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Biologie · Terminale SE Prépare le BAC

Leçon 24 sur 49

Une fonction sensorielle : la vision

Je sais décrire l'œil et la rétine, expliquer la formation de l'image et l'accommodation, corriger les défauts de la vision et suivre le message visuel jusqu'au cortex.

  • 1 h 30
  • 5 exercices corrigés
  • 2 schémas
  • QCM de 5 questions

À la fin de la leçon, tu sauras :

  • Décrire la structure de l'œil et le rôle de chacune de ses parties
  • Expliquer la formation de l'image sur la rétine, l'accommodation et la correction de la myopie, de l'hypermétropie et de la presbytie
  • Décrire la rétine (cônes, bâtonnets, fovéa, tache aveugle) et le rôle des pigments visuels
  • Suivre le trajet du message visuel jusqu'au cortex occipital

Avant de commencer : Les tissus nerveux, leurs propriétés et la transmission synaptique ; notions d'optique (lentilles convergentes et divergentes, vergence) du cours de physique.

1Je découvre

Mariama, 17 ans, est en Terminale SE à N'Zérékoré. Depuis la rentrée, elle plisse les yeux pour lire le tableau depuis le fond de la classe, alors qu'elle lit parfaitement son cahier. Sa grand-mère, elle, voit bien les montagnes au loin mais tient le journal à bout de bras pour le lire. Son petit cousin Ousmane dit qu'il ne voit presque rien quand il fait nuit, à la lumière de la lune, alors que les autres enfants jouent encore.

À la consultation d'ophtalmologie, le médecin fait lire des lettres de plus en plus petites, examine le fond de l'œil et explique : « Chacun de vous a un problème différent. L'œil est comme un appareil photo relié à un ordinateur : il y a la partie qui forme l'image, et la partie qui la transforme en message pour le cerveau. »

Comment l'œil forme-t-il une image nette, comment la rétine la transforme-t-elle en message nerveux, et comment corrige-t-on les défauts de la vision ?

2Je comprends

1. La structure de l'œil

Le globe oculaire est une sphère d'environ 2,5 cm de diamètre, formée de trois enveloppes et de milieux transparents.

Les trois enveloppes, de l'extérieur vers l'intérieur :

  • la sclérotique : enveloppe blanche, résistante, qui devient transparente à l'avant pour former la cornée ;
  • la choroïde : enveloppe riche en vaisseaux sanguins et en pigments noirs ; elle nourrit l'œil et forme une chambre noire. À l'avant, elle forme l'iris (partie colorée), percé d'un orifice, la pupille, et le corps ciliaire, qui contient le muscle ciliaire ;
  • la rétine : membrane nerveuse sensible à la lumière, qui tapisse le fond de l'œil.

Les milieux transparents, traversés par la lumière : la cornée, l'humeur aqueuse (liquide entre la cornée et le cristallin), le cristallin (lentille souple et convergente, suspendue au corps ciliaire par des ligaments) et l'humeur vitrée (gel qui remplit le globe).

Le nerf optique quitte l'œil à l'arrière. L'œil est protégé par les paupières, les cils, les larmes et la cavité osseuse de l'orbite, et déplacé par six muscles.

2. La formation de l'image

L'œil fonctionne comme un appareil photographique :

  • l'ensemble cornée + cristallin agit comme une lentille convergente (la cornée assure la plus grande partie de la convergence) ;
  • l'iris joue le rôle de diaphragme : la pupille se rétrécit à forte lumière et se dilate dans l'obscurité (réflexe pupillaire) ;
  • la rétine joue le rôle de pellicule (ou de capteur).

L'image formée sur la rétine est réelle, plus petite que l'objet et renversée. C'est le cerveau qui l'interprète à l'endroit.

3. L'accommodation

Un œil normal (emmétrope) au repos voit nettement les objets éloignés : leur image se forme exactement sur la rétine. Pour un objet proche, l'image se formerait derrière la rétine. L'œil accommode : le muscle ciliaire se contracte, les ligaments se relâchent, le cristallin se bombe et devient plus convergent. L'image revient sur la rétine.

