CHAPITRE III

LA VISION ET LES ILLUSIONS D’OPTIQUE

L’œil est un instrument d’optique d’une grande délicatesse, et les phénomènes de la yision sont de ceux qui peuvent être considérés comme les plus compliqués. Nous insisterons spécialement ici sur des illusions curieuses qui peuvent être considérées comme le complément du chapitre que l’on vient de

Fig. 82. — Le carré blanc paraît plus grand que le noir. (Page 114.)

Fig. 83. — Les angles de carrés blancs paraissent se joindre. (Page 114.)

lire. L’observation de ces illusions ne nécessite dans bien des cas aucun appareil. Citons-en de suite quelques exemples.

Nous ne jugeons jamais exactement les dimensions des fentes ou des trous étroits qui laissent échapper une vive lumière : ils nous paraissent toujours plus larges qu’ils ne sont réellement.

TissANDiER. — Récréations, 4® édition. 8

Dans un gril de barreaux fins, et dont les vides sont exactement égaux aux pleins, les vides paraissent toujours plus larges que les barreaux, si ôn tient le gril devant un fond éclairé.

La figure 82 nous offre un carré blanc sur un fond noir et un carré noir sur un fond blanc. Bien que les deux carrés aient exactement les mêmes dimensions, le blanc paraît plus grand que le noir.

Si l’on tient un fil métallique mince entre l’œil et le disque solaire ou la lumière d’une forte lampe, on cesse de le voir : les deux surfaces éclairées situées de part et d’autre du fil dans le champ visuel débordent l’une et Fautre et se confondent. Pour des dessins formés de carrés blancs et noirs, comme ceux d’un damier (fig. 83), les angles des carrés blancs se joignent par irradiation et séparent les carrés noirs.

Si l’on tient l’arête d’une règle entre l’œil et la lumière d’une lampe bien éclairée ou celle du soleil, on voit sur le bord de cette règle, à la partie correspondante à la lumière, une échancrure très nette et très appréciable.

Quand un point de la rétine est impressionné par une lumière qui subit des variations périodiques et régulières, et que la durée de la période est suffisamment courte, il en résulte une impression continue, pareille à celle qui se produirait si la lumière émise pendant chaque période était distribuée d’une manière égale dans toute la durée de la période.

Pour vérifier l’exactitude de cette loi, on peut disposer des disques tels que celui représenté dans la figure 84 et que l’on met en rotation au moyen d’une toupie que nous allons décrire un peu plus loin. Le cercle interne est mi-partie blanc et noir, le cercle moyen est blanc sur les deux quarts, c’est-à-dire encore sur la moitié de sa périphérie ; enfin le cercle extérieur présente quatre huitièmes blancs, le reste étant noir. Si l’on fait tourner un semblable disque, il paraît uniformément gris sur toute sa surface. Seulement il faut faire en sorte que le disque tourne assez vite pour produire un effet complètement continu, même sur le cercle interne. On peut aussi distribuer le blanc sur

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d’autres arcs de longueur arbitraire ; pourvu que, sur tous les ccîrcles du disque, la somme des angles occupés par le blanc soit la même, ils donnent toujours tous le même gris. Au lieu de noir et de blanc, on peut aussi prendre différentes couleurs et l’on obtient la même couleur résultante sur tous les cercles, quand la somme des angles occupés par chacune des couleurs dans les différents cercles est la même.

Si, sur un disque, on peint une étoile colorée qui se détache sur un fond d’une autre couleur (fig. 85), pendant la rotation rapid e de ce disque, le centre affecte la couleur de l’étoile, le pourtour prend celle du fond et les parties intermédiaires du disque présentent la série continue des couleurs résullantes des couleurs

Fig. 84. — Disque paraissant uniformément gris par sa rotation. (Page 114.)

Fig. 85. — Disque avec une étoile peinte sur un fond d’une autre couleur. (Page 115.)

employées. Ces résultats sont d’accord avec la théorie du mélange des couleurs.

Les disques rotatifs dont on fait un grand usage dans les expériences d’optique physiologique ont été employés la première fois par Müsschenbroeck. Pour les mettre en mouvement, le plus simple moyen est réalisé par la toupie.

La disposition la plus pratique, représentée par la figure 86, consiste dans l’emploi d’un manche analogue à celui de la toupie d’Allemagne.

Une autre excellente construction, qui ne doit être employée que pour des rotations très rapides, est celle de la toupie chromatique de Busold (fig. 87). Le disque, d’un poids de cinq livres, est formé d’un alliage de zinc et de plomb ; il a 1 décimètre de dia-

mètre. L’axe de laiton se termine en bas par une pointe mousse d’acier non trempé ; la partie cylindrique de l’axe est rugueuse, pour favoriser l’adhérence du fd. Lorsqu’on veut mettre la toupie en mouvement après avoir enroulé la ficelle, on engage l’axe dans les entailles d’un étrier de fer, on place une assiette audessous et l’on tire fortement le fil avec la main droite, tandis que la gauche s’appuie sur le levier. Lorsque la toupie est en marche, on dégage l’assiette avec elle d’entre les bras du levier. Ce levier, mobile autour d’un axe, peut se soulever par ce

Fig. 86. — Manière de mettre en rotation la toupie portant des disques colorés. (Page 113.)

moyen ; en tirant fortement sur la ficelle, il est possible d’obtenir une vitesse de soixante tours à la seconde, et le mouvement se conserve pendant très longtemps.

Les disques straboscopiques qui permettent d’étudier des phénomènes analogues sont des disques de carton de 25 à 30 centimètres de diamètre (fîg. 88) sur lesquels sont disposées un certain nombre (8 à 12) de figures en cercles, à égale distance les unes des autres, et présentant les phases successives d’un mouvement périodique quelconque. On place le disque sur un autre

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cercle opaque, d’un diamètre un peu plus considérable, et qui présente sur son bord autant d’ouvertures que le premier disque porte de figures. On applique les deux surfaces l’une sur l’autre, et on les fixe par leurs centres au moyen d’un écrou à l’extrémité antérieure d’un petit axe en fer, dont l’autre l’extrémité est portée par un mancbe. Pour se servir de l’appareil, on se met en face d’une glace vers laquelle on tourne le disque avec les figures, et l’on place l’œil de manière à voir l’image des figures à travers un des trous du grand disque.

