http://www.ac-grenoble.fr/disciplines/spc/file/ressources/Resolution_probleme/2014_1ES_Representation_visuelle_Cataracte_Monet.doc

Niveau : 1ES
Notions et contenus :
La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine.
Synthèse soustractive ; synthèse additive
Type d’activité : expérimentale, résolution de problème
Compétence travaillée ou évaluée (à préciser si besoin):
S’informer - s’approprier
Réaliser
Raisonner - analyser
Communiquer
Résumé (en 5 lignes au plus) : Résolution de problème mettant en lien la SVT et la physique sur les thèmes de
la synthèse additive, soustractive et du rôle des cônes dans la vision en couleur.
Mots clefs : photorécepteurs, synthèse additive, synthèse soustractive, filtres, couleurs d’un objet, cataracte
Auteur, sources, établissement : Moreau Carole Lycée International Grenoble inspirée par le sujet de BAC
Sciences 1L/ES Amérique du Sud 2012
Date de création : 2014
Durée estimée de cette activité : 1h30
Le Défi
On est en 1912 et vous êtes Charles Coutela, un ophtalmologiste parisien réputé.
Admirateur des impressionnistes et surtout de Claude Monet, vous avez cependant remarqué que depuis
quelques années, ses œuvres s’obscurcissent, les contours s’estompent et certaines couleurs disparaissent.
Son ami, George Clémenceau, vient de vous contacter pour lui venir en aide.
Le peintre, qui vit à Giverny, est en effet atteint de cataracte et ne peut plus se fier à ses yeux. Il s’y retrouve
autant qu’il peut en annotant ses tubes de couleurs et se guide grâce à sa mémoire et ses habitudes.
Il y a cependant urgence, car Monet doit terminer sa série Nymphéas commandée par le gouvernement Français,
George Clémenceau à sa tête !
Monet a déjà consulté tous les spécialistes français et européen pour trouver une alternative à l’opération dont il
craint les risques mais selon son ami, il n’a maintenant plus le choix s’il veut se remettre à peindre.
G. Clémenceau attend du spécialiste que vous êtes un rapport médical à destination de Claude Monet qui lui
permette de comprendre :
 Le principe de la vision en couleur pour un œil sain
 Les problèmes lié à la cataracte
 Une explication des principes de l’opération qui lui permettrait de retrouver une vision nette, de loin, et en
couleur
Vous réaliserez votre rapport sous forme d’un enregistrement sonore* qui sera envoyé à Giverny pour une lecture
sur le phonographe du peintre, celui-ci ayant maintenant trop de difficulté à lire son courier. Vous pouvez
accompagner ces enregistrements de schémas explicatifs simples si vous les pensez nécessaires. Mr Clémenceau
lui fera parvenir le tout.
*
le phonogramme a été inventé en 1877 par Edison
Les Documents de travail
Document 1 : Le Bassin aux Nymphéas de Monet
« Monet, peintre impressionniste, aimait peindre des séries d’un même motif ; ainsi il a peint plus de 20
fois le pont Japonais à Giverny. Ces tableaux révèlent l’accentuation du jaunissement et la dégradation
des formes*.»
Dossier pour la science avril 2000
*Le jaunissement et la dégradation des formes sont dus à la cataracte de Monet.
Le bassin aux Nymphéas, 1899 (sans cataracte) Le bassin aux Nymphéas, 1922 (avec cataracte)
En 1899 Monet peint "le bassin aux Nymphéas" avant que n'apparaisse sa cataracte (figure de gauche). Ce
tableau a une dominante bleu-vert. En 1922 Monet peint le même bassin (figure de droite). Ce tableau a
une dominante jaune et des formes imprécises, qui indiquent qu'une cataracte s'est développée chez le
peintre et que la nature est désormais vue avec un filtre jaune dans l’œil.
D’après BAC Sciences 1L/ES Amérique du Sud 2012
Document 2 : La vision en couleur / Fonctionnement de l’œil
Image http://raphaelle.deveaud.free.fr/Vision.html
Les rayons lumineux sont dirigés sur des cellules
sensibles à la lumière, les photorécepteurs,
disposés derrière la rétine.
Ces récepteurs de l'œil servent à décomposer les
informations lumineuses en signaux électriques
qui seront envoyés au nerf optique. Chez l’être
humain, il existe deux types de cellules
photoréceptrices :
- les bâtonnets : Ils ont une très grande
sensibilité à la lumière, d'où leur capacité à
percevoir de très faibles lueurs la nuit : vision de
nuit. Ainsi ils ont une très faible perception des
détails et des couleurs car plusieurs dizaines de bâtonnets ne sont liés qu'à une seule fibre du nerf optique.
Ils contiennent une substance chimique appelée rhodopsine ou pourpre rétinien. Quand la lumière frappe
une molécule de rhodopsine, celle-ci génère un faible courant électrique. Les signaux ainsi recueillis
forment un message qui est transmis aux cellules nerveuses de la rétine.
- les cônes : Leur sensibilité à la lumière est très faible mais leur perception des détails est très grande
pour deux raisons : il y a une densité très élevé de cônes dans la fovéa et surtout chaque cône de la fovéa
transmet son information à plusieurs fibres du nerf optique : la vision est donc de jour. Ainsi ils ont une
très bonne sensibilité aux couleurs.
