TPE LES ILLUSIONS D’OPTIQUE LORS D’UNE ILLUSION D’OPTIQUE, EST-CE

AUDIGIER Julien MEHADJI Brahim
NOWAK Julien POTARD Pacôme
1ère S1
TPE
LES ILLUSIONS D’OPTIQUE
LORS D’UNE ILLUSION D’OPTIQUE, EST-CE
NOTRE ŒIL OU NOTRE CERVEAU QUI EST
TROMPE ?
1
TABLE DES MATIERES
Avant-propos (page 5)
PARTIE 1 : L’IMAGE
Introduction (p6)
I Lumières et couleurs (p7)
1. Spectre de lumière (p7)
2. Par quels principes les couleurs des objets sont-elles définies? (p8)
3. Couleurs primaires, secondaires et complémentaires (p9)
II L’œil (p10)
1. Anatomie de l’œil (p10)
2. Physiologie de l’œil (p10)
III Le cerveau (p13)
1. Les voies de la vision (p13)
2. La division du champ visuel (page 13)
3. Les fonctions des aires visuelles (page 14)
IV Synthèse (p15)
2
PARTIE 2 : CLASSIFICATION ET
EXPLICATIONS DES ILLUSIONS D’OPTIQUE
Introduction (p17)
I Les illusions optico-géométriques (p18)
1. Eléments « inducteurs » et « tests » (p18)
2. La mise en relation de grandeur (p19)
3. La courbure des arcs de cercle (p19)
4. Les effets d’angles (p20)
5. La verticalité (p21)
6. La perspective (p22)
7. La division de l’espace (p23)
8. Les illusions de couleur (p23)
9. Les images résiduelles (p25)
10. Les illusions de mouvement (p27)
II Les illusions psychologiques (p28)
1. Les illusions subjectives (p28)
2. La perception des illusions selon les cultures (p29)
III Les illusions d’optique artistiques (p30)
IV Explications scientifiques (p31)
CONCLUSION (p32)
3
PARTIE 3 : CREATIONS D’ILLUSIONS
D’OPTIQUE
I L’illusions du triangle (p34)
II La notion de volume : les 3 dimensions (p35)
1. Notions de dimensions (p35)
2. La 3ème dimension (p36)
2. Comment pouvons-nous voir une vidéo ou une photo en 3D? (p37)
A. La projection alternée (p37)
B. La polarisation (p38)
C. L’anaglyphe (p39)
III Illusions de concavité (p40)
1. Définition (p40)
2. Illusions du coati et des écrous (p41)
ANNEXE
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Avant-propos
La complexité du sujet traité ne nous a pas permis de rédiger un plan et une
problématique avant de commencer nos recherches. Seulement trois axes d’études
avaient été donnés : l’explication du fonctionnement de la vision, les causes des
illusions d’optique et la réalisation personnelle de ces illusions. Ces axes ont
déterminé les trois grandes parties de ce TPE.
Les quelques idées d’explication données en début d’étude furent rapidement
écartées : une problématique et un plan définitif sont nés de nos recherches.
Internet, les encyclopédies Universalis et divers ouvrages spécialisés en sont la
source.
La première partie explique la création d’une image et la théorie du fonctionnement
du système visuel.
La deuxième partie présente les illusions d’optique les plus courantes. Elle explique
notre perception erronée.
Enfin, la troisième partie propose des travaux pratiques montrant les propriétés de
celles-ci.
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PARTIE 1 : L’IMAGE
INTRODUCTION
Pour commencer, il faut connaître la définition des termes employés :
La vue : La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la
réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.
La vision : La vision recouvre l'ensemble des mécanismes physiologiques et
psychologiques par lesquels la lumière émise ou réfléchie par
l'environnement détermine les détails des représentations sensorielles,
comme les formes, les couleurs, les textures, le mouvement, la distance et
le relief. Ces mécanismes font intervenir l'œil, organe récepteur de la vue,
mais aussi des processus cognitifs complexes mis en œuvre par des zones
spécialisées du cerveau.
On en conclut que : la vue est l’interprétation cérébrale des informations données
uniquement par l’œil.
La vision est l’interprétation des informations données par l’œil et d’autres sources
(sensorielles, psychologiques, mémoire etc…)
Par conséquent on peut dire que la vue fait partie de la vision et non l’inverse.
Afin de répondre à notre problématique, nous devons étudier le système visuel, et en
trouver ses limites. L’étude des principales illusions d’optique nous permettra de
déterminer si elles sont causées par notre œil ou par notre cerveau.
La vue est déterminée par 3 caractéristiques :
- Les différents aspects des lumières perçues
- La réception de ces lumières par les yeux
- Et l’interprétation du cerveau des informations envoyées par l’œil.
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I Lumières et couleurs
1. Spectre de lumière
En décomposant la lumière blanche à l’aide d’un prisme, on constate qu’elle est
composée d’un ensemble de rayons lumineux colorés appelé : spectre de la lumière
blanche.
Chaque couleur est caractérisée par la longueur d'onde de son rayon lumineux.