Dès qu’on fait tourner l’appareil, les figures qu’on voit dans la

Fig. 87. — Toupie chromatique de Busold. (Page 115.)

glace, semblent exécuter sur place les mouvements dont elles représentent les différentes positions. Désignons parles chiffres 1, 2, 3... les ouvertures à travers lesquelles fœil regarde successivement, et indiquons par les mêmes chiffres les figures qui se trouventsLir les rayons ainsi numérotés. L’observateur, en regardant dans la glace par l’ouverture 1 , voit d’abord la figure 1 sur le rayon qui, dans la glace, paraît passer par son œil ; aussitôt la rotation du disque déplace l’ouverture 1, le carton ne lui laisse rien voir jusqu’au moment où l’ouverture 2 se présente devant son œil ; alors la figure 2 se trouve à la place où était la figure 1, puis tout disparaît de nouveau, jusqu’à ce que l’ouverture 3 vienne

se présenter et que cette figure 3 apparaisse à l’endroit où se trouvaient précédemment les figures 1 et 2. Si ces figures étaient pareilles entre elles, l’observateur aurait une série d’impressions visuelles séparées, mais pareilles, qui, pour une rotation suffisamment rapide, se confondraient en une impression durable, telle que la donnerait un objet immobile. Si, au contraire, les figures diffèrent un peu entre elles, les sensations lumineuses se confon-

Fig. 88. — Disque straboscopique. (Page IIG.)

dront aussi en un seul objet, mais qui paraîtra se modifier d’une manière continue conformément aux différences des images successives.

Nous reviendrons un peu plus loin sur ce genre de pbénomènes intéressants; nous continuerons actuellement nos observations en parlant d’illusions que l’on appelle celles de rc5/2motion oculaire.

Une dimension divisée paraît plus considérable que lors-

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qu’elle n’est pas divisée ; en effet, la perception directe des parties nous fait reconnaître le nombre et la grandeur des subdivisions dont la quantité est susceptible, mieux que lorsque ces parties ne sont pas nettement délimitées. C’est ainsi que dans la figure 89 on juge la longueur ab comme égale à hc^ bien qu’^ô soit en réalité plus grand que hc. Dans l’expérience qui consiste

Cl - 1— f I i I I t i-| ! IP

Fig. 89. — ab paraît égal à hc. (Page 119.)

à diviser une ligne en deux parties égales, l’œil droit tend cà agrandir la moitié de droite, et l’œil gauche tend à faire trop grande la moitié gauche. Pour arriver à une estimation exacte, on retourne la feuille et on prend la moyenne de deux déterminations.

Les illusions de cette espèce deviennent plus frappantes lorsque les distances à comparer possèdent des directions différentes. Si on regarde A et B (fig. 90), qui sont des carrés parfaits, A

Fig. 90. — A et B sont des carrés parfaits. (Page 119.)

paraît plus haut que large, tandis que B paraît, au contraire, plus large.

11 en est de même pour les angles: qu’on regarde la figure 91, les angles 1, 2, 3, 4 sont droits et devraient paraître tels lorsqu’on les examine avec les deux yeux. Mais 1 et 2 semblent aigus, 3 et 4 obtus. L’illusiotr s’accentue encore lorsqu’on regarde la figure avec l’œil droit.

Si on fait tourner la figure de sorte que 2 et 3 soient dirigés en bas, 1 et 2 paraissent, au contraire et d’une façon exagérée,

aigus pour Toeil gauche ; ils sont dans leur dimension véritable pour l’œil droit. Les angles divisés sont toujours estimés relativement plus grands qu’il ne paraîtraient sans division.

La même illusion se présente dans un grand nombre d’exemples connus de la vie journalière.

Une chambre vide paraît plus petite qu’une chambre meublée ; un mur recouvert d’une tenture paraît plus grand qu’un mur nu. Une jupe ra^ée en travers fait paraître une femme relativement plus grande que si la jupe est rayée en long.

Un amusement de société bien connu consiste à présenter un chapeau à quelqu’un, en lui disant d’en marquer la hauteur sur

Fig. 91. — Les angles 1, 2 ; 3 et 4 sont égaux. (Page 119.)

le mur, à partir du sol. En général on indique une hauteur une fois et demie trop grande.

Citons un fait observé par Bravais : « Lorsqu’on est en mer, dit-il, à certaine distance d’une côte qui présente de grandes inégalités de terrain, et qu’on dessine cette côte telle qu’elle seprésente à l’œil, après vériflcation faite, on trouve que les dimensions horizontales ayant été figurées correctement à une certaine échelle, les distances angulaires verticales ont été uniformément représentées à une échelle deux fois plus grande. Cette illusion n’est pas individuelle, comme on pourrait le croire ; sa généralité est démontrée par de nombreuses observations. »

Dans le même ordre de faits, lielmholtz indique différen-

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tes illusions d’optique qu’on a fait connaître dans ces derniers temps.

Qu’on examine la figure 92, le prolongement de la ligne a ne paraît pas être conformément à la réalité, mais /, qui est un peu plus bas. — Cette illusion est encore plus frappante lors-

Fig. 92. — d est le prolongement de la ligne a. (Page 121.)

qu’on fait la figure à une échelle plus petite (fig. 93), comme en B, où les deux portions minces sont sur le prolongement l’une de l’autre, mais ne paraissent pas y être, et en C où elles le paraissent, mais ne le sont pas en réalité. Si l’on dessine des fîgu-

Fig. 93. — Les lignes minces sont sur le prolongement l’uue de l’autre en B. (Page 121.)

res comme A (fig. 92), en laissant de côté la portion d, et qu’on les regarde à une distance de plus en plus grande, de manière qu’elles présentent une grandeur apparente de plus en plus faible, on touve que plus la figure est éloignée, plus il faut baisser la portion / pour qu’elle semble le prolongement de a.

Dans la figure 94, A et B présentent des exemples indiqués par liering ; les lignes droites ah et cd sont parallèles, cependant elles paraissent déviées en dehors en A et en dedans en B.

L’exemple le plus frappant de ce genre d’illusion est représenté par la figure 95 ; il a été publié par Zollner.

