La vision des couleurs chez l'homme - Longueur d'onde ou fréquence ?

[invite1f5be0dc]

Bonjour à tous,

Une question me taraude :


À quoi les cônes de l'oeil sont-ils sensibles ? La longueur d'onde ou la fréquence ?

D'où vient le questionnement ? Deux constats :

- La théorie veut que la fréquence d'une onde EM est indépendante du milieu, ainsi ce qui peut varier est la longueur d'onde et ça, selon le milieu.

- Sous l'eau ou à travers un verre, nous percevons toujours le rouge comme du rouge ce qui va, selon moi, à l'encontre de la théorie.

À moins de tomber sur des articles ou des cours de physiologie trop compliqués pour moi, tout ce que je trouve me dit que l'oeil est sensible à la longueur d'onde ...



J'espère que ma question est claire et que vous pourrez m'apporter un ... Éclaircissement haha,


Bonne soirée à tous !


Loggiayo
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[Fraggle Rock]

Bonjour,

La longueur d'onde et la fréquence sont deux indications quantitatives de la même caractéristique physique d'une onde électromagnétique.
Plus précisément, la longueur d'onde = 1/fréquence. La longueur d'onde est l'inverse en mathématique de la fréquence. Donc, les cônes son sensibles à différentes longueurs d'onde, ou à certaines fréquences des ondes électromagnétiques. Cela veut dire exactement la même chose.
La fréquence exprimée en Hz, indique le nombre d'oscillations de l'onde par seconde. Plus la longueur d'onde est grande et plus la fréquence est basse.

Est-ce devenu d'un coup lumineux ^^) ?

[invitef29758b5]

Salut

La longueur d'onde dépend de la célérité ou vitesse de propagation de l'onde dans le milieu qu'elle traverse.

Le milieu traversé avant de frapper les bâtonnets , c' est toujours le même : l' intérieur de ton œil .

[invite1f5be0dc]

Merci pour vos réponses, malheureusement ça ne répond pas tellement à ma question. En effet je connais le lien mathématique et physique entre la longueur d'onde et la fréquence (d'ailleurs si je peux me permettre, la longueur d'onde n'est pas l'inverse de la fréquence ... L'inverse de la fréquence est la période temporelle et non spatiale)

Je pars vraiment de deux postulats qui me semblent incompatibles :

- Les longueurs d'onde varient avec le milieu pour une fréquence fixée
- Les couleurs sont vues de la même façon que l'on soit dans l'air ou dans un autre milieu

Comment est-ce possible que ces deux choses soient vraies ? Pourquoi le rouge est toujours vu comme du rouge dans l'eau alors que la théorie nous dit que le rouge devrait être perçu différemment car le milieu change ?


Bonne soirée !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef29758b5]

car le milieu change ?

Le récepteur est toujours dans le même milieu .

[invite1f5be0dc]

Ah mais oui ! Je "vois" !

Finalement je me rends compte que mon questionnement était pas très pertinent ^^'

[albanxiii]

Bonjour,

Plus précisément, la longueur d'onde = 1/fréquence. La longueur d'onde est l'inverse en mathématique de la fréquence.

Non, non, non, et non. Ca n'est pas parce qu'on n'est pas dans la rubrique physique qu'il faut écrire n'importe quoi.

Pour revenir à la question de départ, pour les processus d'absorption de lumière par les cônes et bâtonnets, l'énergie, donc la fréquence, de la lumière incidente me semble le paramètre pertinent.