L'œil humain est capable de percevoir des rayonnements dont la longueur d'onde est
comprise entre 380 et 780 nanomètres. En dessous de 380 nm se trouvent des
rayonnements tels que les ultraviolets, tandis que les rayons infrarouges ont une
longueur d'onde supérieure à 780 nm. L'ensemble des longueurs d'ondes visibles par
l'œil humain est appelé « le spectre visible », situé entre 380 et 780 nm.
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2. Par quels principes les couleurs des objets sont-elles définies ?
Définitions importantes
Réflexion : changement de direction d’une onde quelconque, provoqué par la
présence d’un obstacle.
Absorption : processus par lequel l’énergie lumineuse (photonique) est prise par une
autre entité et donc transformée.
Tout objet exposé à un spectre lumineux, réfléchit ou absorbe, totalement ou en partie
ses rayonnements. Les lumières réfléchies déterminent la couleur de l’objet et les
lumières absorbées sont transformées en énergie chimique.
Ainsi un corps éclairé par de la lumière blanche (composée de toutes les longueurs
d'onde appartenant au spectre visible) paraît :
- blanc, s'il absorbe toutes ses longueurs d'onde.
- noir, s'il réfléchit la totalité de ses longueurs d'onde.
- gris, s'il absorbe dans la même proportion toutes ses longueurs d'onde.
- coloré, s'il absorbe certaines longueurs d'ondes plus que d'autres.
Exemples : un chapeau noir ne réfléchit aucune lumière, une feuille de papier
réfléchit presque toutes les lumières et une plante réfléchit une couleur verte.
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3°) Couleurs primaires, Secondaires et complémentaires
La lumière solaire est composée d'une infinité de radiations monochromatiques. En
divisant son spectre en trois zones de couleurs, on distingue grossièrement : le bleu,
le vert et le rouge. Ces trois couleurs sont dites primaires car on ne peut pas obtenir
l'une en mélangeant les deux autres.
Dans la figure suivante, on a un triplet de couleurs primaires dans les angles de
chaque grand triangle équilatéral.
En additionnant trois couleurs primaires dans des proportions convenables, on peut
obtenir n'importe quelle couleur recherchée. C'est suivant ce principe que fonctionne
la télévision couleur. C'est la Trichromie. Trois couleurs primaires étant choisies, on
appelle couleurs secondaires les couleurs obtenues par mélange de deux primaires.
Deux couleurs sont dites complémentaires si additionnées dans des proportions
convenables elles donnent à l’œil qu'elles pénètrent l'impression de blanc.
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II L’œil.
1. Anatomie de l’oeil
Analysons le schéma ci-dessous afin de comprendre l’oeil.
2. Physiologie de l’oeil
L’œil n’est pas l'organe responsable de la perception visuelle. C'est la combinaison
de l'œil et du système nerveux.
L’œil est un organe qui transforme le signal lumineux en signal électrique.
Le signal électrique sous forme de potentiel d’action est le message nerveux.
Il est transmis par les voies nerveuses (nerf optique) au cerveau qui l’interprète en
construisant une image.
Pour transformer le signal lumineux en signal électrique l’œil doit faire arriver
l’ensemble des rayonnements lumineux sur la rétine, ce qui demande un système
optique élaboré (composé de la cornée, du cristallin et du diaphragme irien).
A partir de cette dernière le signal lumineux devient électrique et va cheminer à
travers le nerf optique.
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La cornée : responsable du passage de la lumière
La cornée joue un rôle dominant dans la focalisation de la lumière sur la rétine. Elle
doit toujours être parfaitement propre et transparente. La fermeture régulière des
paupières et la sécrétion de larmes maintiennent la surface de la cornée libre de toute
impureté.
Le cristallin : responsable du « zoom »
La principale tâche du cristallin est de faire converger l’ensemble des rayons
lumineux reçus par la cornée sur la fovéa (point précis de la rétine permettant une
vision nette de l’objet central).Cette convergence s’effectue par un changement de sa
courbure, soit par mise en tension, ou soit par relâchement des tendons qui le fixent
à la paroi interne du globe oculaire.
Le cristallin se bombe pour focaliser les objets
proches de l’œil, et devient plus plat (position de
repos) pour rendre nets les objets plus éloignés.
A son arrivée sur la rétine, l’image reçue est
inversée par le cristallin, comme le montre le
schéma ci-contre. Elle est ainsi transmise au
cerveau qui corrigera cette inversion.
La pupille : le diaphragme de l’œil
La pupille est une structure virtuelle constituée de l’espace libre au centre de l’iris.
L'iris comprend deux groupes de muscles : les fibres radiaires (disposées comme les
rayons d’une roue) qui élargissent la pupille, et les fibres circulaires, qui la
rétrécissent. Leurs actions modifient le diamètre de la pupille et donc régule la
quantité de lumière entrant dans l’œil. Cela permet un ajustement d'environ 30 fois.
Pupille rétractée
Pupille dilatée
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La rétine : le film photographique
La rétine, qui tapisse le fond de l'oeil contient à la fois les cellules sensibles à la
lumière et celles qui transmettent l'information au cerveau. Son épaisseur est
d'environ 250µm sauf au niveau de la fovéa où elle s'amincit sur une surface totale
d'environ 1100 mm². Il y a à peu près 150 millions de cellules nerveuses réparties
schématiquement en 3 couches principales qui sont :
1. La couche qui contient les photorécepteurs rétiniens (100 millions de bâtonnets
et 5 millions de cônes). Ils se présentent sous la forme de cellules très allongées,
disposées perpendiculairement à la surface de la rétine et répartis de façon dense et
régulière.
