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De la source lumineuse à la rétine

De la source de lumière à la rétine

La vision est sens précieux, ses mécanismes éminemment complexes. La rétine est un tissu neurologique, sensible à la lumière, qui contient une couche de cellules spécialisées appelées « photorécepteurs » – littéralement « récepteurs de lumière ». Si le siège de la vision est le cerveau, c’est bien dans l’œil, plus précisément au sein des couches externes de la rétine, que naît le signal électrique qui, après propagation le long des voies visuelles, deviendra sensation lumineuse au niveau d’une région du cerveau appelée cortex occipital. En optique physiologique, on s’intéresse particulièrement à l’étape initiale de la vision : la formation d’une image rétinienne, née de la captation par l’oeil de la lumière émise, et sa « projection » sur la rétine.

La lumière émise par une source est souvent représentée de manière familière sous forme de « rayons »: ces rayons correspondent en fait à la direction de propagation des particules énergétiques de lumières, appelées photons. Dans le cas d’une étoile, les photons sont émis dans toutes les directions de l’espace: les rayons sont émis depuis l’étoile dans toutes les directions de l’espace environnant. Un système optique comme l’œil ne peut capter qu’une partie de la lumière émise. Cette captation n’est toutefois pas aussi « passive » que celle d’un capteur solaire, qui reçoit directement les rayons du soleil et se contente de convertir leur énergie lumineuse en électricité (il s’agit en fait de l’énergie transportée par les photons). La captation de la lumière vise à la formation d’une image au niveau du plan de la rétine. Elle s’apparente plutôt à celle d’un appareil photographique qui partage avec l’oeil  le fait d’être pourvu d’une « optique » (l’objectif, généralement constituée d’un groupe de lentilles vs le couple formé par la cornée et le cristallin) et d’un « capteur » (pellicule pour les appareils argentiques, capteur électronique pour les appareils digitaux numériques, et rétine pour l’oeil).

Le rôle de l’objectif photographique est de focaliser sur le capteur les rayons captés issus de l’image cadrée dans le viseur. Il faut pour cela modifier le trajet des rayons, car ceux-ci sont captés alors qu’ils divergent depuis leur source. De plus, l’image reçue par le capteur doit être nette, grâce à la « mise au point » qui s’obtient en déplaçant manuellement ou automatiquement (auto focus) une ou plusieurs des lentilles de l’objectif: nous verrons que la netteté de l’image est maximale dans le plan où un maximum de rayons lumineux se « coupent », de manière à recréer, dans le cas d’une étoile, une image ponctuelle et donc fidèle de la source.

sour ce de lumière
Représentation schématique d’une source lumineuse; celle-ci émet de la lumière dans toutes les directions: les rayons représentent la direction de propagation des particules de lumières, appelées photons, qui s’éloignent en ligne droite depuis la source. Une partie de ces photons peut être captée par un système optique; pour former une image géométrique de la source, les rayons doivent converger vers une région étroite de l’espace C’es là qu’un capteur photographique, un écran, ou une rétine recueilleraient une image «  la plus nette ». Le flux de photons captés est en effet concentré dans une petite région, et le pic d’éclairement (irradiance) peut être compris comme l’image de la source lumineuse. Si l’on recueille la lumière un peu en dehors de la zone de netteté maximale, le pic d’éclairement sera moins élevé et plus étalé: l’image ne sera pas un point brillant, mais un disque moins brillant.

De façon similaire, pour que la vision de l’œil soit perçue comme nette, il faut que la lumière captée par l’oeil restitue sur l’écran rétinien une image aussi fidèle que possible des sources  de lumière. Ceci implique que le trajet de la lumière au sein des milieux oculaires permette de focaliser les rayons captés par l’oeil dans le plan de la rétine. Celui-ci est situé à environ 2 cm en arrière de la cornée, la première interface optique rencontrée par la lumière située à l’avant de l’œil. De la qualité de cette focalisation sur la rétine découle la qualité de l’image reçue:  la focalisation de la lumière sur la rétine constitue l’« étape optique »  de la vision.

L’oeil, à l’instar de l’appareil photo, n’est qu’un capteur de lumière dont le but est de former une image rétinienne, qui y sera traduite en signaux électriques ensuite acheminés aux aires visuelles cérébrales par une chaîne de neurones, dont l’émergence du globe oculaire forme le nerf optique. Ce transfert d’information vers le cerveau constitue l’étape neuro-cognitive de la vision. L’image perçue en tant que sensation visuelle est certainement, par certains aspects, bien différente de l’image rétinienne. Cette dernière en dicte cependant le contenu, et notre objectif portera simplement sur l’analyse de la qualité de l’image rétinienne en tant que reflet de la qualité optique de l’oeil.

image formée sur la rétine
Une portion de la lumière émise par les sources composant le paysage observé (ici à la baie de Hong Kong) est captée par l’œil: cette lumière doit être focalisée dans le plan de la rétine pour permettre d’y former une image nette. La netteté de l’image dépend de nombreux facteurs, dont le plus important est que les rayons émis par chacune des sources lumineuses élémentaires de la scène et captés par l’oeil soient focalisés et se coupent dans le plan de la rétine.

Les moyens d’explorations utilisés en chirurgie réfractive concernent essentiellement l’étape optique de la vision. Par exemple, la topographie cornéenne concerne l’étude de la cornée, qui constitue une moitié de l’ objectif naturel de l’œil (l’autre moitié étant constituée par le cristallin). L’aberrométrie permet une étude plus directe de l’image rétinienne, grâce au recueil de certains paramètres en rapport avec le trajet de la lumière dans l’œil.

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