Lunettes universelles, altération des couleurs, test duochrome, bac L ES 2016.



Lunettes universelles ; métropole septembre.
Une paire de lunettes qui convient à n'importe quel myope ou presbyte et ce, tout au long de la vie ? C'est ce qu'a imaginé Jan int'Veld, l'inventeur néerlandais à l'origine de lunettes dites « universelles ». Elles ont été conçues pour pouvoir être ajustées en fonction de la vue de leur porteur. La même paire de lunettes conviendra ainsi pour une myopie forte ou légère ou pour un presbyte et ce, quel que soit le degré de sa déficience visuelle.
La production a été standardisée, les verres sont alors réalisés en un temps record et les lunettes peuvent ainsi être vendues entre 2 et 5 euros.
Source : d’après la revue « Science et Avenir » du 19 mai 2014.
Le principe des lunettes dites « universelles ».
Deux verres à la courbure inverse sont placés l’un sur l’autre et coulissent selon un axe horizontal pour s'ajuster à la vue du porteur. Des molettes placées sur les branches des lunettes permettent de faire coulisser ces verres de façon à faire la mise au point nécessaire à une bonne vision.
Les domaines de vision.


Le punctum remotum (PR) est le point le plus éloigné vu nettement sans accommodation.
Le punctum proximum (PP ) est le point le plus proche visible nettement au maximum d’accommodation.

Question 1.
Associer à chacun des trois éléments du modèle de l’oeil réduit représenté ci-dessous la partie correspondante de l’oeil réel en répondant sur votre copie et non sur le sujet.

Question 2.
L’objet est placé à une distance suffisamment grande de l’oeil pour qu’il en donne une image inversée.
Indiquer le numéro du schéma correspondant à la vision de loin d’un oeil myope. Justifier.
l'oeil myope est trop convergent, l'image d'un objet éloigné se forme devant la rétine.

Question 3.
En vieillissant le cristallin devient moins souple, l’accommodation se fait de plus en plus difficilement : l’oeil devient presbyte.
3.1. Donner le comportement observable d’une personne atteinte de presbytie quand elle lit un journal. Justifier.
Le PP d'un oeil presbyte est supérieur à 25 cm. Pour lire son journal, une personne presbyte, le tient à une distance supérieure à 25 cm ; elle l'éloigne de l'oeil.
3.2. Indiquer le type de lentille qui doit être utilisé pour corriger la presbytie. Justifier.
Un oeil presbyte n'est plus assez convergent ; on utilise des lentilles convergentes pour corriger la presbytie.
3.3. D’après le document 1, indiquer la configuration des verres des lunettes « universelles » pour un presbyte.
Une lentille convergente est bombée dans sa partie centrale ; elle est plus large au centre que sur les bords.
Verre en configuration B.

Source : D'après Futuremag, Arte, Mai 2014
3.4. Indiquer comment doit évoluer l’épaisseur aux extrémités du système constitué des deux verres coulissants, pour permettre de corriger au maximum la presbytie.
Les verres  sont épais dans la partie centrale et beaucoup plus fins aux extrémités.




Métropole.
On cherche à expliquer la différence de perception des couleurs entre les Papous et les Européens.

Expliquer pour chacune des hypothèses, si celle-ci peut être validée ou non en présentant les arguments utilisés .
Hypothèse 1 : La différence de perception de la couleur pourrait s’expliquer par un daltonisme.
Le daltonisme : absence d'un type de cônes dans les photorécepteurs de la rétine ; il en résulte un défaut d'absorption de certaines longueurs d'onde du domaine visible.
Or chez les Papous, les cônes sont présents et fonctionnent normalement.
 L'hypothèse 1 est donc fausse.
Hypothèse 2 : La différence de perception de la couleur pourrait s’expliquer par une différence de caractéristiques des photorécepteurs.
Le pourcentage d'absorption est identique chez les trois types de cônes. L'hypothèse est fausse.
Les cônes S ( absorption maximale vers 437 nm), les cônes M ( absorption maximale vers 533 nm) et les cônes L ( absorption maximale vers 564 nm).
 Hypothèse 3 : La différence de perception de la couleur mettrait en jeu des différences d’apprentissage et des phénomènes de plasticité cérébrale
.
Apprendre modifie la structure du système nerveux central. L’apprentissage et les expériences modifient la façon dont le cerveau traite les informations. L’influence du langage est prépondérante dans la catégorisation des couleurs. L'hypothèse est vraie.