2. La couche granuleuse interne qui contient les cellules bipolaires.
3. La couche contenant les cellules ganglionnaires dont les prolongements (axones)
se rassemblent pour former le nerf optique et s'étendent jusqu'au corps genouillé
latéral
Ensuite, les informations sont transmises au cerveau par les nerfs optiques.
Schématiquement la rétine se compose en trois couches :
1. Une couche photosensible qui capte les rayons lumineux (l’énergie photonique)
2. Une couche intermédiaire qui transforme l’énergie photonique en énergie
électrique
3. Une 3ème couche périphérique qui transmet l’énergie électrique au nerf optique
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III Le cerveau
C'est au niveau du cerveau que tous les potentiels d’action transmis par le nerf
optique seront analysés et interprétés en une série d'images cohérentes. Les formes,
les contours, les distances et les mouvements deviendront un tout qui n'aura du sens
qu'en fonction des notions et expériences acquises. Par exemple, si nous portions des
lunettes qui inversent les images reçues, il ne faudrait pas beaucoup de temps au
cerveau pour redresser l'image conforme à la réalité apprise.
1. Les voies de la vision
Les nerfs optiques partent de l'œil jusqu'à l'arrière de notre cerveau, dans l'aire
visuelle primaire de chaque hémisphère. Cette zone s'appelle l'aire V1 et occupe une
grande place dans la vision. C’est la vue qui est construite à ce niveau.
Situées dans la nuque, les aires visuelles interprètent les signaux
provenant des aires visuelles primaires et d’autres aires (mémoire
visuelle, fusion des champs visuels, etc…) construisant ainsi l'image que
nous percevons après des traitements complexes difficiles à expliquer.
2. La division du champ visuel
La rétine de chaque œil est divisée en deux parties : une partie nasale (près du nez) et
une partie temporale (près de la tempe).
Le chiasma optique est une zone où s'effectue le croisement des voies visuelles. Les
informations provenant d'une part de la partie temporale de l'oeil droit (hémichamp
gauche de la scène visuelle) et d'autre part de la partie nasale de l'oeil gauche
(hémichamp gauche de la scène visuelle) se rejoignent sans se mélanger. C'est à partir
des deux corps genouillés latéraux (CGL) que l'information de chaque oeil est
projetée et mélangée sur les aires visuelles corticales. C’est cette fusion d’information
qui est en partie responsable de notre perception du relief d'une scène visuelle. Le
corps genouillé latéral est la principale structure relais à travers laquelle les messages
visuels sont retransmis de la rétine, via 90% des fibres du nerf optique, vers les
régions du cortex cérébral situées au niveau des pôles occipitaux des hémisphères
cérébraux.
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3. Les fonctions des aires visuelles
Le cercle représente la zone visuelle du cerveau
Les aires V1 et V2 : Ces aires jouent un rôle très important dans la perception des
contours. Elles restent incontournables dans toute perception visuelle fine.
L'aire V3 : Les scientifiques n'ont pas clairement identifié cette aire.
L'aire V4 : Cette aire joue un rôle dans la perception des couleurs. Mais les
spécialistes pensent que d'autres régions y sont associées.
L'aire V5 : Elle joue un rôle dans la perception des mouvements.
14
IV Synthèse
Nous pouvons donc schématiser de la manière suivante les conditions nécessaires à
l’élaboration de la vision.
Nous nous sommes rendu compte que certaines anomalies pourraient fausser notre
vision des choses; d’où viennent-elles ?
L’objet : donne une apparence réel de lui-même, lorsque son aspect est déformé par
un élément extérieur au système de vision humain on a en fait un autre objet qui sera
à son tour perçu par l’homme, c’est le cas de la réfraction.
La réfraction : Déviation d’une onde lorsque sa vitesse change entre deux milieux.
.
Le schéma ci-dessus montre que les rayons émis par les objets (soleil ; bateau ;
plongeur) n’ont pas la même direction selon le milieu qu’il traverse, d’après le I on
sait que l’image donnée ne sera pas la même mais ce sera une image réelle par
exemple l’image du bateau à travers l’eau ou l’image du bateau sur la mer.
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On en conclu donc qu’il ne s’agit pas d’une illusion d’optique par conséquent l’objet
n’est jamais responsable des illusions d’optique.
L’œil : c’est un organe mécanique qui transforme le signal lumineux en signal
électrique par conséquent toute transcription erronée relève soit : d’une anomalie
structurelle, il s’agit donc d’une pathologie et non d’une illusion d’optique.
Par exemple l’astigmatisme qui est un défaut de sphéricité de l’œil et qui empêche de
percevoir certaine chose.
Soit : d’une fatigabilité de ses éléments structurels par saturation à ce moment là il
s’agit bien d’une illusion d’optique.
Le cerveau : il reçoit tout d’abord sur une de ses aires (l’aire primaire cérébrale) des
informations provenant uniquement de l’œil leurs interprétations donnent naissance à
la vue. Donc toutes erreurs de décodage donneront naissance à une illusion
d’optique.
