Premi¨re partie – Repr©sentation visuelle Chapitre 1 – .Premi¨re partie – Repr©sentation

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  • Ecole des Francs-Bourgeois Anne 2016-2017

    Premire partie Reprsentation visuelle

    Chapitre 1 Lil et la vision

    Comptences exigibles

    Un objet ne peut tre vu que sil met ou diffuse de lalumire et que celle-ci pntre dans lil ;

    Une lentille modifie le trajet de la lumire ; Il faut savoir reconnatre une lentille convergente ou di-

    vergente par une mthode au choix : par sa forme, par ladviation produite par un faisceau de lumire parallle,par effet de grossissement ou de rduction des objets ;

    Il faut connatre les symboles de reprsentation dunelentille mince convergente ou divergente ;

    Il faut connatre les lments caractristiques dune lentillemince : centre optique, axe optique, foyer ;

    Plus une lentille est bombe, plus elle est convergente ; Il faut savoir reconnatre ou positionner les foyers image

    et objet sur un schma ; Une lentille de vergence ngative est divergente ; elle est

    convergente si la vergence est positive ; Il faut savoir construire limage dun objet donn par une

    lentille convergente.

    Chapitre 1 Lil et la vision

    1 Les diffrentes conceptions historiques de la vision

    Pourquoi dit-on jeter un coup dil ou foudroyerdu regard si ce nest pas lil qui envoie ses rayons surlobjet quil explore ? Les bizarreries de la langue franaiserappellent une vieille controverse : comment fonctionne lavision ? Et quel est son sens : de lil lobjet ou delobjet lil ?

    1.1 Une vieille dispute

    La dispute scientifique remonte lAntiquit. En lice : deuxthories, connues sous les noms dintromission et dmission.La premire, assignant lil un rle passif, dcrivait lephnomne de la vision par un quelque chose allant de lob-jet lil. La seconde, octroyant lil un rle plus actif,expliquait la vision par un quelque chose allant de lil lobjet.

    La nature du quelque chose restait mal dfinie, dans un cascomme dans lautre. Pour les philosophes atomistes Dmo-crite (460-370 av. J.-C.) et picure (341-270 av. J.-C.),tous deux partisans de lintromission, il sagissait de simu-lacres, de fines enveloppes ou de minces effigies, les eidola, qui se dtachaient de la surface de lobjet et voltigeaient la rencontre de lobservateur. Pour les mathmaticiens Eu-clide (325-265 av. J.-C.) et Ptolme (90-178 av. J.-C.),tenants de lmission, des rayons visuels jaillissaient de lapupille pour partir la rencontre de lobjet. Circulait gale-ment une thorie hybride, soutenue par Platon (428-347 av.J.-C.) dans sa Time, expliquant la vision par la rencontredes manations issues de lobjet avec le feu du flux visuel.

    Pour les partisans de lmission, lexistence dun feu oculairetait une croyance tenace, corrobore par lobservation de

    lil des flins, qui luisait dans lobscurit, et par lexistencede sensations lumineuses surgissant dans lil loccasiondun choc ou dun traumatisme. En outre, la forme du globeoculaire, sphrique et non creuse, comme celle de loreilleou du nez, ntait-elle pas plus propice lmission qu larception ?

    Les partisans de lmission soulignaient aussi les insuffisancesde la thorie adverse. Comment justifier quen regardantavec attention la page dun livre toutes les lettres ne fussentpas nettes en mme temps ?

    1.2 La vision nocturne claire la discussion

    lencontre de la thse de lmission, en revanche, sinscri-vait labsence de vision nocturne. Un il metteur auraitd tre en mesure de remplir ses fonctions mme dans lobs-curit. Et, louverture de la paupire, de discerner dabordles objets proches et seulement ensuite les objets lointains.Comment expliquer, de surcrot, que lil humain pt tre enmesure dmettre son feu visuel jusquaux toiles ? Lunitde fonctionnement des cinq sens plaidait aussi en faveurdun il rcepteur. Loue, le toucher, lodorat et le gotsexpliquaient par une raction des stimuli externes. Leson partait la rencontre de loreille, les parfums allaientau-devant du nez... Il ny avait aucune raison que la vuechappt la rgle.

    La mise en vidence du rle de la lumire en tant quagentde la sensation visuelle allait merger la charnire du Xeet du XIe sicle, grce au mathmaticien, physicien et astro-nome arabe Al-Hasan Ibn al-Haytham (965-1039). N Bassora, en Perse, Ibn al-Haytham avait gagn lgypte,

    M.Suet 1 Physique-Chimie

  • Ecole des Francs-Bourgeois Anne 2016-2017

    mandat par le calife pour rsoudre le problme des crues duNil. Devant lchec de cette entreprise tmraire, incapablede construire ce qui serait un jour le barrage dAssouan, Ibnal-Haytham tait tomb en disgrce. Craignant pour savie, il simula la folie et fut assign rsidence pendant lesdix annes qui suivirent, jusqu la mort du calife, en 1021.

