Les instruments d'optique
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• décrire l'œil et son fonctionnement (accommodation) ;
• utiliser le modèle de l'œil réduit ;
• expliquer et corriger la myopie, l'hypermétropie et la presbytie.
• décrire et modéliser un microscope ;
• construire l'image d'un petit objet ;
• calculer le grossissement du microscope.
Situation
Certains voient flou de loin, d'autres de près ; beaucoup de personnes de plus de 45 ans éloignent leur journal pour lire. Comment l'œil forme-t-il une image nette, et comment des lunettes corrigent-elles sa vision ?
I. L'œil et ses défauts
1. L'œil
1. Description de l'œil
L'œil est un globe d'environ 2,5 cm de diamètre. La lumière traverse successivement :
- la cornée, membrane transparente en contact avec l'air (indice 1,376) ;
- l'humeur aqueuse, liquide transparent (1,337) ;
- la pupille, orifice central de l'iris, qui joue le rôle de diaphragme et règle la quantité de lumière ;
- le cristallin, lentille convergente souple (1,437), retenue par des ligaments (zonules) reliés au muscle ciliaire ;
- l'humeur vitrée, gel transparent (1,336) ;
- la rétine, membrane nerveuse qui tapisse le fond de l'œil : plus de 100 millions de cellules sensibles à la lumière y transforment l'image en signaux électriques, conduits au cerveau par le nerf optique.
La convergence de l'œil est assurée surtout par la cornée, et réglée par le cristallin.
2. Accommodation et œil réduit
- Pour un objet éloigné, l'œil normal est au repos : le muscle ciliaire est relâché, le cristallin peu bombé, et l'image se forme sur la rétine. Pas de fatigue.
- Pour un objet proche, sans changement, l'image se formerait derrière la rétine : l'objet paraîtrait flou. Le muscle ciliaire se contracte, les ligaments se détendent et le cristallin, élastique, se bombe : il devient plus convergent et l'image revient sur la rétine. C'est l'accommodation, qui fatigue l'œil à la longue.
On modélise l'œil par une lentille convergente de vergence variable (cristallin et milieux transparents), un diaphragme (l'iris) et un écran à distance fixe (la rétine), à environ 17 mm de la lentille.
PR et PP
- Le punctum remotum (PR) est le point le plus éloigné vu net sans accommoder ; pour l'œil normal, il est à l'infini.
- Le punctum proximum (PP) est le point le plus proche vu net en accommodant au maximum ; pour l'œil normal, environ 25 cm.
2. Les défauts de l'œil
1. La myopie
L'œil myope est trop convergent, souvent parce qu'il est trop long : l'image d'un objet éloigné se forme en avant de la rétine ; les objets lointains paraissent flous. Son PR n'est plus à l'infini (vers 30 cm pour une myopie moyenne), et son PP est très proche.
Une lentille divergente (lunettes ou lentilles de contact) rend l'ensemble moins convergent et ramène le PR à l'infini. Le myope corrigé doit accommoder davantage pour lire ; c'est pourquoi certains myopes retirent leurs lunettes pour lire.
2. L'hypermétropie et la presbytie
L'œil hypermétrope n'est pas assez convergent (souvent trop court) : au repos, l'image d'un objet éloigné se forme en arrière de la rétine. Il doit accommoder même pour voir loin, et son PP est plus éloigné que la normale. Son PR est virtuel, situé derrière l'œil.
Une lentille convergente.
Avec l'âge (en général entre 40 et 50 ans), le cristallin perd sa souplesse ; l'accommodation diminue et le PP s'éloigne : on ne peut plus lire de près. On la corrige par des verres convergents pour la vision de près (lunettes de lecture, verres progressifs).
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