Un regard à travers les lentilles
IL NOUS arrive souvent de voir quelqu’un qui a du mal à lire son journal le tenir à bout de bras. D’autres ne parviennent à le lire qu’en le tenant tout près des yeux. Ces différences de vision sont étroitement liées au fonctionnement du cristallin de l’œil.
Des lentilles qui réfractent les rayons lumineux
La lumière renvoyée par tous les objets qui nous entourent traverse le cristallin de l’œil et forme une image sur la rétine, membrane nerveuse du fond de l’œil. Le nerf optique ainsi stimulé transmet l’image au cerveau. Cependant, cette image est renversée. Fort heureusement pour nous, le Créateur de l’œil a doté le cerveau de la faculté de retourner l’image !
Le renversement de l’image se produit parce que la lentille ou cristallin de l’œil, qui a à peu près la grandeur d’un comprimé d’aspirine, est biconvexe. Or, cette sorte de lentille possède la propriété de réfracter les rayons lumineux qui le traversent de manière à former une image renversée de l’objet qui renvoie ces rayons.
On peut constater ce phénomène en se servant d’une loupe. Cet instrument d’optique, qui a la forme de deux soucoupes réunies par les bords, est plus épais au centre qu’au bord. Tenue à une certaine distance de l’œil, la loupe grossit un objet grâce à son pouvoir de réfracter les rayons lumineux qui la traversent. Peut-être êtes-vous en train de lire cette page à l’aide d’une loupe. Seulement, ce grossissement n’a lieu que lorsque l’objet regardé se trouve près de la loupe, c’est-à-dire à une distance moins longue que deux fois la distance focale de la lentille. Augmentez la distance entre votre œil et la loupe en tenant celle-ci à bout de bras, puis regardez un tableau au mur. Vous remarquerez que ce dernier vous paraît renversé. La raison en est que les rayons lumineux qui traversent la loupe sont réfractés.
Les rayons qui traversent le centre d’une lentille convexe subissent une réfraction pour ainsi dire imperceptible, mais ceux qui frappent la lentille à quelque distance du centre sont réfractés de manière à passer par un point bien déterminé appelé “foyer”. La distance entre ce foyer et le centre de la lentille est dénommée “distance focale”.
Peut-être avez-vous déjà utilisé une loupe pour faire du feu. On dit que les Grecs et Romains de l’Antiquité employaient des récipients en verre remplis d’eau comme “verre à brûler”. Les rayons solaires traversaient l’eau et convergeaient sur la matière inflammable, qui prenait feu. On peut en faire l’expérience soi-même en concentrant les rayons solaires sur une feuille de papier. Il suffit de tenir la loupe ou lentille à la distance voulue du papier pour former sur ce dernier un petit point blanc. Ce point deviendra bientôt si chaud que le papier s’enflammera. En effet, le point blanc est en réalité l’image du soleil qui apparaît au foyer de la lentille. Cette expérience nous apprend qu’il est prudent de ne jamais regarder longuement le soleil à travers une lentille, car on risquerait de provoquer des lésions irréparables de l’œil.
Il existe aussi une lentille dite concave parce qu’elle a la forme de deux soucoupes réunies par le fond. Cette lentille, qui est donc plus épaisse au bord qu’au milieu, fait diverger les rayons lumineux qui la traversent. On utilise souvent les lentilles concaves en combinaison avec des lentilles convexes, et on tire profit de leur faculté de diverger les rayons lumineux pour corriger une vision défectueuse.
Les défauts des lentilles en verre
Comme vous l’avez sûrement remarqué, les lentilles ne sont pas faites de verre ordinaire, mais d’un verre spécial. Leur forme est déterminée par des formules complexes représentant des angles et des arcs calculés et mesurés avec précision. Les lentilles utilisées comme verres de correction de la vue, sont généralement beaucoup plus minces qu’une loupe.
Les lentilles simples présentent divers défauts dont les plus courants sont l’aberration de sphéricité et l’aberration chromatique. Si vous regardez attentivement l’image formée par une lentille simple sur un écran, vous remarquerez le premier de ces défauts. Il s’agit d’une distorsion de l’image due au fait que les rayons lumineux traversent la lentille à des angles légèrement différents et ne convergent pas avec précision sur le même point. De plus, les lentilles fabriquées par l’homme ne donnent pas une image parfaitement nette aux bords. Or, l’œil humain ne présente pas ces défauts.
