Pourquoi ne faut-il pas regarder une éclipse à l'œil nu ?
― Même à 90 % cachée, la lumière restante garde toute son intensité
Pendant une éclipse, le ciel s'assombrit légèrement et le Soleil semble moins éblouissant à regarder. Pourtant, le fin croissant de lumière qui reste a exactement la même intensité qu'un Soleil normal. Dans l'œil, le cristallin concentre cette lumière sur un seul point, et la rétine, si elle est abîmée, ne fait pas mal.
C'est le jour d'une éclipse partielle. En plein jour, la lumière extérieure s'assombrit légèrement, comme en fin d'après-midi.
En levant les yeux, le Soleil, qu'on ne peut d'habitude pas regarder en face, semble soudain fixable. Vous avez même des lunettes de soleil très foncées à portée de main.
« Puisqu'il fait si sombre, regarder un peu ne doit pas poser de problème. » C'est précisément à cet instant que le danger est le plus grand.
Seulement deux raisons expliquent le danger
La Lune ne masque que la « surface » du Soleil. Le fin croissant qui reste visible brille exactement avec la même intensité qu'un Soleil ordinaire.
Comme une loupe, l'œil concentre la lumière du Soleil sur un minuscule point de la rétine. Comme la rétine n'a aucun nerf de la douleur, on ne sent rien même si elle est abîmée.
La combinaison de ces deux faits crée un décalage : « on a l'impression que c'est plus sombre, alors qu'au fond de l'œil, une lumière intense continue de frapper. » Voyons cela dans l'ordre.
Pourquoi le Soleil éclipsé semble-t-il « moins lumineux » ?
Déplacez le curseur de la figure 1 pour masquer progressivement le Soleil. La barre du haut, qui représente « la quantité totale de lumière reçue au sol », se réduit à mesure que le Soleil se cache. C'est pour cela que le ciel semble s'assombrir.
Pourtant, la barre du bas ne change absolument pas. La Lune ne fait que « couvrir » une partie du Soleil ; elle n'affaiblit en rien la lumière de la partie restante.
Il en va de même pour l'image du Soleil formée sur la rétine. Une image ronde, comme celle d'une pleine lune, se transforme simplement en un fin croissant. L'intensité de la lumière qui frappe ce croissant reste identique à celle d'avant l'éclipse. Ce n'est pas la « surface » de la rétine qui brûle, mais chaque « point » individuel touché par la lumière.
Autre problème : quand le ciel s'assombrit, la pupille s'élargit pour capter davantage de lumière. L'éblouissement diminue, ce qui facilite le fait de fixer le Soleil, alors même que la quantité de lumière entrante augmente. Une éclipse réunit donc justement les conditions qui poussent à regarder le Soleil plus longtemps que d'habitude.
Jusqu'où la lumière est-elle concentrée dans l'œil ?
À l'avant de l'œil se trouve une lentille appelée cristallin. Regardez la figure 2. La lumière du Soleil qui entre par la pupille est déviée par cette lentille et forme une petite image du Soleil sur la rétine, au fond de l'œil.
Le diamètre de la pupille est d'environ 3 mm, et l'image du Soleil formée sur la rétine fait environ 0,16 mm. Le diamètre est donc divisé par environ 19, et comme la surface varie avec le carré du diamètre, elle est divisée par environ 350. En d'autres termes, une lumière environ 350 fois plus intense (par unité de surface) que la lumière du jour extérieure frappe continuellement ce point minuscule de la rétine. C'est exactement ce qui se passe quand on brûle du papier noir avec une loupe — sauf que cela se produit à l'intérieur de l'œil.
On pense que les cellules de la rétine, soumises de façon prolongée à une lumière intense, notamment bleutée, s'abîment par réaction chimique. La lumière elle-même détruit les cellules, avant même qu'une brûlure par la chaleur ne survienne. Et comme la rétine n'a aucun nerf de la douleur, on ne ressent rien pendant qu'on regarde. Les symptômes — une zone floue au centre du champ de vision, des lignes droites qui paraissent déformées — n'apparaissent souvent que plusieurs heures plus tard, voire le lendemain.