Les bandes noires verticales de la figure sont parallèles entre elles; elles paraissent , convergentes et divergentes, de manière à sembler toujours s’écarter de la direction verticale, suivant une direction inverse de celle des obliques qui les coupent. En même temps, les moitiés des traits obliques sont

Fig. 94. — Les lignes liorizontales ab, cd, sont rigoureusement parallèles ; elles paraissent se dévier sous l’influence des lignes obliques. (Page 122.)

déplacées respectivement. Si l’on tourne la figure de manière que les fortes lignes verticales présentent une inclinaison de 45” par rapport à l’horizon, la convergence apparente devient plus frappante, tandis qu’on remarque moins la déviation apparente des moitiés des petits traits, qui sont alors horizontaux et verticaux. En résumé, la direction des lignes verticales et horizontales est moins modifiée que celles des lignes qui traversent obliquement le champ visuel.

Les Bomains connaissaient très bien finfluence des lignes obliques. On retrouve à Pompéi, dans les peintures murales, des lignes qui ne sont pas parallèles, afin de satisfaire l’œil in-

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fluencé par des lignes voisines. Les graveurs en taille-douce ont également étudié rinfluence des hachures sur le parallélisme des lignes droites, et ils savent tirer parti des effets qu’elles doivent produire sur la gravure.

Dans quelques ornementations, où l’on n’a pas tenu compte de ces faits, il arrive parfois que des lignes parallèles ne paraissent plus l’être par l’influence d’autres lignes obliques, et produisent alors un effet désagréable. On pourra remarquer un effet semblable à la gare de Lyon à Paris, dans le comble de la halle

Fig. 95. — Les bandes verticales sont parallèles ; elles paraissent convergentes ou divergentes sous l’influence des lignes obliques. (Page 122.)

couvert d’un parquet en point de Hongrie : les grandes lignes parallèles de ce plafond semblent se dévier sous l’action produite par une série de lignes obliques formées par des planches.

Les bagues que nous reproduisons ci-contre (tig. 96) d’après une photographie au double de grandeur donnent naissance à une illusion curieuse qui rentre dans la même classe de phénomènes. Ces bagues sont formées de tresses métalliques dont chaque tors est alternativement jaune d’or et blanc d’argent. Elles ont partout le même diamètre, les tresses métal-

liques qui les forment ont la même épaisseur et sont parallèles entre elles. Or, quand on regarde sur le côté une de ces bagues, les tresses métalliques paraissent se rapprocher vers le bas, et la bague semble beaucoup plus mince dans le bas que dans le haut; quand on fait tourner la bague autour de son doigt, l’apparence du rétrécissement se produit toujours au même point. La bague figurée à gauche de notre gravure rend à peu près compte de l’illusion, mais avéc l’objet réel, cette illusion est bien plus frap-

Fig. 96. — Bagues magiques (d’après une photographie au double de grandeur) .j,.( Page 123.)

pante. Dans la bague à trois tresses représentée au milieu de la gravure la tresse du milieu paraît inclinée très sensiblement, mais la gravure a fait disparaître l’illusion qui existe sur l’objet réel. La bague dessinée à droite de la figure a pour but de montrer la disposition des tresses.

Le phénomène est en grande partie du à la réflexion de la lumière sur les maillons arrondis des tresses métalliques. Le point brillant de la lumière réfléchie se produit sur les bords

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extérieurs de la bague dans sa partie supérieure, et vers son milieu à sa partie inférieure. La bague figurée à gauche de la gravure donne assez exactement idée de ce fait.

Il est probable que d’autres objets pourraient faciliter l’étude de ce genre d’illusion. Des nattes de soie de diverses couleurs, roulées autour d’un cerceau, etc., reproduiraient peut-être le phénomène ; il y aurait là quelques curieuses expériences à essayer.

Nous passerons à présent en revue une autre série d’expériences ou d’appareils, basés sur les illusions de la vision et la persistance des impressions sur la rétine. Le thaumatrope est assurément l’un des plus anciens jouets basés sur ce dernier principe. Il consiste en un disque de carton que l’on met en rotation avec les doigts, autour d’un axe formé par deux cordelettes. Sur une

Fig. 97. — Disque du thaumatrope vu sur ses deux faces. (Page 125.)

face du disque on a figuré une cage sur l’autre face un oiseau^ (fig. 97). Quand on fait tourner le système, les deux dessins sont aperçus en même temps, on ne voit plus qu’une image : un oiseau dans sa cage (fig. 98). Inutile d’ajouter que les dessins peuvent être variés.

On connaît l’illusion produite par le disque tournant de M. Plateau. Cet appareil est connu sous le nom de phénakisticope. A travers des fentes étroites, sont aperçus successivement des dessins représentant les différentes positions d’une action quelconque. La persistance des impressions lumineuses sur la rétine donne la sensation d’une image continue qui semble animée des mouvements mêmes dont les différentes phases ont été figurées séparément (fig. 99).

Le zootrope (fig. 100) est un perfectionnement de cet appareil,

il se compose d’un cylindre de carton tournant autour d’un axe central ; le cylindre est percé de fentes verticales équidistantes, à travers lesquelles on peut voir les dessins qui se succèdent sur une bande de papier adaptée à l’intérieur de l’appareil en rotation. Ces dessins sont exécutés de telle sorte qu’ils figurent les différents temps d’un mouvement compris entre ses deux limites extrêmes; par suite de la persistance des impressions sur la rétine, les phases successives se confondent, et l’ob-

Fig. 98, — Aspect du thaumatrope eu rotation. (Page 125,)

servateur croit voir, sans transition, s’exécuter le mouvement tout entier. Nous représentons (fig. 101) quelques spécimens réduits de dessins destinés au zootrope. On voit successivement un singe sautant une haie, un polichinelle dansant, un gendarme qui poursuit un voleur, un personnage qui tire le diable par la queue ^ un voleur qui sort d’un coffre, et qui y rentre successivement sous l’action des efforts d’un gendarme, un chasseur qui tue un oiseau. Les limites extrêmes du mouvement sont données par

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les figures de droite et de gauche : les figures intermédiaires forment les transitions, elles sont généralement égales au nombre de fentes du zootrope. Il ne serait pas très difficile de construire soi-même un semblable instrument ; on pourrait faire des dessins moins futiles que ceux qui sont reproduits ci-contre d’après un modèle du commerce et représenter par exemple le globe terrestre tournant dans l’espace, ou un piston de corps de pompe animé de son mouvement de va-et-vient. Le zootrope, ainsi

Fig. 99. — Phénakisticope de Plateau. (Page 12o.)

compris, deviendrait un véritable appareil d’enseignement et d’étude.