Aux renseignements de l’aire primaire cérébrale peuvent s’ajouter des informations
d’autres aires alimentées par d’autres organes que l’oeil leur synthèse peut entraîner
des fautes qui seront responsables d’une illusion d’optique.
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PARTIE 2 : CLASSIFICATION ET
EXPLICATIONS DES ILLUSIONS D’OPTIQUE
Introduction
Nous avons vu précédemment les caractéristiques de la perception visuelle.
Le système de fonctionnement semble présenter certaines limites responsables des
illusions d’optique. Avant de les mettre en évidence il faut d’abord définir « l’illusion
d’optique ».
D'après le dictionnaire, une illusion d'optique est un phénomène qui trompe le
système visuel humain et aboutit à une perception erronée de l’image réelle. Les
illusions d'optique peuvent survenir naturellement ou être créées par des astuces
visuelles spécifiques qui permettent de mettre en évidence les limites du système
visuel humain
Nous allons maintenant étudier les différentes caractéristiques des illusions d’optique
car selon leurs propriétés, elles n’appartiennent pas aux mêmes catégories.
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I Les illusions optico-géométriques
Les illusions optico-géométriques prennent naissance dans le système visuel, là où
aboutissent pour la première fois les informations en provenance de chaque œil. Ces
illusions sont du domaine perceptif et n’ont aucun rapport avec la pensée ou le
raisonnement.
La plus part des illusions optico-géométriques ont été découvertes au cours du XIXe
siècle, par des pionniers de la psychologie expérimentale. On a par exemple:
l’illusion de Müller-Lyer et l’illusion de Titchener.
On compte plus de 200 illusions géométriques répertoriées, qui donnent lieu à des
erreurs d'estimations, de dimensions, d'interprétations, de courbures, de directions.
1. Eléments « inducteurs » et « tests »
On peut dire qu’une illusion géométrique comporte deux éléments :
- un élément « inducteur » qui provoque la déformation
- un élément « test » qui la subit.
Dans la figure de Müller-Lyer (ci-dessous), les pointes des flèches sont les éléments
inducteurs et les traits horizontaux les éléments tests.
La ligne du haut paraît plus courte
que celles du bas.
Grâce aux lignes rouges (à droite),
on comprend que l’illusion est due
aux éléments inducteurs.
Dans l’illusion de Poggendorff (ci-dessous), la bande verticale est l’élément inducteur
et les segments obliques, les éléments tests.
D’après la première image, on a l’impression
que le prolongement de la ligne noire, est la
ligne bleue. En réalité, il s’agit de la ligne rouge
(voir ci-contre).
Ces exemples confirment la théorie citée en début de paragraphe c'est-à-dire que ces
illusions sont du domaine perceptif
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2. La mise en relation de grandeur
De nombreuses illusions créent une exagération de grandeur des éléments d'une
figure par rapport à son environnement. La grandeur apparente des éléments les plus
grands est surestimée par comparaison au plus petit et inversement. Le cas le plus
évident est sans doute l’illusion de Titchener.
Dans cette illusion, on a l’impression que le cercle jaune du haut est plus grand que
celui du bas. Cela est faux. (Voir ci-dessous). Cela est du aux éléments inducteurs,
ici, les cercles bleus. L’impression de grandeur et de diminution est donnée par le
contraste entre les cercles jaunes et les cercles bleus.
3. La courbure des arcs de cercle
La courbure des arcs de cercle varie en fonction de leur longueur. Les arcs courts sont
vus plus plats que les arcs longs.
Ici, les 3 lignes semblent avoir des
courbures différentes alors qu’elles ont
la même courbure. Il s’agit simplement
de morceaux du même cercle translatés.
(Voir ci-contre).
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4. Les effets d'angles
Les illusions dues à des effets d’angles sont très nombreuses. Cependant, elles sont
toutes liées aux mêmes principes. D'abord, nous avons tendance à surestimer les
angles aigus et à sous-estimer les angles obtus. Il s’agit dans chaque cas d’une
tendance à ramener l’angle vers un angle droit. Il s’agit du principe d’orthogonalité.
Dans l'illusion de Zöllner, les grandes lignes ne semblent pas parallèles alors qu’en
réalité, elles le sont. La déformation apparente est due aux petites lignes sécantes des
grandes (éléments inducteurs). Le second principe concerne la tendance que l’on a à
surestimer les côtés d’un angle obtus et à sous-estimer ceux d’un angle aigu.
Il en est de même pour l’illusion de Hering.
Les lignes rouges semblent courbées. On
peut constater ci-contre que cela est faux.
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5. La verticalité
Une ligne verticale semble toujours plus longue qu’une ligne horizontale de même
longueur car les yeux ont plus de facilité à exécuter un mouvement horizontal qu’un
mouvement vertical. Pour le prouver, on peut utiliser l’illusion du T inversé, mais
cette forme provoque des effets d'illusions compétitifs parce qu'en plus du
phénomène de verticalité, s'ajoute un effet de contraste de grandeur généré par la
relation entre la verticale et les segments horizontaux. Pour un véritable effet de
verticalité l'exemple du L est mieux adapté.
Dans chacune des illusions suivantes, les deux lignes ont la même longueur.