La plus simple est le « sténopé ». Percez un petit trou dans un carton et, dos au Soleil, projetez la lumière sur le sol : la forme du Soleil éclipsé y apparaît. Le même phénomène se produit avec les taches de lumière filtrées par le feuillage des arbres : le jour d'une éclipse, toutes ces taches lumineuses sur le sol prennent la forme d'un croissant. Plus de détails dans « Pourquoi les taches de lumière sous les arbres sont-elles toujours rondes ? ».
Alors, que faire ?
- Ne jamais regarder le Soleil directement, même presque entièrement cachéMême caché à 90 %, l'intensité de la lumière restante ne change pas.
- Pour l'observer, utiliser des lunettes spéciales éclipse ou projeter l'image sur le solDes lunettes de soleil, un film de protection d'écran ou un film noir ne suffisent pas.
- Ne jamais pointer des jumelles ou un télescope vers le Soleil sans filtre spécialIls concentrent encore plus la lumière et abîment les yeux en un instant.
La rétine ne fait pas mal, même abîmée. Si après avoir regardé une éclipse vous remarquez une zone sombre au centre de votre champ de vision ou des lignes qui paraissent déformées, consultez immédiatement un ophtalmologue. N'utilisez jamais des lunettes spéciales éclipse rayées ou trouées. Il est également dangereux de regarder dans le viseur de jumelles ou d'un appareil photo en gardant des lunettes spéciales éclipse sur les yeux.
En résumé
Même si le ciel s'assombrit pendant une éclipse, la lumière du Soleil restant visible garde la même intensité qu'en temps normal. Le cristallin concentre cette lumière sur un point minuscule de la rétine, où l'intensité par unité de surface devient plusieurs centaines de fois supérieure à celle de la lumière du jour extérieure. Comme la rétine ne fait pas mal, on ne se rend pas compte sur le moment qu'elle est abîmée.
La Lune ne masque que la surface du Soleil.
L'intensité de la lumière restante, elle, ne diminue en rien.
Avec le même alignement Soleil-Lune, c'est l'éclipse lunaire qui se produit quand c'est la Lune qui entre dans l'ombre. Voir aussi « Pourquoi la Lune, lors d'une éclipse totale, ne disparaît pas mais devient rouge ? ». Pour la lumière qui traverse les nuages, voir « Pourquoi peut-on attraper un coup de soleil même par temps couvert ? ».
- Percez un trou rond d'1 à 2 mm de diamètre au centre d'un carton, avec un cure-dent.
- Tournez le dos au Soleil et projetez la lumière qui passe par le carton sur une feuille blanche placée à environ 1 mètre. Ne regardez jamais le Soleil directement.
- Le petit cercle projeté est l'image du Soleil. Plus on éloigne le carton de la feuille blanche, plus l'image grandit — et s'assombrit.
L'image s'assombrit en grandissant parce que la même quantité de lumière se répartit sur une surface plus grande. Dans l'œil, c'est l'inverse : la lumière est concentrée sur un point de 0,16 mm. En refaisant cette expérience le jour d'une éclipse, on voit le cercle prendre peu à peu la forme d'un croissant.
Pour en savoir plus ― termes, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque point est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « physique » ou « biologie » du lycée
- Lycée+Contenu d'approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéNon enseigné au lycée ; relève d'une matière universitaire spécialisée (optique, ophtalmologie, photobiologie)
- RecherchePas encore enseigné comme un « acquis établi » même à l'université ; les chercheurs étudient encore la question
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Lentille convergente et foyer : lentille qui concentre un faisceau de lumière parallèle en un point. Le cristallin et la cornée, ensemble, se comportent comme une lentille convergente.
- Rétine : fine membrane tapissant le fond de l'œil, couverte de cellules sensibles à la lumière. Dans un appareil photo, elle correspond au capteur d'image.