[Pterygoidien]

Bonjour, en effet, la fréquence est liée à la longueur d'onde par la relation susmentionnée lambda = c/v (v=fréquence, c=célérité du milieu). Pour un milieu donné, une gamme de fréquence correspond donc à une gamme de longueur d'onde fixe car la célérité est une constante. Toutefois, en fonction du milieu, la valeur de la célérité change (elle dépend de l'indice de réfraction du milieu . Il est donc intéressant de se demander si les yeux sont des récepteurs sensoriels à "fréquence" ou "longueur d'onde". En réalité, ce sont des récepteurs à fréquence pour la raison suivante :
si on prend le modèle onde-corpuscule de la lumière, un faisceau de lumière d'une couleur donné est un ensemble de photons excités à une fréquence v (et de longueur d'onde . L'équation de Planck nous indique que l'énergie associée à ce photon s'exprime de la manière suivante :

Où h est la constante de Planck () Js. Les photons traversent un espace colloïde dans l'oeil puis finissent par atteindre la rétine, toujours avec une certaine énergie. En passant d'un milieu à l'autre, la fréquence et l'énergie est constante, tandis que la longueur d'onde et la vélocité changent.
La rétine contient des récepteurs sensoriels exprimant des pigments, molécules photosensibles, qui sont excitées par la lumière et transduisent un signal. Il existe plusieurs variétés de pigments avec des bandes de fréquences qui leur sont propres.

Une molécule photosensible contient ce que l'on appelle un chromophore, c'est à dire un groupe fonctionnel contenant des doubles liaisons le plus souvent conjuguées (on parle de diènes) permettant la délocalisation des électrons (phénomène de résonance). L'énergie de la lumière incidente doit alors correspond à l'énergie d'excitation du chromophore pour engendrer son excitation. Dans les pigments de la vision, ce chromophore est le rétinal, dérivé de la vitamine A (qui elle même peut être obtenue à partir des beta-carotènes, pigments oranges que l'on retrouve notamment dans les carottes, d'où le dicton qu'on a encore jamais rencontré de lapin avec des lunettes). Ce rétine possède une alternance de double liaison - simple liaison. A l'état non excité, le rétinal a l'ensemble de ces doubles liaisons en conformation trans sauf en 11e position où il comporte une double liaison cis (lui donnant une apparence coudée): l'excitation par un faisceau de lumière avec une énergie donnée provoque une modification du chromophore en provoquant une isomérisation : il converti la double liaison en position 11 de cis à trans (isomérisation cis/trans), et ce phénomène est appelé photoisomérisation. La molécule devient alors tout-trans. Une fois transformée, la molécule comportant le rétine déclenche une voie de signalisation intracellulaire (via un RCPG) qui déclenche un potentiel d'action relayé vers le cortex visuel.
640px-RetinalCisandTrans.svg.png
Le rétinal tout-trans est ensuite régénéré par voie enzymatique, et peut être excité à nouveau : c'est le cycle visuel.
Dans l'oeil, les protéines photosensibles contenant un chromophore sont appelées les opsines. Elles sont situées au fond de l'oeil, dans une enveloppe interne appelée la rétine. La lumière qui rentre dans l'oeil traverse donc la pupille, passe par un cristallin (qui est un dioptre optique) puis un milieu colloïde appelé le corps vitreux.
On distingue plusieurs types d'opsines :
* La rhodopsine (rod pour bâtonnet, protéine photosensible des batonnets).
* Les opsines des cônes, responsables des couleurs.
Les bâtonnets, contenant la rhodopsine, sont responsables d'intercepter la lumière sans faire de distinction à la bande de fréquence : ils permettent la vision crépusculaire. En fait, qu'une molécule de rhodopsine peut être excitée par des photos de faible énergie (donc basse fréquence) ou de haute énergie (donc haute fréquence), et est donc non discriminante sur la bande de fréquence : chaque molécule excitée aboutit à une voie de signalisation. Au final, la couleur ne peut donc être perçue, et c'est surtout l'intensité lumineuse qui va jouer sur le contraste de la vision : plus il y a d'intensité, plus le nombre de bâtonnets excités simultanément augmente. Dans la vision, c'est le phénomène de sommation spatio-temporelle des stimuli qui joue le plus.

