Vision scotopique

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Deux soldats américains pendant la guerre d'Irak en 2003 vus à travers un intensificateur de lumière.

La vision scotopique (du grec ancien σκότος, skotos, signifiant « obscurité ») est la vision nocturne, c'est-à-dire la forme particulière que prend la vision la nuit ou en conditions de faible éclairage. Le domaine scotopique est le domaine de la photométrie pour lequel les surfaces observées ont des luminances lumineuses inférieures à la millicandela par mètre carré[1]. Au-delà on entre dans le domaine mésopique (vision crépusculaire) puis dans le domaine photopique (vision diurne)[1].

La vision scotopique est essentiellement assurée par les bâtonnets de la rétine de l'œil. Ces cellules sont bien plus nombreuses que les cônes (environ 120 millions de bâtonnets par œil, à comparer aux 5 millions de cônes) et elles sont plus larges et plus longues, elles nécessitent donc moins de lumière. Contrairement aux cônes il n'existe qu'un seul type de bâtonnets, ce qui ne permet qu'une vision en noir-et-blanc[2]. En raison de leur répartition sur la rétine, le maximum de sensibilité ne se situe pas dans l'axe optique (la fovéa étant constituée uniquement de cônes) mais à environ 20° de celui-ci. De plus, les bâtonnets sont connectés à des zones du cerveau jouant un rôle dans la vigilance et l'alerte, plus réactive aux mouvements ou petits changements d'intensité lumineuse.

La sensibilité de l'œil en vision scotopique n'est pas la même pour toutes les longueurs d'onde, elle est décrite par la fonction d'efficacité lumineuse spectrale scotopique. Le maximum de sensibilité de l'œil est obtenu pour une longueur d'onde de 507 nanomètres correspondant, à plus forte luminosité, au bleu. Plus généralement, la sensibilité de l'œil dépend de l'adaptation au noir (rompue par le moindre éblouissement), mais aussi de la vitesse de régénération des pigments détruits par les photons. Il faut environ 20 minutes dans le noir pour régénérer un stock de rhodopsine suffisant pour fortement améliorer sa vision nocturne. Après 45 minutes la sensibilité est maximale, environ un million de fois plus élevée[3] qu'immédiatement après avoir quitté une zone éclairée.

Une alimentation riche en carotte, myrtille, bêta-carotène ou vitamine A et glucosides d'anthocyane est réputée améliorer la vision scotopique. Lors de la dernière guerre mondiale, certains pilotes militaires mangeaient de la confiture de myrtille pour mieux voir la nuit[4],[5],[6],[7],[8],[9]. L'impact de la consommation de myrtilles sur la qualité de la vision à court terme (typiquement dans le cas de pilotes civils ou militaires) reste néanmoins débattue et non-confirmée à ce jour[10].

Chez les sujets atteints d'achromatopsie congénitale, les cônes ne fonctionnent pas. Leur vision provient donc uniquement des bâtonnets et donc du système de vision scotopique, ce qui a pour conséquence une forte photophobie, une acuité visuelle réduite (inférieure à 2/10), et une absence totale de vision des couleurs.

Capacité à voir dans l'obscurité[modifier | modifier le code]

L'œil a toujours des limites physiques de sensibilité[11], mais certains animaux voient bien mieux que les humains dans le noir (la chouette ou le lynx par exemple, qui sont des animaux nocturnes ou semi-nocturnes). On dit alors que ces animaux sont nyctalopes.

Cette capacité dépend d'un type particulier de cellules de l'œil, situées dans la rétine (les cellules en bâtonnet, qui sont plus sensibles à la lumière, et connectée à une partie du cerveau plus sensible aux mouvements, notamment ceux perçus dans le champ latéral de vision, mais qui ne perçoivent pas les couleurs ; elles sont également beaucoup plus sensibles à l'éblouissement).

Cette capacité dépend aussi de l'architectonique de la rétine[12] qui varie selon les espèces, et d'autres facteurs impliquant parfois l'œil et le cerveau déterminent aussi la qualité de la vision la nuit, dont par exemple la taille de l'œil et du cristallin, la sensibilité générale de la rétine (en termes de réponse à l'excitation lumineuse et à la fatigue rétinienne), le temps de latence sensorielle et d'adaptation de l'œil aux variations de luminosité. L'œil n'est pas assimilable à un instrument d'optique[13] ; ses relations avec le cerveau qui interprète les images formées sur la rétine (qui est un capteur biologique inhomogène et anisotrope) et guide les mouvements de l'œil ont aussi une importance.