Cet instrument est certainement l’un des plus curieux mécanismes de l’optique, et il excite toujours l’intérêt. Les ingénieux appareils qui, pendant longtemps, ont permis de produire les illusions auxquelles il donne naissance, consistent tous dans l’emploi de fentes étroites. Ces fentes réduisent dans une grande proportion la lumière et, par suite, l’éclat et la netteté du dessin ;

elles obligent à imprimer au système une grande vitesse de rotation, qui exagère outre mesure la rapidité des mouvements re-r présentés, mais sans laquelle les intermittences de la vision ne pourraient se confondre en une sensation continue.

Nous ferons connaître à nos lecteurs un appareil basé sur une disposition optique toute différente.

Dans le praxinoscope ‘ (nom donné par l’inventeur, M. Reynaud, à ce nouvel appareil), la substitution d’un dessin au dessin suivant se fait sans interruption dans la vision, sans solution de

Fig. 100. — Zootrope. (Page 125.)

continuité et, par suite, sans réduction sensible de la lumière ; en un mot, l’œil voit continûment une image qui pourtant change devant lui incessamment.

Voici de quelle manière ce résultat est obtenu : après avoir cherché sans succès, par des moyens mécaniques, à substituer l’un à l’autre les dessins successifs, sans interrompre la continuité de la vision, l’inventeur eut l’idée de produire cette subs-

’ De Trpa^i;, action, et ojcorreïv, montrer.

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titution, non plus sur les dessins eux-mêmes, mais sur leurs

images virtuelles. C’est alors qu’il combina la disposition dont nous allons ici résumer la théorie. Soit une glace plane AB Tissandier. — Récréations, 4^ édition. 9

(fig. 102) placée à une certaine distance d’un dessin CD. L’image virtuelle sera vue en C'D'.

Autour du point O, milieu de C'D', comme centre, faisons tourner la glace et le dessin d’un même mouvement. Soient BE et DF leur nouvelle position; l’image sera en C"D". So?i axe O ne sera pas déplacé

Dans la position AB et CD primitivement occupée par la glace et par le dessin, plaçons une autre glace et un autre dessin. Imaginons l’œil placé en M. Une moitié du premier dessin sera vue

Fig. 102. — Figure explicative du praxiiioscope. (Page 130.)

en OD'. Si nous continuons la rotation du système, nous aurons bientôt la glace n° 2 en TT' et le dessin n° 2 en SS'. A ce moment l’image du dessin n° 2 sera vue en entier en C"'D"'. Bientôt après la glace n° 2 et son dessin seront en BE et DF : imaginons alors une autre glace et son dessin correspondant en AB et CD, la même succession de phénomènes se reproduira.

Il résulte de ce qui précède qu’une série de dessins placés sur le périmètre d’un polygone régulier et tournant autour du centre même du polygone seront vus successivement à ce centre, si l’on a placé des glaces planes sur un polygone concentrique, dont

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l’apothème sera moitié moindre, et qui sera entraîné par le même mouvement.

Dans sa forme pratique, l’appareil de M. Reynaud consiste en une boîte polygonale ou simplement circulaire (tig. 103) (car le polygone des dessins peut être remplacé par un cercle sans que le principe ni l’effet soient changés) au centre de laquelle est

Fig. 103. — Praxiuoscope de M. Reynaud. (Page 131.)

placé un prisme d’un diamètre exactement moitié moindre, et dont les faces sont garnies de miroirs plans (glaces étamées ordinaires). Une bande de carton portant une série de dessins d’un même sujet dans les différentes phases d’une action, est placée à l’intérieur du rebord circulaire de la boîte et de telle sorte que chaque pose corresponde à une face du prisme de glaces.

Une rotation modérée, imprimée à l’appareil qui est monté sur un pivot central, suffit à produire la substitution des images et l’illusion animée se produit au centre du prisme de glaces, avec un éclat, une netteté, une douceur de mouvements remarquables. Ainsi construit, le praxinoscope forme un jouet d’optique récréatif et gracieux.

Le soir, une bougie placée sur un support ad hoc ^ au centre de l’appareil, suffît a féclairer très vivement, et permet à un grand nombre de personnes rassemblées en cercle autour de l’instrument, d’étre, en même temps, et sans la moindre gêne, témoins des effets qu’il produit.

Outre battrait qu’offrent les scènes animées du praxinoscope^ cet appareil pourra, sans aucun doute, recevoir d’utiles applications dans les études d’optique. 11 permettra de substituer un objet, un dessin, une couleur, avec une rapidité instantanée, dans les recherches sur les images secondaires, subjectives, etc., sur le contraste des couleurs, sur la persistance des impressions, etc. 11 permettra de faire ce que l’on pourrait appeler la synthèse des mouvements^ en plaçant devant le prisme une série de diagrammes obtenu d’après nature, par la photographie par exemple.

Dans le praxinoscope-théâtre , M. Reynaud a réussi à produire de véritables tableaux avec décors comme sur une petite scène lilliputienne, au milieu de laquelle le sujet animé se détache avec un relief saisissant (fîg. 104).

Pour parvenir à ce résultat, l’auteur commence par silhouetter entièrement en noir chacune des poses différentes dont l’ensemble doit former un sujet qui s’animera par la rotation imprimée au praxinoscope.

Puis, pour obtenir le décor, il projette sur le fond noir ainsi produit l’image d’un dessin colorié approprié, à l’aide d’une glace sans tain. On connaît la propriété d’un verre ou d’une glace transparente de donner par réflexion une image des objets situés en deçà et de laisser voir en même temps les objets situés au delà. On se rappelle les applications que cet effet d’optique a reçues dans les théâtres et dans les cours de physique sous

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le nom de spectres impalpables dont nous parlerons plus loin.

