LE RETOURNEMENT
L'Œil : il voit tout à l'envers !
Et si notre œil percevait tout à l'envers ! Impossible ? Mais pourtant vrai. On ne s’en rend pas compte mais l’image transmise par l’œil à notre cerveau est retournée, nous allons vous le prouver dans un instant. Le phénomène de formation d’une image dans notre œil ressemble beaucoup au fonctionnement de l’appareil photo et plus particulièrement du daguerréotype.
L’œil est l’organe de la vision, il nous permet de capter la lumière de notre environnement. D'un point de vue physique, l’œil est tout d’abord un objet optique qui modifie le trajet des rayons lumineux. Différents éléments permettent la formation d’une image. L’œil et l’appareil photo ont des composants aux fonctions semblables.
Les rayons lumineux, dans un milieu transparent et homogène, se propagent en lignes droites. Le cristallin est une lentille convergente, il permet de modifier la direction de propagation de la lumière. Une lentille convergente a la particularité d’avoir un effet loupe et d’agrandir l’image.
Chaque lentille est caractérisée par :
- l'axe optique (ou axe principal) : c'est l'axe de symétrie de la lentille
- le centre optique O : c'est le centre de symétrie de la lentille
- le foyer focal image F' : il est situé sur l'axe optique
- le foyer focal objet F : il est aussi situé sur l'axe optique, symétrique de F' par rapport à O.
Les règles suivantes expliquent le retournement :
Un rayon incident passant par le centre optique O d'une lentille n'est pas dévié.
Un rayon incident parallèle à l'axe optique Δ sort d'une lentille en passant par un point F',appelé foyer image.
Un rayon incident passant par le foyer objet F sort d'une lentille parallèlement à l'axe optique Δ.
Lorsque l’on regarde un objet ou une image, les rayons lumineux de celui-ci traverse la lentille qui les dévie afin de les focaliser sur la rétine.
C’est ainsi que la bougie se forme à l’envers sur notre rétine. Le principe est le même pour l’appareil photo. L’oeil transforme seulement l’image perçue en signaux électriques. C’est ensuite le cerveau qui la retourne et la crée en 3D grâce aux images de nos yeux.
L'expérience d'Erismann
Au milieu du XXème siècle, un professeur autrichien a prouvé qu’il était possible d’inverser la vision humaine. Conscient d’une possible complémentarité entre l’œil et le cerveau, il a voulu vérifier son hypothèse et a pu se rendre compte au cours de son expérience qu’un Homme peut rapidement et facilement s’adapter à ce changement. Le Professeur Théodor Erismann de l’Université d’Innsbruck, a conçu cette expérience et l’a fait tester sur son élève, Ivo Kohler. Quelques années plus tard, Kohler a écrit à propos de ces recherches. A l’époque l’expérience a été filmée sous forme de documentaire.
Le récit de l'expérience
Le Pr Erismann crée des lunettes permettant de voir à l'envers, et propose à son élève, Kohler, de les porter durant quelques jours. A l’intérieur de ce prototype, un miroir, placé à 110° au dessus de ses yeux retourne l'objet. L'image de cet objet se forme ainsi sur la rétine à l' endroit (au lieu d'être reneversée). Le haut de l’image perçue est donc en bas, la gauche à droite et inversement.
Quelques heures après le début de l’expérience, Kohler essaye de saisir un objet qu'il évite systématiquement. Plus tard, il essaye de s’asseoir sur une chaise et de descendre les escaliers. Son cerveau, encore habitué à la vision naturelle, ne comprend pas ce changement brutal et l’empêche d’effectuer avec fluidité ces gestes du quotidien.
Pour l’aider à s’adapter, le Pr Erismann l’entraine à travers divers exercices afin de l’adapter à sa nouvelle latéralisation. Pour cela, Kohler, tient une planche entre ses mains. Le Pr Erismann l’attaque à l’aide d’une épée en bois. Lorsque Erismann brandit l’épée vers le haut, Kohler se protège en abaissant la planche vers le bas et inversement.
Il lui propose ensuite de lui servir du thé. Kohler, la tase à la main, voit l’eau de la théière tomber de bas en haut. De peur de se bruler il la retourne.
Enfin, une petite fille, un ballon gonflé à l’hélium à la main, passe devant les pieds de Kohler et lâche son jouet devant lui. Voyant le ballon s’envoler vers le bas, Kohler s’accroupit pour essayer de le récupérer.
10 jours plus tard, Kohler semble s’être adapté à ce monde « à l’envers » : tout lui semble désormais normal. Il peut enfin pratiquer des activités de tous les jours sans aucun problème ! Il s’essaye même à la peinture, pour cela il s’installe devant un paysage, dans le bon sens (pour des personnes à la vue normale). Il marche dans la rue sans hésiter et utilise même un vélo pour se déplacer.
A la fin de nombreux exercices, Erismann décide de lui ôter les lunettes. La situation inverse se produit, sans lunettes. Kohler voit désormais à l’envers, son cerveau s’étant complètement adapté au port de ces lunettes si spéciales. Mais la situation ne dure que quelques minutes. Sa vision naturelle revient rapidement.
Grâce à cette expérience le Pr Erismann a démontré que le cerveau a une place importante dans la vision humaine. Il retourne l’image que perçoit notre oeil et ne reflète pas la réalité de notre monde.
Nos Upside-down goggles
Afin de prolonger nos recherches, nous avons tenté de recréer des lunettes de retournement de la vision. Notre objectif principal est de comprendre le fonctionnement de ces lunettes. Notre curiosité nous amène à vouloir également tester ces lunettes si spéciales, pour se rendre compte de la sensation de voir à l’envers !
Nous avons créé ce prototype à l’aide d’une imprimante 3D. Certes, ces machines valent très cher et ne sont pas encore à la portée de tous mais nous avons la chance d’en posséder une dans notre lycée. Nous avons utilisé une application native française nommée 3dslash : https://www.3dslash.net/index.php, mais également Solidworks : http://www.solidworks.fr pour modéliser ce prototype. La difficulté principale était de représenter, au mieux, des lunettes ergonomique, à la bonne échelle en ayant une taille standard afin qu’elles puissent être adaptées à tous.