Pourquoi ne voit-on plus rien en entrant
dans une pièce sombre après la lumière du jour ?
Il faut en réalité environ 30 minutes à l'œil pour s'adapter à l'obscurité. La pupille, elle, ne met que quelques secondes à s'ouvrir. Le temps long, c'est celui que mettent les cellules « spécialistes de l'obscurité », au fond de l'œil, à reconstruire un pigment détruit par la lumière.
Vous entrez dans un cinéma en plein après-midi, alors que la séance a déjà commencé. Vos pieds, les sièges : tout est presque totalement noir.
Mais quelques minutes après vous être assis, le visage de votre voisin ou la marche du couloir se distinguent, faiblement. Au bout de 10, 20 minutes, vous voyez même des choses invisibles à votre arrivée.
La lumière de la salle n'a pas changé. C'est votre œil qui a changé. Alors, que se passe-t-il exactement dans l'œil ?
Deux raisons seulement expliquent cette lenteur
Au fond de l'œil, la rétine contient deux types de cellules : celles qui voient les couleurs en pleine lumière, et celles qui captent la lumière dans l'obscurité. Juste après avoir quitté un lieu lumineux, les secondes ne peuvent pas encore fonctionner.
Les « spécialistes de l'obscurité » perçoivent la lumière grâce à un pigment qui se décompose sous l'effet de la lumière. En plein jour, ce pigment est presque entièrement décomposé. Sa reconstruction prend plusieurs dizaines de minutes.
On croit souvent qu'on « voit mieux parce que la pupille s'ouvre ». Mais celle-ci ne met que quelques secondes à s'ouvrir, et son effet sur la sensibilité est minime. Le rôle principal revient à la rétine.
Vers la 10e minute, un changement de « responsable » a lieu dans l'œil
La rétine compte deux types de cellules sensibles à la lumière. La première : les cônes. Ils fonctionnent en pleine lumière et distinguent les couleurs. La seconde : les bâtonnets. Ils ne perçoivent pas les couleurs, mais réagissent à une lumière bien plus faible que les cônes.
En entrant dans l'obscurité, les cônes s'adaptent d'abord, en quelques minutes seulement. Au-delà, ils ne peuvent plus rien voir de plus sombre. Pendant ce temps, les bâtonnets se préparent lentement. Regardez la figure 1 : au bout de 7 à 10 minutes environ, les bâtonnets dépassent les cônes. Tout ce qui se passe ensuite, cette impression de « voir de mieux en mieux », c'est le travail des bâtonnets.
Si les bâtonnets sont si lents à se préparer, c'est à cause de leur pigment photosensible, la rhodopsine. Chaque fois qu'elle absorbe un photon, elle change de forme et devient inutilisable. En pleine lumière du jour, elle est presque entièrement dans cet état inutilisable. Sa remise en forme initiale progresse peu à peu dans l'obscurité. Elle serait presque complète au bout d'environ 30 minutes.
Dans le noir, fixer une chose la fait disparaître
Les bâtonnets ont une autre propriété amusante. Au tout centre de la rétine, là où se forme l'image de ce qu'on fixe du regard, il n'y a presque pas de bâtonnets. Cet endroit est occupé par les cônes, qui voient les couleurs et les détails fins (figure 2).
C'est pourquoi, en fixant une étoile faible dans un ciel nocturne, elle s'évanouit soudain. En décalant légèrement le regard, elle réapparaît. Les astronomes amateurs appellent cela la « vision décalée » et l'utilisent volontiers. De même, dans une pièce sombre, on trouve plus facilement un objet en regardant légèrement de côté plutôt que droit devant soi.
Les bâtonnets perçoivent très peu la lumière rouge. Une lampe rouge décompose donc peu la rhodopsine. C'est pourquoi on utilise des lampes rouges pour observer les étoiles. C'est aussi pourquoi, au crépuscule, les fleurs rouges s'assombrissent les premières tandis que les fleurs bleues restent claires plus longtemps : le relais vers les bâtonnets est en train de s'opérer.
En sortant d'un lieu sombre vers un lieu lumineux, l'éblouissement se calme en quelques secondes à une minute environ. « Décomposer » le pigment est instantané dès que la lumière frappe, mais « le reconstruire » demande du temps. L'éclairage plus intense à l'entrée d'un tunnel, comparé au fond, viserait justement à compenser ce retard de l'œil au moment d'y pénétrer.