C’est aussi par réflexion sur une mince glace non étamée que M. Reynaud obtient l’image du décor dans le praxinoscopethéâtre.

En réalité, le décor est placé dans le couvercle qui, retenu verticalement par un crochet, forme la paroi antérieure de l’appareil (fig. 104).

A cette paroi est aussi pratiquée une ouverture rectangulaire par laquelle le spectateur (regardant des deux yeux à la fois) aperçoit en même temps, et l’image animée du praxinoscope et l’image immobile du décor se réfléchissant sur la glace sans tain.

L’inclinaison de celle-ci et sa distance au décor sont telles que cette image est reportée en arrière du sujet animé, lequel, par suite, apparaît avec un relief reW sur le décor. La vision, se faisant des deux yeux, rend ce relief très sensible.

On comprend que, pour changer le décor, il suffit de placer successivement dans une coulisse, et sur une planchette ad hoc, les chromos représentant des paysages, des monuments, l’intérieur d’un cirque, etc. 11 est alors facile de choisir un cadre convenable pour chacun des différents objets animés placés dans le praxinoscope.

Par cette heureuse combinaison optique, le mécanisme de l’appareil disparaît aux yeux pour ne laisser visible que l’effet produit de personnages animés, exécutant leurs mouvements, prenant leurs ébats au milieu d’un décor changeant à volonté.

Le praxinoscope-théâtre fonctionne aussi bien le soir que le jour. Le jour, il suffit de placer l’appareil devant une fenêtre bien éclairée ; le soir, on obtiendra les mêmes effets, avec plus d’éclat peut-être encore, en plaçant simplement sur le bougeoir du praxinoscope une bougie munie d’un petit réflecteur argenté et d’un abat-jour.

M. Reynaud a simplifié cet appareil en créant la toupiefantoche, ainsi désignée à cause d’une certaine analogie extérieure avec une toupie : cet appareil se compose de quatre petits

miroirs triangulaires, dont les surfaces forment une pyramide à base carrée. Les côtés de cette base étant précisément doubles de la hauteur de la pyramide, les miroirs sont inclinés de 45 degrés (tig. 105).

A la pointe de la pyramide, qui est peu tronquée, se placent

Fig. I0f>, — Toupie-fantoche. (Page 136.)

successivement des disques de carton, où sont figurés divers sujets, dans quatre attitudes différentes sur chaque disque.

Une rotation modérée imprimée à l’ensemble autour d’un pivot central tenu à la main amène devant les yeux les réflexions successives des quatre phases, qui se superposent au centre, et chaque sujet semble s’animer.

C’est une petite demoiselle qui saute à la corde (fîg. 105), une

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danseuse qui s’élance sur la corde volante, un gymnaste qui évolue sur son trapèze, un cheval qui franchit une barrière, etc.

On le voit, ce petit jouet dérive du même principe que le praxinoscope, dont nous avons précédemment entretenu nos lecteurs.

Fig. 106. — Le mulet Rigolo. (Page 137.)

Enfin nous avons vu vendre sur les boulevards un autre appareil zootropique très simple, représenté par la figure 106. Il se compose de quatre panneaux de carton montés à angle droit, autour d’un axe creux. Ce carton à quatre pans peut s’enfiler autour d’une tige verticale, fixée sur un pied, où elle tourne très facilement quand on la fait glisser entre les doigts. Les quatre angles du cartonnage comprennent un dessin zootropique ;

quand on les fait tourner, ils se confondent en un seul par suite de la persistance des impressions. Sur notre figure, l’image représentée est celle de l’indomptable mulet Rigolo, qui rue, tandis que son cavalier le frappe de son bâton. — On conçoit qu’il est facile de varier les sujets et que chacun peut ima-

Fig. 107. — Toupie éblouissante ; aspect quelle présente en rotation. (Page 138.)

giner des scènes plus ou moins appropriées à l’appareil.

Parmi les autres jouets basés sur la persistanee des impressions sur la rétine, nous citerons la toupie éblouissante (fig. 107). Ce petit appareil est si remarquable qu’il devrait, à notre avis, figurer dans tous les cabinets de physique; c^est un ingénieux perfectionnement de la toupie à disques colorés d’Helmhotz. 11 se compose d’une toupie métallique assez mas-

LA VISION ET LES ILLUSIONS D’OPTIQUE. 139

sive, que Ton met en rotation au moyen d’une cordelette enroulée dans la gorge pratiquée autour de la partie supérieure de son axe. Cet axe est creux et permet de recevoir une tige mélallique adaptée à une poignée que l’on tient à la main. On pose la toupie en rotation dans un petit godet de porcelaine, on la place verticalement, au moyen de la tige autour de laquelle elle tourne, et que l’on tient de la main droite; on retire la tige métallique, et la toupie continue à tourner pendant un temps d’une durée assez considérable. On y pose des disques évidés au centre, de couleurs différentes et de différents diamètres; ces disques tournent avec la toupie, mais leurs couleurs se confondent et produisent des effets très variés. Les disques jaunes, bleus, rouges, successivement superposés pendant la rotation, donnent l’apparence de cercles concentriques verts, violets, oranges, d’un effet très remarquable. La toupie peut en outre recevoir, dans l’orifice de son axe, de longues tiges métalliques, analogues à des aiguilles à tricoter, dans lesquelles on a piqué des cartons minces découpés, semblables à ceux qui sont figurés à la gaucbe de notre figure 107. L’aiguille et le carton qui s’y trouve adapté participent au mouvement de rotation de la toupie, et alors le carton découpé, étant aperçu en même temps dans les positions successives qu’il occupe en tournant, offre faspect d’un vase, d’une spbère ou d’une coupe, suivant la forme du carton employé.

Les effets produits par la toupie éblouissante sont extrêmement variés. On peut encore faire tourner des disques de carton à des niveaux différents et piquer dans l’axe central des cartons à deux faces, qui donnent les effets du tbaumatrope.

Les illusions d’optique sont si considérables que nous ne saurions avoir la prétention de les résumer toutes. Nous en citerons quelques autres exemples pour terminer ce chapitre.

On doit à M. Silvanus P. Thompson, professeur de physique à University College (Bristol), d’intéressantes études sur une illusion d’opti ue produite au moyen de cercles convenablement disposés et que l’auteur appelle cercles stroboscopiques.