- Rétinopathie solaire (ou rétinite actinique) : lésion du centre de la rétine causée par le fait d'avoir fixé le Soleil. Elle rend floue la zone qu'on cherche justement à regarder.
CollègeLycéeVérification par le calcul : à quel point la lumière se concentre-t-elle sur la rétine ?
On calcule la taille de l'image du Soleil, puis on estime l'intensité par unité de surface une fois que la lumière entrant par la pupille converge sur cette petite image. Il s'agit d'une estimation approximative, qui ignore l'absorption et la diffusion de la lumière dans l'œil.
| En notation symbolique | E_rét = E × ( D ÷ d )² , où d = f × θ |
| En mots | Intensité de la lumière sur la rétine = intensité de la lumière du jour extérieure × (diamètre de la pupille ÷ diamètre de l'image)². Diamètre de l'image = distance focale de l'œil × taille apparente du Soleil (en angle) |
| D'où vient cette formule | La quantité de lumière traversant la pupille se conserve jusque sur l'image (conservation de l'énergie lumineuse). La même quantité se concentrant sur une surface plus petite, l'intensité augmente dans le rapport des surfaces, soit le carré du rapport des diamètres. La taille de l'image, elle, découle des relations de formation d'image d'une lentille. |
| Symbole | Signification et unité |
| E | Intensité de la lumière du jour reçue au sol (watts par mètre carré) |
| D | Diamètre de la pupille (millimètres) |
| d | Diamètre de l'image du Soleil formée sur la rétine (millimètres) |
| f | Distance focale de l'œil (millimètres) |
| θ | Diamètre apparent du Soleil (en radians, unité d'angle) |
| Intensité de la lumière du jour au sol, par beau temps | environ 1000 watts par mètre carré |
| Diamètre de la pupille en pleine lumière | environ 3 mm (jusqu'à environ 7 mm dans l'obscurité) |
| Distance focale de l'œil | environ 17 mm |
| Diamètre apparent du Soleil | environ 0,53 degré = environ 0,0093 radian |
| Lumière transmise par des lunettes spéciales éclipse | environ 1/100 000, selon les estimations |
| Diamètre de l'image du Soleil sur la rétine | 17 × 0,0093 ≈ 0,16 mm |
| Rapport entre diamètre de la pupille et diamètre de l'image | 3 ÷ 0,16 ≈ 18,8 |
| Rapport des surfaces (carré du rapport des diamètres) | 18,8 × 18,8 ≈ 353 |
| Intensité de la lumière sur la rétine | 1000 × 353 = 353 000 watts par mètre carré |
| Avec des lunettes spéciales éclipse | 353 000 ÷ 100 000 ≈ 3,5 watts par mètre carré |
| Avec des lunettes de soleil très foncées (10 % de transmission) | 353 000 × 0,1 ≈ 35 300 watts par mètre carré |
À l'œil nu, un point de la rétine reçoit une lumière environ 350 fois plus intense que la lumière du jour extérieure. Même avec des lunettes de soleil très foncées, cela reste environ 35 fois plus intense, bien au-delà de l'exposition normale au soleil. Avec des lunettes spéciales éclipse, l'intensité descend à quelques centièmes de la lumière du jour. Et même lors d'une éclipse masquant 99 % du Soleil, l'intensité reçue par l'image du croissant restant reste égale à cette valeur de 353 000.
LycéeLycée+Une lésion chimique, pas thermique
LycéeSelon la formule des lentilles (relation de conjugaison), l'image d'un objet lointain se forme au niveau du foyer, et sa taille est donnée par « distance focale × angle apparent ». La formule de d ci-dessus traduit cette relation. L'énergie d'un photon (grain de lumière) est d'autant plus grande que la longueur d'onde est courte : la lumière bleue ou violette a donc un pouvoir destructeur plus fort sur les molécules.