Pour le domaine des couleurs, les cônes renferment trois types de cône : les cônes bleu, les cônes verts et les cônes rouges. Notre vision est alors dite trivariante. Ces cônes sont surtout concentrés dans une région particulière de la rétine sous forme de dépression appelée la fossette centrale (ou fovea centralis), dans la macula lutea (tâche jaune) de la rétine.
cones.png
La figure ci-dessus fait état de ces trois cônes, nommés S, M et L pour short, middle et long en rapport avec leur longueur d'onde. Les cones L interceptent donc principalement les gammes jaune-rouge (grande longueur d'onde, faible fréquence, faible énergie), tandis que les S interceptent principalement les gammes bleu-violet (petite longueur d'onde, grande fréquence, grande énergie). Le cône M intercepte dans la gamme des verts.
Chaque pigment a donc un pic où son excitabilité est maximale : un faisceau avec une telle fréquence aura donc une efficacité optimale pour exciter le plus de pigments sensible à cette fréquence. Plus on s'éloigne de la fréquence optimale, moins on excite un grand nombre de protéines photosensibles simultanément (pour une même intensité lumineuse).
Avec seulement trois cônes, notre cerveau est alors capable d'interpréter une énorme variété de couleurs : notre oeil se comporte alors comme un véritable "compteur" à photons. C'est la somme des différents stimuli nerveux engendrés par l'excitation simultanée des cônes (concentrés dans la fovea) et la dominance relative du type de cône sollicité qui donnera la couleur interprétée chez le sujet : un objet de couleur verte va donc envoyer un faisceau lumineux à la rétine excitant principalement les cônes M, mais excitera probablement accessoirement (et dans une plus faible mesure) des cônes de type L et/ou S.

Mais il faut retenir que l'excitation de la molécule photosensible se fait via la présence d'un chromophore, et qu'il faut être dans une gamme d'énergie spécifique pour sa phototransduction, et que l'énergie est liée à la fréquence, pas la longueur d'onde. La gamme de fréquences à laquelle une molécule absorbe de la lumière est appelée son spectre d'absorption ; au contraire, la gamme de fréquence qu'elle n'absorbe pas ou qu'elle renvoie, est son spectre d'émission. Toutefois, en biologie et en physiologie, on utilise souvent comme référence la longueur d'onde.

[invite6dffde4c]

Bonjour DarkSATAN
Merci pour cette excellente description des processus visuels.

Je précise que quand on parle de longueur d’onde pour décrire une couleur, il s’agit presque toujours de la longueur d’onde dans le vide et non dans un milieu.
De plus, la réaction dans la rétine peut être qualifié de quantique : il faut 16 photons pour déclencher une perception pour un œil habitué au noir. Avec les pertes par réflexion et le rendement quantique il est probable que la réaction soit provoqué par l’interaction d’un photon unique avec la molécule sensible.
Donc, pour répondre à la question de départ, ce n’est ni la longueur d’onde, ni la fréquence, mais l’énergie du photon qui déclenche la perception.
(Même si les trois grandeurs sont liées).

L’autre remarque est l’étymologie du mot rhodopsine :
« La rhodopsine (du grec ροδος rhodos, rose, et οψω opsô, futur du verbe ορω orô, voir) » (Wikipédia).
Aucun rapport avec les « rods », même si on peut l’utiliser comme règle mnémotechnique.
Au revoir.

[invite1f5be0dc]

MERCI INFINIMENT !


Cette réponse est formidable et claire!


Bonne soirée à vous tous et à bientôt

[Denis2Gif]

Donc, pour répondre à la question de départ, ce n’est ni la longueur d’onde, ni la fréquence, mais l’énergie du photon qui déclenche la perception.
(Même si les trois grandeurs sont liées)."

Ah bon ? Alors comment comprends-tu la courbe bleue de la figure 2 de DarkSatan qui monte au début, et donc indique qu'on détecte mieux pour une énergie moindre par photon ?

[invite6dffde4c]

Ah bon ? Alors comment comprends-tu la courbe bleue de la figure 2 de DarkSatan qui monte au début, et donc indique qu'on détecte mieux pour une énergie moindre par photon ?

Bonjour.
Cela s’appelle « bande d’absorption moléculaire ».
Au revoir.