Le premier système de figures consiste en une série de cercles concentriques de 1 millimètre de largeur environ, séparés par des intervalles blancs de même largeur (fig. 108) ; ces dimensions n’ont rien d’absolu : elles varient avec la distance et peuvent même atteindre plusieurs centimètres s’il s’agit de montrer le phénomène à un auditoire un peu nombreux. Si, tenant ce dessin à la main, on vient à lui imprimer, par un léger déplacement du poignet^ un mouvement circulaire dans son plan, le cercle paraît tourner autour de son centre, et cette rotation s’effectue dans le sens du mouvement réel et avec une égale

Fig. 108. Fig. 109.

Fig. 108 et 109. — Illusion d’optique de M. P. Thompson. Imprimez un mouvement circulaire aces figures, les cercles paraîtront tourner. (Page 140.)

vitesse angulaire, c’est-à-dire que le cercle paraît décrire un tour complet pendant que Je carton en décrit réellement un et dans le même sens. Pour que l’effet soit très net, il convient de regarder le cercle pendant son mouvement en fixant le regard sur un point voisin.

Pour le second effet on trace un cercle noir à l’intérieur duquel sont figurées un certain nombre de dents régulièrement espacées (fig. 109). En opérant comme il a été dit plus haut, cette sorte de roue dentée paraît tourner autour de son centre, mais cette fois, en sens contraire du mouvement réel. Là encore l’effet

LA VISION ET LES ILLUSIONS D’OPTIQUE

est plus satisfaisant si l’on ne regarde pas directement le dessin: aussi les mouvements sont-ils particulièrement remarquables dans des combinaisons telles que celle représentée dans la figure 110, dans laquelle la multiplicité des cercles ne permet pas d’en fixer un spécialement.

Nous ajouterons que l’on obtient des résultats analogues avec des cercles excentriques ou même avec des courbes autres que des cercles. A l’aide d’une photographie sur verre, M. Thompson

Fig. 110. — Autre figure de M. Thompson. Les cercles paraissent tourner, si on donne au dessin un léger mouvement de rotation. (Page 141.)

a pu projeter ces dessins sur un écran où ils étaient obtenus à une très grande échelle : un mouvement circulaire était communiqué à la plaque photographique, de telle sorte que le dessin se mouvait circulairement sur l’écran, et dans ce cas encore on avait l’illusion : chaque cercle semblait tourner autour de son centre.

Quelle est l’explication de ces apparences curieuses; M. Thompson ne croit pas, et nous partageons cette opinion, que la propriété que possède la rétine de conserver les images pendant

un certain temps [persistance des impressions dans la rétine) puisse expliquer complètement ces effets. Sans en vouloir donner une théorie entière, M. Thompson pense que Ton doit rapprocher ces phénomènes d’autres qui sont signalés au moins en partie, depuis longtemps, et que peut-être il faudrait attribuer à l’œil une propriété nouvelle qui expliquerait le tout à la fois.

Brewster et Addams ont décrit des apparences qui sont également curieuses et dont nous rappellerons les principales en y joignant quelques observations analogues dues aussi à M. Thompson ; il semblerait en résulter qu’il existe dans l’œil un effet de nature mal définie, qui arriverait à faire compensation (Brewster) au phénomène réel parce qu’il serait de sens contraire, effet qui persisterait pendant un certain temps après la cessation du phénomène et qui, seul dès lors, donnerait une sensation inverse à celle que l’action réelle aurait dû produire absolument.

Ainsi, après avoir fixé les yeux pendant deux ou trois minutes sur l’eau qui tombe dans une cascade, si l’on vient brusquement à porter les regards sur des rochers situés dans le voisinage, ceux-ci paraissent se mouvoir de bas en haut. 11 ne s’agit pas ici, bien entendu, de l’effet de mouvement relatif que l’on peut observer en regardant simuUanément l’eau qui tombe et les rochers : si l’on parvient à s’abstraire suffisamment pour que beau paraisse immobile, les rochers paraissent prendre un mouvement égal et contraire. Dans l’effet que nous rapportons, il n’y a pas comparaison simultanée : on regarde successivement et simulta^iément beau d’abord et les rochers ensuite.

Dans un fleuve à cours rapide, le Rhin au-dessus de la chute de Scbaffouse, par exemple, les eaux n’ont pas partout la même vitesse, et le courant est notablement plus rapide dans la partie médiane que près du rivage. Si bon regarde fixement la partie centrale, puis que bon dirige brusquement les yeux vers les bords, il semblera que beau remonte vers la source.

Cette sorte de compensation ne paraît pas seulement se produire pour un déplacement, mais également pour des change-

LA VISION ET LES ILLUSIONS D’OPTIQUE. 143

ments de grandeur apparente. Lorsque dans un train marchant «à grande vitesse on regarde la campagne qui fuit, les objets qui s’éloignent et que l’on fixe forment évidemment sur la rétine des images de plus en plus petites. Si, dans ces conditions, on reporte soudainement les yeux à l’intérieur du wagon sur des objets qui sont immobiles par rapport à l’observateur, soit les parois, soit même la figure des compagnons de voyage, les images rétiniennes conserveront réellement la même grandeur, et, cependant, ces objets paraîtront croître et se rapprocher.

Tels sont quelques-uns des faits intéressants que l’on peut rapprocher de ceux que M. S. -P. Thompson a découverts et auxquels celui-ci serait porté cà assigner une cause commune L

L’expérience que l’on peut exécuter à l’aide du dessin cicontre (fig. 111) se rattache au contraire au principe de la persistance des impressions sur la rétine auquel il faut joindre celui des couleurs complémentaires.

Regardez fixement avec les deux yeux le petit diable blanc (fig. 111) dessiné sur un fond noir, attachez plus spécialement votre regard sur le trait noir du milieu, jusqu’à ce que vous sentiez vos yeux un peu fatigués (cela dure une demi-minute), vous dirigerez alors le regard vers le plafond au-dessus de votre tête, et au bout de quelques secondes (15 à 20) la silhouette du diable apparaît très nettement en gris et cela à plusieurs reprises.

