Première Bac Pro (Grpt 4) | Physique – Signaux | L'œil, l'accommodation et les défauts de vision
Dernière mise à jour : 11 juin 2026
Objectifs du chapitre
Connaître le rôle du cristallin et de la rétine dans l'œil humain
Modéliser l'œil de manière simplifiée (lentille convergente + écran)
Connaître et utiliser la relation entre la vergence et la distance focale : \(V = \dfrac{1}{f'}\)
Décrire le principe de l'accommodation
Illustrer expérimentalement les défauts de vision les plus courants (myopie, hypermétropie) et leur correction par une lentille unique
Situation professionnelle
Inès, photographe en formation, réalise des portraits en studio. Elle remarque que son appareil photo fait la mise au point en déplaçant des lentilles dans l'objectif, alors que son propre œil passe instantanément d'un sujet proche à un paysage lointain sans que rien ne semble bouger. Par ailleurs, son client garde ses lunettes pour la séance : « sans elles, je vois flou de loin ».
Inès se pose trois questions :
Comment l'œil fait-il sa « mise au point » sans déplacer de lentille ?
Pourquoi certaines personnes voient-elles flou de loin et d'autres flou de près ?
Comment un simple verre de lunettes corrige-t-il ces défauts ?
Ces questions trouveront une réponse complète au fil de ce chapitre.
1. L'œil : un instrument d'optique
Définition
L'œil humain est un système optique naturel. Pour la physique, deux éléments jouent un rôle essentiel :
le cristallin : une lentille convergente souple, dont la forme peut être modifiée par de petits muscles (les muscles ciliaires) ;
la rétine : la membrane du fond de l'œil qui joue le rôle d'écran. C'est sur elle que l'image doit se former pour être nette ; elle convertit la lumière en signaux nerveux envoyés au cerveau.
Modèle simplifié : la lumière traverse la cornée puis le cristallin, et l'image se forme sur la rétine.
Propriété — Modèle réduit de l'œil
Pour l'étude physique, l'œil est modélisé par :
une lentille mince convergente (l'ensemble cornée + cristallin) ;
un écran fixe placé derrière la lentille (la rétine), à environ 17 mm.
La vision est nette lorsque l'image se forme exactement sur la rétine.
Application
Dans le modèle réduit de l'œil, quel élément de l'œil joue le rôle de la lentille ? de l'écran ? Sur un banc d'optique, par quoi remplace-t-on chacun de ces éléments ?
La lentille du modèle représente l'ensemble cornée + cristallin ; l'écran représente la rétine. Sur un banc d'optique, on utilise une lentille convergente et un écran blanc placé à distance fixe de la lentille.
2. La vergence d'une lentille
Définition
La vergence \(V\) d'une lentille mesure sa capacité à faire converger la lumière. Elle est l'inverse de la distance focale \(f'\) :
\[ V = \frac{1}{f'} \]
avec : \(V\) en dioptries (symbole δ, avec 1 δ = 1 m−1) et \(f'\) en mètres
Propriété
Plus la distance focale est courte, plus la vergence est grande : la lentille est plus convergente.
Une lentille convergente a une vergence positive ; une lentille divergente a une vergence négative.
Exemple 1 : Une lentille convergente a une distance focale \(f' = 50\) cm \(= 0{,}50\) m. Calculer sa vergence.
Exemple 2 — Contexte professionnel : Un monteur-vendeur en optique lit l'ordonnance d'un client : « œil droit : −2,5 δ ». La vergence est négative : le verre correcteur est une lentille divergente, de distance focale \(f' = \dfrac{1}{-2{,}5} = -0{,}40\) m \(= -40\) cm.
Attention
Dans la relation \(V = \dfrac{1}{f'}\), la distance focale doit être exprimée en mètres. Une distance focale de 25 cm donne \(V = 1/0{,}25 = 4\ \delta\), et non \(1/25 = 0{,}04\ \delta\).
Application
Calculer la vergence d'une lentille de distance focale \(f' = 20\) cm, puis la distance focale d'un verre de lunettes de vergence \(+5{,}0\ \delta\).
\(f' = 20\) cm \(= 0{,}20\) m donc \(V = \dfrac{1}{0{,}20} = +5{,}0\ \delta\).
Pour \(V = +5{,}0\ \delta\) : \(f' = \dfrac{1}{V} = \dfrac{1}{5{,}0} = 0{,}20\) m \(= 20\) cm. (Les deux questions sont réciproques.)
3. L'accommodation : la mise au point de l'œil
Un appareil photo fait la mise au point en déplaçant ses lentilles. L'œil, lui, ne peut pas déplacer le cristallin : la distance cristallin–rétine est fixe. Il utilise une autre stratégie.
Définition
L'accommodation est la modification de la forme du cristallin par les muscles ciliaires, qui change sa distance focale (donc sa vergence) pour que l'image reste nette sur la rétine, quelle que soit la distance de l'objet.
Propriété — Principe de l'accommodation
Objet lointain : l'œil est au repos, le cristallin est peu bombé (vergence minimale). L'image d'un objet très éloigné se forme sur la rétine.
Objet proche : les muscles ciliaires bombent le cristallin : sa distance focale diminue, sa vergence augmente, et l'image revient se former sur la rétine.
