Comment voyons-nous les couleurs?

Kristen Chafe
Lisibilité
5.4

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Comment l’œil humain voit-il la lumière visible sous forme de couleurs? Pourquoi certaines personnes peuvent distinguer plus de couleurs que les autres?

Combien de couleurs peux-tu nommer? Dix? Vingt? Cinquante? Peu importe le nombre exact de couleurs que tu as énumérées, je parie qu’il est bien loin du nombre de nuances que tes yeux peuvent effectivement distinguer.

Attention aux fausses idées!

La vision et la perception sont deux facultés bien distinctes. La vision, c’est le mécanisme par lequel tes yeux recueillent l’information visuelle et la transmettent à ton cerveau. La perception, c’est la façon dont ton cerveau intègre et interprète cette information.

Les scientifiques estiment qu’en moyenne, un être humain peut faire la distinction entre plus d’un million de couleurs différentes. Mais, cette faculté varie d’une personne à l’autre. Certaines personnes ne voient que quelques centaines de couleurs différentes, alors que d’autres peuvent en voir jusqu’à 100 millions!
Qu’est-ce qui explique une telle variation? Qu’est-ce que la couleur, au juste? Comment voit-on les couleurs? 

Arc-en-ciel vu par une personne ayant une vision normale de toutes les couleurs
Arc-en-ciel vu par une personne ayant une vision normale de toutes les couleurs (image relevant du domaine public tirée de Wikimedia Commons)

Qu’est-ce que la couleur?

Lorsque la lumière frappe un objet, cet objet en réfléchit une partie et absorbe le reste. Un objet donné absorbe certaines longueurs d’onde de lumière plus que les autres. C’est pourquoi tu le vois d’une certaine couleur. Par exemple, un citron réfléchit essentiellement les longueurs d’onde correspondant au jaune (lumière jaune), alors qu’une fraise réfléchit essentiellement la lumière rouge. 

Les objets qui absorbent toutes les longueurs d’onde de lumière sont noirs, alors que ceux qui réfléchissent toutes les longueurs d’onde de lumière sont blancs.

Que se passe-t-il lorsque la lumière frappe un objet transparent, comme l’eau ou un verre? Lorsque la lumière se propage d’un milieu à l’autre, elle n’est pas réfléchie comme c’est le cas lorsqu’elle frappe un objet solide, elle est déviée. C’est parce que sa vitesse varie en fonction du milieu qu’elle traverse. Ce phénomène s’appelle la réfraction

Lorsqu’un rayon de lumière traverse un prisme en verre à un certain angle, les différentes ondes qui le composent sont ralenties à des degrés divers, si bien que chaque couleur a un angle de réfraction différent. C’est pour cela que tu peux voir toutes les couleurs qui composent la lumière blanche.

Mais la réflexion et la réfraction de la lumière qui frappe un objet n’expliquent pas tout. Examinons maintenant ce qui se produit dans l’œil et dans le cerveau lorsqu’on voit une couleur.

Comment voit-on les couleurs?

Le fond de l’œil humain est tapissé par une tunique appelée rétine. Ta rétine contient deux types de cellules appelées photorécepteurs : les bâtonnets et les cônes. Ces cellules spécialisées convertissent la lumière en signaux qui sont transmis au cerveau. C’est ce qui te permet de voir.

Ta rétine contient 20 fois plus de bâtonnets que de cônes. Les bâtonnets te permettent de voir dans des conditions où la luminosité est faible. Ce sont les cônes qui sont entièrement responsables de la vision des couleurs. T’étais-tu déjà rendu compte à quel point il est difficile de distinguer les couleurs dans l’obscurité? C’est parce que les bâtonnets sont les seuls photorécepteurs qui sont stimulés lorsque la luminosité est faible.

Image de bâtonnets (structures fines et allongées) et de cônes (structures peu allongées de forme conique) de la rétine prise au microscope électronique à balayage
Image de bâtonnets (structures fines et allongées) et de cônes (structures peu allongées de forme conique) de la rétine prise au microscope électronique à balayage (Helga Kolb [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons)

Il existe trois types de cônes : les cônes rouges, les cônes verts et les cônes bleus. Chacun d’entre eux est sensible à une gamme de longueurs d’onde de lumière différente. Les cônes rouges sont stimulés par les grandes longueurs d’onde, les cônes bleus, par les courtes, et les cônes verts, par les moyennes. C’est l’activation de diverses combinaisons de ces trois types de cônes qui te permet de voir le monde en couleurs.

La dispersion de la lumière (sciences) (2017) par Alloprof (3 min 32 sec).

Qu’est-ce que le daltonisme?

La déficience de la vision des couleurs, que l’on appelle souvent daltonisme, s’observe lorsque l’un des trois types de cônes est complètement absent de la rétine ou qu’il ne fonctionne pas.