Cette petite expérience gagne à être faite avec une vive lumière. Nous avons souvent constaté qu’elle réussit très bien. Si l’on fixe un petit diable peint en ronge et bien éclairé, on voit au plafond la silhouette du personnage se découper sur un fond de couleur verte. Quand l’expérience est exécutée par plusieurs personnes, elle ne manque pas d’exciter la gaieté. Rien n’est plus singulier que de voir tous les assistants fixer le plafond blanc, la tête levée, pour attendre l’apparition (PL I). Une

Voy. la Nature, 1879, 2® semestre, p. 33. Notice de M. Gariel.

simple carte à jouer, un as de carreau ou de cœur peuvent très bien remplacer le dessin du diable rouge ^ Enfin si l’on ne veut pas fixer le plafond, il suffît de jeter les yeux sur une feuille de

Fig. 111. — Regardez fixement cette figure pendant 40 à 50 secondes; dirigez ensuite votre regard vers un point du plafond ou d’une surface blanche, au bout de quelques secondes vous verrez apparaître en gris l’image blanche de la figure. (Page 143.)

papier blanc, après avoir regardé fixement l’image rouge pendant la durée convenable.

Fig. 112 destinée à l’expérience du punctum cxcum de l’œil. (Page 144.)

Arrivons à présent à la curieuse expérience d’optique relative au punctum cæcum de l’œil. La figure 112 ci-dessus va vous

‘ On peut encore faire l’expérience en fixant une cocarde blanche, noire, verte ; on verra son image complémentaire bleu, blanc, rouge.

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permettre de Ja réaliser facilement. Fermez votre œil gauche en y posant la main gauche; prenez de la main droite le présent volume, et présentez, devant votre œil droit ouvert, la figure 112 tenue à l’extrémité du bras. Regardez de l’œil droit la petite croix noire seulement, et rapprochez peu à peu

Fig. 113. — Expérience donnant l’apparence de la main percée d’un trou. (Page 146.)

le dessin de votre visage : il arrivera un moment où votre œil cessera de voir le rond noir. Rapprochez encore la figure, et les deux images, croix et rond, apparaîtront de nouveau. Il y a dans l’œil un point qui n’est pas sensible à l’action d’un rayon lumineux : c’est le punctum cæcum.

Percez une carte de visite, ou une carte à jouer d’un trou d’épingle; en considérant un objet de très près (2 centimètres environ), caractères d’imprimerie par exemple, à travers ce

Tissandier. — Récréations, 4^ édition. 40

trou, vous verrez qu'il agit à la façon d’une loupe et que l’objet considéré se trouve amplifié.

La figure 113 représente une autre expérience d’optique très curieuse et très facile à exécuter. Faites, au moyen d’une feuille de papier un peu consistante, un cylindre que vous tiendrez de la main gauche et que vous appliquerez contre l’œil droit à la façon d’une lunette. Laissez ouverts vos deux yeux. Si vous considérez un objet, éloigné de quelques mètres, tel qu’une petite statuette, c’est votre œil gauche qui verra l’objet, et il vous semblera qu’il le voit à travers un trou percé dans la main, comme l’indique la partie supérieure de la gravure.

Parmi les illusions d’optique les plus curieuses, il en est un grand nombre que l’on peut produire à l’aide de miroirs. La lunette brisée en est un exemple. Cet appareil monté sur un pied fermé permet de voir en apparence un objet à travers un pavé ou un corps opaque (fig. 114). La coupe de la lunette en explique suffisamment la disposition. L’observateur qui a l’œil placé devant l’oculaire aperçoit nettement l’image de l’objet exposé en regard de l’objectif; cette image est réfléchie quatre fois avant d’arriver à son œil, au moyen de petits miroirs dissimulés dans l’instrument. Le pied de la lunette, que nous représentons ouvert sur la figure, est en réalité fermé de toutes parts et l’illusion est complète.

Les miroirs concaves ou convexes déforment singulièrement les images et produisent des effets très intéressants. Les anamorphoses constituent des dessins particuliers qui rentrent dans la classe des expériences relatives aux miroirs cylindriques. Ce sont des images faites suivant des règles déterminées, mais tellement déformées que l’on y distingue seulement, quand on les regarde directement, des traits confus. Quand on les voit par réflexion dans des miroirs courbes, elles présentent au contraire un dessin régulier. Nous donnons plus loin (fig. 115) un spécimen d’une figure semblable qui, vue dans un miroir cylindrique, donne l’aspect d’un dix de cœur; on peut employer des miroirs coniques qui donnent encore des effets particuliers

LA VISION ET LES ILLUSIONS D’OPTIQUE

et non moins intéressants. La figure 116 montre une anamorphose faite pour un miroir cylindrique, on voit que l’image confuse du papier horizontal se réfléchit dans le miroir en donnant l’image d’un jongleur. Le petit jongleur si nettement réfléchi dans le miroir est méconnaissable sur le dessin. Il est facile de confectionner soi-même de semblables images,

Fig. 114. — Lunette brisée. (Page 146.)

qui offrent un excellent exercice et un charmant objet de récréation.

Une des plus remarquables applications des miroirs à la physique amusante est sans contredit celle qui en a été faite dans la curieuse expérience du décapité parlant.

Il y a quelques années, le décapité parlant a obtenu à Paris et dans un grand nombre d’autres villes un véritable succès de curiosité. Les visiteurs jetaient les yeux dans une petite salle où ils ne pénétraient pas, et où ils apercevaient une table à trois

pieds; au-dessus de cette table était une tête humaine, posée sur un foulard au milieu d’un plateau. Cette tête remuait les yeux et parlait, elle appartenait assurément à un homme, dont le corps était absolument dissimulé (fig. 118, page 153).

Les spectateurs croyaient voir un espace vide au-dessous de la table, mais le corps de l’individu qui s’y trouvait assis était dissimulé par deux glaces étaniées posées à 45" par rapport aux

Fig. 115. — Dessin anamorphique d’une carte à jouer. (Page 146.)

murs de droite et de gauche. Le tout était disposé de telle manière que l’image de ces murs coïncidait avec la partie visible du mur du fond de la salle. Si l’on eut jeté une pierre entre les pieds de la table, on eût cassé les miroirs qui réfléchissaient les murs de droite et de gauche. Un mauvais plaisant se servit un jour de ce procédé. Pour que l’illusion soit bien complète, les trois murs doivent être badigeonnés de la même couleur afin qu’ils soient bien semblables entre eux.