[albanxiii]

Cette réponse est formidable et claire!

J'aurais dit lumineuse

[Pterygoidien]

Comme le dit si bien LPFR, c'est en réalité une question d'énergie ici, même si les 3 quantités sont liées entre elles par les relations discutées plus tôt. Bien évidemment, quand je dis "c'est la fréquence", c'est une erreur de vulgarisation puisqu'il s'agit de l'énergie qui doit exciter le chromophore. Toutefois, l'auteur du sujet faisait remarquer qu'un faisceau de lumière monochromatique apparaissait de la même couleur même lorsqu'il passait d'un milieu à l'autre, avec un indice de réfraction différent : ceci conforte l'idée que l'énergie et la fréquence restent constante, tandis que la célérité change, de même que pour la longueur d'onde. On peut donc dire, de manière "vulgaire" que les couleurs sont plutôt associables aux fréquences qu'aux longueurs d'ondes.

Et puis le petit "rod pour bâtonnet", puis c'était un moyen mnémotechnique pas une définition étymologique (mais c'est cool de le préciser ).
Sur la graphique que j'ai mis en pièce jointe, vous pouvez voir que le bleu est associé à des hautes bandes de fréquence, et a donc une énergie associée qui est plus haute que le rouge. Quand le soleil se couche et que l'intensité lumineuse diminue, notre oeil perçoit moins les gammes de rouges : c'est le domaine de la vision crépusculaire. On distingue en fait 3 domaines de visions :
1. La vision diurne, pendant la journée (domaine photopique), où la lumière est intense et les couleurs sont facilement perceptibles
2. La vision nocturne (domaine scotopique), pendant la nuit, où les couleurs sont très peu perceptibles
3. La vision crépusculaire (domaine mésopique), vision à mi-chemin entre les deux, où les lumières sont perceptibles mais moins qu'en vision diurne, avec disparition du rouge.

Les bâtonnets sont répartis surtout en périphérie de la rétine, tandis que les cônes sont répartis au centre de la rétine dans la fovea centralis. Les bâtonnets sont donc surtout chargés de la vision périphérique et ne distinguent pas les couleurs, tandis que la vision centrale est formée surtout de cônes (la fovea centralis est complètement dépourvue de bâtonnets chez l'homme et d'autres primates).
Le seuil d'excitabilité des bâtonnets étant beaucoup plus faible que celui des cônes, même une faible intensité lumineuse permet d'activer les bâtonnets. Pendant la nuit, seul notre vision périphérique est active, et on ne peut distinguer les couleurs. Pendant la journée (domaine photopique), la vision centrale est prédominante.
Au crépuscule, il s'établit un domaine de vision intermédiaire, assurée à la fois par les bâtonnets et les cônes. Dans ce domaine de vision, les couleurs sont atténuées et en particulier les couleurs associées à des gammes d'énergies basses, notamment le rouge, et la sensibilité se décale vers le bleu : c'est l'effet de Purkinje.

A l'opposé, le bleu est une couleur de haute énergie. Il est donc perceptible plus facilement que les autres couleurs. D'ailleurs, dans les appareils actuels (smartphones, tablettes, etc...) on essaye d'atténuer les nuances de bleu à partir d'une certaine heure car le bleu étant facilement perceptible, il inhibe plus facilement la sécrétion de mélatonine (ou hormone du sommeil), hormone qui est synthétisée par la glande pinéale (ou épiphyse) et qui joue un rôle dans la régulation du cycle circadien et son accordance avec le rythme nycthéméral.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Merci encore, DarkSATAN.
Encore une précision à propos des trois courbes de réponse des cônes : les trois types de cônes sont excités par n’importe quelle couleur. C’est le cerveau qui fabrique la sensation de couleur suivant le rapport des signaux venant des trois types de cônes.

Le fait que les cônes « ne travaillent pas » quand il fait très sombre est bien connu comme le dit le dicton : « La nuit, tous les chats sont gris ».
Au revoir.