Vision et image

Historique

La vision dans l'antiquité

Les penseurs grecs ont essayé de donner un sens à la vision entre le VIIIe siècle avant JC et le premier siècle après JC. La lumière en tant que telle n'est pas décrite comme un objet physique indépendant de l'objet regardé et de l'œil. Deux théories coexistent : celle d'une émission depuis l'œil (extramission) et celle de la réception dans l'œil de quelque chose émis par l'objet (intromission).

ComplémentLe point de vue d'Aristote (IVème siècle avant JC)

"Il n'y a, d'ailleurs, aucune différence à dire que l'on voit, comme quelques naturalistes le soutiennent, parce que la vision vient de l'oeil, ou à dire que l'on voit par le mouvement venu des choses vues. De part et d'autre, c'est reconnaître nécessairement que la vue vient toujours d'un mouvement. On verrait le mieux possible les objets éloignés si, de l'oeil à l'objet vu, il y avait comme une sorte de tuyau continu ; car alors le mouvement parti des choses visibles ne pourrait pas se disperser ni se perdre ; et comme il ne se perdrait pas, plus les choses seraient loin, et plus on les regarderait de loin, mieux on les verrait nécessairement."

« Aristote, Génération des animaux?: livre V », s. d., http://remacle.org/bloodwolf/philosophes/Aristote/generation5.htm.

"Démocrite n'a donc pas raison de penser que si le milieu devenait vide, on verrait parfaitement bien même une fourmi dans le ciel. Cela est tout-à-fait impossible. La vision ne se produit que quand l'organe sensible éprouve quelque affection. Or, il ne se peut pas qu'il soit affecté directement par la couleur même qui est vue; reste donc qu'il le soit par le milieu. Ainsi un milieu est indispensable; et, si le vide existait, non seulement on ne verrait pas bien, mais on ne verrait point du tout."

« Aristote, Traité de l'Ame (bilingue) », s. d., http://remacle.org/bloodwolf/philosophes/Aristote/ame2a.htm#VII.

Aristote

Les lois de l'optique dans l'antiquité

Ptomélée au Ier siècle après JC, énonce les premières lois de l'optique géométrique : réflexion et réfraction. Les fondements de ces lois avaient été posés par Euclide et Empédocle au IVème siècle avant JC.

Ptomélée

Le moyen-âge

ibn al-Haytham (dit Alhazen)

Ce mathématicien perse (965-1039) a contredit la théorie de l'extramission. Il explique le phénomène de la vision par des rayons lumineux émis par chaque point d'un corps qui se déplacent en ligne droite pour former une image sur le cristallin de l'œil. Il a cependant pressenti que la rétine intervenait dans le processus de la vision et a été le premier scientifique a expliquer que la vision se produisait dans le cerveau.

« Les lignes droites [existent entre] la surface de l'œil [et] chaque point de la surface d'un objet. Une étude expérimentale de ce fait peut être facilement réalisée avec l'aide de règles et de tubes. [...] Si... on obture une partie de l'ouverture, seule sera masquée la partie de l'objet... qui se trouve sur une ligne droite entre l'œil et le corps observé, la rectitude étant vérifiée par la rectitude de la règle et du tube, [...] Il résulte de cette expérience, avec une évidence qui dissipe le doute, que l'œil ne perçoit pas comme visible tout objet situé dans la même ambiance, cette perception ne peut se réaliser uniquement que par la réflexion de la lumière et en suivant des lignes droites qu'on peut prolonger par l'imagination entre la surface de l'objet et la surface de l'œil. La vue ne perçoit aucun objet sauf s'il existe un peu de lumière provenant de l'objet, soit que l'objet soit lui-même lumineux soit qu'il soit éclairé par la lumière rayonnant d'un autre objet. »

« Traité d'optique (Alhacen) - Wikipédia », s. d., http://fr.wikipedia.org/wiki/Trait%C3%A9_d%27optique_(Alhacen).

Il décrit en détail les lois de la réflexion et de la réfraction en décrivant notamment la décomposition de la lumière blanche (arc-en-ciel).

Alhazen

Jusqu'au XVIème siècle, l'optique se limite à des problèmes géométriques lié au fonctionnement d'un certain nombre d'instruments. Les verres correcteurs apparaissent en Italie en 1285 et en 1590 des opticiens Italiens construisent une lunette d'approche.

Du XVIIème siècle à l'époque moderne

Où l'on discute de la nature de la lumière..

René Descartes publie en 1637 "La Dioptrique" qui finalise les connaissances en optique géométrique, notamment à propos de la réfraction. Il décrit également le fonctionnement de l'œil où l'image se forme sur la rétine. Il ne donne cependant pas, directement, une explication sur la nature de la lumière. Cependant, il assimile la lumière au mouvement.