Comme tu le sais maintenant, il existe trois types de cônes; par conséquent, il existe trois types de daltonisme, qui dépendent chacun du type de cône qui manque dans la rétine ou qui est déficient.

La perte des cônes rouges s’appelle la protanopie, et la perte des cônes verts, la deutéranopie. En général, ces deux maladies sont désignées par le terme daltonisme « rouge-vert », parce que les personnes qui en sont atteintes ont beaucoup de difficulté à faire la distinction entre les nuances de rouge, de jaune, d’orange et de vert. Ce sont les deux types de daltonisme les plus courants

Le savais-tu?

Les gènes qui codent pour les cônes sont localisés sur le chromosome X. C’est pour cela qu’on observe un daltonisme rouge-vert chez 8 % des hommes, mais chez moins de 1 % des femmes.

Une personne atteinte de protanopie est moins sensible que les autres à la lumière rouge. Tu te souviens de l’arc-en-ciel du début? Une personne atteinte de protanopie ne verrait que des nuances de jaune et de bleu, comme l’illustre l’image ci-dessous :

Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de protanopie
Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de protanopie (image relevant du domaine public tirée de Wikimedia Commons)

Quant aux gens qui ont la deutéranopie, ils sont moins sensibles que les autres à la lumière verte. Ils ne verront eux aussi que des nuances de jaune et de bleu en regardant l’arc-en-ciel. Mais, ces nuances seront différentes de celles vues par une personne atteinte de protanopie. En fait, voici ce à quoi ressemblerait l’arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de deutéranopie :

Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de deutéranopie
Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de deutéranopie (image relevant du domaine public tirée de Wikimedia Commons)

La tritanopie est une forme de daltonisme caractérisée par l’incapacité de distinguer le jaune du bleu. On l’appelle également daltonisme « jaune-bleu ». C’est une maladie très rare qui est attribuable à la perte des cônes bleus. Toute personne qui en est atteinte a du mal à distinguer le bleu du vert et le jaune du mauve. Par conséquent, elle ne verrait que des nuances de rouge, de rose et de vert en regardant l’arc-en-ciel.

Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de tritanopie
Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte de tritanopie (image relevant du domaine public tirée de Wikimedia Commons)

Il existe une autre forme rare de daltonisme appelée achromatopsie.

L’achromatopsie incomplète est caractérisée par la perte de deux des trois types de cônes. Étant donné que le cerveau a besoin de comparer les signaux provenant d’au moins deux types de cônes pour interpréter correctement les couleurs, les personnes qui ont cette maladie ont une vision des couleurs extrêmement limitée.

L’achromatopsie complète est caractérisée par la perte des trois types de cônes. Les personnes qui en sont atteintes ne voient que des nuances de gris

Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte d’achromatopsie complète
Arc-en-ciel tel qu’il est vu par une personne atteinte d’achromatopsie complète (Parlons sciences).

Le savais-tu?

Les personnes qui ont une vision normale des couleurs s’appellent des trichromates. C’est parce que leurs yeux ont trois types de cônes fonctionnels. Les personnes qui n’ont que deux types de cônes fonctionnels s’appellent des dichromates. 

Quelles sont les causes du daltonisme?

La plupart des formes de daltonisme sont attribuables à des mutations génétiques. Certaines mutations n’altèrent que partiellement le fonctionnement des cônes et se traduisent donc par une forme légère de daltonisme. Mais, il y en a d’autres qui entraînent la perte des cônes. Le daltonisme peut également être la conséquence de lésions cérébrales, d’une maladie chronique ou de la prise de certains médicaments.

Le savais-tu?

De nombreux mammifères, y compris les mammifères nocturnes, les mammifères marins et la plupart des singes du Nouveau Monde, sont dichromates.

Certaines personnes ont-elles la capacité de voir encore plus de couleurs que la normale?

Passons maintenant à l’autre extrême du spectre de la vision des couleurs. Des chercheurs ont découvert récemment que jusqu’à 12 % des femmes auraient en fait quatre types de cônes dans leur rétine! C’est ce qu’on appelle la tétrachromacie. Les femmes concernées sont dites tétrachromates. Les chercheurs ont avancé qu’elles seraient capables de voir jusqu’à 100 millions de couleurs différentes, y compris une multitude de couleurs qu’une personne normale ne pourrait même pas imaginer!

Le savais-tu?

Le prix de la meilleure vision des couleurs revient sans conteste à la crevette-mante (ou squille mante) qui possède 16 types de photorécepteurs différents!

