Œil humain

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Un œil humain
Œil humain.
Schéma anatomique de l'œil humain.

L'œil humain est l'organe de la vision de l'être humain ; il lui permet de capter la lumière, pour ensuite l'analyser et interagir avec son environnement. L'œil humain permet de distinguer les formes et les couleurs.

L'un des grands défis de la technologie sera de fabriquer des yeux électroniques, capables d'égaler voire de dépasser les aptitudes des yeux du monde vivant pour, par exemple, remplacer l'œil d'une personne accidentée.

La science qui étudie l'œil s'appelle l'ophtalmologie.

Anatomie et physiologie de l'œil humain[modifier | modifier le code]

L'œil humain est constitué d'un globe oculaire comportant :

  • sur sa partie antérieure, la cornée, qui est une calotte sphérique transparente ;
  • sur le reste du globe, la sclère, ou sclérotique, qui forme le « blanc » de l'œil.

Le globe oculaire mesure environ 2,5 cm de diamètre et pèse environ 8 grammes. Il est formé de 3 enveloppes, ou tuniques, entourant une substance gélatineuse appelée le corps vitré. Les trois tuniques s'appellent la tunique externe, la tunique moyenne, et la tunique interne ; le corps vitré est principalement constitué d'eau et sert à maintenir la forme de l'œil.

L'œil s'adapte en premier lieu à la lumière ambiante. L'être humain peut ainsi percevoir avec une sensibilité équivalente en plein soleil ou sous la lumière de la pleine lune, soit avec une intensité lumineuse 10 000 fois moindre. Une première adaptation provient de l'écartement de l'iris qui, en mode nocturne, peut atteindre une ouverture maximale de 7 mm pour des jeunes gens (maximum qui décroît à 4 mm avec l'âge).

Tunique externe[modifier | modifier le code]

  • La sclérotique est la plus résistante des tuniques de l'œil ; elle le protège des dégâts mécaniques et soutient sa structure ; elle est percée en avant d'un orifice pour la cornée.
  • La conjonctive est une muqueuse transparente qui recouvre la partie antérieure de la sclérotique et qui produit un mucus lubrifiant.
  • La cornée est une membrane transparente circulaire et bombée vers l'avant qui permet le passage des rayons lumineux, située au centre de la partie antérieure de la tunique de l'œil ; elle est en continuité avec la sclérotique et la conjonctive autour d'elle au niveau du limbe cornéen.

Tunique moyenne[modifier | modifier le code]

  • La choroïde est une membrane vascularisée qui assure la nutrition de la rétine. Les cellules de cette tunique renferment un pigment, la mélanine, qui lui donne une couleur brun-foncé, afin que les rayons ne pénètrent que par la pupille. La choroïde forme en avant l'iris.
  • L'iris donne la couleur à l'œil. Il est percé en son centre par une ouverture circulaire la pupille, qui se dilate ou se contracte selon l'intensité de la lumière, grâce à l'action des muscles lisses de l'iris.
  • La pupille laisse passer la lumière. Le diamètre de son ouverture s'adapte automatiquement à l'intensité lumineuse perçue.
  • Le corps ciliaire sécrète l'humeur aqueuse. Il contient un réseau de muscles (en) qui permettent de modifier la courbure du cristallin afin de rendre la vision nette.
  • Le cristallin est un petit disque fibreux, transparent et flexible qui permet de focaliser l'image sur la rétine en fonction de la distance.

Tunique interne[modifier | modifier le code]

  • La rétine est la tunique sensible de l'œil. Elle est formée de cellules sensorielles, les cônes (vision diurne=jour) et les bâtonnets (vision nocturne=nuit), et de cellules nerveuses, les neurones.
  • La macula sorte de tache jaune, assure une motilité visuelle maximale, car elle est formée de nombreuses cellules visuelles.
  • La tache aveugle, ou papille, est la zone où les fibres se réunissent pour former le nerf optique, qui ne renferme aucune cellule photosensible.
  • La fovéa est une petite zone de la rétine sensible aux couleurs et sert pour la précision de la vision.
  • Le nerf optique est formé du regroupement des fibres nerveuses de la rétine et conduit l'information visuelle au cerveau.