Illusion du L :
La partie noire du dessin ci-contre est la
parfaite reproduction de l’illusion du L.
grâce à la propriété des angles d’un
triangle, on sait que les côtés adjacents à
l’angle droit sont égaux.
Illusion du T inversé :
D’après la construction géométrique cicontre, on obtient un carré. Donc les deux
raits noirs sont de même longueur.
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6. La perspective
Des traits suggérant la perspective entraînent des illusions de grandeur. En Effet, une
forme paraissant plus éloignée qu’une autre sera vue plus grande et inversement
malgré leurs mêmes tailles apparentes. Par exemple, l’illusion de Ponzo, qui pourrait
être également considérée comme une illusion de mise en relation de grandeur, est
souvent expliquée par un effet de perspective. Autre exemple, une perspective
renforcée par un damier donne une mauvaise estimation de la longueur des traits
bleus.
La ligne noire de gauche paraît plus longue que celle de droite. Cela est faux, elles
sont de même taille.
Dans l’illusion du damier, la ligne rouge
de droite paraît plus longue que celle de
gauche. Cela est faux, elles sont de même
longueur.
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7. La division de l’espace
Un espace divisé ou occupé par de nombreux éléments apparaît généralement plus
grand qu’un espace qui ne l’est pas. L’exemple typique est celui de l’illusion
d’Oppel-Kundt.
Dans cette illusion, il y a le même espace entre les points A et B que les points B et
C.
8. Les illusions de couleurs
Dans les illusions de couleurs, ce sont les couleurs d'arrière plan qui induisent
l'illusion. En effet, la couleur d’un objet dépend non seulement de l'intensité
lumineuse mais aussi de son environnement (effets de contraste et de surface). Le
cerveau distingue les couleurs par rapport au milieu environnant, ainsi le blanc
semble accentuer la nuance du carré de gauche et le rouge foncé semble diminuer la
nuance du carré de droite.
Et c'est la même chose pour l'illusion de dégradé, le noir éclaircit le gris alors que le
blanc assombrie.
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Dans l’illusion d’Hermann, on voit apparaître des taches grises entre les carrés noirs.
Ce phénomène, découvert il y a plus de 100 ans faits désormais partis des illusions
d’optique classiques. En regardant cette image, on se pose tous la même question :
« Mais pourquoi ces taches grises apparaissent ? ». L’explication est la suivante. Il
s’agit du même principe que précédemment. Le cerveau adapte l'information
concernant la luminosité d'une zone en fonction des zones voisines, ainsi vous voyez
le blanc moins lumineux car il est entouré de noir, donc vous le voyez légèrement
gris. Cependant, lorsque l’on regarde fixement une intersection, celle-ci parait
blanche car on fait intervenir les cellules de la fovéa (zone centrale de la rétine) qui
ne corrige que très peu les interactions liées à l'environnement. L'inverse est
également possible, on voit du gris entre les carrés blanc, mais cette fois ci on n'en
voit pas à gauche du carré central ; tout simplement parce que nous avons rajouté un
point blanc afin qu'il n'y ait pas trop de noir par rapport au reste de la figure et ainsi
l'information ne traduit par du gris au niveau du cerveau.
Les Illusions d’Hermann :
24
9. Les images résiduelles
On appelle image résiduelle une image qui demeure quand on cesse de regarder un
objet. La rétine, située au fond de l'œil est tapissée de cellules sensibles à la lumière
colorée : les cônes. Tous ne sont pas sensibles aux mêmes couleurs, certains sont
sensibles au rouge, d'autres au vert, et d'autres au bleu. Quand on observe "Marilyn
Monroe" devant un fond rouge, les cellules sensibles au rouge se fatiguent et perdent
leur sensibilité. Aussi, lorsque l'on regarde le fond blanc en bas de l'image, on la voit
verte, car seules les cellules sensibles au bleu et au vert continuent à travailler et
recréent la couleur dite complémentaire du rouge. Est-ce que les images résiduelles
peuvent être classées parmi les illusions d'optique ? Oui car c'est bien une illusion
mais cette fois elle ne se crée plus au niveau du cerveau mais dans l’œil.
Utilisons l’exemple ci-dessous. Si on regarde la bouche de Marylin Monroe avec le
fond rouge pendant 20 secondes, celle du bas (avec fond blanc) semble d’une autre
couleur.
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10. Les illusions de mouvement
L’œil humain se fatigue très vite lorsqu'il est contraint de fixer un objet. Si, en
revanche, on laisse glisser le regard sur l'objet, on évite ainsi de fixer trop
intensément et l'image frappe d'autres segments de la rétine disposant de leur pleine
capacité. Les muscles de l’œil permettent non seulement de suivre un objet mais aussi
de le percevoir exactement. Il est également prouvé qu'il se produit des mouvements
lorsque celui-ci fixe fortement un objet. C’est la raison pour laquelle il se produit des
mouvements imaginaires. Les effets de mouvement surgissent au moment où les
images rémanentes entrent en conflit avec celles qui sont déplacées du fait des
mouvements des yeux.
