Première L 2016-2017
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Première L 2016-2017

L'œil : accommodation, défauts et corrections

Au repos, l'œil "normal", dit emmétrope, est réglé pour voir les objets lointains (à l'infini). Afin de pouvoir former les images d'objets situés à des distances de plus en plus proches sur la rétine, le cristallin change de forme pour devenir plus bombé et donc plus convergent : c'est le mécanisme d'accommodation.

Avec l'âge, la capacité à accommoder diminue, c'est la presbytie. Elle se corrige principalement avec des verres correcteurs constitués de lentilles convergentes. Les principaux autres défauts de vision sont la myopie et l'hypermétropie.

  • L'œil myope est trop convergent au repos, la vision de loin n'est donc pas nette. Pour corriger la myopie, on peut utiliser une correction de type lentille divergente (lentille de contact, verre correcteur) ou corriger chirurgicalement la forme du cristallin.
  • A l'opposé, l'œil hypermétrope n'est pas assez convergent. La correction s'effectue soit par une lentille convergente, soit chirurgicalement.
I

L'accommodation

A

La nécessité de l'accommodation

1

Retour sur l'œil emmétrope (œil "normal")

L'œil réduit est formé par :

  • Un diaphragme, qui modélise l'iris et qui permet de réguler la quantité de lumière entrant dans l'œil.
  • Une lentille convergente, qui modélise le cristallin et qui permet de concentrer les rayons lumineux afin de former une image.
  • Un écran, qui modélise la rétine et qui permet de recueillir l'image.

Les distances précises entre ces éléments ne sont pas déterminées à ce stade.

Le schéma ci-dessous explique la vision d'un objet situé à l'infini.

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Dans l'œil emmétrope formant l'image d'un objet situé à l'infini, la rétine est placée à la hauteur du foyer image F' du cristallin.

Dans le modèle de l'œil réduit, l'écran qui modélise la rétine est donc placé à la hauteur du foyer image F' de la lentille convergente qui modélise le cristallin.

L'œil emmétrope voit les objets situés à l'infini : la Lune, le Soleil, les étoiles sont visibles avec netteté. On en déduit que l'image formée par l'œil d'un objet situé à l'infini se trouve sur la rétine. En effet pour voir nettement un objet, il faut que son image soit formée sur la rétine, lieu où se trouvent les récepteurs de la vue.

D'autre part, la propriété suivante est acceptée : l'image formée par une lentille convergente d'un objet situé à l'infini se forme au niveau de son foyer image F'. Cette propriété peut être déduite de l'expérience, en remarquant que l'image d'un objet de plus en plus éloigné d'une lentille convergente se rapproche de plus en plus de F'.

On en déduit que la rétine se trouve au niveau du foyer image F' du cristallin.

En optique, la notion d'infini est relative. En effet on peut considérer qu'un objet situé à une distance très grande devant la distance focale image f' d'un système optique est à l'infini.

Dans l'œil humain la distance focale image au repos est de l'ordre de 1,6 cm (Il s'agit de la distance approximative entre le cristallin et la rétine). On considère généralement que les objets situés à plus de 3 à 5 m de l'œil sont à l'infini.

La Lune est à des centaines de milliers de kilomètres de la Terre, elle constitue donc un objet à l'infini.

Une télévision située à 5 m d'un observateur est à une distance environ 300 fois plus grande que la distance focale image f' de l'œil. Elle peut également être considérée comme étant à l'infini.

En revanche, un écran d'ordinateur situé à 60 cm doit être considéré comme un objet proche car il est situé à moins de 3 m.

On considère maintenant que cet œil regarde un objet plus proche, par exemple un livre à 30 cm.

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L'œil emmétrope qui voit un objet situé à l'infini ne peut pas voir un objet proche s'il ne subit pas de modification.

Pour voir à l'infini, la rétine doit se situer au niveau du foyer image F' du cristallin.

La construction graphique ci-dessus montre clairement que l'image d'un objet proche se formerait au-delà du foyer image F', et donc au-delà de la rétine.

Un objet proche n'est donc pas visible avec netteté dans cette configuration de l'œil.

L'expérience de la vie courante montre sans aucun doute que l'œil réel sans défaut est capable de voir aussi bien un objet à l'infini (comme la Lune) qu'un objet relativement proche (comme un livre), ainsi :

L'œil n'est pas statique : un réglage optique est nécessaire pour que l'œil forme sur la rétine les images d'objets situés à des distances différentes.

Œil emmétrope au repos

On appelle œil emmétrope au repos la configuration par défaut de l'œil emmétrope dans laquelle il voit à l'infini. La rétine se trouve alors au niveau du foyer image F' du cristallin.