Altération des couleurs. Amérique du Nord.
Les tapisseries, textiles décoratifs de grande taille, suspendus au mur, sont sensibles à la lumière UV.La lumière décolore le tissu et affaiblit ses fibres. Les colorants jaunes et roses sont les premiers altérés.
Question 1. Compléter le schéma suivant montrant le trajet d'un rayon lumineux qui permet à l'élève de visualiser cette tapisserie éclairée par une lampe.



Question 2.a. Indiquer quel mélange de colorants imprégnant la fibre permet d’obtenir la couleur verte sur la tapisserie. Justifier la réponse.

Un colorant jaune absorbe le bleu ; un colorant cyan absorbe le rouge. Seul le vert n'est pas absorbé.

Un mélange de colorants jaune et cyan est de couleur verte.

b. Expliquer vers quelle couleur évoluera la teinte verte après une longue exposition à la lumière.

Le colorant jaune sera vite altéré par la lumière : le bleu ne sera plus absorbé ; seul le rouge sera absorbé.

En synthèse additive, le bleu et le vert donnent le cyan.

Question 3

Citer deux précautions nécessaires pour limiter au maximum la détérioration de la tapisserie.

En exposition, abaisser la lumière à 50 lux ; dans les réserves, maintenir l'obscurité.

Limiter la durée d'exposition des oeuvres les plus fragiles.

S'assurer que le rayonnement UV est inférieur à un certain seuil.

Question 4

Indiquer quelle serait la durée de préservation de la tapisserie si elle était éclairée avec une lampe de 50 lux pendant 100 jours par an. Justifier la réponse.

La dose totale d'exposition tient compte de l'éclairement et de la durée. Pour une tapisserie de grande sensibilité :

50 lux pour 25 jours d'exposition par an : préservation 100 ans.

50 lux pour 100 jours d'exposition par an : préservation 25 ans.


Question 5

Dans le cadre d’une visite nocturne du château de Sully-sur-Loire, le conservateur souhaite éclairer en magenta les façades extérieures constituées de pierres blanches. L’éclairagiste possède des projecteurs de chacune des trois couleurs primaires.
a. Nommer ces couleurs.

En synthèse additive, les couleurs primaires sont le bleu, le vert et le rouge.

b. Expliquer comment l’éclairagiste doit procéder pour éclairer les façades de la couleur voulue.

La pierre blanche n'absorbe aucune couleur primaire.

La superposition du bleu et du rouge, avec la même intensité, donne du magenta.












Test duochrome. Amérique du Sud
Le choix de la teinte de lunettes de soleil correctrices peut s’avérer compliqué. Pour une personne souffrant d’un défaut visuel, la teinte du verre sera plus ou moins bien supportée et apportera plus ou moins de confort dans la vision. On cherche à comprendre comment un opticien peut conseiller ses clients dans le choix de la teinte des verres.
La lumière blanche est composée de radiations de différentes longueurs d’onde. Les radiations de plus courtes longueurs d’onde (à partir du violet, bleu et vert) seront plus déviées par un système optique convergent que les radiations de longueurs d’onde plus élevées (en particulier autour du rouge).


Un opticien doit conseiller deux clients, l’un myope, l’autre hypermétrope, dans leur choix de verres correcteurs teintés. Expliquez les résultats du test duochrome pour en déduire les conseils donnés par l’opticien à chacun de ses clients sur la teinte des verres.
Le test duochrome permet de détecter une tendance à la myopie ou l’hypermétropie.

Oeil emmétrope
Oeil hypermétrope
Oeil myope

Résultat du test





Contraste et perception identique sur les deux fonds
meilleur contraste sur fond vert
meilleur contraste sur fond rouge

Absorption et transmission des radiations lumineuses par des verres teintés  :

Pour le myope, le contraste est meilleur sur fond rouge : on utilise un verre teinté qui transmet bien le rouge et absorbe le vert.
Pour l'hypermétrope, le contraste est meilleur sur fond vert : on utilise un verre teinté qui transmet bien le vert et absorbe le rouge.

Cônes et bâtonnets de la rétine. Asie.

Depuis son plus jeune âge, Jean, un petit garçon de 6 ans, ne supporte pas d’être seul dans le noir car il est incapable de se déplacer dans l’obscurité ou la pénombre sans se cogner. Après avis auprès de leur médecin, les parents de Jean décident de consulter un ophtalmologue. Les premiers tests dans une pièce à fort éclairement confirment que Jean présente une bonne acuité visuelle, un champ visuel normal et une bonne vision des couleurs.
 Question 1 : On s’intéresse à la bonne acuité visuelle de Jean en plein jour.
La bonne acuité visuelle de Jean en plein jour est possible grâce : Cochez uniquement la réponse exacte
- aux cônes répartis principalement au niveau de l’axe optique, vrai
 - aux cônes répartis en périphérie
- aux bâtonnets répartis de part et d’autre de l’axe optique
- aux bâtonnets répartis au niveau de l’axe optique.
      Les cônes sont les seuls présents – avec une densité très forte - en zone centrale. Leur nombre diminue fortement en s'éloignant vers la zone périphérique distante.  Quand on s’éloigne, les cônes se raréfient au profit des bâtonnets qui sont les seuls représentés à la périphérie de la rétine.