On connait depuis longtemps[14],[15],[16] des cas humains de « cécité des couleurs » ou achromatopsie[17], due à une anomalie de la rétine (cônes non fonctionnels) ou parfois due à une lésion du système nerveux ou du cerveau qui ne peut plus alors traiter l'information sur la couleur[18]. Certaines personnes ne distinguant pas les couleurs voient mieux dans le noir. Il s'agit souvent d'hommes, car les gènes codant pour les opsines rouges et vertes sont situés sur la partie Xq28 (en) du chromosome X[19].

Vision artificiellement assistée[modifier | modifier le code]

Les jumelles de vision nocturne sont utilisées comme moyen d'observation ou détection pour voir dans le noir ou la semi-obscurité. Ce sont des jumelles binoculaires, monoculaires ou des matériels de type lunettes permettant une vue plus rapprochée. Ce sont le plus souvent des matériels basés sur l'amplification électronique de lumière, utilisés dans les avions, les bateaux, ainsi que dans l'infanterie de certaines armées, ou par diverses forces de l'ordre.

Intensificateur de lumière[modifier | modifier le code]

L'intensificateur de lumière permet de voir dans l'obscurité en amplifiant les sources de lumière faible (Lune, étoiles). On amplifie les photons détectés (provenant de lumière résiduelle ambiante) sur le principe du photomultiplicateur.

  • Avantage : n'est pas détectable par l'ennemi en usage militaire.
  • Inconvénient : le photomultiplicateur est un système très complexe, fragile et encombrant, nécessitant de la haute tension, des lentilles magnétiques, des tubes sous vide, etc. Nécessite un minimum de photons à amplifier, mais ce n'est pas un problème dans une nuit naturelle.

Proche infrarouge[modifier | modifier le code]

Le système est doté d'une diode émettant dans le proche infrarouge (0,9-2 μm) et qui permet d'éclairer la scène de rayons non visibles à l'œil nu. Ce système permet de voir dans le noir total. Sur certains modèles la diode électroluminescente (DEL) infrarouge est visible lorsqu'elle fonctionne. La diode peut être séparée du matériel de vision, et être utilisée comme une lampe de poche.

  • Avantage : utilise un capteur CMOS ou CCD d'appareil photo, caméscope ou caméra. Il suffit de retirer le filtre qui bloque la grande sensibilité naturelle aux proches infrarouges de ces capteurs (option sur certains caméscopes).
  • Inconvénient : la nécessité d'utiliser un projecteur infrarouge, facilement détectable par l'ennemi pour les militaires.

La plupart des animaux ne voient pas l'infrarouge. Cependant les serpents ont une vision infrarouge permettant la détection des proies, en particulier la nuit. Ce système ne détecte pas les infrarouges à proprement parler, mais utilise les infrarouges afin d' « illuminer » la scène, telle une Lampe torche qui serait ici « invisible ».

Vision thermique[modifier | modifier le code]

Le système est sensible au rayonnement thermique (infrarouges aux longueurs d'onde 2-5 μm et 8-13 μm) des objets et de la scène. Les niveaux de gris rendus à l'écran traduisent la température de chaque objet (quand il s'agit d'une image en noir et blanc).

  • Avantage : n'est pas détectable par l'ennemi pour les militaires. Permet de voir aussi dans le brouillard. C'est ce type d'appareil qui se développe le plus pour les armées.
  • Inconvénient : demande des objectifs très spéciaux (pas en verre) et des capteurs photodétecteurs très spécifiques, souvent au tellurure de mercure-cadmium et parfois un système de refroidissement.

Un système de graduation par couleurs est souvent utilisé sur les écrans d'analyses thermiques pour une meilleure analyse visuelle de la scène observée. La vision est la même de jour ou dans le noir total.

Vision en couleurs[modifier | modifier le code]

Un nouveau capteur CMOS, présenté par la société Photonis au forum de l'innovation de 2014[20], permet de filmer en couleur à très bas niveau de lumière. Ce capteur intéresse l'industrie de la Défense (Thales, Sagem, Cassidian optronicsetc.), mais aussi les scientifiques ou techniciens qui travaillent respectivement à une meilleure connaissance de la vie cavernicole et de l'environnement nocturne ou à la sécurité des déplacements effectués de nuit[21].

