Œil humain

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 a une masse de 8 grammes. Il est formé de trois 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).

Annexes de l'œil

Anatomie latérale de l'œil

Muscles de l'œil

Il y a quatre annexes de l'œil :

1. L'orbite est une 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 :
   • quatre muscles droits : droit supérieur, droit inférieur, droit interne (ou médial) et droit externe (ou latéral),
   • deux 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

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 :

• trois types de cônes (rouge, vert, bleu) servant à décomposer la lumière en couleurs[note 1] ; des recherches 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[1] - [2] ;
• 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[3].

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.

Légende :
1. chambre postérieure (remplie d'humeur vitrée),
2. ora serrata, 3. muscle cilliaire, 4. zonule de Zinn, 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. capsule de Tenon, 25. macula ou tache jaune, 26. fovéa, 27. sclérotique, 28. choroïde, 29. muscle droit supérieur, 30. rétine.

Toutes les parties de l'œil peuvent être touchées :

• appareil lacrymal → dacryoadénite, canaliculite, dacryocystite, etc.
• conjonctive → conjonctivite (bactérienne, fongique, parasitaire, allergique ou virale), pinguécula, ptérygion, etc.
• cornée → kératite (bactérienne, fongique, parasitaire ou virale), kératocône, gérontoxon, etc.
• cristallin → cataracte, ectopie, myopie, hypermétropie, aphakie, presbytie, astigmatisme, etc.
• muscles oculomoteurs → diplopie, parésie ou paralysie des muscles ;
• nerf optique → névrite optique, œdème papillaire, glaucome ;
• orbite → énophtalmie, exophtalmie, etc.
• paupière → ptosis, ectropion, entropion, orgelet, blépharite, tumeur, lagophtalmie, distichiasis, chalazion, etc.
• pupille → fixe, en mydriase (dilatée), en myosis (contractée), irrégulière (dont l'origine est souvent une inflammation passée ou présente de l'iris) ;
• rétine → déchirure, décollement, occlusion artérielle ou veineuse, dégénérescences (dégénérescence maculaire liée à l'âge, rétinite pigmentaire, amaurose congénitale de Leber), problèmes de vision des couleurs : daltonisme, achromatopsie, problèmes visuels liés à l'albinisme, myodésopsie ;
• sclère → sclérite, scléromalacie perforante ou non, sclère bleue, etc.
• strabisme ;
• uvée → uvéite, colobome, etc.
• vitré → hémorragie, décollement, etc.

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[5].

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

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°

La complexité de l'organe oculaire a déjà été récupérée pour discréditer le darwinisme en invoquant l'extrême improbabilité que toutes les mutations nécessaires se soient conjuguées pour en arriver à un œil hautement fonctionnel. En fait, l'évolution de l'œil s'est faite par bricolages successifs de chacune de ses parties où chaque étape se construit sur la précédente tout en constituant une amélioration par rapport à la situation antérieure. Cette succession de rapiéçages peut notamment expliquer certaines « imperfections » dans des structures complexes comme l'œil[6]. La notion de point aveugle constitue un exemple : l'organe sensible à la lumière, la rétine, est située derrière les fibres nerveuses conduisant l'influx vers le cerveau qui donc « cachent » une partie de la rétine, d'où le nom[7].

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.