  Question 2 : Sachant que Jean a une répartition normale des photorécepteurs, expliquez pourquoi il ne distingue rien dans des conditions de faible éclairement.
Les cônes fonctionnent à fort éclairement. Les bâtonnets sont sensibles à une faible luminosité, incapables de distinguer les couleure ( vision en noir et blanc ).
L'électrorétinogramme ( ERG) montre une anomalie au niveau du traitement des objets peu éclairés qui doivent être traités par les bâtonnets.
Chez Jean, à faible éclairement, l'activité électrique de la rétine reste très faible.Le message nerveux ne se propage le long des fibres du nerf optique sous forme de signaux électriques, en direction du cerveau.
Centres étrangers.
Paul a emmené son ami Jules au musée mais Jules est incapable d'apprécier pleinement les œuvres picturales. En effet, il ne parvient pas à distinguer certaines couleurs ni à percevoir les détails et contours d'un tableau. On cherche à expliquer l’origine des symptômes de Jules.
Expliquez l’origine des symptômes de Jules c'est-à-dire la mauvaise perception des contours, des détails et des couleurs de l’œuvre de Mirό.
Symptômes de Jules :
Le bleu est correctement perçu, les autres couleurs sont perçues en gris.
Difficultés à voir les détails et les contours ( contrastes ) des objets.
L'électrorétinogrammemontre une anomalie : l'activité électrique de la rétine est très faible avec un fort éclairement, alors qu'elle est correcte à faible éclairement.
Les bâtonnets, plus périphériques, sensibles à de faibles éclairements, permettent de voir la nuit ( vision en noir et blanc).
Les trois types de cônes, situés autour de l'axe optique, permettent de voir les détails et les couleurs sous fort éclairage.
Diagnostic : anomalie au niveau des cônes. Les cônes S sensibles aux faibles longueur d'onde sont  présents ; les cônes M et L sensibles au vert et au rouge sont absents.


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La lumière bleue. ( Pondichéry 2016)
La lecture sur écran (
manque de contraste, reflets, faible résolution, lumière éblouissante) est plus exigeante pour nos yeux que la lecture sur papier.
La lecture sur écran peut provoquer ou aggraver des défaus visuels ( vision brouillée, sécheresse, irritation des yeux, fatigue oculaire, maux de tête ).
L'ensemble des problèmes de vue et des yeux, conséquences d'une surutilisation d'écran numérique, constitue le syndrome de fatigue visuelle.
Les LED que l'on trouve dans l'éclairage des écran numériques, émettent plus fortement dans le domaine 400 - 500 nm ( lumière bleue) que la lumière blanche naturelle ou artificielle.
L'utilisation à grande échelle pendant de longues périodes exposent davantage nos yeux à la lumière bleue.
Les photons de cette lumière bleue sont beaucoup plus énergétiques que ceux  des longueurs d'ondes plus longues. Or nos yeux n'offrent pas suffisamment de protection contre ce type de lumière, ce qui peut engendrer des dommages à la rétine et contribuer à la dégénerescence maculaire liée à l'âge.
La lumière bleue favorise la vigilance, mais une exposition chronique en soirée peut diminuer la production de mélatonine et perturber le cycle du sommeil.
La rétine est un tissu multicouche recouvrant la paroi interne arrière de l'oeil. Elle peut être endommagée par la lumière bleue/violette. Une exposition chronique augmente le risque  de dégénerescence maculaire, de glaucome et de maladies dégénératives rétiniennes.

Comment prévenir cette fatigue  ?
Au repos, nos yeux regardent au loin et vers le bas. En conséquence veiller à ce que le centre de l'écran soit quelques centimètres sous vos yeux et à une distance de 70 cm.
La pièce doit être bien éclairée et utiliser un écran anti-reflets.
Faites une pose de 15 minutes toutes les deux heures, cligner fréquemment des yeux, cela maintient l'hydratation.