Une situation utile à connaître
La nuit, après avoir regardé l'écran lumineux d'un smartphone, un couloir ou un escalier sombre devient soudain difficile à voir. La lumière de l'écran a de nouveau décomposé le pigment des bâtonnets. Dans les premières minutes après être entré dans le noir, on a souvent l'illusion de voir alors qu'on ne voit pas vraiment. Dans les endroits avec des marches, utilisez un éclairage qui montre le sol.
La vitesse d'adaptation à l'obscurité ralentirait avec l'âge. La rhodopsine se fabrique à partir de vitamine A ; une carence extrême de cette vitamine peut provoquer une « héméralopie », une difficulté à voir dans le noir.
En résumé
Le temps nécessaire pour voir dans le noir correspond au relais entre cônes et bâtonnets, et au temps que mettent les bâtonnets à reconstruire un pigment détruit par la lumière. La pupille ne s'ouvre que pendant les premières secondes ; les 30 minutes restantes sont un temps de chimie rétinienne.
L'œil ne « s'habitue » pas à l'obscurité :
il reconstruit les pièces nécessaires pour y voir.
Le mécanisme par lequel une lumière forte masque une lumière faible est expliqué dans « Pourquoi une vitre devient-elle un miroir la nuit ? » et « Pourquoi un piéton en train de traverser peut-il soudain devenir invisible la nuit ? ». Les raisons pour lesquelles on titube dans une pièce sombre sont expliquées dans « Pourquoi titube-t-on autant en marchant dans une pièce sombre la nuit ? ». Pour les yeux d'animaux qui brillent dans le noir, voir « Pourquoi les yeux des animaux brillent-ils la nuit ? ».
- Le soir, dans une pièce éclairée, couvrez fermement un œil avec la paume de la main et restez ainsi environ 20 minutes (vous pouvez lire un livre pendant ce temps).
- Éteignez la lumière et retirez la main. Fermez alternativement chaque œil et comparez ce que vous voyez dans le noir.
- Seul l'œil qui était couvert devrait distinguer nettement les formes des meubles. En rallumant la lumière, c'est cette fois cet œil-là qui sera ébloui.
On voit ainsi que l'adaptation à l'obscurité se fait « œil par œil ». C'est la preuve que ce changement se produit dans la rétine, et non dans le cerveau. Dans la pièce sombre, dégagez d'abord tout objet dangereux et faites l'essai assis.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules, liens avec les manuelsDu collège à l'université, le niveau de chaque point est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de SVT du lycée
- Lycée+Approfondissement lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéNon vu au lycée, matière universitaire spécialisée (physiologie visuelle, biochimie)
- RecherchePas encore un « acquis » enseigné à l'université, mais un sujet en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Adaptation à l'obscurité : la montée progressive de la sensibilité de l'œil en passant d'un lieu lumineux à un lieu sombre.
- Adaptation à la lumière : l'inverse, l'atténuation de l'éblouissement en sortant d'un lieu sombre vers un lieu lumineux. Bien plus rapide que l'adaptation à l'obscurité.
- Cônes et bâtonnets : les deux types de cellules photoréceptrices de la rétine. Les cônes gèrent la lumière vive et les couleurs, les bâtonnets l'obscurité. On compte environ 6 millions de cônes et 120 millions de bâtonnets.
CollègeLycéeVérification par le calcul : l'ouverture de la pupille, à elle seule, améliore la vision de combien ?
La pupille mesurerait environ 2 millimètres de diamètre en pleine lumière, et jusqu'à 8 millimètres environ dans l'obscurité. La quantité de lumière entrante est proportionnelle à la surface de la pupille. Comparons cela au facteur global d'augmentation de la sensibilité pendant toute l'adaptation à l'obscurité.
| Diamètre de la pupille en pleine lumière (indicatif) | 2 mm |
| Diamètre de la pupille dans l'obscurité (indicatif) | 8 mm |
| Augmentation totale de sensibilité durant l'adaptation à l'obscurité (indicatif) | environ 100 000 fois (varie beaucoup selon les conditions) |
| Rapport des diamètres | 8 ÷ 2 = 4 |
| Rapport des surfaces (carré du rapport des diamètres) | 4 × 4 = 16 |
| Facteur attribuable à la rétine (hors pupille) | 100 000 ÷ 16 = 6 250 |
L'ouverture de la pupille n'apporte qu'un facteur 16 environ de lumière en plus. Les milliers de fois restants viennent de la rétine elle-même : la mise en route des bâtonnets et la reconstitution du pigment. « On voit mieux parce que la pupille s'ouvre » n'est donc qu'une toute petite partie de l'histoire. En formule, la quantité de lumière entrante est proportionnelle au carré du diamètre d (peu importe l'unité, du moment qu'elle est cohérente).