Ils sont de trois types selon le pigment qu'ils contiennent et ont donc une sensibilité à des ondes
lumineuses de longueurs différentes : cônes contenant de l'erythropsine (sensibles au rouge), de la
chloropsine (vert), de la cyanopsine (bleu).
Graphique représentant, au niveau de la
rétine, le pourcentage d’absorption de la
lumière par les cônes en fonction de la
longueur d’onde chez un individu non
atteint de cataracte. On obtient le même
graphique chez un individu après une
opération de la cataracte.
D’après BAC Sciences 1L/ES Amérique du Sud 2012
Document 3 : La vision en couleur / Synthèse additive
Les cellules responsables de notre vision en couleur (les cônes) ne sont sensibles qu’aux trois couleurs
précédemment citées : rouge, vert et bleu.
Est-il possible d’obtenir toutes les autres couleurs à partir de ces trois couleurs ?
Vous disposez d’une lanterne, d’un écran et de trois diapositives indiquées : bleu, vert
et rouge. Disposer les diapositives sur chacune des ouvertures de la lanterne puis
allumer cette dernière. En déplaçant les volets de la lanterne, vous pouvez superposer
deux ou trois faisceaux de lumière colorée.
Compléter alors le tableau suivant avec la couleur obtenue lors de la superposition correspondante puis
coloriez le dessin ci-contre avec les couleurs qui conviennent :
Couleur observée dans le secteur où se
Lumière colorées à superposer
superposent les lumières colorées
Bleu
vert
bleu
rouge
vert
rouge
bleu
rouge
vert
Animation :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/synthese_couleurs.swf
Grâce à cette animation vous pouvez modifier l’intensité de ces trois lumières colorées :
tester les modifications possibles.
L’œil et le cerveau réalise la synthèse additive des lumières reçues par l’œil : la couleur observée est
obtenue en ajoutant les lumières colorées
Le rouge, le bleu et le vert sont appelées couleurs primaires
Lorsque deux lumières de couleur primaire se chevauchent (avec des
intensités égales), elles donnent une lumière d’une couleur secondaire
(cyan, magenta ou jaune).
Cercle chromatique à compléter :
Document 4 : vieillissement du cristallin et défauts visuels
Quand le cristallin vieillit et jaunit, il joue alors le rôle d’un filtre jaune et absorbe les rayonnements
inférieurs à 510 nm : le spectre ci-dessous (à droite) est amputé de sa partie gauche. La composante froide
(les bleus) est éliminée. De plus, le cristallin devient opaque, ce qui entraîne une vision dégradée des
formes.
D’après BAC Sciences 1L/ES Amérique du Sud 2012
Document 5 : Couleur des objets / Synthèse soustractive
Les objets qui nous entourent sont visibles car ils nous envoient de la
lumière (source secondaire).
Lorsqu’un objet reçoit de la lumière, il peut :
 L’absorber : c'est-à-dire ne pas la renvoyer
 La transmettre si la lumière peut le traverser (filtres, solutions
transparentes)
 La diffuser, c'est-à-dire la renvoyer dans toutes les directions
D’après le Manuel de 1S Physique Edition Bordas
Comment fonctionne un filtre jaune ?
Vous disposez d’une lanterne, d’un écran et de trois diapositives indiquées : Jaune,
magenta, cyan. Prévoir, à l’aide du document 3, ce que vous allez voir quand vous
superposez les filtres 2 à 2 les uns sur les autres puis les trois. Compléter la colonne
« Prévision ».
Vérifier alors vos prévisions à l’aide de la lampe à volet. Compléter la colonne
« Expérience ».
Lumière colorées à superposer
magenta
cyan
magenta
jaune
cyan
jaune
cyan
jaune
magenta
Prévision
Expérience
Les filtres réalisent la synthèse soustractive : la couleur est obtenue en retirant des lumières
colorées à la lumière incidente
D’où vient la couleur d’un objet opaque ?
Notre œil perçoit des objets colorés car leur surface, telle un filtre, absorbe et diffuse certaines radiations
de la lumière incidente.
Remplir le tableau en faisant la prévision de la couleur de l’objet éclairé dans la case
grisée puis vérifier par l’expérience (mettre le résultat de l’expérience dans la case
blanche)
Couleur de
l’objet en
lumière blanche
Couleur de l’objet en
lumière verte
Couleur de l’objet en
lumière rouge
Couleur de l’objet en
lumière bleue
jaune
rouge
Un objet n’a pas de couleur propre ! Il n’est coloré que parce qu’il reçoit et absorbe certaines
radiations !
La couleur perçue d’un objet correspond à la composition de la lumière qu’il diffuse.
D’après le Manuel de 1L/ES Sciences Edition Hachette
Document 6 : opération de la cataracte
Dans la plupart des cas, la cataracte est traitée par une intervention chirurgicale sous anesthésie locale au
bloc opératoire. L’opération consiste à retirer le cristallin devenu opaque et à le remplacer par un cristallin
artificiel, un implant synthétique transparent qui permettra de retrouver une vision claire.
Lors de l’intervention, l’implant monofocal posé est réalisé dans un matériau souple comme l’acrylique
ou la silicone. Il est choisi en fonction de mesures réalisées sur l’œil avant l’opération et il conservera sa
forme et sa taille après implantation. Son rôle consiste en la restauration de la vision de loin.
D’après BAC Sciences 1L/ES Amérique du Sud 2012