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II Les illusions psychologiques
1. Les illusions subjectives
Ce phénomène consiste à percevoir des figures qui se détachent de leur fond bien
qu'aucun trait ne soit tracé pour délimiter celles-ci. Ces figures nous paraissent aussi
plus claires ou plus sombres que leur fond. L’illusion est due à une opération mentale
de l’observateur, qui prolonge inconsciemment les segments dans la région centrale
et recherche un relief. Il imagine que les lignes se coupent, mais qu’un objet posé sur
l’intersection cache cette dernière.
Illusion subjective du cube :
Illusion subjective de Kanizsa (triangle) :
Nous voyons un carré ou un triangle qui n'existe pas : c'est le fruit de notre
imagination.
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2. La perception des images selon les cultures
La perception des illusions d’optique dépend non seulement de notre système visuel
mais aussi de notre culture. Ainsi, les Européens paraissent avoir une illusion de
Müller-Lyer plus forte et une illusion du T renversé moins forte que d’autres groupes
ethniques, en particulier africains.
Nous qui vivons en Occident dans un monde où les formes géométriques avec des
angles droits prédominent (immeubles aux lignes perpendiculaires, murs verticaux,
plafonds horizontaux...) avons une très forte tendance à surestimer les angles aigus et
à sous-estimer les angles obtus, de manière à les ramener à des angles droits. C’est
pourquoi nous sommes plus sensibles à l’illusion de Müller-Lyer.
Pour ce qui est de l’illusion du T renversé, une autre explication s’applique. Comme
les peuples africains vivent dans la savane, qui a un relief très plat, et que leur
environnement est pratiquement dépourvu d’arbres, de maisons ou de poteaux, ils
sont donc moins habilités que nous à juger les lignes verticales ; c’est pourquoi ils
sont plus facilement bernés par l’illusion du T renversé.
Dans cette illusion, nous (les occidentaux) voyons une famille rassemblée dans une
maison dont le mur a une lucarne garnie d’une plante. Cela est du au fait que notre
civilisation est habituée aux formes architecturales droites et perpendiculaires.
Cependant si nous montrons cette image à des africains, ils verront une famille
rassemblé sous un arbre. La femme assise (la deuxième en partant de la gauche)
portant une boîte sur la tête.
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III Les illusions d’optique artistiques
Ces illusions contrairement à celles énoncées ci-dessus ne surviennent pas
naturellement, mais sont crées par des astuces visuelles utilisées par l’artiste.
Il y a plusieurs groupes :
- Un groupe qui illustre l’illusion, les dessins font naître des interprétations visuelles
qui sont très différentes des propriétés des éléments représentés.
- Des groupes portant sur l’ambiguïté, chaque dessin peut donner lieu à au moins
deux interprétations visuelles qui s’excluent mutuellement. L'observateur peut
normalement passer volontairement d'une interprétation à l'autre, une fois que les
différentes interprétations ont été identifiées ainsi que certains indices concernant les
différentes interprétations.
- Des groupes sur l’impossibilité, des parties différentes de chacun des dessins
suscitent des interprétations incompatibles entres-elles. Tous les objets de cette
catégorie ne pourraient pas exister ou il serait fortement improbable qu’ils existent
dans la réalité.
Prenons l’exemple suivant. Que voyez-vous sur l’image suivante? Le visage d’un
vieil homme, ou un homme habillé de blanc en face d’une femme en robe ?
Illusion des colonnes :
En réalité, la création d’un édifice pareil est strictement
impossible. Ce sont les astuces du dessin données par le
peintre qui donnent cette impression d’irrationalité.
30
IV Explications scientifiques
Pour tenter de déjouer les pièges et offrir le plus de rigueur possible dans leur
interprétation visuelle, les neurones doivent en effet limiter leur champ d'action. Ceux
qui sont affectés aux couleurs en interprétant chacun une, les détecteurs de
mouvement se spécialisent en horizontalité ou verticalité et ainsi de suite.
Au moment où notre regard se pose sur une image, les neurones responsables d'en
détecter les principales composants doivent s'activer, tout en désactivant ceux qui
pourraient entraver l'interprétation. Si, par exemple, on observe une ligne verticale,
les neurones sensibles aux lignes horizontales doivent se « taire », afin d'éviter toute
confusion.
Mais cette ingénieuse « spécialisation » peut aussi jouer des tours. On imagine ce qui
peut se produire lorsque les neurones sont confrontés à une image un tant soit peu
inhabituelle. Ils ne savent plus sur quel domaine se spécialiser. Ils se disputent le
droit d'interpréter les dimensions de l'image et déstabilisent le système vestibulaire du
cerveau, siège de l'équilibre, d'où la désagréable sensation de nausée qui survient
lorsqu'on fixe une de ces images surréalistes (ci-dessous).
Par exemple, pour bien comprendre le mouvement descendant d'une chute d'eau,
notre cerveau freine l'action des neurones qui perçoivent les mouvements ascendants,
afin d'en accentuer l'effet. Mais plus on fixe la chute longtemps, plus le système
s'habitue. Si bien qu'on atteint un seuil où l'inhibition n'est plus efficace. « On n'a
alors qu'à fermer les yeux pour voir la chute remonter : ce sont les neurones
désactivés qui reprennent le dessus. »
Cette révolte des neurones inhibés ne se limite pas au mouvement. Plusieurs illusions
semblables s'appuient sur la perception de la couleur, c'est ce qui explique les images
résiduelles.
