La vision dans l’eau Justification Physiologie La lumière Les effets dans l’eau Conséquences en plongée

Justification I. INTRODUCTION   La vision dans l’eau va être différente que dans l’air · Expérience des plongeurs. on a un champ de vision rétréci * on voit plus gros on voit plus proche* les couleurs disparaissent* eau trouble/ La lampe n’est pas efficace.* L’œil est un organe sensoriel sensible à la lumière. Il capture les excitations lumineuses qui sont à l'origine des sensations visuelles. Lorsque nous regardons un objet éclairé, nous en saisissons sa forme, ses dimensions et ses couleurs. Avant de nous intéresser à « comment cela fonctionne ? » Voyons comment cela est fait.

Physiologie Cornée Muscle oculaire Pupille Iris Sclérotique Anatomie de l’œil Cornée Muscle oculaire Pupille Iris Sclérotique L'œil humain L'œil complet ou globe oculaire, est une structure sphérique d'environ 2,5 cm de diamètre L’œil est recouvert à l’avant * par une surface transparente * la cornée. La lumière pénètre dans l’œil en passant * par une ouverture * la pupille. **l’iris qui entoure la pupille s’ouvre ou se ferme pour régler la quantité de lumière. Vers l’arrière de l’œil la cornée se prolonge* *par la sclérotique. Les mouvement de l’œil sont contrôlés** par les muscle oculaire. Les muscles moteurs de l’œil sont fixés d'une part, sur le globe oculaire et d'autre part sur les parois de l’orbite. On en compte six, dont quatre droits et deux obliques, qui peuvent faire tourner l’œil et orienter le regard dans toutes les directions. Les muscles de deux yeux fonctionnent de façon coordonnée, portant le regard sur le même point de l'espace; quand cela ne fonctionne pas il y a un « strabisme », l'individu louche.

Physiologie Cristallin Nerf optique Rétine Choroïde Anatomie de l’œil La lumière traverse** le cristallin et arrive sur** la rétine au fond de l’œil ** la choroïde situé derrière la rétine la soutien et la nourrie. Dans la rétine des cellules sensibles à la lumière transmettent des signaux électriques ** par le nerf optique au cerveau. Le cristallin La lentille du cristallin est une sphère aplatie constituée d'un grand nombre de fibres transparentes disposées en couches. Elle est reliée par des ligaments au muscle ciliaire. Le muscle ciliaire et les tissus environnants forment le corps ciliaire. Ce muscle, en étirant le cristallin ou en le rendant presque sphérique, modifie la distance focale. La rétine La rétine est une couche complexe, composée en grande partie de cellules nerveuses. Les cellules réceptrices, sensibles à la lumière, se situent sur la face externe de la rétine devant une couche de tissu pigmenté. Ces cellules, en forme de cônes ou de bâtonnets, sont étroitement serrées les unes contre les autres comme des allumettes dans leur boîte La choroïde  La choroïde pigmentée de noir, elle transforme l’intérieur de l’œil en une chambre noire. Elle quitte la sclérotique vers l'avant et s'aplatit derrière la cornée en une lame circulaire plane

Physiologie Fonctionnement de l’œil Vision d’un objet fixe Lorsque l’on regarde un objet les rayons qu’ils réfléchis traversent le cristallin. Celui-ci oriente la lumière de manière à ce que tous les rayons provenant d’un même point d’un objet aboutissent sur un même point de la rétine. Les rayons provenant de la partie supérieur de l’objet arrivent au bas de la rétine produisant une image inverse. Vision d’un objet fixe

Physiologie Fonctionnement de l’œil Vision d’un objet en rapprochement Pour faire la mise au point sur des objets proche** le cristallin change de forme il s’épaissi pour permettre au rayons lumineux de converger vers la rétine. Vision d’un objet en rapprochement

Physiologie Fonctionnement de l’œil Vision d’un objet en éloignement Par contre pour voir nettement des objets éloignés** des petits muscle tirent sur le cristallin pour l’aplatir. L’œil accommode entre une distance maximum de 60 mètres et une distance minimum de 15 centimètres. Cette dernière varie avec l'âge. Vision d’un objet en éloignement

Physiologie Vue Normale Myopie Presbytie Anomalie de la vision Anomalies de la vision.   La myopie : vision floue de loin, L'image se forme en avant de la rétine. L'hypermétropie : vision floue de prés. L'image se forme en arrière de la rétine.   La presbytie : distance minimum d’accommodation devenue très grande (plus de 40 centimètres Myopie Presbytie