LycéeLycée+« Décomposition » et « régénération » de la rhodopsine
LycéeLa rhodopsine, pigment des bâtonnets, est formée d'une protéine, l'opsine, liée au rétinal, dérivé de la vitamine A. Sous l'effet de la lumière, le rétinal change de forme et se détache de l'opsine. Ce détachement déclenche un signal électrique : c'est ainsi que la lumière est perçue.
Lycée+Le rétinal détaché ne peut pas être réutilisé tel quel. Il est transporté vers l'épithélium pigmentaire, une couche cellulaire au fond de la rétine, où il reprend sa forme initiale avant de revenir vers les bâtonnets. Ce va-et-vient prendrait du temps, ce qui expliquerait en grande partie la lenteur de l'adaptation à l'obscurité. Les cônes, aidés par d'autres cellules de la rétine, se régénéreraient plus vite, d'où leur adaptation rapide.
UniversitéLe coude de la courbe de sensibilité et le décalage de Purkinje
En mesurant en continu, pendant l'adaptation à l'obscurité, « la luminosité minimale encore perceptible », on obtient une courbe qui présente un coude, comme sur la figure 1. Ce coude correspond au « relais entre cônes et bâtonnets » : si l'on n'éclaire que le centre de la rétine, le coude disparaît et seule subsiste la courbe des cônes. Par ailleurs, les cônes réagiraient le mieux au jaune-vert (autour de 555 nanomètres), et les bâtonnets au bleu-vert (autour de 500 nanomètres). Lors du relais, la couleur perçue comme la plus claire se décale vers le bleu. On appelle cela le décalage de Purkinje, qui explique pourquoi les fleurs rouges s'assombrissent au crépuscule.
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Combien de photons faut-il pour « voir » quelque chose ? Une expérience de 1942 suggère que quelques photons suffisent pour répondre « je le vois », et l'on pense qu'un seul bâtonnet peut réagir à un seul photon. La frontière à partir de laquelle le cerveau distingue ce signal du bruit reste étudiée aujourd'hui.
- Pourquoi ce ralentissement avec l'âge ? On soupçonne un retard de régénération au niveau de l'épithélium pigmentaire. Des recherches visent à utiliser la mesure de l'adaptation à l'obscurité comme indice précoce de maladies oculaires.
- Le cache-œil des pirates servait-il à s'adapter à l'obscurité ? Une hypothèse répandue veut que ce soit pour passer plus vite du pont au fond sombre du navire. L'idée tient logiquement, mais aucune trace fiable d'un tel usage n'a été retrouvée.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend actuellement ». Les chiffres de temps et de facteurs multiplicateurs, en particulier, ne sont que des ordres de grandeur qui varient fortement selon l'intensité lumineuse, l'âge et la méthode de mesure.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage correspondant de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, « stimulus et réaction (structure de l'œil) » | Fonctionnement de la rétine et de la pupille, calcul de la surface d'ouverture |
| Lycée | SVT, « réactions et comportements animaux (cellules visuelles) » | Cônes et bâtonnets, rhodopsine |
| Lycée+ | Approfondissement SVT / encadré de manuel | Régénération du rétinal et épithélium pigmentaire |
| Université | Physiologie visuelle, biochimie | Coude de la courbe d'adaptation à l'obscurité, décalage de Purkinje |
| Recherche | Sciences de la vision, ophtalmologie | Seuil du nombre de photons, ralentissement lié à l'âge |
| ― | Liens avec la vie quotidienne | Cinéma, escaliers de nuit, lampe rouge d'observation astronomique, éclairage des tunnels |
- Hecht, S., Shlaer, S., & Pirenne, M. H. (1942). Energy, quanta, and vision. Journal of General Physiology, 25(6), 819–840.
- Lamb, T. D., & Pugh, E. N. (2004). Dark adaptation and the retinoid cycle of vision. Progress in Retinal and Eye Research, 23(3), 307–380.
- Webvision: The Organization of the Retina and Visual System (Université de l'Utah)
- Manuels et fiches illustrées de SVT de lycée (unité sur les cellules visuelles et la rhodopsine)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension des mécanismes. La vision dans l'obscurité varie selon les personnes ; en cas de baisse soudaine de la vision nocturne, consultez un ophtalmologiste.