  • Le punctum remotum (PR) est le point le plus éloigné vu nettement sans accommoder : à l'infini pour un œil normal.
  • Le punctum proximum (PP) est le point le plus proche vu nettement en accommodant au maximum : environ 10 cm vers 20 ans, puis il s'éloigne avec l'âge (on retient souvent 25 cm comme distance conventionnelle de vision de près).

4. Les défauts de la vision et leur correction

DéfautCauseCe qu'on voitCorrection
Myopieœil trop convergent ou trop long ; image en avant de la rétineflou de loin, net de prèslentille divergente
Hypermétropieœil pas assez convergent ou trop court ; image en arrière de la rétinefatigue, flou surtout de prèslentille convergente
Presbytiecristallin moins souple avec l'âge ; accommodation réduite, PP éloignéflou de prèslentille convergente pour la lecture
Astigmatismecornée irrégulièreimage déforméeverres spéciaux (cylindriques)

Mariama est myope (elle voit mal de loin) ; sa grand-mère est presbyte (elle voit mal de près).

Méthode

Pour calculer la correction d'un œil myope (verre collé à l'œil, approximation habituelle) :

  1. Je relève la distance du punctum remotum PR en mètres.
  2. Le verre divergent doit donner d'un objet à l'infini une image située au PR : sa distance focale vaut f' = -PR.
  3. Je calcule la vergence C = 1 / f' en dioptries (δ), f' en mètres.
  4. Je vérifie le signe : une lentille divergente a une vergence négative.

Exemple

Le punctum remotum de Mariama est à 50 cm. Quelle lentille lui faut-il ?

PR = 0,50 m, donc f' = -0,50 m.

C = 1 / (-0,50) = -2 δ.

Mariama doit porter des verres divergents de -2 dioptries.

Exemple

Amplitude d'accommodation.

Un œil normal a son PR à l'infini et son PP à 20 cm = 0,20 m.

Amplitude d'accommodation : A = 1/PP - 1/PR = 1/0,20 - 0 = 5 δ.

Avec l'âge, le PP de la grand-mère est passé à 1 m : A = 1/1 - 0 = 1 δ. Pour lire à 25 cm, il lui faudrait retrouver 1/0,25 = 4 δ ; il lui manque 4 - 1 = 3 δ : des verres convergents de +3 δ pour lire.

5. La rétine, lieu de la transduction

La rétine comprend plusieurs couches de cellules. Curieusement, la lumière doit traverser les couches de neurones avant d'atteindre les photorécepteurs, situés au fond, contre la choroïde. On y trouve de l'extérieur vers l'intérieur de l'œil : les photorécepteurs, les cellules bipolaires, puis les cellules ganglionnaires, dont les axones forment le nerf optique.

Les deux types de photorécepteurs :

Cônes
  • Environ 6 millions par œil
  • Concentrés dans la fovéa
  • Peu sensibles : lumière du jour
  • Voient les couleurs (3 types de cônes)
  • Vision précise des détails
  • Pigments : iodopsines
Bâtonnets
  • Environ 120 millions par œil
  • Abondants à la périphérie
  • Très sensibles : vision nocturne
  • Noir et blanc seulement
  • Vision floue mais détection du mouvement
  • Pigment : rhodopsine
Les deux types de photorécepteurs de la rétine humaine.
  • La fovéa (au centre de la tache jaune) ne contient que des cônes, très serrés : c'est la zone de la vision la plus précise. On tourne les yeux pour que l'image de ce qu'on regarde tombe sur la fovéa.
  • La tache aveugle (ou papille optique) est l'endroit où le nerf optique quitte l'œil : il n'y a aucun photorécepteur, elle ne voit rien.

La transduction : les photorécepteurs contiennent des pigments visuels. La rhodopsine des bâtonnets est formée d'une protéine (l'opsine) et d'un dérivé de la vitamine A (le rétinal). La lumière modifie le rétinal, ce qui déclenche une cascade de réactions et change le potentiel de membrane du photorécepteur : l'énergie lumineuse est transformée en message nerveux. Le pigment doit ensuite être reconstitué, ce qui demande de la vitamine A.

Conséquence pratique : un manque de vitamine A empêche de reconstituer la rhodopsine et provoque l'héméralopie (mauvaise vision la nuit), comme chez Ousmane. On trouve de la vitamine A (ou son précurseur) dans le foie, le lait, les œufs, l'huile de palme rouge, la mangue, la papaye, les carottes et les feuilles vertes.