"Or, n'ayant ici autre occasion de parler de la lumière, que pour expliquer comment ses rayons entrent dans l'œil, et comment ils peuvent être détournés par les divers corps qu'ils rencontrent, il n'est pas besoin que j'entreprenne de dire au vrai quelle est sa nature, et je crois qu'il suffira que je me serve de deux ou trois comparaisons, qui aident à la concevoir en la façon qui me semble la plus commode, pour expliquer toutes celles de ses propriétés que l'expérience nous fait connaître, et pour déduire ensuite toutes les autres qui ne peuvent pas si aisément être remarquées ; imitant en ceci les astronomes, qui, bien que leurs suppositions soient presque toutes fausses ou incertaines, toutefois, à cause qu'elles se rapportent à diverses observations qu'ils ont faites, ne laissent pas d'en tirer plusieurs conséquences très vraies et très assurées."

". Et premièrement, touchant la lumière et la couleur, qui seules appartiennent proprement au sens de la vue, il faut penser que notre âme est de telle nature que la force des mouvements, qui se trouvent dans les endroits du cerveau d'où viennent les petits filets des nerfs optiques, lui fait avoir le sentiment de la lumière ; et la façon de ces mouvements, celui de la couleur ."

René Descartes, « La Dioptrique », s. d., http://www.ac-nice.fr/philo/textes/Descartes-Dioptrique.htm.

René Descartes

Isaac newton publie son traité "opticks" en 1704. Il y expose sa vue mécaniste (comme Descartes) de l'optique. s'étant beaucoup intéressé aux couleurs, il décrit la lumière comme un flot de particules ou corpuscules. Les différentes couleurs correspondent à des particules différentes dont la vitesse n'est pas la même lorsqu'elles traversent un milieu transparent. Il explique ainsi le phénomène de réfraction et la formation de l'arc-en ciel.

Isaac newton

Christiaan Huygens, publie, en réponse aux articles de Newton, son "Traité de la lumière" en 1690. Il y expose sa conception ondulatoire de la lumière.

"Et comme, suivant cette philosophie, l'on tient pour certain que la sensation de la vue n'est excitée que par l'impression de quelque mouvement d'une matière qui agit sur les nerfs au fond de nos yeux, c'est encore une raison de croire que la lumière consiste dans un mouvement de la matière qui se trouve entre nous et le corps lumineux.

...

De plus, quand on considère l'extrême vitesse dont la lumière s'étend de toutes parts et que, quand il en vient de différents endroits, même de tout opposés, elles se traversent l'une l'autre sans s'empêcher; on comprend bien que, quand nous voyons un objet lumineux, ce ne saurait être par le transport d'une matière, qui depuis cet objet s'en vient jusqu'à nous ainsi qu'une balle ou une flèche traverse l'air : car assurément cela répugne trop à ces deux qualités de la lumière et surtout à la dernière. C'est donc d'une autre manière qu'elle s'étend, et ce qui nous peut conduire à la comprendre, c'est la connaissance que nous avons de l'extension du son dans l'air... il s'ensuivra que ce mouvement imprimé à la matière est successif et que par conséquent il s'étend, ainsi que celui du son, par des surfaces et des ondes sphériques : car je les appelle ondes, à la ressemblance de celles que l'on voit se former dans l'eau quand on y jette une pierre, qui qui représentent une telle extension successive en rond..."

Christiaan (1629-1695) Huygens, Traité de la lumière / par Christian Huyghens (Gauthier-Villars (Paris), 1920), http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5659616j.

Cette vision de la nature de la lumière sera complétement éclipsée par les succès des travaux de Newton.

Christian Huygens

L'optique physique (XIXème et XX ème siècle)

Au début du XIX ème siècle Thomas Young étudie le phénomène des interférences lumineuses, Malus découvre le phénomène de polarisation de la lumière et Fresnel explique le phénomène de la diffraction. Seule la nature ondulatoire ou vibratoire de la lumière permet d'expliquer ces phénomènes. La conception mécaniste de Newton est donc abandonnée.

A la fin du XIX ème siècle Maxwell définit la lumière comme une onde électromagnétique se déplaçant dans le vide avec une célérité constante de 300 000 km/s environ.

Au début du XXème siècle Planck puis Einstein propose une nature "granuleuse" de la lumière. Celle-ci serait composée de particules (quanta d'énergie) appelées photons, ce qui permet d'expliquer l'effet photoélectrique découvert quelques années auparavant.

La physique moderne (physique quantique) associe les deux conceptions corpusculaire et ondulatoire : la lumière n'est ni une onde, ni une particule mais "autre chose" qui se comporte différemment suivant les circonstances.

Il en est de même pour la matière.

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