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CONCLUSION
Une illusion d’optique est donc due à une mauvaise interprétation cérébrale des
signaux lumineux émis par l’objet. On les classe suivant plusieurs critères :
Des critères étiologiques anatomiques :
On distingue deux grand type d’illusions d’optique : celles dues à la vue (œil+aire
primaire cérébrale) : Les illusions optico-géométriques.
Celles dues à la vision (vue+aires cérébrales diverses) : Les illusions psychologiques
Des critères étiologiques de créations : illusions d’optiques naturelles et les
illusions d’optique crées par des astuces visuelles.
Toutes les erreurs de traduction cérébrale des émissions lumineuses ne sont pas des
illusions d’optique en effet il peut s’agir de phénomènes pathologiques.
Les illusions d’optiques ne sont pas forcement néfastes en effet certaines peuvent être
bénéfiques. Par exemple une personne ne possédant qu’un seul œil perçoit très bien
les reliefs et les volumes. Cela provient du fait que le cerveau comble ces anomalies
en faisant appel à la mémoire. Il peut ainsi reconstituer virtuellement l’image .Par
contre s’il elle ne l’a jamais vu elle ne pourra pas la construire par extrapolation C’est
pourquoi les personnes naissant avec un seul œil ont plus de mal à voir en reliefs et a
attraper des objets.
Les illusions d’optiques permettent de mettre en évidence les limites de la vision et
non ses pathologies.
Pour conclure nous dirons : une illusion d’optique peut donner une image erronée de
la réalité ou la réalité à partir d’une image erronée.
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PARTIE 3 : CREATIONS D’ILLUSIONS
D’OPTIQUE
Introduction
Dans cette dernière partie, nous allons exposer des travaux pratiques mettant en scène
des illusions que nous avons réalisés grâce aux connaissances acquises. Sur ce
document, nous présentons uniquement la description théorique de l’illusion et son
explication. Vous pourrez les regarder en vidéo sur le DVD accompagnant la
production écrite.
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I L’illusions du triangle
Impressionnante et troublante, cette illusion représente un triangle dont les côtés se
rejoignent de façon irrationnelle.
Il faut savoir que nous avons réalisé cette photo à l’aide d’un appareil photo 2D, sans
aucun trucage. D’ailleurs, la 2D est la première cause de cette illusion car elle donne
l’impression d'une figure presque plane. Or celle-ci résulte d’un montage
tridimensionnel.
Grâce à l’image ci-dessous on comprend que c’est l’angle de vue duquel la photo est
prise qui crée l’illusion. Il suffit de faire « toucher » le bord du coté supérieur avec le
celui du côté inférieur. Le cerveau ne connaissant pas cette image, il va devoir
l'interpréter comme un triangle malgré que cela soit impossible en réalité.
Afin de mieux comprendre cette illusion, nous l’avons réalisé et filmé.
Elle est gravée sur le DVD fourni avec le TPE.
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II La notion de volume : les 3 dimensions
1. Notions de dimensions
Afin de comprendre la notion de dimension, il faut d’abord en énoncer la définition :
Étendue mesurable (dans tous les sens) d'un corps ou d'un objet; portion de l'espace
occupée par ce corps ou cet objet.
Pour mieux comprendre, représentons cette notion par des schémas :
1D
2D
3D
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2. La 3ème dimension
Par quels moyens voyons-nous en volume ?
Nos yeux sont espacés d’environ 65 millimètres. Nous sommes donc obligés de
loucher afin de fixer un objet. Plus cet élément est près, plus nous devons loucher.
Cela entraîne donc que chaque œil voit d'un angle différent la même image. Et donc,
nous percevons deux images. Une pour chaque œil.
Vue œil gauche
Vue œil droit
Prenons l’exemple ci-dessus. Ces deux images arrivent au cerveau, et celui-ci va les
assembler mais il ne peut les laisser ainsi car ceci donnerait une image floue de ce
type:
Il va donc ne faire apparaître qu'une seule fois chaque élément pour donner une
image nette. Ensuite, la différence de décalage pour chaque objet entre les deux
images va permettre au cerveau de déterminer la distance qui le sépare de celui-ci.
Ainsi plus le décalage sera grand, et plus l'objet sera perçu près.
Mais il est important de comprendre que cette élaboration des distance (et donc du
volume) est un apprentissage que l'on fait au moment où on commence à attraper les
objets ou à marcher. D’ailleurs on peu constaté la difficulté pour un bébé ainsi que
sont énervement lorsqu'il essai d’attrapé un objet mais qu'il en est trop loin ou trop
prés. L'apprentissage de l'évaluation des distances n'est donc pas fini pour lui.
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2°) Comment pouvons-nous pour voir une vidéo ou une photo en 3D ?
Il est évident que cela soit possible. Elle a eut grand succès dans un film il y a moins
d'un an : « Avatar » de James Cameron. Depuis, on peut regarder un grand nombre de
film en 3D avec un jeu de couleurs très réel au cinéma ou sur un écran de télévision.
Pour créer cette stéréoscopie il faudrait juste, avoir deux images différentes
superposées. Décomposer l'une par un œil et l'autre par le deuxième.
Pour ce faire il y a plusieurs méthodes.
