CHAPITRE III

Phénomènes accessoires, simultanés on consécutifs à la

sensation lumineuse.

§ 1. Irradiation.

On comprend sous le nom d’irradiation une série de faits qui peuvent se résumer de la manière suivante : un champ limité, beaucoup plus vivement éclairé que le fond sur lequel il se projette, paraît plus grand qu’il ne l’est réellement; et réciproquement un champ obscur sur un fond vivement éclairé paraît plus petit qu’il ne l’est réellement. C’est ainsi que des fentes étroites très-vivement éclairées paraissent beaucoup plus larges qu’elles ne le sont : on peut faire facilement l’expérience avec la fente variable d’un porte-lumière adapté au volet de la chambre noire.

Les anciens avaient déjà remarqué ces faits; M. Plateau, dans ses recherches sur l’irradiation, cite le commencement de la troisième satire de Perse :

« Déjà la clarté du matin se fraye un passage par les fenêtres et la « lumière élargit les fentes étroites (1). »

Il ne faudrait cependant pas confondre complètement les illusions relatives aux fentes étroites avec celles que produisent des surfaces éclairées normalement; dans le cas des fentes, il y a nécessairement, d’une part, des effets de diffraction, de l’autre, une diffusion plus ou moins notable de la lumière sur les parois de la fente, circonstances qui ont pour effet de la faire paraître plus grande qu’elle ne l’est en réalité.

Les mêmes observations peuvent s’appliquer, en partie au moins, aux expériences dans lesquelles on cache avec le bord d’un écran une partie d’un corps lumineux qui paraît alors déborder sur l’écran.

La véritable manière d’expérimenter sur l’irradiation consiste à ob-

(1) Jam clarum mane fenestras

Intrat et angustas extendit lumine rimas.

DE LA VISION

server des figures noires sur fond blanc, ou blanches sur fond noir, et à éclairer vivement le tout; M. Plateau opérait aussi en découpant des figures dans du carton noir et les projetant sur la lumière des nuées en les plaçant à plusieurs mètres de distance.

Dans ces conditions, deux carrés ou deux cercles de mêmes dimensions, comme le représente la fig. 74, l’un blanc sur fond noir, l’autre noir

Fig. 74.

sur fond blanc, semblent inégaux, le blanc paraissant plus grand que le noir. Pour voir’nettemerit l’effet il faut placer cette figure devant soi à la distance de la vision distincte, et même plus loin.

Il en est encore de même lorsqu’on juxtapose, suivant un diamètre, un demi-cercle blanc sur fond noir et un demi-cercle noir sur fond blanc et que les rayons sont les mêmes; la fig. 75 représente cet effet. C’est ainsi que lorsque la lune est nouvelle, le croissant paraît appartenir à un cercle d’un diamètre plus grand que celui du reste du disque faiblement illuminé de la - lumière cendrée.

On pourrait citer beaucoup d’expériences relatives à ce sujet; ainsi des images lumineuses très-voisines se confondent. On a même remarqué, en faisant des observations analogues aux précédentes avec des iiguies rectangulaires au lieu de figures rondes, que des personnes jugeaient que 1 extension des images dans les deux directions correspondantes aux côtés des rectangles était inégale.

M. Plateau (1) a beaucoup varié les expériences sur ce sujet, et on n’a

(1) Mém. de l' Acad, de Bruxelles, t. tl.

cité ici que les plus simples, c’est-à-dire celles où il ne semble pas possible de faire intervenir d’autres éléments que l’intensité de la lumière incidente. L’explication qu’il a donnée de ce phénomène, et qui a été défendue par un certain nombre de physiciens, consiste à admettre une propagation de l’excitation par la lumière, d’un élément de la rétine à un autre. M. Helmholtz (1) n’admet pas cette explication, car, dit-il, lors de l’excitation de filets nerveux dans certaines parties du corps, la sensation se trouve bien limitée aux points excités et il doit en être de même pour la rétine; il pense au contraire que la plupart de ces phénomènes sont dus à des effets d’accommodation inexacte et tiennent à des images de diffusion, c’est-à-dire à ce que, par défaut d’accommodation, les images lumineuses empiètent un peu en dehors des contours qu’elles devraient occuper à la distance de la vision distincte.

La question est difficile à résoudre, et quant à présent il ne paraît pas que l’on puisse supposer à priori que ces phénomènes soient dus seulement à un défaut d’accommodation. Il pourrait se faire que la diffusion eût lieu sur la rétine même autour des points éclairés, et alors les parties voisines pourraient être excitées par cette lumière diffusée; le même effet arrive quand on projette une image lumineuse sur une surface phosphorescente, ainsi qu’on l’a vu tome Ier, page 404.

