Vacances apprenantes : découvrez notre liste d'activités sur le thème de la couleur.

>> Expériences "vision"

Le physicien et botaniste Français Edme Mariotte fit en 1668 une expérience restée célèbre appelée « expérience de la tache aveugle ». Nous avons reproduit (et « traduit ») ci-dessous un extrait de l’ouvrage « Œuvres de Mariotte », publié en 1717, dans lequel il décrit ses observations.

« Pour faire donc tomber les rayons d'un objet sur le nerf optique de mon œil et éprouver ce qui en arriverait, j'attachai sur un fond obscur, environ à la hauteur de mes yeux, un petit rond de papier blanc, pour me servir de point de vue fixe ; et cependant j'en fis tenir un autre à côté vers ma droite, à la distance d'environ deux pieds, mais un peu plus bas que le premier, afin qu'il pût donner sur le nerf optique de mon œil droit, pendant que je tiendrai le gauche fermé. Je me plaçai vis-à-vis du premier papier, et m'en éloignai peu à peu, tenant toujours mon œil droit arrêté dessus ; lorsque je fus à la distance d'environ neuf pieds, le second papier qui était grand de près quatre pouces me disparut entièrement. Cependant, je ne pouvais pas attribuer cela à l'obliquité de cet objet, d'autant que je remarquais d'autres objets qui étaient encore plus à côté ; de sorte que j'eusse pu croire qu'on me l'avait subtilement ôté, si je ne l'eusse retrouvé en remuant tant soit peu mon œil. Mais aussitôt que je venais à regarder fixement mon premier papier, cet autre qui était à droite, disparaissait à l'instant, et pour le retrouver sans remuer l'oeil, il fallait un peu changer de place. Je fis la même expérience en d'autres distances, éloignant ou approchant les papiers l'un de l'autre à proportion. Je la fis encore avec l'oeil gauche, en tenant le droit fermé, après avoir fait porter le papier à la gauche de mon point de vue de sorte que par la situation des parties de l'oeil, il n'y eu pas lieu de douter que ce ne soit sur le nerf optique que se fait ce défaut de vision. »

Nous vous invitons ici à réaliser vous-même cette expérience simple et spectaculaire, qui semble relever de la magie mais qui, comme nous le verrons, est une conséquence directe de l’anatomie de notre système de vision.

Matériel

Observations

Pour cette expérience, il faut disposer d'un fond noir sur lesquels ont été dessinés une croix et un rond blancs de quelques millimètres de diamètre, séparés d'une dizaine de centimètre et environ à la même hauteur. Pour cela vous pouvez utiliser une feuille de papier noire sur laquelle vous dessinez le rond et la croix au stylo correcteur blanc, comme montré sur la photo ci-dessus, ou directement l'image ci-dessous affichée sur votre écran d'ordinateur (si la distance entre la croix et le rond n'est pas d'environ 10 cm, utilisez le zoom de votre navigateur pour l'ajuster).

Pour mettre en évidence l’existence d’une tache aveugle dans le champ visuel de l’œil droit, on dispose la feuille avec la croix à gauche et le rond à droite, à une soixantaine de centimètres des yeux, de façon à ce que son œil droit soit en face de la croix. On ferme l’œil gauche et on fixe la croix tout en vérifiant si le rond blanc est visible (comme il n’est pas dans le centre du champ visuel, il n’est pas très net). On rapproche alors progressivement la feuille des yeux (ou les yeux de l'écran). Quand la distance est d’environ 50 - 40 cm, le rond noir disparait, puis réapparait en se rapprochant d’avantage.

On peut faire la même observation avec l’œil gauche en renversant la feuille (rond à gauche, croix à droite) et en fermant l’œil droit.

Discussion

Pour comprendre ce phénomène, il faut revenir à la formation des images dans nos yeux. Le schéma ci-dessous représente une vue de dessus de l'oeil droit, dans le plan horizontal contenant le rond, la croix et l'oeil droit.

Il est facile de comprendre pourquoi ce phénomène n’est pas visible quand nos deux yeux sont ouverts : quand l’image d’un objet se forme sur la papille optique d’un œil, l’autre œil le voit car aucune position d'un objet ne permet à son image de se former sur la papille optique des deux yeux en même temps, comme le montre le schéma ci-dessous (les globes oculaires ont été grossis et ne sont pas à l'échelle).

Il est par contre beaucoup plus troublant de constater que quand nous fermons un œil, nous ne voyons pas un rond noir correspondant à cette tache aveugle dans notre champ de vision !

Reproduisons l'expérience précédente en inversant les couleurs, c'est à dire en dessinant un rond et une croix noirs sur une feuille blanche : quand le rond noir disparait, la feuille parait uniformément blanche ! (vous pouvez aussi faire l'observation sur l'écran de votre ordinateur en utilisant l'image ci-dessous). Mariotte avait déjà fait cette constatation puisqu’il écrivait : « Et c'est une chose très surprenante que lorsque par cette manière, on perd de vue un rond de papier noir attaché sur un fond blanc , on n’aperçoit aucun ombrage ou obscurité à l’endroit où est le papier noir, mais le fond parait blanc en toute son étendue. »

Des études neurologiques ont montré que notre système visuel était capable de « remplir » la partie manquante de la scène en utilisant les informations provenant des régions situées autour de la papille optique. Par exemple, quand le rond noir disparait la feuille prend la couleur de la région qui l'entoure (le blanc dans notre expérience). Encore plus étonnant, si on met par exemple un stylo en travers de la tache aveugle, le stylo est vu en entier ! Faites l'expérience à partir de la situation précédente, en vous positionnant de façon à ce que le rond noir ne soit plus visible, placez un stylo contre ce rond noir : le stylo apparait en entier. Toutefois certains détails, comme le capuchon par exemple, qui ne peuvent pas être reconstitués par notre système visuel à partir de leur environnement, n'apparaitront pas !

Analyse quantitative

En mesurant l’intervalle de distances entre la feuille de papier et les yeux pour lesquelles le rond noir disparait, il est possible de déduire une estimation de la position de la papille optique par rapport au centre de la rétine (où se trouve la fovéa).

Pour un rond et une croix séparés de 10 cm, nous voyons disparaître le rond quand la distance entre la feuille et nos yeux est comprise entre 50 et 40 cm . Les rayons lumineux provenant du rond entrent alors dans l’œil avec un angle d’environ 13° par rapport aux rayons provenant de la croix (10 cm / 45 cm ≈ tan 13° : voir le schéma ci-dessous) : la papille optique de l’œil droit se trouve donc décalée d’environ 13° à l’horizontale (vers le nez) par rapport au centre de la rétine.

Il est également possible, quoiqu’un peu plus délicat, d’estimer à quelle ouverture angulaire correspond cette tache aveugle. Pour cela, on peut agrandir le rond progressivement et chercher à partir de quelle taille on ne peut plus le faire disparaitre. Nous avons trouvé que c'est le cas à partir de 3 cm de diamètre (toujours pour un objet situé à 40-50 cm de nos yeux) ce qui correspond à une ouverture angulaire d'environ 4° (voir le schéma ci-dessus). Cette estimation (qui peut varier légèrement d’une personne à l’autre) n’est pas très précise : la papille optique mesure en réalité près de 3 mm de diamètre pour un diamètre de globe oculaire d'un peu plus de 20 mm, soit une ouverture angulaire de près de 8° !

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