La première est de mettre deux images côte à côte et de loucher mais il est difficile
d'y rester sans vomir.
A. La projection alternée
La deuxième serait d'alterner l'image par une vision de la camera de droite puis de la
caméra de gauche très rapidement (ces caméras doivent être à une distance qui imite
celle des yeux) et de fermer le verre gauche des lunettes lorsque l'image de la camera
droite est projeté et ainsi de suite.
Ces cameras doivent être à une distance qui imite celle des yeux. Ce procédé est
possible avec des lunettes à cristaux liquides avec des verres qui s'obstruent
alternativement. On appelle ce procédé qui est à la pointe de la technologie optique :
la projection alternée.
Lunettes à cristaux liquides pour projection alternée :
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B. La polarisation
Une autre technique consiste à polariser une image c'est-à-dire orienter la lumière de
cette image dans l’espace. Verticalement pour l’image représentant l’angle de vue du
premier œil et horizontalement pour celle représentant la vue du second. Afin
d’obtenir une image nette, il est nécessaire de regarder ces images avec des lunettes
polarisantes. Elles sont constituées de cristaux. Pour le coté droit les stries
horizontales obliques des cristaux ne laissent passer que les images polarisées
horizontalement. De même pour le coté gauche avec l'image polarisé verticalement.
Enfin, il y a l'anaglyphe. A partir des couleurs rouge, vert et bleu, on peut obtenir
toute la gamme de couleurs sauf bien sur le noir. On va prendre deux images ou
vidéos qui sont identiques mais prisent à une distance qui toujours imite celle des
deux yeux. On décompose une image avec une seule couleur primaire, puis la
deuxième avec les deux autres images primaires qu'il reste.
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C. L’anaglyphe
Enfin, il y a l'anaglyphe. A partir des couleurs rouge, vert et bleu, on peut obtenir
toute la gamme de couleurs sauf bien sur le noir. On va prendre deux images ou
vidéos qui sont identiques mais prisent à une distance qui toujours imite celle des
deux yeux. On décompose une image avec une seule couleur primaire, puis la
deuxième avec les deux autres images primaires qu'il reste.
Ces deux images seront ensuite superposées et décomposées par des lunettes
comportant un verre avec un filtre rouge et d’un autre comportant en filtre cyan
(composé de vert et de bleu). Chaque image sera vue par un des deux yeux et notre
cerveau sera trompé. On aura donc une impression de profondeur.
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III Illusions de concavité
1. Définition
Les illusions de concavité fonctionnent grâce à l’entêtement qu’a le cerveau à mettre
du sens là où il n’y en a pas. En effet, le but de ces illusions est de présenter une
image concave. Après quelques secondes de mises au point, nous avons l’impression
de voir un élément convexe en 3D qui, quelque soit l’angle de vue que nous prenons
est toujours face à nous. Cela résulte du fait que nous sommes habitués à voir des
images convexes, c'est-à-dire les reliefs vers l'extérieur.
Ce phénomène est tellement important, que lorsqu'on regarde une image plane, notre
cerveau s'entête à la voir convexe. (Cas de la photo ci-dessous)
Par exemple, lorsqu'on regarde le visage d’une personne. En se déplaçant
latéralement ou verticalement on voit apparaître différentes faces (profil ; vue de
dessus ; vue de face ; etc…) par contre lors d’une image concave on ne verra pas les
différentes faces mais le visage en mouvement.
Visage vue de face (image plane impression de convexité donne les reliefs)
Visage vue de profil (image plane impression de convexité donne les reliefs)
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2. Illusions du coati et des écrous
Avant de commencer, il faut savoir que les illusions présentées fonctionnent
uniquement par une perception vidéo ou réelle. Il sera donc impossible de les voir
dans la production écrite. Cependant, le didacticiel de leur création et leur
démonstration sont disponibles en annexe.
L’illusion du coati consiste à plier le patron ci-dessous pour construire une figure en
3 dimensions.
On obtient la figure ci-dessous. La tête de l’animal étant concave.
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Ici, lorsqu’on se déplace verticalement, ou latéralement, aucune partie du visage
n’apparait ou disparait. Elles se compressent ou se décompressent selon l’angle de
vue.
On remarque aussi que l'illusion est plus efficace si l'on ferme un œil ou si nous la
regardons à travers une vidéo. Cela est évident car si nous regardons que d’un seul
œil, nous voyons en 2D. Ce qui explique que nous avons beaucoup plus de mal à
distinguer la concavité, du visage de l'animal, donc notre cerveau sera plus facilement
trompé et nous verrons plus aisément une image convexe.
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L’illusion des écrous admet les mêmes propriétés que celle du coati.
Voici le patron du pliage à effectuer. Le but de cette illusion est de leurrer le
spectateur en faisant passer un crayon dans les deux trous. Le spectateur aura
l’impression que le crayon est courbé.
On a l’impression que les écrous découpés et pliés sont perpendiculaires.
Ensuite, on fait passer un crayon dans les deux trous. On a l’impression que celui-ci
se courbe.
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Cela est faux car lorsqu’on retourne le pliage, on voit que les écrous étaient concaves
et que donc le crayon était droit.
La vidéo de l’illusion est présente sur le DVD annexe.
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