La couleur des poissons change-t-elle avec la profondeur ?
 Pierre, préparant le niveau 3 de plongée sous-marine pendant ses vacances, doit réaliser des plongées à des profondeurs allant jusqu’à 60 m. Lors de ses premières plongées en profondeur, il constate, avec surprise, qu’entre 10 m et 30 m de profondeur, les poissons et les végétaux lui paraissent bleu-vert. De plus, il précise qu’à des profondeurs plus importantes (60 m), là où l’intensité lumineuse (mesurée en lux) est inférieure à 100 lux, il n’a plus aucune perception des couleurs. On cherche à comprendre l’évolution de la perception des couleurs par Pierre lors de sa plongée

Lors de son entraînement à 60 m de profondeur, Pierre pêche un poisson, qui lui semble gris. Lors de sa remontée, il constate qu’à la profondeur de 30 m, le poisson lui apparait de couleur bleue tandis qu’à la surface il est de couleur magenta. Expliquer l’évolution de la perception des couleurs du poisson par Pierre au cours de sa plongée.
Rapport des éclairements par rapport à la surface en fonction de la profondeur.

à 10 m
à 20 m
à 30 m
à 60 m
Lumière bleue
96 %
90 %
86 %
72 %
Lumière verte
60%
36 %
21 %
5 %
Lumière rouge
1 %
0
0
0

A la surface, les trois couleurs primaires, bleu, rouge et vert ont la même intensité. Le poisson , éclairé en lumière blanche,paraît magenta, il absorbe le vert et diffuse le bleu et le rouge.
Sensibilité des photorécepteurs rétiniens.
Dans les conditions de sa plongée Pierre reçoit une lumière d'intensité de :
102 lux à 60 m de profondeur : seul le photorécepteur rétinien B réagit. La vision est alors en noir et blanc, le poisson paraît gris.
 104 lux à 30 m de profondeur : tous les photorécepteurs rétiniens réagissent.
Le rouge a disparu, le vert est très atténué ; le bleu est peu atténué. Les poissons et végétaux paraissent bleu, le poisson absorbant le vert.

Sténopé. Nlle Calédonie.

Le 20 mars 2015 a eu lieu une éclipse partielle visible depuis de nombreux pays européens. Pour observer cette éclipse, les recommandations générales préconisaient le port de lunettes adaptées pour l’éclipse ( « lunettes-éclipse »). Julien, alors élève en classe de première générale, n’a pas réussi à se procurer de « lunettes­-éclipse », en rupture de stock chez de nombreux distributeurs. Il a pris  alors la décision de construire un système de projection, destiné à obtenir une image du Soleil sur un écran.
Il a trouvé sur Internet (sur un blog personnel) un premier système, appelé sténopé.
Il veut aussi utiliser une lentille convergente pour réaliser un second système de projection. Il a retrouvé dans son cours la relation liant la vergence d’une lentille convergente et sa distance focale.

Question 1.1. Déterminer par un tracé de rayons lumineux la position A', image du point A, et la position B', image du point B, sur la feuille blanche utilisée comme écran.


 
1.2. Citer une propriété de la lumière qui est exploitée pour réaliser cette construction géométrique.
Dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite.
1.3 Dessiner alors l'image de l'éclipse obtenue sur l'écran.
Le sténopé inverse l'image de l'éclipse.
Question 2. Julien teste un autre système en réalisant un modèle réduit de l'oeil. Il utilise une lentille convergente, un diaphragme et un écran translucide. Compléter le tableau suivant :

Matériel utilisé pour l'oeil réduit
Partie de l'oeil réel modélisé
Rôle optique
Lentille convergente
Cornée cristallin
Concentre les rayons lumineux sur la rétine
Diaphragme
Pupille
Limite la quantité de lumière qui entre dans l'oeil
Ecran translucide
Rétine
Réceptionne l'image formée et la transmet au cerveau via le nerf optique.

Question 3. Pour vérifier la vergence de la lentille ( C = + 10 dioptries), Julien utilise une bougie allumée comme objet. Il recherche une position  pour laquelle l'image de la bougie est nette sur l'écran.
3.1. Placer le foyer F' de la lentille en traçant le rayon lumineux adéquat.
3.2 Déterminer la valeur de la distance focale et conclure.


OF' = 10 cm = 0,1 m ; vergence = 1 /OF' = 1 / 0,1 = 10 dioptries, en accord avec l'indication.
Question 4. On peut considérer que le soleil est situé à une distance infiniment grande de la lentille. Déterminer la valeur de la distance entre l'écran et la lentille permettant d'obtenir une image nette de l'eclipse sur l'écran.
L'image d'un objet à l'infini se forme dans le plan focal image de la lentille. La distance écran lentille est égale à OF' = 10 cm.





  

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