- enseignement Catholique

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AUTEUR : Jean-Baptiste Schuermans
Fiche technique
Fabriquer un modèle de l’œil
Description générale
Les modèles de l’œil vendus dans le commerce se composent généralement d’une lentille jouant le rôle du
cristallin et d’un écran jouant le rôle de la rétine. La distance entre l’écran et la lentille peut être ajustée
pour simuler le comportement d’un œil normal, myope ou hypermétrope. Un support disposé devant le
cristallin permet de placer des lentilles correctrices. Sur certains modèles, les différents éléments sont
montés sur un rail gradué permettant des mesures précises des distances.
Sur certains modèles du commerce, le rôle du cristallin est tenu non pas par une lentille rigide classique,
mais par une pièce en plastique mou et transparent gonflé d’eau. Un dispositif (par exemple une seringue
remplie d’eau) permet de modifier la courbure du cristallin de manière comparable au mécanisme
d’accommodation dans l’œil humain.
Outre leur prix, l’inconvénient de ces dispositifs est que l’écran est exposé à la lumière ambiante, ce qui
diminue le contraste de l’image qui s’y forme. Le modèle artisanal proposé ci-dessous, étant du type
chambre obscure, permet d’obtenir une image claire, même en lumière faible. Il peut servir à estimer la
distance focale de diverses lentilles et à illustrer le fonctionnement de l’œil. Son prix de revient est très
faible ; sa fabrication demande un peu de temps et d’ingéniosité. Nous proposons également, en plus de
ce modèle « du professeur » une deuxième version « de l’élève », plus rudimentaire, qui pourra aisément
être construite par les élèves à l’aide de matériel de récupération.
Le défaut majeur des modèles décrits ci-dessous est l’impossibilité de modifier la courbure du cristallin de
manière à modéliser l’accommodation : nous n’avons pas encore, à ce jour, trouvé de solution technique
pour construire un tel dispositif artisanalement. Peut-être certains de nos lecteurs nous proposeront ils des
idées que nous vous partagerons dans une prochaine version de cette fiche…
A. Modèle « du professeur »
Matériel
1. Deux boîtes en carton imbriquées. Si l‘on dispose déjà d’une boîte longue (dans notre cas,
l’emballage d’un petit électroménager), on peut s’en servir pour la boîte intérieure. Pour la
confectionner boîte extérieure, utiliser un morceau de carton de 2 ou 3 mm d’épaisseur.
2. Une lentille convergente. Cette lentille jouera le rôle du cristallin. Le diamètre de cette lentille n’est pas
un critère déterminant, si ce n’est que la luminosité de l’image augmente comme le carré du diamètre
d’entrée. Nous avons utilisé une loupe de vue de 75 mm de diamètre, qui donne des images très
lumineuses même en faible lumière, et deux lentilles de 35 mm de diamètre. La loupe présente
l’avantage supplémentaire d’être un objet de la vie quotidienne. Des lentilles de focales différentes
seront utiles pour simuler le fonctionnement d’un œil normal, myope ou hypermétrope (voir fiche
d’expériences « Le fonctionnement de l’œil »), et des lentilles supplémentaires (éventuellement des
verres de lunettes) seront utiles pour illustrer la correction des défauts de l’œil.
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3. Du polystyrène expansé (frigolite) et du papier émeri à grain fin. Les lentilles sont montées sur des
supports en polystyrène découpés dans une plaque de récupération (17 mm d’épaisseur). Le
matériau est poncé au papier émeri fin pour en améliorer le fini de surface.
4. Du papier calque ou du plastique translucide. L’écran peut être constitué d’un morceau de calque ou,
mieux, de chemise plastique translucide. Le plastique est plus résistant que le calque, et l’image est
très nette au centre (quoique son grain se manifeste en périphérie). Le papier calque, plus fragile,
donne une image homogène, mais moins nette.
5. Un élastique et des languettes de bois ou de balsa. La fixation des plaques de polystyrène portelentilles se fait à l’aide d’un élastique retenu par des languettes de bois (ici, des morceaux de pince à
linge).
6. Colle de contact, ruban adhésif, peinture noire, mètre ruban en papier. Les éléments sont assemblés
à l’aide de colle de contact, l’écran maintenu par des bandes de ruban adhésif (masking tape). Un
peu de peinture noire a servi à assombrir l’intérieur de la chambre. Un mètre ruban en papier indique
la distance entre la lentille et l’écran (on peut photocopier une règle graduée).
Réalisation
1. Pratiquer une ouverture carrée des deux côtés de la boîte intérieure.
2. Découper les contours de la boîte extérieure dans une pièce de carton. Les mesures à utiliser
dépendent de l’épaisseur du carton. Distance entre traits = largeur boîte intérieure + épaisseur du
carton utilisé pour la boîte 2 + un ou deux mm de jeu. Ajouter en outre une demi épaisseur pour le
quatrième volet et une épaisseur pour le cinquième volet (à droite sur la photo au centre cidessous).