Il ne provoque pas non plus l’aberration chromatique. La “lumière blanche” réfractée de façon appropriée se décompose dans les sept couleurs du spectre (le rouge, l’orange, le jaune, le vert, le bleu, l’indigo et le violet). À chaque couleur correspond un foyer particulier différent, ce qui donne des images superposées (commençant par le violet et se terminant par le rouge) dont les contours ne correspondent pas. L’image de l’objet est donc bordée de franges irisées ; c’est l’aberration chromatique.
Il est impossible de corriger complètement toutes les aberrations des lentilles fabriquées par l’homme, mais on peut y remédier dans une certaine mesure en combinant plusieurs lentilles de précision. Celles-ci sont souvent collées ensemble avec du baume du Canada, une résine provenant du sapin baumier de l’Amérique du Nord. Certaines lentilles sont également enduites de produits qui empêchent la production de reflets.
Des systèmes d’optique très complexes s’emploient également dans la fabrication de télescopes, de jumelles et de microscopes. La fabrication de ces instruments exige l’application du principe de la lentille objective convexe qui projette une image dans le tube du télescope ou du microscope de telle sorte qu’elle tombe dans la distance focale de l’oculaire. C’est ce dernier qui fournit une image grossie de l’objet étudié.
Le fait que l’image est renversée est sans importance quand il s’agit d’un microscope (pour y remédier on peut renverser le porte-objet au préalable), mais aucun capitaine de navire ne serait content de voir dans son télescope l’image renversée du port dans lequel il va entrer. Il est donc nécessaire d’introduire des lentilles ou des prismes correcteurs entre la lentille objective et l’oculaire du télescope.
La fabrication de lentilles exige une connaissance approfondie de l’optique et des formules mathématiques gouvernant la réfraction de la lumière, ainsi que de la patience et une grande habileté acquise grâce à des années de formation sous la direction d’un maître de cet art. C’est pourquoi nous ne pouvons nous empêcher de tirer la conclusion suivante formulée par Isaac Newton au sujet de l’origine de la vie : ‘Par quelle sorte de raisonnement certaines personnes arrivent-elles à la conclusion absurde’ que les merveilles complexes de la nature sont venues à l’existence sans l’intervention d’un Créateur intelligent ?
La “lentille” admirable de l’œil
Lorsque vous regardez le “trou noir” ou pupille de l’œil, vous regardez en réalité, à travers la “lentille” ou cristallin, l’intérieur sombre du globe oculaire. Le cristallin est maintenu en place, derrière l’iris coloré, par les muscles ciliaires. Il est soumis aux mêmes principes de réfraction que l’homme a appliqués dans la fabrication des lentilles. Le cerveau transforme les impulsions nerveuses transmises par la rétine en images mobiles en couleurs et à trois dimensions. Elles sont plus grandes que les images rétiniennes, mais toujours proportionnelles aux dimensions de notre corps, qu’il s’agisse d’un pois ou d’une assiette, d’un vase de lilas ou d’une chaîne de majestueuses montagnes enneigées.
Pour que nous puissions étudier une carte étalée sur nos genoux puis, l’instant d’après, regarder un paysage montagneux à plusieurs kilomètres de distance, il faut que l’œil soit de conception prodigieuse. Il s’accommode instantanément aux différentes distances grâce à une mise au point automatique et corrige les aberrations que produirait une lentille de fabrication humaine. Ne serions-nous pas sérieusement désavantagés si notre œil nous transmettait des images déformées, sans cesse changeantes avec chaque mouvement de la tête, et auréolées de franges irisées ?