Squille multicolore (Odontodactylus scyllarus) et gros plan de ses yeux
Squille multicolore (Odontodactylus scyllarus) et gros plan de ses yeux (Jens Petersen [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons)

Amorces de discussion

Faire des liens

  • T’est-il déjà arrivé de ne pas t’entendre avec quelqu’un sur la couleur d’un objet? Explique la situation en question.
  • Connais-tu quelqu’un qui a une forme quelconque de daltonisme? Est-ce une personne de sexe masculin ou de sexe féminin? Quelles sont les couleurs qu’elle confond ou qu’elle a du mal à discerner?

Faire des liens

  • T’est-il déjà arrivé de ne pas t’entendre avec quelqu’un sur la couleur d’un objet? Explique la situation en question.
  • Connais-tu quelqu’un qui a une forme quelconque de daltonisme? Est-ce une personne de sexe masculin ou de sexe féminin? Quelles sont les couleurs qu’elle confond ou qu’elle a du mal à discerner?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Faudrait-il allouer des fonds publics à la recherche-développement sur un remède contre le daltonisme? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Comment utilise-t-on les couleurs pour rendre notre lieu de travail et notre vie quotidienne plus sécuritaires? Pourquoi la plupart des signes importants (p. ex., panneaux d’arrêt, panneaux d’avertissement, enseigne de sortie, etc.) ne comportent-ils que deux couleurs très différentes? Explique ton point de vue.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Faudrait-il allouer des fonds publics à la recherche-développement sur un remède contre le daltonisme? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Comment utilise-t-on les couleurs pour rendre notre lieu de travail et notre vie quotidienne plus sécuritaires? Pourquoi la plupart des signes importants (p. ex., panneaux d’arrêt, panneaux d’avertissement, enseigne de sortie, etc.) ne comportent-ils que deux couleurs très différentes? Explique ton point de vue.

Explorer les concepts

  • Quelles sont les structures anatomiques qui nous permettent de voir? Comment les humains voient-ils la lumière et les couleurs?
  • Qu’est-ce qu’un photorécepteur? Quelle différence y a-t-il entre les bâtonnets et les cônes? 
  • Qu’est-ce qui peut provoquer un daltonisme rouge-vert? 
  • Quelle combinaison de cônes retrouve-t-on chez les personnes qui ont une vision normale des couleurs? De quelle maladie sont atteintes les personnes qui ne voient que des nuances de gris?

Explorer les concepts

  • Quelles sont les structures anatomiques qui nous permettent de voir? Comment les humains voient-ils la lumière et les couleurs?
  • Qu’est-ce qu’un photorécepteur? Quelle différence y a-t-il entre les bâtonnets et les cônes? 
  • Qu’est-ce qui peut provoquer un daltonisme rouge-vert? 
  • Quelle combinaison de cônes retrouve-t-on chez les personnes qui ont une vision normale des couleurs? De quelle maladie sont atteintes les personnes qui ne voient que des nuances de gris?

Nature de la science et de la technologie

  • Si tu devais réaliser une expérience dans laquelle les nuances d’une couleur donnée étaient la variable dépendante (variable-réponse), quelles précautions prendrais-tu pour t’assurer que tous les expérimentateurs « voient » la même couleur? Explique ton point de vue.
  • On ne guérit pas du daltonisme. Mais, il existe des lunettes qui corrigent certaines formes de cette maladie. Fais une recherche en ligne pour te renseigner sur le sujet. Évalue les avantages et les inconvénients de cette technologie.

Nature de la science et de la technologie

  • Si tu devais réaliser une expérience dans laquelle les nuances d’une couleur donnée étaient la variable dépendante (variable-réponse), quelles précautions prendrais-tu pour t’assurer que tous les expérimentateurs « voient » la même couleur? Explique ton point de vue.
  • On ne guérit pas du daltonisme. Mais, il existe des lunettes qui corrigent certaines formes de cette maladie. Fais une recherche en ligne pour te renseigner sur le sujet. Évalue les avantages et les inconvénients de cette technologie.

Littératie médiatique

  • La couleur est souvent utilisée à des fins de marketing. Compte tenu du nombre de personnes qui ont une forme quelconque de daltonisme, penses-tu qu’elle influence tout le monde de la même façon? Quels autres types d’informations visuelles pourrait-on utiliser mise à part la couleur?

Littératie médiatique

  • La couleur est souvent utilisée à des fins de marketing. Compte tenu du nombre de personnes qui ont une forme quelconque de daltonisme, penses-tu qu’elle influence tout le monde de la même façon? Quels autres types d’informations visuelles pourrait-on utiliser mise à part la couleur?