Physiologie Décomposition de la lumière Réception Lumineuse Tableau comparatif Appareil photo Œil Réception Lumineuse Lentille objectif Diaphragme Mise au point Chambre noire Pellicule fixe Boîtier Cornée Iris (pupille) Cristallin Choroïde Rétine Sclérotique Transmission de l’image Transport de la pellicule Nerf optique Décodage Développement Révélateur Fixateur Sensation visuelle du cerveau

La lumière Définition Radiation (onde électromagnétique ondulatoire) qui se propage, émise par des corps élevés à haute température (incandescence) ou par des corps excités (luminescence). a) Définition Radiation (onde électromagnétique ondulatoire) qui se propage émise par des corps élevés à haute température (incandescence) ou par des corps excités (luminescence). La lumière est une onde électromagnétique, elle est en fait constituée d’un champ magnétique et d’un champ électrique qui vibrent et oscillent en formant un angle droit. La distance entre le sommet de deux ondes successives est la longueur d’onde et le nombres d’oscillations de l’onde par seconde est la fréquence.

La lumière Composition Lumière visible Rayon gamma Ultra violet Rayon X Infrarouges Ondes radio La lumière visible ne représente qu’une étroite bande du spectre électromagnétique qui comprend de nombreux type d’onde.

La lumière Composition Lumière visible Rayon gamma Ultra violet Rayon X Infrarouges Ondes radio Chaque couleur de la lumière visible correspond à une fréquence particulière du spectre. Dans le spectre de la lumière visible: La plus petite longueur d’onde correspond à la lumière violette. La plus grande à la lumière rouge.

La lumière Composition violet indigo bleu vert jaune orangé rouge La lumière blanche est un spectre composé de 7 couleurs : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé et rouge. Contrairement au son les ondes électromagnétiques ont leurs propres transporteurs les photons, particules d'énergies dépourvues de masse. Leurs déplacements à l'inverse du son sont gênés par la foule. C'est dans le vide quelles sont les plus rapides. Définir la nature de la lumière a toujours été un problème fondamental en physique. Le mathématicien et physicien britannique Isaac Newton décrivit la lumière comme une émission de particules, tandis que, d'après l'astronome, mathématicien et physicien hollandais Christian Huygens, la lumière est un ensemble d'ondes En fait, les deux théories sont complémentaires : la lumière agit comme un ensemble de particules, les photons, particules d'énergies dépourvues de masse et comme une onde.

Se propage suivant une trajectoire rectiligne La lumière Propagation Se propage suivant une trajectoire rectiligne C = 299 792 458 m/s Valeur de la vitesse dans le vide La lumière se propage en suivant une trajectoire rectiligne et l'intensité lumineuse par unité de surface diminue avec le carré de la distance à la source. La vitesse de la lumière fut mesurée pour la première fois en laboratoire par le physicien français Hippolyte Fizeau. De nos jours, les physiciens ont fixé la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide qui sert d'étalon dans le système d'Unités Internationales (système SI) : c = 299 792 458 m/s. Le mètre est donc défini comme la longueur du chemin parcouru par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 s. On utilise la lumière pour mesurer les grandes distances en déterminant le temps mis par une impulsion de lumière ou d'ondes radio pour atteindre une cible et en revenir. C'est le principe du radar et du sonar (c'est ainsi que l'on a mesuré avec précision la distance de la Terre à la Lune). La vitesse de la lumière varie en fonction du milieu ou elle se propage en fonction d’un indice de réfraction Référence du système international

C N = V La lumière Propagation Variation de la vitesse en fonction du milieu dans le vide 300000 km/s Indice de réfraction N N = C V dans l'eau 225000 km/s dans l'air 300000 km/s On définit l'indice de réfraction N d'un milieu comme étant le rapport c/v, v étant la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu considéré. Celui-ci pour un milieu donné dépend aussi de la couleur de la lumière : on dit que le milieu est dispersif. Ainsi les indices de réfraction de l'eau pour le bleu, le vert, le jaune, le rouge sont légèrement différents Dans le vide, la valeur de l’indice de réfaction est de 1. Dans l’eau, la valeur moyenne de l’indice de réfraction est de 1.333 dans l'air, la vitesse de la lumière est à peu près égale à c!; dans l'eau, elle est égale à 75 p. 100 de c!; dans le verre, elle est égale à environ 55 ou 60 p. 100 de c selon le type de verre. Vitesse de la lumière Dans le vide : 300000 km/sec Dans l'air : idem Dans l'eau : 225000 km/sec Dans le verre : 220000 km/sec Dans le vide N = 1 Dans l’eau N = 1,333 Dans le verre 220000 km/s

Les effets dans l’eau La réflexion i r A. La réflexion   La lumière est réfléchie à la surface de l’eau comme dans un miroir. Les rayons réfléchis ne pénètrent pas dans l ’eau. Cette réflexion va varie en fonction de l'angle du rayon par rapport à la surface de l'eau. Si l ’angle d ’incidence est petit, la réflexion est petite également. À 60° d ’incidence, l ’intensité dans l ’eau n ’est que de 6%. Le rayon lumineux est réfléchi à la surface de l ’eau.

