Adaptation visuelle

Lorsque vous êtes en plein jour, allumer une bougie n’éclaire pas une pièce tandis qu’en pleine nuit noire, la bougie éclaire énormément. Physiquement parlant, la lumière dégagée par la bougie n’a pas changé, c’est donc notre œil qui s’est adapté à l’ambiance.

Dans une même scène, on distingue des luminosités différentes dans un facteur 100 environ ; les objets visuels qui diffèrent trop de la moyenne apparaissent soit comme des blancs éblouissants, soit comme des noirs tous identiques. Cet éclairement moyen est très variable. On voit quelque chose dans l'obscurité à partir d'environ un dix-millième de lux, jusqu'à l'éblouissement vers cent mille lux[2]. Le rapport entre les luminosités est de l'ordre de un milliard, et pour s'adapter à cet énorme écart, on distingue 2 systèmes :

• la réaction pupillaire ,
• l'adaptation rétinienne.

La réaction pupillaire

Comme le diaphragme des appareils photo, l'iris « s’ajuste » à la luminosité grâce à deux feuillets de muscles lisses ; le muscle circulaire, qui contracte la pupille (dans la lumière) et le muscle radial qui la dilate (dans l'obscurité).

La réaction pupillaire est rapide mais elle ne compense les différences d'éclairement que dans un facteur 25 environ.

En cas d'augmentation brusque de la lumière, après entre 0,2 et 0,5 s de latence, la pupille se contracte en 2 s, puis se stabilise en 5 s. Au bout de quelques minutes, la vision s'est accoutumée au nouvel éclairage et la pupille revient à son état moyen. Si la lumière faiblit, la pupille réagit en sens inverse, se dilatant jusqu'à ce que le système visuel ait compensé les nouvelles conditions[3].

On appelle constance de couleur un caractère essentiel de la vision des couleurs qui permet d'associer une couleur à un objet, bien que les changements d'éclairage modifient le rayonnement qui en parvient jusqu'à l'œil. L'approche écologique de la perception visuelle note que la possibilité d'associer une couleur à un objet ou une classe d'objets est capitale pour l'interaction entre espèces, alors que l'identification exacte du rayonnement n'offre aucun avantage sélectif.

L'appareil visuel adapte donc la vision à la répartition spectrale de l'éclairage[6], dans un processus comparable à celui de l'adaptation rétinienne. Lorsque l'éclairage change brusquement, comme il arrive par exemple lorsqu'on passe d'un lieu éclairé par le jour à un autre installé avec des lumières fluorescentes, on a d'abord conscience de la différence d'éclairage, puis celle-ci s'estompe, jusqu'à ce qu'on retrouve une perception des couleurs similaires à celle que l'on avait auparavant[7].

En colorimétrie, on produit des tables permettant de situer les lumières correspondant à une couleur de surface examinée sous divers illuminants[8]. Les films de la photographie argentique en couleurs, comme les capteurs des caméras vidéo et appareils photo numériques n'effectuant aucune adaptation, l'opérateur doit corriger la couleur de l'éclairage par des filtres ou effectuer un réglage appelé balance des blancs. Les fabricants ont intégré, dans les appareils destinés au grand public, des automatismes qui évaluent, d'après les couleurs de la scène, l'adaptation chromatique humaine, et déterminent les réglages nécessaires pour la reproduire.

L'adaptation visuelle concerne tous les animaux capables de voir. Le processus physiologique qui le permet est cependant mal élucidé. Au début du XXI^e siècle, des recherches ont fait apparaître que, plutôt que les récepteurs, cônes et bâtonnets, qui forment l'image visuelle, une variété particulière de cellules ganglionnaires de la rétine, dites intrinsèquement photosensibles (« intrisically photosensitive retinal ganglionic cells », abrégé ipRGC en anglais) est à l'origine des processus d'adaptation[9].

Cette adaptation physiologique est à l'origine d'une règle commune de sécurité imposée par l'Organisation de l'aviation civile internationale relative à l'extinction des lumières principales à l'intérieur de la cabine d'avion de ligne au moins dix minutes avant le décollage ou l'atterrissage de nuit. En cas d'incident nécessitant un atterrissage forcé, l'acclimatation des yeux des passagers à l'obscurité lors de l'évacuation d'urgence leur assure une meilleure perception des chemins lumineux et limite l'effet de « trou noir[10] » lors du saut dans le toboggan gonflable[11].

L'observation nocturne du ciel nécessite également cette adaptation à l'obscurité. La pupille s'ouvre, son diamètre pouvant passer de 2 à 8 mm, ce qui donne environ 16 fois plus de lumière sur la rétine. Après une minute d'adaptation à la faible luminosité, celle-ci est dix fois plus sensible à la lumière. Après 20 minutes, il est 6 000 fois plus sensible. Après 30 minutes, l'œil atteint sa limite et nécessite désormais 30 000 fois moins de lumière[12]. L'astronome britannique William Herschel a montré dès le XVIII^e siècle que la vision nocturne développe davantage la sensibilité périphérique que la sensibilité centrale de la rétine. Les cônes se trouvent en effet surtout au centre tandis que les bâtonnets, plus sensibles à la lumière et au mouvement, sont plus denses au pourtour[13]. Pour en profiter, l'astronomie observationnelle tire parti de la vision périphérique par une technique de vision décalée, qui rappelle l'expérience courante de voir des objets du coin de l'œil apparaître plus brillants quand on marche ou qu'on conduit de nuit. Ce « regard en biais » ou « à côté », pour que l'image de l'objet auquel on s'intéresse tombe sur la partie latérale de la rétine, permet de bien compter les étoiles dans un amas ouvert ou de distinguer des nébuleuses de faible éclat. Pour apercevoir une étoile très faible, il faut aussi regarder à côté : cette vision décalée permet de gagner environ 1,5 magnitude[14].