Correction de la vision dans l'eau

[invite21dfc132]

Bonjour à tous,

j'ai un petit projet en tête à l'heure actuelle, mais qui requiert des connaissances en matériaux pour l'optique que je n'ai pas. Mon projet est le suivant : créer une paire de lunettes qui corrige l'hypermétropie due à l'inefficacité de la cornée sous l'eau. Je m'explique : l'indice de réfraction de la cornée est d'environ 1.37. Ce dioptre sphérique est efficace pour la vision dans l'air, d'indice 1, mais ne projette plus rien sur la rétine lorsque l'on passe dans l'eau, d'indice 1.33 (la convergence du dioptre devient quasi nulle, on devient physiquement le plus hypermétrope que l'on peut possiblement être, c'est à dire qu'il manque environ 42 dioptries à la cornée).

J'ai pas mal regardé des forums d'apnéistes pour voir ce qu'ils faisaient en la matière, j'ai trouvé beaucoup de "DIY fluid goggles", qui consistent à mettre une lentille de focale courte (2 cm) dans des lunettes de piscines (inondées, bien entendu). Le problème que je trouve à cette solution c'est qu'on ne peut pas avoir des lentilles de plus de 2 cm de diamètre (je crois que le matériau utilisé est du pyrex, indice 1.54), soit un champ de vision très restreint sous l'eau (j'avoue ne pas avoir fait les calculs de courbure et de distance focale pour ces choses là sous l'eau).

La solution que je vois à ce problème est de remplacer cette lentille en pyrex par une lentille faite dans un matériau d'indice de réfraction supérieur. En verre médical organique, on trouve des choses allant jusqu'à 1.74, mais ça donne encore des courbures très fortes.

Pour donner un ordre de grandeur de ce qui pourrait éventuellement convenir, j'ai fait le calcul de courbure d'une hypothétique lentille en moissanite (carbure de silicium, indice 2.65) qui aurait une focale de 5 cm sous l'eau (et 4 cm dans l'air) : résultat rayon de courbure = 6.6 cm si je ne me suis pas gouré. Là ça semble correct pour faire une lentille de diamètre de 3 ou 4 cm, mais cette solution ne me semble pas du tout possible à mettre en pratique : la moissanite est un matériau utilisé en joaillerie, je doute qu'on en fasse des lentilles. De plus, la dispersion semble très importante avec ce matériau, et je ne veux pas troquer un plus grand champ de vision contre de fortes aberrations chromatiques.

Je ne suis pas encore allé voir chez un photographe, mais si quelqu'un a une idée de matériau de fort indice de réfraction utilisé pour faire des lentilles, je lui serai très reconnaissant.

Cordialement,

Hibou
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[LPFR]

Bonjour.
Dans mes souvenirs d'enfance, je n'ai pas l'impression que l'on voyait trop mal en ouvrant les yeux sous l'eau. Certes, je voyais flou, mais pas au point de ne rien distinguer. Il est vrai que le "punctum proximum" est bien plus proche chez les enfants.

D'un autre côté je ne vois pas l'intérêt d'utiliser des lunettes ouvertes sous l'eau. Tant qu'à utiliser des lunettes, autant qu'elles soient vraiment utiles. De plus de lentilles fortes devant les yeux font que l'on ne voit que "droit devant". Il faut bouger la tête pour voir dans une autre direction.

Pour ce qi est des matériaux avec des indices forts, le carbure de silicium n'est pas une bonne idée. Je ne suis pas sur que le SiC polycristallin soit transparent.
Même problème avec le diamant ou le dioxyde de zirconium. Ils ont des indices corrects, mais ils n'existent pas sous forme de verre.

Une autre possibilité serait d'utiliser une lentille concave à air. Cela donnerait les mêmes rayons de courbure qu'une lentille en eau, utilisée dans l'air. Et côté matériau, se serait pas cher.
Au revoir

[invite21dfc132]

Bonjour,

même si on ne voit pas suffisamment mal pour ne pas distinguer les contours etc, l'idée est de pouvoir bien profiter à la fois visuellement et respiratoirement d'une plongée en apnée à 20 mètres sur un récif (avec beaucoup de jolies choses à voir donc) : en effet, avec un masque plein d'air, il faut compenser l'augmentation de pression avec l'air de ses poumons. Jusqu'à de telles profondeurs, ce n'est pas tellement un drame, on a largement assez d'air (à 20m, on a encore 1.5-2L dans les poumons, ce qui est peu mais suffisant). Par contre, ce que je n'aime pas, c'est que je ne sais pas compenser la pression de l'oreille interne par une béance tubulaire volontaire, et je dois donc pratiquer la manipulation de Vasalva, qui requiert de se pincer le nez. Or ça implique d'utiliser un bras, de temps en temps, pour autre chose que la nage, ce que je trouve désagréable (surtout quand je cherche à économiser mon oxygène). Il me faudrait donc un pince-nez, mais on ne peut pas utiliser un pince-nez avec un masque qui doit être compensé. Je cherche donc un système qui me permettrait de voir sous l'eau tout en ayant un pince-nez. Un système sans air devant la cornée donc.