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article et la vidéo qui y est intégrée peuvent être utilisés pour favoriser l’enseignement et l’apprentissage de notions relatives à la lumière visible, à la vision, à la réflexion et à la réfraction, et à l’œil humain dans les domaines suivants : Physique, et Biologie et Anatomie. Voici la liste des concepts qui y sont présentés : nuances, couleurs, réfléchit, absorbe, longueurs d’onde, rétine, bâtonnets, cônes, daltonisme, protanopie, deutéranopie, tritanopie, achromatopsie, achromatopsie incomplète, achromatopsie complète et mutations génétiques. 
  • Pour amener le sujet, l’enseignant ou enseignante pourrait engager une courte discussion avec les élèves en leur posant quelques questions, par exemple : « qu’est-ce que la couleur? », « comment voit-on les couleurs? », « comment fonctionne l’œil? ».
  • Une fois que les élèves auront visionné la vidéo L’œil et la vision, l’enseignant ou enseignante pourrait poursuivre sur cette lancée en utilisant la stratégie d’apprentissage de la relation question-réponse, afin de les amener à pousser leur réflexion sur le contenu de la vidéo et à consolider les connaissances acquises. Il est possible de télécharger pour cette vidéo des fiches reproductibles prêtes à utiliser en formats [Document Google] et [PDF].
  • L’enseignant ou enseignante pourrait conclure en demandant aux élèves de remplir un billet de sortie, afin qu’ils puissent lui démontrer dans quelle mesure ils maîtrisent le sujet. Il est possible de télécharger des fiches reproductibles de billet de sortie prêtes à utiliser en formats [Document Google] et [PDF]. L’enseignant ou enseignante pourrait ramasser ces billets et les utiliser à des fins d’évaluation et/ou de repérage des sujets/problèmes qui méritent d’être revus lors de la prochaine leçon.

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article et la vidéo qui y est intégrée peuvent être utilisés pour favoriser l’enseignement et l’apprentissage de notions relatives à la lumière visible, à la vision, à la réflexion et à la réfraction, et à l’œil humain dans les domaines suivants : Physique, et Biologie et Anatomie. Voici la liste des concepts qui y sont présentés : nuances, couleurs, réfléchit, absorbe, longueurs d’onde, rétine, bâtonnets, cônes, daltonisme, protanopie, deutéranopie, tritanopie, achromatopsie, achromatopsie incomplète, achromatopsie complète et mutations génétiques. 
  • Pour amener le sujet, l’enseignant ou enseignante pourrait engager une courte discussion avec les élèves en leur posant quelques questions, par exemple : « qu’est-ce que la couleur? », « comment voit-on les couleurs? », « comment fonctionne l’œil? ».
  • Une fois que les élèves auront visionné la vidéo L’œil et la vision, l’enseignant ou enseignante pourrait poursuivre sur cette lancée en utilisant la stratégie d’apprentissage de la relation question-réponse, afin de les amener à pousser leur réflexion sur le contenu de la vidéo et à consolider les connaissances acquises. Il est possible de télécharger pour cette vidéo des fiches reproductibles prêtes à utiliser en formats [Document Google] et [PDF].
  • L’enseignant ou enseignante pourrait conclure en demandant aux élèves de remplir un billet de sortie, afin qu’ils puissent lui démontrer dans quelle mesure ils maîtrisent le sujet. Il est possible de télécharger des fiches reproductibles de billet de sortie prêtes à utiliser en formats [Document Google] et [PDF]. L’enseignant ou enseignante pourrait ramasser ces billets et les utiliser à des fins d’évaluation et/ou de repérage des sujets/problèmes qui méritent d’être revus lors de la prochaine leçon.

En savoir plus

L’œil et la vision (2015)

1 min for science -- Comment se forment les images dans notre cerveau ? (4 min 11 s)

KEZAKO: Comment l'oeil voit-il? (2013)

KEZAKO -- Cet épisode traite de la question "Comment l'oeil voit-il?"(5 min 52 s)

Comparaison de l’œil et d’un appareil photo

Les STIM en contexte Parlons sciences -- Nos yeux nous permettent de voir en transmettant des signaux à notre système nerveux. À de nombreux égards, ils sont très semblables à un appareil photo. 

La perception des couleurs

Cet article explique que la couleur est la perception que l'humain a de la lumière atteignant son œil directement ou après qu'elle ait réfléchi sur un objet. Aussi, que la couleur-lumière est la manifestation des rayons lumineux qui se superposent. 

Références

Achromatopsia Info. (n.d.). Colorblindness and achromatopsia.

American Optometric Association. (n.d.). How your eyes work.

Greenwood, V. (2012, juin 18). The humans with super human vision. Discover.

National Eye Institute. (2015, février). Facts about color blindness.

Rochester Institute of Technology. (n.d.). Rods & cones.

US National Library of Medicine. (2015, janvier). Color vision deficiency.

Waggoner, Terrance L. (2017). What is colorblindness and the different types?  Color Vision Testing.

Wise Geek. (n.d.). What is deuteranopia?