La vision des couleurs repose sur trois types de cônes, sensibles surtout au bleu, au vert et au rouge. Le cerveau compare leurs réponses pour reconstituer toutes les couleurs. Le daltonisme, étudié en génétique, est dû à l'absence ou à l'anomalie d'un type de cône.

6. Le trajet du message visuel

  1. 1Photorécepteurs (cônes et bâtonnets) : la lumière devient un message nerveux.
  2. 2Cellules bipolaires puis cellules ganglionnaires : premières synapses et traitement dans la rétine.
  3. 3Nerf optique : axones des cellules ganglionnaires.
  4. 4Chiasma optique : les fibres venant de la moitié nasale de chaque rétine passent du côté opposé.
  5. 5Relais dans le thalamus (corps genouillés latéraux).
  6. 6Cortex visuel du lobe occipital : l'image est perçue et interprétée.
Le trajet du message visuel de la rétine au cerveau.

Au chiasma optique, le croisement partiel des fibres fait que chaque hémisphère cérébral reçoit l'information d'une moitié du champ visuel venant des deux yeux. La comparaison des deux images, un peu différentes, permet la vision en relief. La vision est donc le résultat d'un travail du cerveau, et non de l'œil seul.

7. Protéger sa vue

Certaines maladies menacent la vision en Guinée comme ailleurs : infections des yeux, cataracte (le cristallin devient opaque, surtout avec l'âge), glaucome, et l'onchocercose (« cécité des rivières »), maladie parasitaire transmise par de petites mouches noires (simulies) qui vivent près des rivières rapides. Il faut aussi éviter de regarder le soleil en face, se laver les mains et le visage régulièrement et consulter dès qu'une baisse de vision apparaît.

3Je retiens

Je retiens

Œil : trois enveloppes (sclérotique et cornée, choroïde avec iris et corps ciliaire, rétine) et milieux transparents (cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée).

Cornée + cristallin = lentille convergente ; image réelle, renversée et plus petite sur la rétine.

Accommodation : contraction du muscle ciliaire, le cristallin se bombe pour voir de près.

Myopie : lentille divergente (C = -1/PR) ; hypermétropie et presbytie : lentille convergente.

Rétine : cônes (couleurs, précision, fovéa) et bâtonnets (vision nocturne, rhodopsine = opsine + rétinal dérivé de la vitamine A) ; tache aveugle sans photorécepteur.

Trajet : photorécepteurs, cellules bipolaires, cellules ganglionnaires, nerf optique, chiasma optique, thalamus, cortex occipital.

4Erreurs fréquentes

  • Dire qu'on corrige la myopie avec une lentille convergente : l'œil myope converge déjà trop, il faut une lentille divergente.
  • Croire que la lumière touche d'abord les photorécepteurs : elle traverse d'abord les cellules ganglionnaires et bipolaires.
  • Placer la fovéa au niveau du nerf optique : c'est la tache aveugle qui s'y trouve ; la fovéa est au centre de la tache jaune.
  • Penser que l'œil « voit » : il transforme la lumière en message nerveux ; c'est le cortex occipital qui crée la perception.

5Je m’exerce

1Exercice 1

(Questions de cours)

a) Nomme les milieux transparents traversés par la lumière, dans l'ordre.

b) Explique le mécanisme de l'accommodation.

c) Pourquoi ne voit-on rien au niveau de la tache aveugle ?

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a) Cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée.

b) Pour voir un objet proche, le muscle ciliaire se contracte ; les ligaments suspenseurs se relâchent ; le cristallin, élastique, se bombe et devient plus convergent ; l'image se forme de nouveau sur la rétine.

c) La tache aveugle est le point de départ du nerf optique : elle ne contient aucun photorécepteur, donc la lumière qui y arrive ne produit aucun message nerveux.

2Exercice 2

Recopie et complète : « Les … permettent la vision des couleurs et sont concentrés dans la … ; les … permettent de voir quand la lumière est faible grâce à un pigment, la …, formé d'opsine et de … »

Voir le corrigéCacher le corrigé

Les cônes permettent la vision des couleurs et sont concentrés dans la fovéa ; les bâtonnets permettent de voir quand la lumière est faible grâce à un pigment, la rhodopsine, formé d'opsine et de rétinal (dérivé de la vitamine A).