3. Pour diminuer les sources de lumière parasite, l’intérieur de la chambre peut être peinte en noir.
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4. Les différentes lentilles sont insérées dans des caches en polystyrène de section égale à celle de
la boîte (poncer le polystyrène avec un papier de verre fin pour un meilleur fini de surface). Si
nécessaire, des épingles peuvent aider à maintenir les lentilles en place.
5. L’écran est maintenu par deux morceaux de bande adhésive. Le capot avant est muni d’un
système de fermeture (ici, un élastique passant derrière des onglets de bois).
6. Une règle graduée en papier est collée sur la face supérieure de la boîte intérieure ; elle indique la
distance entre le centre de la lentille et l’écran.
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Remarque. Les dimensions du modèle dépendent des caractéristiques des lentilles utilisées :
- la section (face avant) doit être 5 à 6 cm plus large que la plus large des lentilles
- la longueur doit valoir au moins deux fois la plus grande focale 1
Voici cinq images obtenues à l’aide du modèle cidessus, en utilisant la loupe de vue (distance focale
d’environ 175 mm), sauf pour la première (sans
loupe). Seule la photo n°3 a été réalisée avec un
écran en papier calque, les autres avec écran en
plastique translucide à grain. Dans l’ordre: 1.
Paysage observé sans lentille – 2 et 3. Le même
avec la loupe – 4. Corbeille de fruits placée à 1 m
environ de l’objectif, écran à 22 cm de la lentille
(distance de netteté maximale) – 5. La même,
écran à 28 cm de la lentille (effet « myope »).
Pour une mise au point sur l’infini (paysage lointain), l’image se forme à une distance focale f de la lentille ; pour un objet éloigné
de 2f, la distance lentille-écran vaut 2f ; pour un objet plus proche que 2f, la distance lentille- écran est plus grande que 2f. Avec une
boîte dont la longueur vaut 2,5 ou 3 fois la plus grande focale, on peut couvrir un champ suffisamment étendu de configurations.
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Les
deux
photos
ci-contre
montrent
la
différence
de
luminosité des images obtenues
avec une loupe de 75 mm de
diamètre (à gauche) et une lentille
de 35 mm de diamètre (à droite).
B. Modèle « de l’élève »
Matériel
1. Une boîte d’emballage pour chaussures en carton. Prévoir une boîte par élève (ou groupe d’élèves).
Eviter les boîtes abimées ou pliées.
2. Une lentille convergente ou une loupe. Si certains élèves possèdent des loupes, ils ont été invités à
les amener. On en trouvera peut-être aussi dans le matériel disponible au laboratoire de biologie. Les
loupes ou autres lentilles convergentes seront tenues à la main. Compter une lentille convergente par
modèle, et deux lentilles (une convergente et une divergente) pour la correction des défauts de l’œil.
3. Un morceau de chemise plastique translucide. Glissé dans deux fentes adéquatement disposées il
sera fixé à l’aide de bande adhésive.
4. Une portion de mètre ruban en papier. Collé sur la boîte, il sert à indiquer la distance entre la lentille
et l’écran.
5. Bande adhésive, colle de contact.
Réalisation
1. Retirer le couvercle de la boîte et y tracer deux lignes verticales à 4 cm de part et d’autre d’un des
côtés. Inciser le long de ces lignes, depuis le fond de la boîte jusqu’à 2 cm du bord supérieur.
2. Découper l’écran dans une bande de plastique translucide (hauteur = hauteur des deux incisions
réalisées en 1 ; largeur = largeur de la boîte + 6 cm). L’insérer dans les deux incisions et le coller à
l’aide de bande adhésive.
3. Dans le côté opposé, pratiquer un trou de diamètre supérieur à celui de la lentille que l’on va
utiliser. Prolonger ce trou par une rainure dirigée vers l’écran, d’une largeur suffisante pour pouvoir
y glisser le pouce, et d’une longueur telle que l’on puisse amener la lentille à une distance focale
de l’écran.
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4. De l’autre côté (derrière l’écran), pratiquer une ouverture circulaire de quelques cm de diamètre
permettant de voir une portion suffisante de l’écran.
Pour utiliser le modèle de l’œil, on tient la boîte d’une main, la loupe ou la lentille de l’autre. Faire coulisser
le manche de la loupe (ou les doigts tenant la lentille) dans l’ouverture allongée jusqu’à trouver la distance
qui donne une image nette sur l’écran.
L’utilisation d’un dispositif fermé présente un double avantage : elle augmente le contraste de l’image
obtenue en diminuant les apports de lumière parasite ; elle se rapproche de la configuration d’un œil
humain, camera obscura où la lumière entre uniquement par le cristallin. Cependant, il est également
possible de travailler avec seulement une lentille et un écran. Dans ce cas, on peut coller des portions de
plastique translucide sur des supports en carton pour faciliter les manipulations.
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