Le mécanisme de réfraction et de mise au point, le cristallin et la cornée (la tunique antérieure et transparente de l’œil) témoignent en vérité de la sagesse du Créateur. Même Charles Darwin reconnut l’absurdité de sa théorie de la survivance du mieux adapté lorsqu’il étudia l’œil. Il écrivit : “Il semble absurde au possible, je le reconnais, de supposer que la sélection naturelle ait pu former l’œil avec toutes les inimitables dispositions qui permettent d’ajuster le foyer à diverses distances, d’admettre une quantité variable de lumière et de corriger les aberrations sphériques et chromatiques.” — L’origine des espèces, page 195.
Les verres des lunettes
Le cristallin de l’œil est très élastique ; il se plie, s’élargit, s’allonge et s’amincit. C’est cette élasticité, ajoutée à la faculté de réfraction de la cornée, qui permet l’accommodation rapide et précise de l’œil et donne une image non déformée. Cependant, avec l’âge le cristallin ou les muscles ciliaires peuvent perdre leur élasticité et porter ainsi atteinte au pouvoir d’accommodation de l’œil. Chez certaines personnes la vision n’est pas nette à cause d’un vice de conformation du globe oculaire, celui-ci étant plus long ou plus court que la normale (environ deux centimètres et demi).
Au repos, le cristallin est accommodé pour la vision de loin. Lorsqu’il doit regarder un objet plus rapproché, les muscles ciliaires entrent en jeu de façon à le rendre plus épais. C’est à cause de cet effort musculaire que les travaux en vision rapprochée (lecture, écriture, etc.) fatiguent l’œil.
Si le globe oculaire est trop long, l’image se forme en avant de la rétine et devient imprécise ; c’est la myopie. On peut corriger ce défaut de la vision grâce à des verres concaves qui divergent les rayons lumineux de telle sorte qu’il convergent sur la rétine.
Par contre, si le diamètre horizontal de l’œil est trop faible, l’image se forme derrière la rétine : c’est l’hypermétropie. Dans ce cas une lentille convexe fait converger les rayons lumineux sur la rétine.
La formation de l’image derrière la rétine a également lieu quand le cristallin de l’œil perd son pouvoir d’accommodation et arrive au point où il ne peut prendre la forme — une courbure accentuée — nécessaire pour distinguer de façon nette les objets rapprochés. Cette anomalie de la vision afflige généralement les gens d’un certain âge, c’est pourquoi on la désigne par le terme “presbytie” (vision des personnes âgées). On la corrige à l’aide de segments convexes dans les verres.
Nous devons prendre bien soin de nos yeux. Si un grain de poussière ou de sable pénètre dans votre œil, ne frottez pas celui-ci, surtout avec un doigt ou un linge sale. Peut-être une autre personne pourrait enlever soigneusement le corps étranger à l’aide d’un linge propre. Parfois, dans pareil cas, il est nécessaire d’avoir recours à un médecin. Si vous lisez après la tombée du jour, un bon éclairage général de la pièce fatiguera moins vos yeux qu’une forte lumière dirigée directement sur la page imprimée.
Les yeux des animaux
Les yeux de certains insectes sont surtout adaptés au vol rapide et à l’évaluation correcte des distances. Ils comportent plusieurs cristallins qui produisent des images distinctes. Le laps de temps s’écoulant entre le déplacement de l’image d’un segment de l’œil à l’autre permet à l’insecte de juger de la vitesse de déplacement de l’objet qu’il regarde.
Chez les vertébrés les cristallins sont disposés par paires. Certains d’entre eux, comme le cheval, ont une vision panoramique qui leur permet de voir pour ainsi dire tout autour d’eux. D’autres vertébrés, comprenant l’homme, le hibou et le singe, ont les yeux situés sur la face antérieure de la tête. Les images captées par les deux yeux se chevauchent. Les yeux des oiseaux sont dotés de cristallins remarquables capables de produire des effets télescopiques. Les aigles, les vautours et d’autres oiseaux de proie possèdent une grande acuité visuelle.
L’homme s’est émerveillé des nombreuses applications naturelles des principes de l’optique et particulièrement de la réfraction. Il les a adaptées à ses propres besoins après les avoir étudiées dans les œuvres du Créateur.
[Schémas, page 10]
(Voir la publication)
Œil myope : le globe oculaire est trop long et l’image se forme devant la rétine.
La myopie est corrigée par des verres divergents qui font converger les rayons lumineux sur la rétine.