3Exercice 3

Le punctum remotum d'Alpha, myope, est situé à 40 cm.

a) Quel type de lentille doit-il porter ?

b) Calcule sa vergence (verre considéré collé à l'œil).

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a) Une lentille divergente.

b) f' = -0,40 m ; C = 1-0,40 = -2,5 δ.

4Exercice 4

Dans certaines familles, des enfants voient mal le soir alors qu'ils voient bien le jour.

a) Nomme ce trouble.

b) Explique sa cause à partir du rôle de la rhodopsine.

c) Propose des aliments locaux pour le prévenir.

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a) L'héméralopie (cécité nocturne).

b) En faible lumière, on voit grâce aux bâtonnets, qui contiennent la rhodopsine. Celle-ci est formée d'opsine et de rétinal, dérivé de la vitamine A. La lumière modifie la rhodopsine, qui doit ensuite être reconstituée. En cas de carence en vitamine A, la rhodopsine n'est pas assez reconstituée : les bâtonnets fonctionnent mal et la vision nocturne est mauvaise.

c) Foie, œufs, lait, huile de palme rouge, mangue, papaye, carotte, feuilles vertes (feuilles de manioc, de patate).

5Exercice 5

(Type BAC) On mesure la densité des photorécepteurs le long d'un diamètre horizontal de la rétine humaine. On observe :

  • au centre (0°), une très forte densité de cônes et aucun bâtonnet ;
  • à environ 15 à 20° du centre, du côté du nez, une zone sans aucun photorécepteur ;
  • en s'éloignant du centre, la densité des cônes chute rapidement et celle des bâtonnets augmente, avec un maximum vers 20°, puis diminue lentement.

a) Nomme la zone située à 0° et la zone sans photorécepteur. Explique l'absence de photorécepteurs dans la seconde.

b) Explique pourquoi on voit les détails avec précision seulement dans l'axe du regard.

c) La nuit, pour voir une étoile peu lumineuse, il vaut mieux regarder légèrement à côté d'elle. Explique.

d) Pourquoi voit-on mal les couleurs à la tombée de la nuit ?

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a) À 0° : la fovéa (centre de la tache jaune). La zone sans photorécepteur est la tache aveugle : c'est là que les axones des cellules ganglionnaires se réunissent pour former le nerf optique, qui quitte l'œil ; il n'y a pas de place pour des photorécepteurs.

b) Dans l'axe du regard, l'image tombe sur la fovéa, où les cônes sont très nombreux et serrés : chaque petit point de l'image est analysé séparément, d'où la vision précise. Ailleurs, les cônes sont rares.

c) La fovéa ne contient que des cônes, peu sensibles : une étoile faible n'y est pas perçue. En regardant à côté, son image tombe sur la rétine périphérique riche en bâtonnets, très sensibles, qui la détectent.

d) Quand la lumière diminue, les cônes, peu sensibles, ne fonctionnent plus ; seuls les bâtonnets restent actifs, et ils ne distinguent pas les couleurs : on voit en nuances de gris.

Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.

6Je vérifie

Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.

1Quelle structure règle la quantité de lumière qui entre dans l'œil ?
Voir la réponse

Réponse B : l'iris. L'iris joue le rôle de diaphragme en faisant varier le diamètre de la pupille.

2Pour voir un objet proche, le cristallin :
Voir la réponse

Réponse A : se bombe et devient plus convergent. C'est l'accommodation, due à la contraction du muscle ciliaire.

3Le punctum remotum d'un myope est à 25 cm. Quelle est la vergence de son verre correcteur ?
Voir la réponse

Réponse B : −4 δ. C = 1-0,25 = -4 δ : verre divergent.

4Quels photorécepteurs permettent la vision des couleurs ?
Voir la réponse

Réponse A : les cônes. Les trois types de cônes répondent à des couleurs différentes ; les bâtonnets ne voient qu'en noir et blanc.

5Dans quelle partie du cerveau se trouve le cortex visuel ?
Voir la réponse

Réponse C : le lobe occipital. Le message visuel aboutit au cortex situé à l'arrière du cerveau, dans le lobe occipital.

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