Les effets dans l’eau La réfraction i R En changeant de milieu, la trajectoire d ’un rayon lumineux est modifiée. En pénétrant dans l ’eau, les rayons se rapprochent de la verticale. En sortant de l ’eau, ils s ’en éloignent. Exemple, le bâton brisé dans l’eau. On appelle « réfraction », le brusque changement de direction que subit la lumière en traversant la surface de séparation de deux milieux transparents (surface de l'eau).   D'où, les angles d’incidence (i) et de réfraction (r) suivi par le rayon lumineux correspond à la formule de DESCARTES.  * ni sin i = nr sin r Formule de DESCARTES ni.sini = nr.sinR

Pour un rayon pénétrant dans l’eau: La réfraction La réfraction Formule de DESCARTES ni.sini = nr.sinR n : c’est le rapport des vitesses de propagation de la lumière entre le milieu et le vide Pour l ’air n = 1. Pour l ’eau n = 1,33. Présenter le diaporama et faire le commentaire suivant avant de passer à la diapo suivante Nous allons pouvoir calculer les angles d’incidences extrêmes mais avant nous faire un peu de trigonométrie. Pour un rayon pénétrant dans l’eau: sini = 1,33.sinR

Les effets dans l’eau La réfraction Trigonométrie sin  AH OA = sin  r =  = sin  r = 1  = 90

Les effets dans l’eau La réfraction Étude des extrêmes: i = 0° i = 0° sini = 0 donc sinR = 0 et R = 0° pas de réfraction

Les effets dans l’eau La réfraction Étude des extrêmes: i ~ 90° sini = 1 sinR = 1/1,33 sinR = 0,75 R = 48°35 ’

Les effets dans l’eau Résultat de La réfraction et de la réflexion dans l’eau 48°35 ’ R i r

Les effets dans l’eau La diffusion La diffusion est liée aux particules en suspension dans l ’eau. Les rayons sont déviés et modifiés par réflexion et/ou réfraction ( si les particules sont pénétrées. Effet brouillard.

Les effets dans l’eau Intensité lumineuse L’absorption 0 m : 100 %

Les effets dans l’eau L’absorption

Application en plongée Sous l’eau sans masque Vision floue A. Sous l’eau sans masque Image formée en arrière de la rétine hypermétrope vision floue IMPORTANCE DU VIDAGE DE MASQUE

Application en plongée Sous l’eau avec le masque

Application en plongée Le grossissement B. Sous l'eau avec masque Une déformation de l’image qui rapproche et qui grossit le sujet pour le plongeur. Ca rapproche :   la distance apparente = la distance réelle x 3/4 Ca grossit : l’angle sous lequel on voit l’image est plus grand que l’angle sous lequel on voit l’objet la taille apparente = la taille réelle x 4/3

Application en plongée Le grossissement Ca rapproche : la distance apparente = la distance réelle x 3/4 Ca grossit : la taille apparente = la taille réelle x 4/3 B. Sous l'eau avec masque Une déformation de l’image qui rapproche et qui grossit le sujet pour le plongeur.

Application en plongée Le champ de vision

A partie de 2 mètres disparition des couleurs Application en plongée Absorption des couleurs A partie de 2 mètres disparition des couleurs Emporter une lampe Comme à partir de deux mètres Les couleurs commence à disparaître pour les voir il faut emporter une lampe.

Application en plongée La luminosité  Rayons solaires : plus l'angle i est grand, plus il y a réflexion et moins la lumière pénètre. Pour avoir le maximum de luminosité lors dune plongée il faut plonger quand le soleil est haut. Maximum de luminosité quand le soleil est au zénith

Application en plongée La diffusion Ne pas remuer le fond  F. La diffusion plonger quand l'eau est claire ne pas remuer le fond Photographe : faible portée du flash.

Tour d’horizon indispensable Conclusion à la surface - à 3 mètres Tour d’horizon indispensable  Tour d’horizon indispensable Au fond pour voir les équipiers A 3 mètres pour voir les bateaux A la surface pour voir les bateaux