2

Deux possibilités de réglage optique

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La première possibilité de réglage optique (illustrée ci-dessus) serait de déplacer la rétine vers l'arrière afin que l'image s'y forme.

Cette méthode de réglage s'appelle la mise au point. Elle consiste à faire varier des distances entre l'objet, la lentille et l'écran afin d'obtenir une image nette sur ce dernier. Elle est utilisée notamment dans les appareils photographiques.

Dans le cas de l'œil, la mise au point n'est pas une méthode applicable pour des raisons anatomiques : on ne peut pas déplacer la rétine vers l'arrière car l'espace est occupé par le cerveau. On n'observe pas non plus d'avancée de l'œil vers l'extérieur.

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La seconde possibilité de réglage optique afin de ramener l'image sur la rétine est de changer la position du foyer image F', c'est-à-dire de changer les caractéristiques fondamentales de la lentille : sa distance focale f' et sa vergence C.

C'est le mécanisme de l'accommodation.

B

Le mécanisme de l'accommodation

Comme on le voit sur le schéma précédent, si on veut voir un objet proche, il faut former son image sur la rétine et donc dévier les rayons lumineux plus rapidement.
Pour le cristallin, cela implique que :

  • Son foyer F' se rapproche de son centre optique O.
  • Sa distance focale OF' = f' diminue.
  • Sa vergence C augmente.

Plus un objet est proche, plus le cristallin doit être convergent.

Accommodation

L'accommodation consiste en une augmentation de la vergence du cristallin afin de permettre la vision des objets proches.
Lors de l'accommodation, le cristallin devient plus bombé sous l'action des muscles ciliaires.

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En l'absence d'accommodation, l'œil est dit au repos car aucun muscle n'est contracté.

C

Les limites de l'accommodation

Plus un objet est proche, plus l'œil a besoin d'accommoder. Or l'accommodation est limitée par l'élasticité du cristallin. Ainsi, il est impossible de voir un objet trop proche.

Punctum Proximum (PP)

On appelle punctum proximum le point le plus proche qu'un œil peut voir nettement.

Pour un jeune adulte le punctum proximum se situe environ 15 cm devant l'œil, mais en moyenne, il se situe vers 25 cm.

Punctum Remotum (PR)

On appelle punctum remotum le point le plus éloigné qu'un œil peut voir nettement.

Pour l'œil emmétrope, le punctum remotum se situe à l'infini. En effet il est tout à fait possible de voir des objets très lointains comme la Lune ou les étoiles.

Pour l'œil emmétrope, le punctum remotum se situe à l'infini et le punctum proximum se situe à environ 25 cm.

On représente souvent le domaine des objets permettant une vision nette sur un schéma comme celui qui suit :

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D

La presbytie

1

La dégradation de la capacité d'accommodation

L'âge avançant la capacité d'accommodation se réduit. Cela tient principalement à deux facteurs :

  • Les muscles ciliaires deviennent moins efficaces.
  • Le cristallin devient moins souple.

Les premiers effets sensibles de la presbytie se font sentir à partir d'une quarantaine d'années et la situation empire progressivement jusqu'à une quasi-absence d'accommodation vers l'âge de 60 à 65 ans. Il est alors impossible de voir nettement un objet proche.

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Un exemple d'évolution du domaine des objets visibles avec l'âge.
2

La correction de la presbytie

La presbytie est un due à un manque ou une absence d'accommodation, le cristallin n'est donc pas assez convergent au moment où la personne presbyte essaye de former l'image d'un objet proche.

Pour corriger la presbytie, on utilise une lentille convergente pour compléter l'action du cristallin et ainsi remettre l'image sur la rétine.

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La lentille convergente L1 permet de commencer à faire converger les rayons ce qui permet de ramener A'B' sur la rétine.

La lentille convergente va être portée le plus souvent sous la forme d'un verre correcteur de lunettes, et ces lunettes ne seront portées que lorsque le presbyte observera un objet proche. On pourra aussi utiliser des verres progressifs, qui seront détaillés au III.

Enfin, il est également possible de corriger la presbytie de manière chirurgicale, mais c'est une opération complexe et encore peu fréquente.

II

Les défauts de l'œil au repos

A

La myopie

1

Description de l'œil myope

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Formation de l'image A'B' d'un objet AB à l'infini par l'œil myope au repos
Myopie

La myopie est un défaut de l'œil au repos qui se caractérise par une vergence trop élevée de l'œil au repos.

Pour un œil myope la vision de loin est floue et la vision de près est nette.

Un œil myope est trop convergent : il dévie trop rapidement les rayons lumineux et l'image d'un objet à l'infini se forme avant la rétine. La vision d'un objet à l'infini n'est donc pas nette.

