bâtonnets sont
aveugles au rouge.
 Seuil le plus bas pour le
violet
VISION DES COULEURS
1- Trivariance visuelle


Toute sensation lumineuse peut être entièrement
caractérisée par 3 variables indépendantes définies soit
physiologiquement, soit physiquement.
1.1- Variables physiologiquement perçues
 La luminance : intensité de lumière perçue
 La tonalité : teinte
 La saturation : % de lumière blanche qui délave une
teinte donnée

L = L+ Lw
facteur de pureté p = L
( p = 0 blanc
L+ Lw
totalement désaturé)
p = 1 (couleur spectrale monochromatique, saturée, pure)

VISION DES COULEURS
1- Trivariance visuelle


1.2- Variables physiques mesurables par le sujet
Toute sensation colorée peut être reproduite à partir du
mélange dans de bonnes proportions de 3 teintes choisies
appelées primaires
 Synthèse additive de photons R, V, B stimulant
simultanément les cônes : L = LR + LV + LB


L’addition de 2 primaires ne doit jamais produire la 3ème
Le mélange des 3 primaires dans des % convenables
doit produire du blanc
VISION DES COULEURS
2- TRIANGLE DES COULEURS

Rend compte de 2 qualités chromatiques :
tonalité et saturation

Une couleur obtenue par mélange des 3
primaires a son point représentatif à
l’intérieur

Un point du plan est caractérisé par son
coefficient trichromatique (% de primaire
contenue dans le mélange)
r = Lr
g = Lg
b = Lb
Lr+Lg+Lb
Lr+Lg+Lb
Lr+Lg+Lb
Lieu des points représentatifs des
lumières spectrales pures: courbe
externe du triangle
Point représentatif du blanc W:
totalement désaturé au centre de gravité
Couleurs complémentaires : intersection
de la courbe spectrale avec la droite
joignant le point représentatif et W
VISION DES COULEURS
3- PERCEPTION DES COULEURS COMPLEXES
Sensations colorées autres que celles des lumières spectrales pures

Sensations de même tonalité que les couleurs spectrales par le
mélange dans des % convenables d’une lumière spectrale et d’une
lumière blanche L = L  + LW

Pourpres



Pourpres spectraux : rouge + violet purs
Pourpres désaturés : L  R + L  V + LW
Sensations produites par un mélange de lumières spectrales de longueur
d’onde 1 et 2

1 et 2 voisines : lumière dont la longueur d’onde dominante dépend de la%
de chacune des lumières spectrales du mélange

1 et 2 différentes : blanc pour un mélange dans des % convenables

1 et 2 aux extrémités du spectre : pourpres  saturés
VISION DES COULEURS

Utilisation du triangle des couleurs
Au lieu de considérer l’espace RVB sous forme de cube en 3 dimensions, nous
ne tenons compte que du plan (en 2 dimensions) formé par le triangle qui relie
les 3 primaires : c’est le triangle de Maxwell
VISION DES COULEURS

Utilisation du triangle des couleurs
A une couleur quelconque définie par une quantité de rouge, de vert et de bleu
correspond un emplacement précis sur le triangle de Maxwell
On peut utiliser cette position géométrique pour déterminer les pourcentages
de bleu, de vert et de rouge
VISION DES COULEURS

Utilisation du triangle des couleurs
Pour connaître le pourcentage de rouge contenu dans la couleur C, il suffit
de tracer des parallèles au côté opposé au sommet R. L’augmentation du
nombre de parallèles (10, 100, 1000) permet d’augmenter la précision de
la mesure.
VISION DES COULEURS

Utilisation du triangle des couleurs
On fait de même pour les deux autres primaires et on obtient une structure
quadrillée qui permet de formuler le pourcentage de chaque primaire
VISION DES COULEURS

Utilisation du triangle des couleurs
C est composé de 10% de rouge, 30% de vert et 60% de bleu
C = 0,1R + 0,3 V + 0,6 B
VISION DES COULEURS
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS

Monochromaties ou achromaties
absence de toutes sensations chromatiques, vision
univariante : seule la luminance intervient (échelle de
gris)
 Achromatoposie normale 1/30 000, vision due
aux bâtonnets, vision nocturne seule possible
 Achromatopsie anormale 1/106, cônes
fonctionnels, trouble du SN
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS

Les dichromaties
 vision bivariante
 existence de 2 primaires , une des trois espèces de cônes
fait défaut
 triangle des couleurs se réduit à un segment de droite
 nombre réduit de teintes perçues et existence de confusions
 Protanopie : daltoniens "aveugles au rouge" =
anérythropes,
 Deutéranopie : nagéliens"aveugles au vert" = achloropes,
 Tritanopies "aveugles au bleu" = acyanopes, fréquence
1/105 sujets masculins
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS

Les dichromaties : vision du deutéranope
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS
Palette originale
-
-
Vision du protanope
Les protanopes, aveugles au rouge peuvent confondre
suivant les types : le gris avec le rouge franc et le bleu-vert
Les deutéranopes aveugles au vert confondent le gris avec
du pourpre, le vert avec l’orangé
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS

Les trichromaties anormales : trivariance visuelle
mais dans des proportions différentes des sujets
normaux
Illustration de la vision des dyschromates :
Exploration des dyschromatopsies :
 procédé de dénomination de couleur ou de tests colorés présentés :
- l ’achromate ne différencie aucune couleur (vision en échelle de gris)
- le dichromate commet certaines erreurs (confusions)
- le trichromate anormal ne commet pas d’erreurs
 procédé de confusion : planches d ’Ishihara :
- identification de chiffres, de nombres ou de figures constitués par un semis
de points colorés
exemple :
le sujet normal lit 68,
le nagélien lit 69
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS
TEST D’ISHIHARA
TROUBLES DE LA VISION DES COULEURS
TESTS CHEZ LES ENFANTS
TEST DE FARNWORTH

Classification des teintes dans l’ordre logique du
spectre visible
TEST DE FARNWORTH

Dyschromatopsies : erreurs de classement
caractéristiques avec des axes de déviation : axe
protan, deutan, tritan
ORIGINE DES DYSCHROMATOPSIES

Dyschromatopsies héréditaires :


transmission récessive gonosomale (chromosome X),
pour le rouge et le vert,
autosomale (chromosome 7) pour le bleu
ORIGINE DES DYSCHROMATOPSIES

Dyschromatopsies acquises :



origine dégénérative, iatrogène (antibacillaires,
antipaludéens de synthèse), toxique : intoxication
digitalique (xanthopsie), alcoolo-tabagisme
atteintes rétiniennes ( type protan), névrites optiques
(type deutan)
Autres origines : exemple : "la cataracte jaune" de
Claude Monet (le pont japonais du jardin de Giverny)
Géographie des dyschromatopsies