Annexes de l'œil[modifier | modifier le code]

Anatomie latérale de l'œil
Muscles de l'œil

Il y a quatre annexes de l'œil :

  1. l'orbite est cavité osseuse recouverte d'une membrane fibro-élastique (la périorbite), qui joue un rôle de protection ;
  2. les muscles oculomoteurs servent aux déplacements ; chez l'humain, on distingue :
    • 4 muscles droits : droit supérieur, droit inférieur, droit interne (ou médial) et droit externe (ou latéral) ;
    • 2 muscles obliques : grand oblique (ou oblique supérieur) et petit oblique (ou oblique inférieur) ;
  3. la paupière est une membrane permettant une isolation plus ou moins importante du rayonnement électromagnétique, l'étalement du film de larmes, et la protection de la cornée ;
  4. la glande lacrymale, située en haut et en dehors, sécrète 40 % de nos larmes, le reste étant produit par des glandes accessoires.

Récepteurs de la rétine[modifier | modifier le code]

Les récepteurs de l'œil servent à décomposer les informations lumineuses en signaux électriques qui seront envoyés au nerf optique. Chez l'être humain, il existe :

  • 3 types de cônes (rouge, vert, bleu) servant à décomposer la lumière en couleurs[1] ; des recherches[2],[3] tendent à prouver que chez un certain pourcentage d'hommes (10 %) et de femmes (50 %), il existerait un quatrième type de cônes sensibles aux oranges ;
  • des bâtonnets limités à la lumière, plus rapides et plus sensibles que les cônes.

Chaque œil comporte environ 7 millions de cônes, et 120 millions de bâtonnets, il est capable de discerner 300 000 couleurs, plus facilement dans les nuances de verts ou de rouges que les nuances de bleus[4].

Le dysfonctionnement d'un des trois types de cônes conduit au daltonisme, et le dysfonctionnement des trois types de cônes conduit à l'achromatopsie, dont un des symptômes est l'absence totale de vision des couleurs.

1. chambre postérieure (remplie d'humeur vitrée), 2. ora serrata, 3. muscle cilliaire, 4. ligament suspenseur, 5. canal de Schlemm, 6. pupille, 7. chambre antérieure (remplie d'humeur aqueuse), 8. cornée, 9. iris, 10. cristallin cortical, 11. noyau du cristallin, 12. corps cilliaire, 13. conjonctive, 14. muscle oblique inférieur, 15. muscle droit inférieur, 16. muscle droit médian, 17. veines et artères rétinales, 18. papille optique ou point aveugle, 19. lame criblée, 20. artère rétinale centrale, 21. veine rétinale centrale, 22. nerf optique, 23. veine vortiqueuse, 24. conjonctif, 25. macula, 26. fovéa, 27. sclère, 28. choroïde, 29. muscle droit supérieur, 30. rétine.

Couleur de l'iris[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Couleur des yeux.

Une mutation génétique du gène OCA2, porté par le chromosome 15, serait responsable de la couleur bleue des yeux et date d’environ 8000 ans[5]. Elle serait due à un ancêtre commun unique et a perduré.

OCA2 code la protéine P qui est impliquée dans la production de mélanine, le pigment qui colore les cheveux, la peau et les yeux. La mutation n’est pas directement située sur OCA2 mais sur un gène adjacent qui n’annihile pas son activité mais limite son champ d’action en réduisant la production de mélanine dans l’iris. Lorsque le gène est totalement désactivé, le corps ne secrète plus du tout de mélanine : c’est l’albinisme.