Lycée+On pense que la cause principale de la rétinopathie solaire n'est pas une brûlure due à l'élévation de température, mais une lésion photochimique causée par la lumière bleue. L'élévation de température de la rétine ne dépasserait que quelques degrés, mais une lumière bleue intense génère dans les cellules des espèces réactives de l'oxygène, qui abîment les photorécepteurs et l'épithélium pigmentaire situé derrière eux. On ne peut donc pas dire « ce n'est pas chaud, donc ce n'est pas dangereux ».
UniversitéDensité optique et norme des lunettes spéciales éclipse
L'atténuation de la lumière par un filtre s'exprime en densité optique (le logarithme décimal du facteur de transmission, précédé d'un signe moins). Les filtres d'observation d'une éclipse doivent respecter la norme internationale ISO 12312-2, qui exige une densité optique d'environ 5 pour la lumière visible, soit une transmission réduite à environ 1/100 000. Les rayonnements ultraviolets et infrarouges, invisibles, doivent eux aussi être réduits dans les limites prévues. En ophtalmologie, la rétinopathie solaire est considérée comme une atteinte de la fovéa (la zone centrale de la rétine offrant la meilleure acuité visuelle), confirmée par tomographie par cohérence optique (OCT), qui révèle des perturbations des couches rétiniennes.
📖 Description détaillée des méthodes d'observation sûres et de la norme des lunettes spéciales éclipse : NASA Science « Eclipse Viewing Safety »
RechercheCe qui n'est pas encore bien compris
- Au bout de combien de secondes une lésion apparaît-elle ? Le temps avant l'apparition d'une lésion varie fortement selon la taille de la pupille, l'âge, la transparence du cristallin et la limpidité de l'air ce jour-là ; aucune durée sûre n'est définie individuellement.
- Dans quelle mesure la guérison est-elle possible ? Certaines personnes retrouvent leur vue en quelques mois, d'autres conservent à vie un petit point aveugle au centre du champ visuel. Les facteurs qui déterminent cette différence restent mal connus.
- Les enfants sont-ils plus vulnérables ? On pense que oui, car leur cristallin, plus transparent, laisse passer davantage de lumière bleue. Mais les données chiffrant cet écart restent limitées.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend à ce jour ». Justement parce qu'il reste des zones d'ombre, il ne faut pas se fixer soi-même une limite du type « un peu, ça va ».
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences 4e « Propriétés de la lumière (lentilles convergentes) », Sciences 3e « Aspect de la Lune et de Vénus » | Le cristallin concentre la lumière en un point / le mécanisme de l'éclipse |
| Lycée | Physique « Lentilles et images », Biologie « Organe de la vision (rétine et photorécepteurs) » | Formule de la taille de l'image / fonctionnement de la rétine |
| Lycée+ | Physique « Énergie des photons » | Lésion photochimique par la lumière bleue |
| Université | Optique / ophtalmologie (densité optique, atteinte de la fovéa) | Norme des lunettes spéciales éclipse et diagnostic de la rétinopathie solaire |
| Recherche | Photobiologie / ophtalmologie | Variabilité individuelle de la durée sûre et facteurs de guérison |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Comment observer une éclipse, comment en parler aux enfants |
- NASA Science « Eclipse Viewing Safety »
- NASA Science « Sun: Facts »
- Observatoire astronomique national du Japon (国立天文台), « Précautions pour observer une éclipse » (explication des méthodes d'observation d'une éclipse)
- ISO 12312-2:2015 « Eye and face protection — Sunglasses and related eyewear — Part 2: Filters for direct observation of the sun »
- Société japonaise d'ophtalmologie (日本眼科学会), « Maladies des yeux » (explication de la rétinopathie solaire et des maladies de la macula)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs données sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Pour observer une éclipse, suivez les méthodes recommandées par les observatoires astronomiques nationaux, les collectivités locales ou les établissements scolaires. En cas d'anomalie visuelle, consultez un ophtalmologue sans attendre, sans vous fier à votre propre jugement.