Les spectres imaginés sur le théâtre par le physicien Robin ont attiré aussi très vivement jadis l’attention publique. Il s’agis-

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sait ici d’images formées par l’intermédiaire de glaces transparentes comme celles dont sont munies les devantures des magasins dans les grandes villes. Les glaces non étamées et les carreaux reproduisent très fréquemment le phénomène des spectres. Le soir, quand il fait sombre au dehors, il est facile de

Fig. 116. — Miroir cylindrique et anamorphoses. (Page 147.)

constater que l’image des objets placés dans une pièce éclairée se reproduit derrière les vitres des fenêtres à la faveur de l’obscurité du dehors. Si l’on s’approche de la vitre, on voit cependant aussi les objets réels du dehors, une balustrade de balcon, un arbre, etc. Ces objets réels peuvent ainsi se confondre avec l’image réfléchie d’un autre objet, et être combinés de manière à produire des effets curieux. C’est ce que M. Robin avait fait, pour les effets de théâtre. 11 projetait sur la scène l’image d’un

personnage habillé en zouave, et lui-même, armé d’un sabre, traversait le corps de ce spectre : un grand nombre d’autres effets singuliers étaient obtenus de la même façon, et pendant quelques années les théâtres ont exploité sous un grand nombre de formes ces curieuses illusions d’optique.

Voici comment l’opérateur obtenait cet effet :

Sous le plancher du théâtre, une lampe électrique, ou mieux une lampe éclairée, par la lumière de Drummond, lançait des rayons sur le personnage vivant qui jouait le rôle de spectre, diable ou fantôme. Sur la partie antérieure de la véritable scène, en avant même des rideaux qui encadraient le décor, se trouvait fixée une glace sans tain, de belle qualité, bien transparente, qui séparait les spectateurs du personnage en scène. Cette glace était inclinée à 45 degrés par rapport au plan du théâtre.

Les rayons projetés sur le personnage vivant, sous la scène, se réfléchissaient sur cette glace, et l’image de ce personnage ainsi dissimulé se produisait en scène à côté de l’acteur, comme l’image d’un voyageur dans un wagon se produit sur la voie du chemin de fer par l’effet de la glace de la fenêtre.

La salle du théâtre pendant l’apparition était dans un demijour, et le spectre, bien éclairé sur la scène, se découpait sur un fond noir. Si, comme on peut en juger, la théorie de cette expérience est très simple, on doit reconnaître que l’exécution offre d’assez grandes difficultés, surtout pour le personnage qui joue le spectre. 11 faut, en effet, qu’il se tienne renversé à 45 degrés pour que son image paraisse debout sur la scène, et comme il ne peutpas marcher facilement dans cette position si penchée, il produit un fantôme qui n’est jamais complètement droit; il faut en outre qu’il combine avec une grande justesse ses mouvements pour les faire concorder avec ceux de facteur, qui n’opère qu’à tâtons derrière la glace. Toutes ces conditions sont difficiles à bien réaliser, et on a depuis longtemps renoncé aux spectres dans les théâtres.

Dans ces derniers temps on a utilisé les images formées d’une

LA VISION ET LES ILLUSIONS D’OPTIQUE. loi

manière analogue, pour faciliter l’étude du dessin au moyen d’un petit appareil très ingénieux.

Un carreau de verre est fixé verticalement sur une planchette de couleur noire (fig. 117). Un dessin à copier est posé h côté de ce carreau ; si l’on se place de telle façon que le rayon visuel passe obliquement à travers le carreau, on aperçoit très nettement l’image du dessin de l’autre côté du modèle. Il est alors facile de le reproduire sur un papier blanc avec un crayon ; on n’a qu’à suivre les traits de l’image.

A défaut du petit appareil que nous figurons, il est facile d’en construire un soi-même à l’aide d’un verre à vitre. Il suffit même de tenir le verre vertical en le serrant sur son bord entre les feuillets d’un gros livre placé debout. Les images produites offrent l’inconvénient d’être retournées^ ce qui ne permet pas de retracer sans inconvénients tous les genres de modèles.

Parmi les expériences d’optique facilesà exécuter, nous citerons celles qui se rattachent aux curieux phénomènes du mirage. Il suffit de chauffer une plaque de fonte horizontale au-dessus d’un fourneau allumé, et de regarder à distance un objet éloigné en le considérant à travers la colonne d’air chaud qui s’élève audessus de la plaque de fonte ; on verra cet objet se déformer ou son image apparaître en un point de l’espace différent de celui où il se trouve réellement. Ces effets sont dus à la différence de densité des couches d'air à travers lesquelles passe le rayon visuel; ils reproduisent ceux qui trompent le voyageur quand il parcourt les déserts ou les régions de sable, alors. que le soleil est ardent.

Après les illusions de la vision nous dironsmn mot des illusions du tact. Nous citerons fexpérience que représente la figure cicontre (fig. 119), et que presqué tout le monde connaît depuis l’époque du collège. On place le médium de la maimpar-dessus l’index et on touche avec les deux doigts, ayant pris la position indiquée par notre gravure, une bille ou une boulette de mie de pain. Dès que le contact est établi, on éprouve la sensation que donnerait le toucher de deux billes ou de deux boulettes distinctes.

Nous le répétons, cette illusion du tact est très connue ; mais son explication Test beaucoup moins.

Dans la position normale des doigts, une même boule ne peut toucher en même temps les côtés extérieurs des deux doigts voisins. Quand on croise tes doigts, les conditions normales sont

Fig. U 7. — Appareil pour dessiner au moyeu de l’image du modèle. (Page 151.)

exceptionnellement changées, mais l’interprétation instinctive reste la même, à moins que la fréquente répétition de l’expérience n’ait complété sur ce point l’éducation première. Il suffit, en effet, de répéter l’expérience un grand nombre de fois pour que l’illusion devienne de moins en moins appréciable.

Il est facile de se rendre compte que dans le domaine du toucher, le jugement porté instinctivement se trouve en défaut quand les conditions normales sont modifiées. C’est ainsi que

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