Pathologies oculaires[modifier | modifier le code]

Toutes les parties de l'œil peuvent être touchées :

Fonctionnement optique[modifier | modifier le code]

Modèle optique de l'œil

La première modélisation de l'œil, dit « œil réduit », consiste à le considérer comme un dioptre sphérique muni d'un diaphragme et permettant de se placer dans les conditions de Gauss permettant le stigmatisme approché. Ce modèle permet de comprendre la formation des images sur la rétine et l'effet de la courbure (modifiée par le cristallin) pour l'accommodation.

La deuxième modélisation, utilisée dans des activités expérimentales, consiste à remplacer la rétine par un écran plat (feuille blanche) et l'ensemble optique (cornée/cristallin) par une lentille convergente, de distance focale image f' = 16,7 mm lorsque l'œil est au repos.

Dans certains dispositifs didactiques, la lentille est une lentille souple constituée d'une membrane plastique que l'on peut remplir plus ou moins avec de l'eau. On peut ainsi montrer l'accommodation et aborder les notions de punctum proximum et de punctum remotum.

L'utilisation d'une lentille en verre permet de modéliser l'œil normal (emmétrope, vision nette à l'infini sans accommodation) puis, en modifiant la distance écran-lentille, de modéliser la myopie (écran trop éloigné) et l'hypermétropie (écran trop près), avec la possibilité ensuite d'ajouter une lentille correctrice pour modéliser les lunettes de vue.

Voici quelques données optiques (moyennes) de l'œil :

Structures Rayon de courbure antérieur Rayon de courbure postérieur Indice de réfraction
Cornée 7,8 mm 6,8 mm 1,377
Humeur aqueuse - - 1,337
Cristallin 10 mm 6 mm 1,413
Humeur vitrée - - 1,336

L'œil peut être réduit à un système centré avec les caractéristiques suivantes :

  • distance focale image : +22 mm
  • distance focale objet : -17 mm
  • distance (foyer objet → face antérieure de la cornée) : +15 mm
    • donc distance (face antérieure de la cornée → plans principaux) : +2 mm
    • donc distance (face antérieure de la cornée → rétine) : +24 mm
  • rayon de courbure : +6 mm
  • puissance : D = +60 δ
  • indice de réfraction : n = 1,337
  • accommodation : AC = 6,667
  • minimum séparable : αmin = 1' = 0,017°

Œil électronique[modifier | modifier le code]

Huit systèmes sont à l'étude dans les dispositifs électroniques visant à restaurer une vision déficiente. Ils dépendent de la partie de l'œil que l'on veut substituer :

  • remplacement de la rétine ; des plaques contenant des milliers, voire des millions, de semi-conducteurs vont permettre de transformer la lumière en signal électrique, qui sera ensuite transmis aux fibres visuelles encore fonctionnelles ;
  • remplacement du nerf optique ;
  • remplacement du cortex cérébral ; l'image est enregistrée par une caméra numérique, puis transformée en signaux électriques par processeur de signal numérique ; les signaux sont transmis à des électrodes en cuivre pur qui stimulent le cortex visuel occipital.

Ces systèmes se rapportent tous au thème de l'œil bionique.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Ils sont au nombre de quatre chez certains reptiles et oiseaux ; ceux-ci peuvent détecter l'ultraviolet et leurs cônes ne détectent pas tout à fait les mêmes couleurs.
  2. Backhaus, Kliegl & Werner « Color vision, perspectives from different disciplines » (De Gruyter, 1998), p.115-116, section 5.5.
  3. Pr. Mollon (université de Cambridge), Pr. Jordan (université de Newcastle) « Study of women heterozygote for colour difficiency » (Vision Research, 1993)
  4. Bernard Valeur, La couleur dans tous ses éclats, Belin,‎ 2011, 224 p. (ISBN 2701158761)
  5. Eiberg H, Troelsen J, Nielsen M, Mikkelsen A, Mengel-From J, Kjaer KW, Hansen L, Blue eye color in humans may be caused by a perfectly associated founder mutation in a regulatory element located within the HERC2 gene inhibiting OCA2 expression, Hum Genet, 2008 Jan 3

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Liens externes[modifier | modifier le code]