Comme je le disais, tout plein de plongeurs ont déjà fait des systèmes qui fonctionnent, mais pour lesquels tu as soulevé le problème que j'avais évoqué : le champ de vision est restreint (2cm de diamètre avec une forte courbure (R de l'ordre de f), donc probablement encore moins de surface dans les conditions de Gauss). Ce que je cherche à faire, c'est trouver un matériau d'indice suffisamment fort pour augmenter le rayon de courbure (et donc le diamètre maximum admissible, ainsi que le champ de vision dans les conditions de Gauss) de ma lentille en gardant une bonne convergence. Je me doute bien que les matériaux utilisés en joaillerie ne se trouvent généralement pas sous formes de cristaux de taille pluricentimétrique, qu'il faudrait ensuite tailler sous la forme d'un dioptre sphérique, je ne suis pas complètement idiot non plus hein ! Bref, je me répète mais je doute en effet qu'il soit possible d'en faire des lentilles (et bien sûr je ne parle pas du prix, même si la moissanite et le zircon sont moins chers que le diamant, ça reste du matos de joaillerie quoi).

Cette suggestion que tu fais avec une lentille d'air concave me paraît intéressante, particulièrement si tu sandwiche la tranche d'air entre deux lentilles de verre planes du côté extérieur. La vergence totale doit être bonne (deux dioptres sphériques verre-air), et surtout ne pas dépendre du milieu extérieur puisque limitée par des dioptres plans du côté eau. Reste à voir quelle épaisseur ça fait pour une vergence totale de 20-25 dioptrie (la distance entre le système et le fond de l'œil ne doit pas être de tellement plus que 5 cm) ce qui me semble plus que faisable, et surtout à quelle pression ça peut résister avant que l'eau ne s'infiltre dedans, ou pire, que le verre ne casse (là je sens venir un autre type de problème).

Merci pour ta suggestion, cordialement,

Hibou

[LPFR]

Re.
Merci pour vos explications. Maintenant je comprends mieux votre problème et je trouve vos attentes complètement justifiées.
Effectivement, les forces dues à la pression à 20 m commencent à être un peu grandes. Mais peut-être que le verre peut les supporter. Il faut qu'il soit fixé avec de la colle époxy (araldite) pour que les efforts soient bien distribués.
Il faudra calculer les limites de résistance du verre. S'ils sont trop tangents il faudrait envisager quelque chose comme une seringue branchée à l'air entre les deux lentilles que l'eau pousserait pour équilibrer les pressions. Ça sera moins élégant, mais plus sur.
Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite21dfc132]

LPFR, je te remercie encore une fois ! Cette idée de la seringue me paraît excellente ! Si le volume nécessaire n'est pas trop important, elles peuvent se positionner sur les branches de la monture. Quoi qu'il en soit, je vais aller voir un opticien maintenant, pour estimer le coût de 4 lentilles de 10-12 dioptries chacune ainsi que d'une monture qui supporterait l'eau (et que je pourrait attacher solidement à mon crâne).

Encore merci pour tes bonnes idées, cordialement,

Hibou

[invite21dfc132]

Bonjour,

je crois que j'ai de bonnes chances de me dégotter 4 lentilles de focale 70 mm et de diamètre 4 cm en verre SF11 pour une somme relativement modique en regard de la qualité du matériau (relativement hein). Maintenant, je me pose la question suivante : seringue or not seringue ? Je veux les rendre étanches jusqu'à 50m (je doute de pouvoir jamais atteindre cette profondeur au cours de ma vie, mais visons large), et je me demande s'il me faut les compenser ou pas. Ajouter des seringues comme l'a suggéré LPFR me met certainement hors de danger, mais les lunettes ainsi créées seront plus embêtantes à porter et moins faciles à fabriquer, monter et régler.

La question que je me pose maintenant est donc la suivante : comment puis-je calculer la pression maximum admissible par mon système avant que le verre ne casse ? En supposant que j'ai deux surfaces de verre cylindrique planes de diamètres 4 cm et d'épaisseur variable (minimum 2 voire 3 mm avec du SF11), et que le gaz entre les deux dioptres sphériques est à la pression de 1 bar. Le module d'Young du verre SF11 est de 66GPa, mais je suppose que ce n'est pas la donnée dont on a besoin puisque j'imagine que la rupture se fait lorsque l'on sort du domaine linéaire de déformation du solide (je précise que je n'ai jamais fait de mécanique du solide ou de résistance des matériaux de ma vie).

Merci beaucoup pour votre aide, cordialement,

Hibou

[LPFR]

Bonjour.
Avec uniquement 4 cm de diamètre je parie un café que ça tient le coup à 50 m. Mais il vaut mieux faire le calcul.

Le foriste que est capable de faire le calcul est notre ami Jaunin, que je salue cordialement.
Mais il lui faudra les dimensions exactes des lentilles: diamètre, épaisseur au centre et rayons de courbure de chaque côté.
Plus, le plus important, la limite de rupture du verre. Le module de Young n'a aucun intérêt. Il faut calculer les tensions, et vérifier qu'elles ne dépassent pas la limite de rupture nulle part.

Essayez d'obtenir les données que je vous ai indiquées et envoyez un message personnel à Jaunin pour lui demander s'il veut bien faire le calcul.
Au revoir.

[invite21dfc132]

Bonjour,

oui, moi aussi je pense que ça tiendra, mais vu le prix de la lentille, j'aimerais mieux en être sûr, en effet ! Je pensais bien que le module d'Young ne servait à rien pour ce calcul. Je vais demander à cette personne. Encore merci pour ton aide précieuse, cordialement,

Hibou