Pour voir un objet proche, l'œil myope est en revanche favorisé car étant trop convergent au repos, il a besoin de moins d'accommodation. La vision d'un objet proche est donc nette.

Pour un œil myope, le punctum remotum se situe à une distance finie et le punctum proximum à une distance inférieure à la normale.

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Le domaine des objets visibles par un œil myope
2

Les différents moyens de corriger la myopie

L'œil myope étant trop convergent, deux méthodes sont possibles pour ramener l'image d'un objet situé à l'infini sur la rétine :

  • Une modification chirurgicale de la forme du cristallin afin de le rendre moins bombé et donc moins convergent.
  • L'utilisation d'une lentille divergente pour compenser la nature trop convergente du cristallin. La lentille divergente sera soit un verre correcteur de lunettes, soit une lentille de contact.

Cette solution est représentée sur les schémas suivants :

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Correction de la myopie par une lentille divergente
B

L'hypermétropie

1

Description de l'œi hypermétrope

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Formation de l'image A'B' d'un objet AB à l'infini par l'œil hypermétrope au repos
Hypermétropie

L'hypermétropie est un défaut de l'œil au repos qui se caractérise par une vergence trop faible de l'œil au repos.

Pour un œil hypermétrope, la vision de loin est floue au repos mais nette grâce à l'accommodation et la vision de près est floue.

Un œil hypermétrope est trop peu convergent au repos : il dévie trop lentement les rayons lumineux et l'image d'un objet à l'infini se formerait derrière la rétine. La vision de loin est donc floue au repos.

L'accommodation permet cependant d'obtenir une vision nette d'un objet à l'infini car elle permet de rendre le cristallin plus convergent. La vision de loin est donc nette, mais avec accommodation, ce qui est anormal, et fatigant.

La vision de près est altérée car un œil hypermétrope doit déjà accommoder pour voir à l'infini, et l'accommodation est limitée donc un œil hypermétrope ne peut pas devenir assez convergent pour assurer une vision nette d'aussi près que l'œil emmétrope.

Pour un œil hypermétrope, le punctum remotum se situe bien à l'infini mais le punctum proximum se situe à une distance anormalement élevée.

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Le domaine des objets visibles par un œil hypermétrope
2

Les différents moyens de corriger l'hypermétropie

L'œil hypermétrope n'étant pas assez convergent au repos, deux méthodes sont possibles pour ramener l'image sur la rétine :

  • Une modification chirurgicale de la forme du cristallin afin de le rendre plus bombé et donc plus convergent.
  • L'utilisation d'une lentille convergente pour compléter l'action du cristallin. La lentille convergente sera soit un verre correcteur de lunettes, soit une lentille de contact.

Cette solution est représentée sur les schémas suivants :

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Correction de l'hypermétropie par une lentille convergente
C

Etude du cas d'un œil atteint par plusieurs défauts

1

Description du cas

On souhaite étudier ici un cas relativement courant, celui d'un myope qui en vieillissant est (forcément) aussi atteint de presbytie.

  • La myopie implique que le cristallin est trop convergent au repos. Ainsi la vision de loin est floue.
  • La presbytie implique que la faculté d'accommodation est réduite. Ainsi la vision de près est également floue.

Ainsi le sujet myope et âgé ne voit net ni de près, ni de loin.

On peut représenter la situation sur le schéma suivant :

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Une correction possible : les verres progressifs

La correction de la myopie se fait avec une lentille divergente alors que celle de la presbytie se fait avec des lentilles convergentes. Il semble donc impossible de corriger les deux défauts simultanément.

Cependant la myopie touchant la vision de loin et la presbytie la vision de près, les solutions suivantes sont possibles :

  • L'utilisation de deux paires de lunettes, l'une pour voir de loin (à base de lentilles divergentes), l'autre pour voir de près (à base de lentilles convergentes). C'est la solution la plus simple mais elle demande des changements incessants de paire de lunettes.
  • L'utilisation de verres correcteurs à double foyer (ou bifocaux). Cette solution combine deux demi-lentilles en un verre : la partie haute du verre correcteur, destinée à la vision de loin, est divergente alors que sa partie basse, destinée à la vision de près, est convergente. Cette solution évite d'avoir à changer de paire de lunettes.
  • L'utilisation de verres correcteurs progressifs. Les verres progressifs (ou multifocaux) reprennent le même principe que les verres à double foyer : le verre est divergent dans sa partie haute et convergent dans sa partie basse. L'avantage des verres progressifs, comme leur nom l'indique, se situe dans la progressivité du changement de vergence. Ainsi leur utilisation est plus agréable et en plus il est possible de voir nettement à toute distance (alors que les distances intermédiaires sont négligées dans les verres à doubles foyers).
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