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Conditions de visibilité d'un objet

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Objectifs
Comment un objet devient-il visible à l’œil d’un observateur ?
Comment a évolué la conception de la vision ?
Lorsqu’un observateur est dans une pièce plongée dans le noir absolu, il ne voit rien. Il lui faut allumer la lumière pour pouvoir distinguer les objets présents. La visibilité d’un objet nécessite donc de la lumière.
Nous nous intéresserons dans un premier temps à la nature de la lumière et dans un second temps, aux conditions de visibilité d’un objet par un observateur.
Nous terminerons par un rappel historique de la conception de la vision depuis l’Antiquité grecque jusqu’à la Renaissance.
1. La nature de la lumière
La lumière est une onde électromagnétique qui se propage dans l’espace. Une onde peut être assimilée à une perturbation telle la houle que l’on observe à la surface de l’eau qui fait osciller le bouchon du pêcheur.
a. Conditions de propagation de la lumière
Expérience 1 : On utilise un laser et un écran.

Doc. 1 : Étude de la visibilité de la lumière.

Dans la situation 1, l’observateur ne voit qu’un point lumineux sur l’écran. Si l’on pulvérise de la poussière de craie (situation 2), il peut visualiser un faisceau lumineux rectiligne.

Conclusion : L’observateur ne voit pas la lumière, il voit seulement les objets lorsqu’ils sont capables de renvoyer cette lumière dans son œil.

Expérience 2 : On utilise un laser et deux milieux de propagation différents : (i) un milieu homogène, l’eau, (ii) un milieu non homogène, de l’eau contenant une solution de sucre concentré à sa base.

Doc. 2 : Étude de la propagation de la lumière.

Conclusion : La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène tel que l’eau (situation 1). Elle est déviée lorsqu’elle change de milieu (situation 2).
b. Réflexion et réfraction
Expérience 1 : On place un objet au fond d’une bassine. L’observateur se positionne de telle façon qu’il n’aperçoit pas l’objet. Si on remplit la bassine d’eau, l’objet devient visible pour l’observateur.
C’est le phénomène de réfraction (document 3).

Expérience 2 : L’observateur se positionne face à un miroir. Il peut ainsi voir l’objet qui se trouve sur sa droite.
C’est le phénomène de réflexion (document 3).

Doc. 3 : Conditions de réfraction et réflexion.

Le cerveau humain est conditionné pour un trajet rectiligne des faisceaux lumineux. Donc, pour l’œil, la lumière semble suivre le trajet représenté en pointillé. C’est donc à cet endroit que l’observateur pense voir l’objet.

2. Conditions de visibilité d'un objet
Expérience 1 : On place un carton opaque entre un objet et l’observateur (cas 1). L’objet est invisible pour l’observateur.
Expérience 2 : On perce un trou dans le carton opaque. L’observateur peut se déplacer latéralement. Il peut définir des zones où l’objet est invisible, ou seulement partiellement visible ou entièrement visible.

 
Doc. 4 : Conditions de visibilité d’un objet

Conclusion : Pour être visible un objet doit pouvoir envoyer de la lumière dans l’œil de l’observateur. Pour cela, l’objet peut être soit lumineux (il émet de la lumière), soit éclairé (il renvoie de la lumière).
3. Historique de la conception de la vision
En Grèce Antique, les philosophes postulent la doctrine du « rayon visuel ». Cette doctrine suggère que la vision est un faisceau divergent émis par l’œil (le « feu visuel ») qui va au contact des objets qui lui font obstacles. Il va les parcourir et en estimer les formes, la couleur, les volumes…
Il faut attendre le Moyen-âge et la société arabo-musulmane pour que Ibn Al Haytam (ou Alhazen), opticien persan suggère que le rayon lumineux se propage à partir de l’objet jusqu’à l’œil et non l’inverse. Il définit l’œil comme un « récepteur de lumière ». Par contre, pour lui, c’est le cristallin qui reconstitue l’image avant son transfert au cerveau et non la rétine.
C’est Johannes Kepler (17e siècle), astronome, qui attribue à la rétine son véritable rôle. Il compare l’œil à une chambre noire et explique comment se fait la vision : les rayons lumineux pénètrent par la pupille et se projettent sous la forme d’une image inversée et colorée sur la rétine qui sert d’écran.
L'essentiel
Un objet visible est un objet qui va soit émettre (objet lumineux) soit renvoyer (objet éclairé) des faisceaux lumineux en direction de l’œil de l‘observateur.

Les conditions de visibilité d’un objet sont donc les suivantes :
• L’objet doit être éclairé ou lumineux
• L’objet doit pouvoir diffuser directement la lumière en direction de l’œil de l’observateur
• Les faisceaux lumineux émis à partir de l’objet doivent pouvoir pénétrer dans l’œil de l’observateur

Cette conception de la vision date du Moyen Age. Auparavant, les philosophes grecs postulaient qu’un « rayon visuel » jaillissait de l’œil et parcourait les objets qui lui faisaient obstacle.
C’est au 17e siècle avec Kepler que le fonctionnement de l’œil tel qu'on le conçoit actuellement est proposé pour la première fois.

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