Analogie : sur un banc d'optique, rapprocher l'objet de la lentille fait reculer l'image derrière l'écran (image floue). Pour la ramener sur l'écran sans rien déplacer, il faut remplacer la lentille par une lentille plus convergente : c'est exactement ce que fait le cristallin en se bombant.
Application
Mehdi lit un message sur son téléphone puis regarde par la fenêtre un immeuble au loin. Décrire ce que fait son cristallin lors de ce changement de regard (forme, distance focale, vergence).
En passant d'un objet proche (téléphone) à un objet lointain (immeuble), le cristallin s'aplatit (les muscles ciliaires se relâchent) : sa distance focale augmente et sa vergence diminue. L'œil revient à sa vergence minimale, dite « au repos ».
4. Les défauts de vision et leur correction
Lorsque la convergence de l'œil n'est pas adaptée à sa profondeur, l'image d'un objet ne se forme pas sur la rétine : la vision est floue. Une lentille unique placée devant l'œil (lunettes, lentille de contact) suffit à corriger les défauts les plus courants.
4.1 La myopie
Définition
Un œil myope est trop convergent (ou trop long) : l'image d'un objet lointain se forme en avant de la rétine. Le myope voit flou de loin et net de près.
Œil myope : les rayons d'un objet lointain convergent avant la rétine.
Propriété — Correction de la myopie
On corrige la myopie avec une lentille divergente (vergence négative) : elle écarte légèrement les rayons avant l'œil, ce qui recule l'image jusqu'à la rétine.
4.2 L'hypermétropie
Définition
Un œil hypermétrope n'est pas assez convergent (ou trop court) : l'image se formerait en arrière de la rétine. L'hypermétrope doit accommoder en permanence et voit flou de près (fatigue visuelle).
Propriété — Correction de l'hypermétropie
On corrige l'hypermétropie avec une lentille convergente (vergence positive) : elle aide l'œil à faire converger les rayons, ce qui ramène l'image sur la rétine.
4.3 La presbytie
Définition
La presbytie n'est pas un défaut de forme de l'œil mais un vieillissement du cristallin : il devient rigide et accommode de moins en moins bien. La vision de près devient difficile (bras tendus pour lire). On la corrige avec une lentille convergente pour la lecture.
Défaut
Origine
Vision floue…
Lentille correctrice
Signe de la vergence
Myopie
Œil trop convergent
de loin
divergente
\(V < 0\)
Hypermétropie
Œil pas assez convergent
de près (fatigue)
convergente
\(V > 0\)
Presbytie
Cristallin rigide (âge)
de près
convergente (lecture)
\(V > 0\)
Méthode — Illustrer un défaut de vision sur un banc d'optique
Modéliser l'œil : une lentille convergente (le cristallin) et un écran fixe (la rétine) où l'image d'un objet lointain est nette.
Modéliser la myopie : remplacer la lentille par une lentille plus convergente sans déplacer l'écran → l'image se forme avant l'écran, la tache sur l'écran est floue.
Corriger : placer une lentille divergente devant le « cristallin » → l'image redevient nette sur l'écran.
Pour l'hypermétropie, procéder de même avec une lentille moins convergente, corrigée par une lentille convergente.
Application
L'ordonnance d'un client indique \(V = +3{,}0\ \delta\) pour les deux yeux. Quel est le défaut de vision le plus probable de ce client ? Ce verre est-il convergent ou divergent ? Calculer sa distance focale.
La vergence est positive : le verre est convergent. Il corrige une hypermétropie (ou une presbytie s'il s'agit de verres de lecture).
\(f' = \dfrac{1}{V} = \dfrac{1}{3{,}0} \approx 0{,}33\) m \(\approx 33\) cm.
Application — Retour à la situation professionnelle
Le client d'Inès voit « flou de loin » sans ses lunettes. Identifier son défaut de vision, le type de lentille de ses verres et le signe de leur vergence.
Flou de loin = myopie : son œil est trop convergent, l'image des objets lointains se forme en avant de la rétine. Ses verres sont des lentilles divergentes, de vergence négative.
À retenir
Le cristallin est une lentille convergente souple ; la rétine est l'écran sur lequel l'image doit se former pour une vision nette.
Relation vergence / distance focale : \(V = \dfrac{1}{f'}\) (\(V\) en dioptries, \(f'\) en mètres) — à connaître.
L'accommodation : le cristallin se bombe pour voir net de près (sa vergence augmente) ; il est au repos pour la vision de loin.
Myopie : flou de loin, corrigée par une lentille divergente (V < 0).
Hypermétropie : œil pas assez convergent, corrigée par une lentille convergente (V > 0).
Presbytie : perte d'accommodation avec l'âge, corrigée par une lentille convergente pour la vision de près.
5. Erreurs fréquentes
Erreur 1Croire que l'œil fait la mise au point en déplaçant le cristallin
Contrairement à l'objectif d'un appareil photo, le cristallin ne se déplace pas : c'est sa forme (donc sa vergence) qui change. La distance cristallin–rétine reste fixe.
Erreur 2Confondre la correction de la myopie et de l'hypermétropie
Le myope a un œil trop convergent : il faut donc une lentille divergente pour « en enlever ». L'hypermétrope n'est pas assez convergent : il faut une lentille convergente pour « en ajouter ».
Erreur 3Oublier de convertir la distance focale en mètres
Avec \(f' = 25\) cm, la vergence est \(V = 1/0{,}25 = 4\ \delta\). Calculer \(1/25\) donnerait un résultat 100 fois trop petit.