Domaines de vision

On constate aisément que dans les conditions de faible éclairement, on ne distingue pas du tout les couleurs. L'optique physiologique sépare d'emblée la vision nocturne, fondée sur les bâtonnets et la vision diurne, déterminée par les cônes.

La photométrie a pour objet de relier la vision humaine à des grandeurs physiques mesurées sur le rayonnement lumineux. Sa technique de base consiste à demander aux sujets d'expériences de psychologie expérimentale de rendre aussi égales que possible, en teinte, en luminosité, ou pour les deux, des plages de lumière dont l'intensité et la longueur d'onde dominante sont vérifiables.

On peut définir facilement le domaine où l'on ne distingue pas les couleurs. C'est celui où les sujets peuvent rendre égales en en réglant seulement l'intensité, deux lumières monochromatiques de longueur d'onde différente alors qu'avec une intensité suffisante, elles sont bien distinctes : par exemple, un vert et un rouge. Ce domaine est le domaine scotopique, du grec ancien σκότος, skotos, « obscurité ».

Les humains ne possèdent pas de tapetum lucidum ; de ce fait, la limite du domaine scotopique est assez élevée. Le seuil absolu de vision est atteint[1] pour les surfaces observées qui ont une luminance d'environ 10⁻⁶ cd/m². Le domaine scotopique s'étend ensuite à des luminances lumineuses inférieures à la millicandela par mètre carré[alpha 3].

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. Il n'existe qu'un seul type de bâtonnets, ce qui ne permet qu'une vision en noir-et-blanc[alpha 4]. 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[2] qu'immédiatement après avoir quitté une zone éclairée.

La vision mésopique (du grec ancien μέσος, mésos, « milieu ») se définit négativement : trop de lumière pour qu'on ne distingue pas du tout les couleurs, pas assez pour que cette distinction soit complète.

Du point de vue de l'optique physiologique, elle est assurée à la fois par les bâtonnets et les cônes de la rétine de l'œil. Pour les bas niveaux de lumière, les couleurs rouges s'assombrissent et la sensibilité se décale vers le bleu provoquant l'effet Purkinje.

Le domaine photopique se définit par l'intensité lumineuse qui permet la reproduction avec le plus de précision et moins de dispersion d'un essai à l'autre des expériences d'égalisation photométriques. Cependant, la vision des couleurs est un phénomène assez complexe, qui n'est jamais aussi linéaire que le prévoit le modèle photométrique fondé sur les lois de Grassmann.

Selon les applications, une luminance comprise entre 3 et 10 cd/m² constitue la limite basse du domaine photopique : ceci nécessite pour un diffuseur parfait un éclairement lumineux minimum d'environ 100 lux (Robert Sève 2009, p. 25-26). Il s'étend jusqu'à quelques milliers de candelas par mètre carré.

Du point de vue de l'optique physiologique, la vision photopique (du grec ancien φωτός, phôtós, génitif singulier de φῶς, phỗs, « lumière ») est essentiellement assurée par les cônes de la rétine. Ces cellules sont bien moins nombreuses que les bâtonnets (environ 5 millions de cônes par œil, à comparer aux 120 millions de bâtonnets) et elles sont moins larges et moins longues, elles nécessitent donc plus de lumière. Contrairement aux bâtonnets il existe trois types de cônes, ce qui permet une vision des couleurs[1]. La sensibilité de l'œil en vision photopique n'est pas la même pour toutes les longueurs d'onde, elle est décrite par la fonction d'efficacité lumineuse spectrale photopique. Le maximum de sensibilité de l'œil est obtenu pour une longueur d'onde de 555 nanomètres correspondant à un vert-jaune. Elle est supérieure à 1 % de ce maximum de 475 à 685 nanomètres.

Certaines personnes ne possèdent pas les trois types de cônes. Ce daltonisme fait l'objet d'étude particulières.

Lorsque la luminance augmente mais reste en dessous de l'éblouissement, l'apparence des couleurs se modifie : cet effet, lié au phénomène de Bezold-Brücke (en) découvert en 1873, met en avant le couple chromatique jaune/bleu pâle : l'accroissement de la luminance fait jaunir le rouge et le vert-jaunâtre, tandis que le violet et le bleu-vert tendent vers le bleu.

On ne peut pratiquer aucune mesure dans le domaine pénible de l'éblouissement, qui ne constitue pas à proprement parler un domaine de vision, puisque justement, on ne voit plus.

• Le Grand, Y., Études sur la vision nocturne, Revue Opt. rhe'or. insfrum, 1942, 21, 71-87.
• Yves Le Grand, Optique physiologique : Tome 2, Lumière et couleurs, Paris, Masson, 1972, 2^e éd.
• Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam, 2009, 374 p. (ISBN 978-2-9519607-5-6 et 2-9519607-5-1)

• Adaptation visuelle
• Vision des couleurs
• Vision humaine
• Cycle visuel
• Efficacité lumineuse spectrale