Ce capteur a obtenu le prix « Ingénieur Général Chanson » 2015, attribué par la Direction générale de l'Armement (DGA), qui récompense les innovations technologiques[22].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam,‎ (ISBN 2-9519607-5-1), p. 25-26
  2. Cette sensation a donné naissance à l'expression « la nuit, tous les chats sont gris ».
  3. Les cellules photoréceptrices, par Bruno Dubuc, Centre de recherche de l'Hôpital Douglas ; LaSalle Verdun (région de Montréal, Québec) consultées le 2010 04 01
  4. Bastide P., Rouher F., Tronche P. ; Rhodopsine et anthocyanosides À propos de quelques faits expérimentaux. Extrait du bulletin des Sociétés d'Ophtalmologie de France, 1968, no 910
  5. Dr Hans Brandi, R. Widmann ;Reduction of Re-adaptation after Dazzling by anthocyanes extracted from bilberries Air force medical Institute ; Furstenfeldbruck (1996)
  6. Chevaleroud J, Pedrel G ;Peut-on améliorer la vision nocturne des aviateurs ; Extrait gazette Medic de France, no 18, 25 juin 1968
  7. Jayle G.E. & Aubert L. Action des glucosides d'anthocyanes sur la vision scotopique et mésopique du sujet normal. Thérapie, 1964, XIX, 171185
  8. Buffler ; Étude de l'action rapide des anthocyanosides par la scotoptometrie dans un centre de sélection ; Revue du corps de santé, 11,6,1970 p. 809
  9. Belleoud, Leluan, Boyer : Étude des effets des glucosides d'anthocyane sur la vision nocturne du personnel navigant Société Française de physiologie et de médecine Aéronautiques et cosmonautiques, séance du 19 mai 1967
  10. La myrtille (Vaccinium myrtillus) : Botanique, chimie et intérêts thérapeutiques, Jean Espitalier, p. 67
  11. Pirenne, M. (1948), La limite de sensibilité de l'œil. Fluctuations quantiques au seuil de la vision. Contribution a l'étude de la structure moléculaire (Contribution to the study of molecular structure) : dédiée a la mémoire de Victor Henri, 297.
  12. TOMIE-HISTOLOGIE, A. N. A. (1965). L'architectonique de la rétine humaine. Archives d'ophtalmologie. New series, 31.
  13. [PDF] Le Gargasson, Jean-François (2012) « L'œil et la vision », Œil et Physiologie de la Vision - chap. II.
  14. Holmgren, F. (1877). De la cécité des couleurs dans ses rapports avec les chemins de fer et la marine. Imprimerie centrale.
  15. Vogt, A. (1922). Cécité complète pour les couleurs avec présentation de trois cas. Rev. Gen. d'ophth, 36.
  16. SENGUPTA, S. (1981). Note sur les variations de la cécité aux couleurs chez trois castes endogames de l'Assam, Inde. In Anthropologie (L'), Paris, 85(2), 328-331.
  17. Goubert, É. (1867). De la perceptivité normale et surtout anormale: de l'oeil pour les couleurs, spécialement de l'achromatopsie ou cécité des couleurs. Adrien Delahaye.
  18. Lhermitte, F., Chain, F., Aron, D., Leblanc, M., & Souty, O. (1969). Les troubles de la vision des couleurs dans les lésions postérieures du cerveau. Rev. Neurol. (Paris), 121(1), 5-29.
  19. Gilgenkrantz S (2002) La cécité aux couleurs: du génotype au phénotype. Le Magazine: Nouvelles.
  20. Vidéos faites avec la caméra Nocturn et le capteur Kameleon
  21. « Innovation : la nuit, toutes les Kameleon voient en couleur (2/12) », sur le site http://www.defense.gouv.fr - 14 avril 2014 (consulté le 13 avril 2015).
  22. http://www.defense.gouv.fr/dga/actualite/kameleon-voit-la-nuit-en-couleur

Annexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Le Grand, Y. (1942) Études sur la vision nocturne. Revue Opt. rhe'or. insfrum, 21, 71-87.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]