Sans s’étendre plus longuement sur ce sujet, on peut dire que l’irradiation comprend un très-grand nombre de faits dépendant en partie des illusions du jugement, soit dans l’estimation des grandeurs, soit dans l’appréciation de la forme des lignes, et il est difficile de déterminer autrement que par des expériences directes la part des actions purement physiques et celle des opérations physiologiques qui constituent la perception des sensalions.

§2. Persistance de la sensation lumineuse ; sa durée. Thaumatrope ;

Phénakisticope.

L’ébranlement nerveux qui constitue la sensation lumineuse met un certain temps à s’établir; on ne connaît pas ce temps, mais l’ensemble des phénomènes connus montre qu'il doit être très-court, car jusqu’ici on n’a pas trouvé qu’il y ait eu lieu d’eiî tenir compte. Au contraire, lorsque l’impression lumineuse a cessé, la sensation ne se détruit com-

(1) Ilelmholtz, Optique physiologique, page 425.

DE LA VISION

plétement qu’au bout d’un temps très-appréciable; c’est ce qu’on appelle la persistance de la sensation lumineuse.

On peut observer directement le phénomène de la persistance en éteignant subitement une lampe sur laquelle on portait la vue; on continue alors à voir dans l’obscurité l’image de la flamme, et si l’on dirige l’œil dans une direction autre que celle qu’il avait, l’image persistante se meut en même temps, se maintenant constamment dans la position qui correspond à la partie impressionnée de la rétine. On pourrait aussi bien fermer subitement les yeux en les couvrant avec un mouchoir après avoir regardé un objet lumineux d’un éclat suffisant, comme une fenêtre éclairée ; on voit alors l’image subsister pendant quelque temps; mais il arrive parfois que l’on aperçoit une image d’un aspect différent et qui appartient aux images accidentelles qni seront étudiées dans le paragraphe suivant.

On peut citer comme exêmple de la persistance l’effet bien connu produit par un charbon ardent que l’on agite rapidement dans l’obscurité ; on voit alors des traînées lumineuses comme si le charbon laissait dans l’air la trace de son passage. C’est à la même cause que l’on doit rapporter un grand nombre d’apparences que montrent des objets plus ou moins éclairés animés de divers mouvements; ainsi ce que l’on appelle les soleils des feux d’artifices lui doivent leurs brillants effets; la pluie, la grêle en tombant donnent, comme images, des lignes parallèles; une corde vibrante paraît renflée en son milieu, etc.

On pourrait indiquer bien des circonstances où l’on utilise la persistance, et à la fin de ce paragraphe on décrira des appareils trèscurieux qui sont fondés sur son observation; mais on peut encore rappeler ici que M. Wheatstone (1), en éclairant vivement une petite sphère à surface réfléchissante fixée à l’extrémité de liges vibrantes, a formé le kaléidophone, et que c’est sur ce principe que M. Lissajous (2) a basé les méthodes expérimentales dont il a fait usage pour comparer optiquement les nombres de vibrations de deux diapasons. M. Wheatstone a construit également un petit appareil photométrique dans lequel une perle brillante, qui se meut très-vite, donne au moyen des images des courbes lumineuses formées par la réflexion des deux lumières, l’indication de leurs différences d’intensité.

(1) Quartcrly, Journ. of sciences, tom. 23, 1827.

(2) Ann. de Chimie et de phys., 3e série, t. 51, p. 147.

On a vu dans le 1er volume, page 247 et suivantes, un exemple curieux du phénomène de persistance dans la construction du phosphoroscope qui donne aux corps phosphorescents une illumination et un éclat intermittent, lequel est rendu continu à l’observateur en vertu de la durée de la sensation sur la rétine. Si l’on se reporte à ce qui a été dit au sujet de la durée de la phosphorescence, page 200, on peut reconnaître qu’il y a une certaine analogie entre la manière d’être des corps phosphorescents, et les eiïets produits sur la rétine : sur les corps phosphorescents, l’illumination se fait dans un temps très-court, mais la persistance peut être plus ou moins longue, et est en général plus longue que le temps d’impression; sur la rétine il en est de même et l’impression reçue dans un temps très-court persiste pendant un temps plus ou moins long.