    1.3 De la captivit la chambre obscure

    Ibn al-Haytham profita de sa captivit pour entreprendredes recherches qui lui tenaient cur, dans le domainede loptique notamment. Le savant musulman avait prisconnaissance de lhritage des anciens Grecs, recueilli parles rudits au contact de lEmpire romain dOrient. Et sesrflexions lamenrent condamner sans appel la thoriede lmission, incapable de justifier que fixer le Soleil pttre plus traumatisant que de regarder un arbre. Commentlil aurait-il pu subir quelque lsion que ce ft si rien nypntrait ? La sensation dblouissement ne faisait-elle pasplutt pencher la balance en faveur dun il rcepteur de lalumire ?

    Convaincu du rle cl de celle-ci dans la vision, Ibn al-Haytham en appela lexprience et, pour tayer ses in-tuitions, eut recours la chambre obscure. Ce dispositif,lointain anctre de lappareil photographique, consistait enune pice sombre, close de toutes parts, et dans laquelleavait t mnage une petite ouverture. lextrieur, face louverture, trois chandelles, disposes diffrentes hauteurs.Limage de chacune des bougies se formait un endroitdiffrent de la pice, dans laxe de louverture. La prsencede poussires, en suspension dans lair, mettait clairementen vidence la propagation rectiligne de la lumire. En outre,tout dplacement de lune quelconque des bougies se tra-duisait par un dplacement concomitant de son image. Etlimage disparaissait ds que lon masquait la chandelle mre.Fort de ces constatations, Ibn al-Haytham transposa lasituation lil. Un objet devenait visible lorsquil mettaitou renvoyait de la lumire. Les diffrents points sources delobjet dardaient des rayons lumineux, qui pntraient danslil par la pupille, selon des faisceaux en forme de cnes. Lecristallin, cette capsule situe lavant de lhumeur vitredu globe oculaire, recueillait la lumire.

    Pour justifier que les rayons des diffrents faisceaux ne sechevauchent pas, ce qui aurait cr une impression de flou,Ibn al-Haytham suggra que seuls les rayons arrivant angle droit concouraient la formation des images. Les pro-jectiles heurtant une cible de plein fouet ntaient-ils pas lesplus efficaces ?

    1.4 La Renaissance

    dit Ble, en 1572, sous le titre Opticae thesaurus, letrait doptique dAlhazen (le prnom latinis dIbn al-Haytham, sous lequel il tait connu en Europe occidentale)se trouva rapidement propuls au rang douvrage de rf-rence. la fois pour les peintres de la Renaissance, qui seninspirrent dans leurs reprsentations en perspective, et pourles thoriciens de loptique.

    Ce fut grce lun deux, lastronome allemand JohannesKepler (1571-1630), que la thorie de lintromission allaitmarquer un point de plus, en 1604. Kepler, qui, linstardautres astronomes, utilisait la chambre obscure pour obser-ver le Soleil, avait eu vent dun stratagme pour amliorer laqualit des images. En plaant un verre en forme de lentilledevant louverture, celles-ci devenaient et plus nettes et pluslumineuses. Kepler fit de mme par le truchement dunglobe rempli deau. Grce au calcul, il tablit que, pour depetits angles, de lordre de quelques degrs, les rayons issusde chaque point du Soleil aboutissaient, aprs rfraction,non pas en des points diffrents, mais en un point unique.La concentration de lumire aprs passage dans la lentilleexpliquait la qualit de limage observe.

    1.5 Quant lil lui-mme

    Kepler saisit immdiatement la porte de sa dcouverte.Non seulement la rfraction expliquait le fonctionnementdes verres correcteurs de la myopie et de la presbytie, ve-nus dItalie trois sicles auparavant, mais elle permettait decerner le fonctionnement de lil lui-mme.

    La pupille remplaait louverture de la chambre obscure. Lecristallin, milieu transparent, dont lopacit entranait lacataracte, se substituait la lentille. La rtine, enfin, surlaquelle simprimait limage, tenait lieu dcran et se rvlaitainsi le vritable agent sensoriel. La convergence des rayonssur la rtine rendait en outre caduque lhypothse dIbnal-Haytham, qui privilgiait les rayons pntrant danslil angle droit.

    Limage rtinienne fut effectivement observe quelques an-nes plus tard, en 1625, par le jsuite allemand ChristophScheiner. Ce dernier avait pratiqu une petite ouverture aufond de lil dun bovin mort, de manire dgager la rtine. travers cette ouverture, il observa une image renversedes objets lentour. Exprience reprise et dcrite avecadmiration par le mathmaticien, physicien et philosopheRen Descartes (1596-1650) en 1637, dans sa Dioptrique.

    M.-C. de la Souchre, Quand la vue change de sens, LaRecherche n443.

    Aprs une lecture attentive du texte prcdent, complter letableau suivant.

    M.Suet 2 Physique-Chimie

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    Scientifiques Dmocrite Euclide Ibn-Al-Haytham Kpler

    picure Ptolme

    Conception

    Sens dela vue

    Explications

    Observationsconfirmant laconception

    M.Suet 3 Physique-Chimie

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    2 Dans quelles conditions un objet est-il visible ?

    Illustrer correctement le trajet de la lumire lorsque lilvoit la balle.

    En vous basant sur les conclusions de Al-Hasan Ibn al-

    Haytham, noncer les conditions de visibilit dun objet.

    . . . . . . . . . . . . . .