B7 · Optique
L'œil et les défauts de la vision
Modéliser l'œil comme système optique et décrire l'accommodation. Analyser myopie, hypermétropie, astigmatisme et presbytie et le principe de leur correction.
Biophysique7 min de lecture17 QCM corrigés
L'œil comme système optique
L'œil forme sur la rétine une image à partir de la lumière provenant de l’environnement. Dans le cadre de l’optique géométrique, il peut être modélisé comme un système centré constitué de milieux transparents, de surfaces réfractantes et d’un écran photosensible. Les lois générales des lentilles et des vergences sont établies dans la fiche précédente ; elles sont ici appliquées à l’œil sans être redémontrées.
Les éléments optiques de l'œil
La lumière traverse successivement :
- la cornée, interface courbe séparant l’air du milieu intraoculaire ;
- l’humeur aqueuse, liquide situé en avant du cristallin ;
- la pupille, ouverture centrale de l’iris ;
- le cristallin, lentille biologique déformable ;
- l’humeur vitrée, milieu transparent occupant la partie postérieure de l’œil ;
- la rétine, surface réceptrice où se forme l’image.
La cornée fournit la plus grande partie de la puissance optique de l’œil, car le changement d’indice de réfraction est important à l’interface air-cornée. Le cristallin apporte une puissance supplémentaire et surtout variable, indispensable à l’accommodation.
La pupille joue le rôle d’un diaphragme. Sa diminution de diamètre limite les rayons très inclinés et augmente la profondeur de champ, c’est-à-dire l’intervalle de distances pour lequel l’image reste suffisamment nette. Elle ne modifie toutefois pas la cause optique d’une amétropie.
La rétine reçoit une image réelle, renversée et réduite. La fovéa, région centrale de la rétine, permet la meilleure résolution spatiale ; une vision précise nécessite donc que l’image du point observé se forme sur cette région.
Modèle de l'œil réduit
Ce modèle sépare deux paramètres essentiels :
- la puissance optique du système convergent ;
- la longueur axiale, distance entre la partie antérieure du système optique et la rétine.
Une image est nette lorsque la puissance de l’œil et sa longueur axiale sont accordées. Un défaut de cette correspondance déplace l’image en avant ou en arrière de la rétine.
Une amétropie est au contraire un défaut optique dans lequel, au repos accommodatif, les rayons parallèles ne convergent pas sur la rétine. La myopie, l’hypermétropie et l’astigmatisme sont des amétropies.
Accommodation et domaine de vision nette
Pour un objet éloigné, les rayons arrivant sur l’œil sont presque parallèles. Pour un objet proche, ils sont divergents : l’œil doit alors augmenter sa puissance convergente afin que l’image demeure sur la rétine.
Mécanisme de l'accommodation
Lors de la vision rapprochée :
- le muscle ciliaire se contracte sous contrôle parasympathique ;
- la tension exercée par les fibres zonulaires diminue ;
- le cristallin, grâce à son élasticité, devient plus bombé ;
- ses courbures augmentent ;
- sa puissance convergente augmente et sa distance focale diminue.
Lors du retour à la vision lointaine, le muscle ciliaire se relâche, la zonule se tend et le cristallin s’aplatit. La puissance de l’œil diminue.
L’accommodation s’intègre à la triade de vision rapprochée, qui associe accommodation, convergence des deux yeux et constriction pupillaire. La convergence aligne les axes visuels sur l’objet, tandis que le rétrécissement pupillaire augmente la profondeur de champ.
Limites de l'accommodation
Le punctum remotum, ou point éloigné, est le point le plus distant vu nettement sans accommodation. Chez l’œil emmétrope, il se situe à l’infini.
Le punctum proximum, ou point proche, est le point le plus rapproché pouvant encore être vu nettement avec une accommodation maximale. L’intervalle compris entre ces deux points constitue le domaine de vision nette.
Amétropies sphériques
Myopie
L’œil myope est trop convergent par rapport à sa longueur axiale. Deux mécanismes peuvent contribuer à ce défaut :
- une longueur axiale trop grande : myopie axile ;
- une puissance optique trop élevée : myopie de puissance.
Comme l’accommodation augmente encore la convergence, elle ne peut pas corriger la myopie. Le punctum remotum est situé à une distance finie en avant de l’œil, ce qui explique l’altération préférentielle de la vision lointaine.
La correction repose sur une lentille divergente, de puissance négative. Elle diminue la vergence des rayons avant leur entrée dans l’œil et permet au système œil-lentille de former l’image sur la rétine.
Hypermétropie
L’œil hypermétrope n’est pas assez convergent par rapport à sa longueur axiale. Il peut être trop court ou posséder une puissance optique insuffisante. Une accommodation permanente peut ramener l’image sur la rétine, particulièrement lorsque l’amplitude accommodative est importante. Cette compensation entraîne cependant un effort supplémentaire, qui augmente encore en vision rapprochée.
La correction utilise une lentille convergente, de puissance positive. Elle augmente la convergence des rayons avant leur entrée dans l’œil et réduit ainsi l’effort accommodatif nécessaire.
Astigmatisme
Dans un système optique sphérique idéal, tous les méridiens possèdent la même courbure et la même puissance. Dans un œil astigmate, la cornée, plus rarement le cristallin, présente des courbures différentes selon les directions. Les rayons appartenant à des méridiens distincts ne convergent donc pas au même endroit.
Dans l’astigmatisme régulier, deux méridiens principaux perpendiculaires possèdent des puissances différentes. La correction repose sur une lentille cylindrique ou torique, qui apporte une puissance différente selon le méridien. L’orientation de la correction est définie par son axe : une lentille cylindrique n’exerce pas de puissance dans la direction de son axe et exerce sa puissance maximale dans le méridien perpendiculaire.
L’astigmatisme irrégulier ne présente pas deux méridiens principaux simples. Il ne peut donc pas être totalement compensé par une correction cylindrique conventionnelle.
Presbytie
Le muscle ciliaire peut encore se contracter, mais le cristallin devenu plus rigide se déforme moins. Sa puissance maximale augmente insuffisamment lors de la vision rapprochée. Le punctum proximum s’éloigne alors progressivement, tandis que le punctum remotum dépend de l’éventuelle amétropie associée.
La correction consiste à ajouter une puissance convergente positive pour la vision de près. Cette addition compense la part d’accommodation devenue indisponible. Elle peut être réservée à la vision rapprochée ou répartie entre plusieurs zones optiques afin de permettre une vision nette à différentes distances.
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