La principale conclusion qui ressort de ces effets, c’est que des impressions lumineuses répétées avec une rapidité suffisante produisent le même effet sur l’œil qu’un éclairage continu.

D’Arcy (1) paraît avoir eu l’idée de mesurer le premier la durée de la persistance, en faisant mouvoir circulairement, dans l’obscurité, un charbon ardent de manière à obtenir l’apparence d’un anneau lumineux; le temps de la révolution donnait la durée de la persistance de l’impression, car le corps lumineux repassait par chacune de ses positions antérieures au moment oii l’image primitive n’était pas encore éteinte. Il a trouvé ainsi pour l’impression du charbon ardent ^ de seconde.

Ce'procédé ne donne pas une mesure absolue et totale de la persistance, et on ne peut en effet l’obtenir; car une fois l’image formée dans l’œil , l’impression qui survit ne passe pas d’une manière continue du maximum au minimum, et elle s’affaiblit graduellement; on ne peut donc avoir que le temps pendant lequel celte impression s’est maintenue sans perte sensible et non pas le temps qui sépare le moment où l’illumination cesse de celui où l’impression sur la rétine est prête à s’évanouir. L’analogie avec les effets de phosphorescence est encore ici manifeste.

M. Plateau (2) a cherché à modifier cette méthode en faisant usa^e

(1) Mèm. deVAcad. des sciences , t. 83, 1705.

(2) Dissertation sur quelques propriétés des impressions produites sur la vue , Liège, 1829. — Herschel, Traité d'optique, Iraducl. française, t. 2, p. 473. — Bulletin de l'Acad. de Bruxelles , 1. 10. — Ann. de chimie et de physique, 2e série, t. 58, p. 337.

DE LA VISION

de disques à secteurs alternativement blancs et noirs, puis colorés de différentes manières; et, dans ce cas, il cherchait la vitesse nécessaire pour qu’avec un éclairage ordinaire la surface fût uniformément éclairée. Les disques que l’on peut mettre en mouvement paraissent avoir été employés pour la première fois par Musschenbroeck (1). M. Plateau a . trouvé, de cette manière, des valeurs sensiblement égales pour les différentes lumières, valeur dont la moyenne est 0",34 c’est-à-dire environ £ de seconde. Mais, d’après ce que l’on va voir, la persistance dépendant de l’intensité lumineuse, comme on ne connaît pas le rapport des intensités relatives aux différentes couleurs, on ne peut accorder beaucoup de confiance à ce résultat. En effet, le temps peut être beaucoup plus court, ou beaucoup plus long selon que l’intensité de la lumière objective est plus ou moins forte, et que l’on considère une intensité plus ou moins grande de l’image rétinienne finale, pour déterminer la durée totale de l’impression.

Voici quelles sont les conclusions des expériences diverses faites par M. Plateau avec des disques à secteurs alternatifs :

1° L’intervalle de temps pendant lequel une impression se conserve sans perte sensible est d’autant plus grand que l’impression est moins intense.

2° Ce temps, pour l’impression produite sur un papier blanc éclairé parla lumière du jour, est moindre que rcr(ro- de seconde. Pour un papier jaune il est un peu plus grand que pour un blanc , pour un papier rouge il est plus grand encore , et plus grand encore pour un papier bleu.

3° La durée totale de l’impression paraît être d’autant plus grande que cette impression est plus intense.

V La durée totale de l’impression est d’autant plus grande qu’on a regardé l’objet pendant un temps plus court, pourvu toutefois que ce temps soit suffisant pour développer une impression complète.

3° Lorsque l’impression provient d’un objet très-lumineux, tel que le soleil couchant ou même une fenêtre, elle passe ordinairement par une série de couleurs différentes (cet effet rentre dans les images accidentelles dont il sera question plus loin).

C° Enfin lorsque l’impression qui persiste sur la rétine provient d’un objet brillant, il arrive aussi quelquefois qu’elle disparaît et reparaît plusieurs fois avant de s’anéantir complètement.

(1) Introduct. ad philos, natur., 17G0.

On voit qu’entre autres conséquences , l’intensité lumineuse a une grande influence sur le phénomène de la persistance, et c’est en raison de cette circonstance que l’œil a le temps d’apprécier la forme d’une étincelle électrique dont la durée est très-faible, mais qui a une intensité considérable.

