Structure de l'œil humain
Le globe oculaire est presque sphérique, environ 2,3 cm de diamètre. Ses parties principales, dans l'ordre où la lumière les rencontre :
- Cornée : la fenêtre avant, transparente et bombée. C'est là que la lumière est le plus déviée (réfraction).
- Iris : l'anneau coloré. Il règle la taille de la pupille, le trou noir au centre, pour laisser entrer plus de lumière dans le noir et moins en pleine lumière.
- Cristallin : une lentille convexe transparente, de consistance gélatineuse. Il ajuste finement la mise au point.
- Muscles ciliaires : ils tiennent le cristallin et changent sa courbure.
- Rétine : l'écran sensible à la lumière au fond de l'œil, avec des cellules appelées bâtonnets et cônes. Elles transforment la lumière en signaux électriques.
- Nerf optique : il envoie les signaux au cerveau, qui lit l'image renversée et nous la montre à l'endroit.
L'œil fonctionne donc comme un système de lentilles : cornée + cristallin forment sur la rétine une image réelle, renversée et petite.
Pouvoir d'accommodation
La distance entre le cristallin et la rétine ne peut pas changer, alors l'œil change plutôt la distance focale de son cristallin.
- Objet lointain → muscles ciliaires relâchés → cristallin mince → distance focale la plus grande.
- Objet proche → muscles ciliaires contractés → cristallin épais → distance focale plus courte.
Cette capacité s'appelle le pouvoir d'accommodation. Elle a des limites :
- Punctum proximum (distance minimale de vision distincte) : environ 25 cm pour un œil normal et jeune.
- Punctum remotum (point le plus éloigné vu nettement) : l'infini pour un œil normal.
Pourquoi la pupille change de taille
Dans une pièce sombre, la pupille s'agrandit pour capter plus de lumière ; au soleil, elle se rétrécit. L'iris le fait tout seul.
Défauts de vision et leur correction
Myopie
Les objets proches sont nets, les objets lointains sont flous. Le point le plus éloigné vu nettement est plus proche que l'infini. Causes : le globe oculaire est trop long, ou le cristallin est trop bombé (trop convergent). L'image d'un objet lointain se forme devant la rétine. Correction : une lentille concave (divergente) de puissance adaptée, distance focale = −(distance du point le plus éloigné).
Hypermétropie
Les objets lointains sont nets, les objets proches sont flous. Le point le plus proche vu nettement s'éloigne au-delà de 25 cm. Causes : le globe oculaire est trop court, ou la distance focale du cristallin est trop grande. L'image d'un objet proche se formerait derrière la rétine. Correction : une lentille convexe (convergente).
Presbytie
Avec l'âge, les muscles ciliaires s'affaiblissent et le cristallin devient moins souple, donc le point le plus proche vu nettement s'éloigne. Les personnes âgées ont besoin de lunettes de lecture (convexes). Certaines ont à la fois de la myopie et de la presbytie et portent des verres bifocaux : partie concave en haut pour voir de loin, partie convexe en bas pour lire.
Autres solutions
Les lentilles de contact et la chirurgie de l'œil peuvent aussi corriger ces défauts. Un cristallin devenu opaque avec l'âge s'appelle une cataracte ; on la traite par une opération.
Pourquoi deux yeux, et conseils pour l'examen
Deux yeux donnent un champ de vision plus large et aident à juger les distances (vision en 3D), car chaque œil voit une image un peu différente.
Types de questions à l'examen : des questions de 2 à 3 points sur des schémas de rayons légendés pour la myopie et l'hypermétropie avec leur correction, un calcul sur la puissance d'une lentille (P = 1/f, f en mètres), et des questions de 1 point sur le punctum proximum, le punctum remotum, l'accommodation et le rôle de l'iris et de la pupille.
Formules et définitions clés
- Puissance d'une lentille : P = 1 / f (f en mètres), unité : dioptrie (D)
- Correction de la myopie : lentille concave avec f = −(point le plus éloigné de l'œil défectueux)
- Correction de l'hypermétropie : 1/f = 1/0,25 − 1/(point proche en m), lentille convexe
- Œil normal : point proche ≈ 25 cm, point éloigné = infini
- Lentille concave → puissance négative ; lentille convexe → puissance positive
Exemples résolus
1. Une personne myope ne voit pas nettement au-delà de 2 m. Quelle lentille et quelle puissance lui faut-il ?
Point éloigné = 2 m. Une lentille concave doit faire paraître les rayons parallèles comme venant de 2 m, donc f = −2 m. P = 1/f = −0,5 D. Lentille concave de −0,5 D.
2. Le point éloigné d'un élève est à 80 cm. Trouve la puissance de la lentille correctrice.
f = −80 cm = −0,8 m. P = 1/(−0,8) = −1,25 D (concave).
3. Un médecin prescrit une lentille de −2,5 D. Quel est le défaut et où est le point éloigné ?
Une puissance négative signifie une lentille concave, donc le défaut est la myopie. f = 1/P = 1/(−2,5) = −0,4 m. Le point éloigné est à 40 cm.
4. Un œil hypermétrope a son point proche à 1 m. Quelle lentille lui permet de lire à 25 cm ?
La lentille doit former une image virtuelle à 1 m d'un livre placé à 25 cm. Avec 1/f = 1/v − 1/u, u = −25 cm, v = −100 cm : 1/f = −1/100 + 1/25 = 3/100, donc f = 33,3 cm = 0,333 m. P = +3 D (convexe).
5. Le point proche d'un vieil homme est à 50 cm. Trouve la puissance de ses lunettes de lecture.
u = −25 cm, v = −50 cm. 1/f = 1/v − 1/u = −1/50 + 1/25 = 1/50, f = 50 cm = 0,5 m, P = +2 D.
6. Une personne a besoin de −1,5 D pour voir de loin et de +2 D pour lire. Quelles lunettes doit-elle porter ?
Elle a à la fois de la myopie et de la presbytie, donc il lui faut des verres bifocaux : la partie haute concave (−1,5 D, f ≈ −67 cm) pour voir de loin et la partie basse convexe (+2 D, f = 50 cm) pour lire.
Erreurs fréquentes
- Dire que l'œil change la distance entre le cristallin et la rétine. Il change la distance focale (l'épaisseur) du cristallin.
- Confondre les lentilles : la myopie demande une lentille concave (moins) ; l'hypermétropie et la presbytie demandent une lentille convexe (plus).
- Oublier de convertir les cm en mètres avant d'utiliser P = 1/f.
- Dire que les muscles ciliaires se contractent pour les objets lointains. Ils se relâchent pour le lointain et se contractent pour le proche.