M. Aimé a imaginé une disposition ingénieuse pour l’étude de ces effets : concevons deux disques mobiles autour de leurs centres comme des roues, et placées sur un axe commun, mais disposés de façon à ce qu’on puisse les faire tourner en sens inverse avec une vitesse variable à volonté et égale pour les deux. L’un des disques est percé d’un certain nombre d’ouvertures en forme de secteurs étroits, égaux et symétriquement placés comme les rayons d’une roue ; l’autre ne présente qu’une ouverture égale à l’une des précédentes. Si l’appareil est placé devant une vive lumière, comme au volet d’une chambre noire, quand on mettra les roues en mouvement, l’œil étant placé dans la direction de l’axe, l’ouverture unique du second cercle se trouvera correspondre successivement à chacune des ouvertures du premier. Lorsque la vitesse de rotation est faible, l’effet produit doit être une succession de semblables apparences qui se montrent l’une après l’autre dans le sens du mouvement de l’ouverture unique, et qui disparaissent l’une après l’autre, de telle manière qu’on ne voit jamais qu’un secteur lumineux. Mais si la vitesse de rotation devient plus grande, l’impression produite sur la rétine ne sera pas encore éteinte lorsque la superposition suivante aura lieu, et l’on verra deux secteurs; si la vitesse augmente encore on en verra trois, puis quatre, etc., et connaissant pour une vitesse donnée le nombre des secteurs aperçus simultanément, il sera aisé d’en déduire la valeur approchée de la durée de l’impression produite pour chacun d’eux; cette durée n’est relative qu’à une certaine limite d’intensité, bien entendu, car elle varie en raison des circonstances dans lesquelles se fait l’expérience, de l’intensité lumineuse, de la fatigue de l’œil, etc.

Des expériences analogues à celles de M. Plateau sur les disques rotatifs ont été faites par différents observateurs, et les résultats numériques obtenus varient; mais tous s’accordent pour reconnaître qu’en taisant usage de secteurs alternativement noirs et blancs, ou noirs et colorés, pour obtenir une teinte uniforme en les faisant tourner, la vitesse doit être d’autant plus grande que l’intensité lumineuse est plus forte, ce qui provient de ce que la persistance est d’autant plus grande que l’intensité lumineuse l’est elle-même davantage.

DE LA VISION

M. Plateau a fait une remarque intéressante consistant en ce que, si' l’on change le rapport de grandeur des secteurs blancs et noirs sans changer leur nombre, à égalité d’éclairage, la vitesse nécessaire pour fendre l’impression uniforme ne change pas; ce résultat tient probablement à ce que dans les parties où les secteurs blancs sont plus larges, l’impression lumineuse est plus forte et diminue plus vite quand l’excitation cesse.

M. Helmholtz, en mesurant par ce procédé le temps que met un secteur blanc ou noir à passer pour produire une égale clarté sur le cercle, a trouvé de seconde pour une forte lampe et de seconde pour une lumière faible, ce temps variant avec l’intensité lumineuse comme on l’a vu.

Ces expériences à proprement parler ne permettent pas de mesurer la persistance, car elles ne donnent qu’une comparaison entre la période d’établissement de la sensation et les premiers instants de la période de diminution quand la lumière excitatrice vient à cesser d’agir. Elles conduisent néanmoins à cette conséquence que l’impression lumineuse momentanée ne dépend que de la quantité de lumière qui est tombée sur la rétine; cette impression est donc la même pour une lumière très-intense qui agit pendant un temps très-court que pour une faible lumière qui agit pendant plus longtemps, avec celte condition que la durée de cette action n’atteigne pas ^ de seconde (1).

Il résulte de là que l’on n’a pas conscience des variations de la sensation qui se passent dans un temps inférieur à ^ de seconde ; d’un autre côté, comme on l’a déjà fait remarquer, la durée peut être suppléée par l’intensité, et c’est pour ce motif que l’on distingue les étincelles électriques, dont la durée ne dépasse pas tüoWïï de seconde, et que l’on voit les objets éclairés par ces étincelles quand ils sont en mouvement : comme la portion de trajectoire que ces objets peuvent décrire pendant ce temps est excessivement courte (ce ne serait que 5 millimètres pour une balle de fusil lancée à une vitesse de 500 mètres par seconde), ces objets nous paraissent immobiles.

S’il s’agit d’objets se mouvant avec une vitesse beaucoup moindre, il en sera encore ainsi à plus forte raison, même si l’éclairement avait une durée beaucoup moins courte que celle de l’étincelle électrique. Cela posé, que l’on imagine une suite d’objets semblables, par exemple

(1) Helmholtz, Optique physiologique , [>. 457.